JPH06233780A - 電流検出素子 - Google Patents

電流検出素子

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JPH06233780A
JPH06233780A JP5334698A JP33469893A JPH06233780A JP H06233780 A JPH06233780 A JP H06233780A JP 5334698 A JP5334698 A JP 5334698A JP 33469893 A JP33469893 A JP 33469893A JP H06233780 A JPH06233780 A JP H06233780A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流を主導体と帰還路との間の分布容量のた
めに正確に計測できない状況にある時に、電源に接続さ
れる主導体の末端に接続される医学的器具である負荷に
到達する電流を計測する電流検出素子を提供する。 【構成】 電流検出素子は主導体の全長にわたって縒り
合わされているが負荷には接続されない基準導体と、医
学的器具である負荷と、分布容量の影響を打ち消し負荷
への到達電流を決定するために全電流から基準導体を流
れる電流を減算する減算器とから構成される。減算器は
相互の逆巻の電流変成器とすることができる。判定手段
は基準導体が正常であるか否かを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本出願は、継続中の1992年 5月17
日出願のNo. 07/853,149「電気外科的トロカールアッセ
ンブリ」の部分継続出願1992年 7月19日付けNo. 07/90
1,024「２電極を有する電気外科的トロカールアッセン
ブリ」の部分継続出願である。本発明は、電気外科的ト
ロカール、高周波切開器具およびより特定的には到達す
る電流量を決定するための電流検出素子に限定されない
電気的ケーブルあるいは他の電気的導体の負荷端に到達
する電流の医学的器具あるいは測定器具に係わる。
【０００２】
【従来の技術】ケーブルのような電気導体の末端に到達
する電流量を決定することが必要となる例はいくつかあ
る。例えばその内容が文献として参照される上記の出願
にはケーブルによって電気外科的発振器に接続され、お
よび望ましい実施例においてトロカールの先端が腹膜を
含む人体空洞の壁を貫通した時に電気外科的発振器を停
止する電気外科的切開器具を含むトロカールである電気
外科的トロカールアッセンブリが開示される。これらの
出願に開示されるように、貫通が達成された時にこの到
達電流が変化するために、電気外科的発振器によって供
給される電流を検出することによってこれを達成するこ
とができる。他の例は電気外科的電流の出力を厳密に制
御する必要のある高周波切開手段に関連している。この
発明はケーブルのような電気導体の末端に配置される負
荷に到達する交流電流の量を知る必要がある全ての状況
に適用できることが理解されるけれども、この発明は電
気外科的トロカールに関して以下に述べられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】より詳細に解決される
べき課題を考えると、到達する電流が高周波数であり高
電圧であると同時に電気外科的発振器によって発振され
る電流出力である時には、発振器によって発振する全電
流量は電気的接続ケーブルの末端に供給される実際の電
流に正確には対応しない。この矛盾あるいは誤差は発振
器の電流帰還路に対して分布する容量に起因する。電流
はケーブル全長にわたって流れ、電流量は電圧、周波
数、アース（あるいは戻り流路）に対する分布容量およ
びケーブル長によって決定される。従って電気外科的発
振器がＧに示されている図１を参照すると、負荷インピ
ーダンス（即ち電気外科的電極あるいは切開器具によっ
て処理される組織のインピーダンス）はＺL で示され、
アースに対する分布容量即ち漏れ容量はＺcaで表され
る。発振器の電圧をＶとすると、全電流Ｉt は次式で表
される。
【０００４】Ｉt ＝Ｖ／Ｚca ＋ Ｖ／ＺL 負荷に到達する電流はＶとＩt を計測し、容量の影響を
減算することによって得ることが可能であるけれども、
多くの場合特に電気外科の場合にあっては容量は未知で
ありケーブルの位置に応じて予知できない様子で実際変
動するため、単にケーブルの発振器側での電流の計測は
不正確である。
【０００５】本発明によれば、接続ケーブルあるいは電
源と負荷との間の他の接続部の分布容量の効果のために
電源側での電流の直接的な計測が不正確である上述のよ
うな環境下で電源から医学的な計測負荷に実際に到達す
る電流の正確な計測を可能とする電流検出素子が提供さ
れる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明にかかる電流
検出素子は、主導体と電源への帰還路との間の分布容量
によって主導体の電源側における電流測定によっては医
学的器具である負荷に到達する正確な電流を知ることが
できない場合に使用される、電源から医学的器具である
負荷の末端に電流を供給するための主電気導体の末端に
接続される医学的器具である負荷に電源から到達する交
流電流を検出するための電流検出素子であって、電流検
出素子が主導体の全長にわたって主導体に沿って配置さ
れ医学的器具である負荷近傍にまで延び医学的器具であ
る負荷に接続はされていない基準導体と、分布容量の効
果を除去して医学的器具である負荷に到達する電流に対
応する電流測定値を得るために医学的器具に流れる全負
荷電流から基準導体を流れる電流を減算するための減算
手段と、を具備する。
【０００７】第２の発明にかかる電流検出素子は、減算
手段が磁気的減算手段である。第３の発明にかかる電流
検出素子は、磁気的減算手段が、主および副導体を流れ
る電流の差が出力となるように第１の方向に巻回された
主導体と第１の方向と逆方向に巻回された副導体とで構
成された電流変成器である。第４の発明にかかる電流検
出素子は、基準導体が正常であるか否かを判定する判定
手段をさらに具備する。
【０００８】第５の発明にかかる電流検出素子は、判定
手段が、基準導体を流れる電流を検出する第２の電流変
成器である。第６の発明にかかる電流検出素子は、減算
手段が、主導体に直列に接続される第１のインピーダン
スと、基準導体に直列に接続される第２のインピーダン
スと、第１および第２のインピーダンスの両端に発生す
る電圧の差を検出する差電圧検出手段と、から構成され
る。
【０００９】第７の発明にかかる電流検出素子は、差電
圧検出手段が、第１のインピーダンスの両端に接続され
る入力端子を有する第１の演算増幅器と、第２のインピ
ーダンスの両端に接続される入力端子を有する第２の演
算増幅器と、第１および第２の演算増幅器の出力端子に
接続される入力端子を有する第３の演算増幅器と、から
構成される。
【００１０】第８の発明にかかる電流検出素子は、基準
導体が正常であるか否かを判定する判定手段をさらに具
備する。第９の発明にかかる電流検出素子は、判定手段
が、第２のインピーダンスに接続される第２の演算増幅
器の出力に接続される出力端子である。第１０の発明に
かかる電流検出素子は、第２の導体が正常であるか否か
を判定する判定手段をさらに具備する。
【００１１】第１１の発明にかかる電流検出素子は、主
導体と前記基準導体とが全長にわたって縒り合わされ
る。第１２の発明にかかる電流検出素子は、電源が電気
外科的発振器であり、医学的器具が電気外科的電極であ
り、主導体、基準導体および帰還路が発振器と医学的器
具とを接続する接続ケーブル中に含まれる。
【００１２】第１３の発明にかかる電流検出素子は、主
導体と電源への帰還路との間の分布容量によって主導体
の電源側における電流測定によっては医学的器具である
負荷に到達する正確な電流を知ることができない場合に
使用される、電源から医学的器具である負荷の末端に電
流を供給するための主電気導体の末端に接続される医学
的器具である負荷に電源から到達する交流電流を検出す
るための電流検出素子であって、電流検出素子が医学的
器具である負荷に到達する電流の検出を可能とするため
の主導体の末端に位置する電流検出手段である。
【００１３】第１４の発明にかかる電流検出素子は、主
導体と電源への帰還路との間の分布容量によって主導体
の電源側における正確な電流測定によっては医学的器具
である負荷に到達する正確な電流を知ることができない
場合に使用される、電源から医学的器具である負荷の末
端に電流を供給するための主電気導体の末端に接続され
る医学的器具である負荷に電源から到達する交流電流を
検出するための電流検出素子であって、前記主導体に直
列に接続され、主導体の負荷端に位置し、閉状態に計測
された電流から減算される電源作動時開状態における基
準電流レベルとして機能する基準電圧の測定を可能とす
るスイッチ手段を含む。
【００１４】
【作用】第１の発明にかかる電流検出素子にあっては、
減算器において主導体を流れる電流から基準導体を流れ
る電流が減算され実際に負荷に到達する電流が算出され
る。第２の発明にかかる電流検出素子にあっては、減算
が磁気的に行われる。
【００１５】第３の発明にかかる電流検出素子にあって
は、減算が一方向に巻回された主巻線と逆方向に巻回さ
れた副巻線とを有する変成器によって磁気的に行われ
る。第４の発明にかかる電流検出素子にあっては、副導
体が断線しているか否かが判断され断線しているときに
は警報が出力される。第５の発明にかかる電流検出素子
にあっては、副導体の断線が第２の変成器によって検出
される。
【００１６】第６の発明にかかる電流検出素子にあって
は、変成器にかえて主導体および副導体に直列にインピ
ーダンスが挿入され、２つのインピーダンスの両端に発
生する電圧の差電圧によって負荷に到達する電流が検出
される。第７の発明にかかる電流検出素子にあっては、
インピーダンス両端に発生する電圧の測定および差電圧
の演算が演算増幅器によって行われる。
【００１７】第８の発明にかかる電流検出素子にあって
は、副導体が断線しているか否かが判断され断線してい
るときには警報が出力される。第９の発明にかかる電流
検出素子にあっては、副導体の断線検出が演算増幅器の
出力電圧によって行われる。第１０の発明にかかる電流
検出素子にあっては、副導体が断線しているか否かが判
断され断線しているときには警報が出力される。
【００１８】第１１の発明にかかる電流検出素子にあっ
ては、主導体と副導体とが相互に縒り合わされていて、
アース線に対して主導体および副導体が及ぼす影響を等
しくする。第１２の発明にかかる電流検出素子にあって
は、発振器および負荷が電気外科的器具であって導体が
それらを接続するケーブルである。
【００１９】第１３の発明にかかる電流検出素子にあっ
ては、電流センサが負荷側に配置される。第１４の発明
にかかる電流検出素子にあっては、主導体にスイッチを
設けスイッチ開時に基準電圧を計測し、スイッチ閉時に
計測電圧から減算することにより実際に負荷に到達する
電流を求める。
【００２０】
【実施例】図２は、電流検出素子の好ましい実施例ある
いは電気外科的なトロカールアセンブリの中に組み込ま
れるような本発明の装置に備えられるブロック図であ
る。トロカールアセンブリは、上記出願に開示されてい
るように接続ワイヤあるいは接続ケーブル１６の導体１
４によってトロカールアセンブリ１２に接続される電気
外科的装置あるいは発振器（Electrosurgical Unit、以
下ＥＳＵと記す。）１０を含んでいる。ＥＳＵ１０は、
被検体の空間の壁（例えば腹膜）をトロカールの先端が
貫通した時に、例えば上記に示された出願に開示されて
おり、ＥＳＵ１０の停止、即ちＥＳＵ１０からトロカー
ルに到達する電力の停止あるいは遮断する停止あるいは
遮断回路１８を含んでいる。この実施例においては、分
離した制御ユニットあるいは制御箱を備えているもの
の、電流センサユニット２０はＥＳＵ１０内に置かれて
いる。
【００２１】上述したように、電流の検出をＥＳＵ（あ
るいは遠隔制御ボックス）で実行する装置の重要な問題
は、含まれる周波数において、接続ケーブル１６が遮断
点での電流の測定を困難とする相当な大きさを有し変動
する漏れインピーダンスを生じるということである。図
２および図３と図４から６に図示される実施例によれ
ば、基準ワイヤあるいは導体２２がケーブル１６に並列
に、即ちトロカール１２に無線周波数を搬送するワイヤ
１４の横に近接して備えられる。従って電流センサ２０
は“ホット”（主）ワイヤあるいは導体１４に表れる負
荷条件と基準ワイヤあるいは導体２２との間の差を検出
することで形成することができる。
【００２２】上記から理解できるように基準ワイヤ２２
の配置は、図１と同様のまた同一の符号が使用される図
３の中に示されている。図示されているように第２の電
気導体即ち基準の電気導体２２は、基準ワイヤ２２の末
端以外で発振器１０に戻る電流に基準ワイヤ２２が影響
を与える電流が、発振器１０に帰還する電流に主導体１
４が影響を与える電流と等しくなるように、主導体即ち
“ホット”導体１４の近傍の配置される。
【００２３】これを達成する望ましい形態は導体１４お
よび２２を発振器、即ち電流源に接続され、両者を縒り
合わせることである。上述のように、主電気導体１４だ
けが実際に末端で負荷（ＺL ）に接続され、副導体は負
荷の直前で終端している。副即ち基準導体２２は漏れ容
量、即ち分布結合容量に起因してアースに対してインピ
ーダンスＺcbを有する。副導体２２が導体１４の終端に
近接すればするほど、容量結合を介しての電流損失は大
となる。両方の電流損失は等しくなるために、上述のよ
うに主ワイヤ１４を流れる合計電流から副ワイヤ２２を
流れる漏れ電流を減算すること、即ち次式によりによ
り、先端に到達する合計電流を決定することが可能であ
る。
【００２４】ＩL ＝Ｉ1 −Ｉcb Ｉ1 およびＩcbはケーブル１６の発振器端で正確に計測
することが可能であるため、 Ｉcb ＝ Ｉca であれば、Ｉ1 からＩcbを減算することによりＩL を決
定することが可能となる。
【００２５】上述の減算にはいくつかの方法を使用する
ことが可能であり、図２の実施例においては図４の回路
図に示されるように電流変成器２４の使用によって磁気
的減算によって達成することができる。特に図４に示さ
れるように、主導体１４は変成器２４中に所定の方向に
巻回され、副導体即ち基準導体２２は同一の変成器２４
中に逆方向に巻回される。電流変成器２４の出力は主導
体１４と副導体２２を流れる電流の差、即ち負荷Ｚ
L （切開器具１２ａ）に到達する電流となる。電流セン
サ２０で検出され、遮断回路１８を制御するために使用
されるのはこの電流である。
【００２６】もし副導体１６が切断されたならば、読み
取り電流は不正確となることが了解される。このため
に、本発明は副導体２２が正常であるか否かを決定する
手段を準備している。特に電流を検出し電気外科的発振
器１０（図２において要素１８および２０によって代表
されている。）を制御する制御部は、ＥＳＵ１０の動作
が開始された時に副導体即ち基準導体２２を流れる電流
の最小レベルが検出されなかった場合に警報を発生する
手段が備えられる。図２および図４の磁気的減算の実施
例においては、警報の発生は図５に示すように副導体２
２だけに接続される第２の電流変成器２６を追加するこ
とによって達成することができる。
【００２７】電流減算の他の方法は図６に示されてお
り、変成器２４は導体１４および２２にそれぞれ接続さ
れるインピーダンス２８および３０に置き換えられてい
る。差動電圧増幅器３２および３４がそれぞれインピー
ダンス２８および３０の両端に接続され、この２つの差
動電圧増幅器３２および３４の出力は第３の差動電圧増
幅器３６に接続される。従って、第３の差動電圧増幅器
の出力ＶO は負荷電流に比例する。導体２２が正常であ
るか否かの監視は、例えば副導体２２中に配置されるイ
ンピーダンス３０の両端に発生する電圧を計測するため
に差動電圧増幅器３４の出力に出力端子３４ａを追設す
ることによって、図５の実施例と同様可能となる。
【００２８】図７を参照すると、上述の基本問題に対す
る他の解決策が示されている。この実施例においては、
図７に示されるように電流センサ４０は主導体即ち“ホ
ット”導体１４の末端に位置する（基準導体はない）。
もしセンサ４０の出力がアースに対する容量によって影
響されなければ、即ち出力がディジタル信号、光ファイ
バケーブルを介しての光、伝送された無線周波数信号あ
るいは電流に対応した直流電圧であれば、負荷電流は正
確に検出され得る。信号を使用可能な電圧に変換するた
めの温度センサあるいはサーミスタ（熱電対）、電流を
直流電圧に変換するための整流およびフィルタリング機
能を有する電流変成器等が使用可能である。
【００２９】図８を参照すると、この発明のもう１つの
実施例が示されている。図８でも図１と同一の符号が使
用されている。図８は上述の課題を解決するためにケー
ブルの負荷側、即ち負荷インピーダンスＺL の接続端に
スイッチング素子あるいはスイッチ４２が備えられてい
る点で図１と相違する。動作は、負荷電流を既知である
零とするためにスイッチ４２を開とし、発振器Ｇ（図２
のＥＳＵに相当する）は電圧を発生する。この時の電流
が計測され、分布容量が一定であるように接続ケーブル
（ケーブル１６に相当するケーブル）の動きが微小であ
ると仮定すれば基準レベルとして使用できる。この基準
レベルはスイッチ４２が動作し（即ち閉で）電流が負荷
（および分布容量に到達している時に発生する全電流か
ら減算される。スイッチ開時の測定結果は分布容量の演
算にも使用可能であり、この演算結果は負荷に到達する
電流を決定するためにも使用される。
【００３０】本発明はその特定の典型的な実施例につい
て述べられているが、本発明の範囲および概念を外れる
ことなく変更改良が可能であることはこの技術分野で通
常の知識を有する者によって理解される。
【００３１】
【発明の効果】第１の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、減算器で主導体を流れる電流から基準導体を流れる
電流を減算することにより実際に負荷に到達する電流を
算出することが可能となる。第２の発明にかかる電流検
出素子によれば、磁気的に減算を行うことが可能とな
る。
【００３２】第３の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、一方向に巻回された主巻線と逆方向に巻回された副
巻線とを有する変成器で磁気的に減算を行うことが可能
となる。第４の発明にかかる電流検出素子によれば、副
導体が断線しているか否かを判断し、断線しているとき
には警報を出力することが可能となる。
【００３３】第５の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、副導体の断線を第２の変成器によって検出すること
が可能となる。第６の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、変成器にかえて主導体および副導体に直列にインピ
ーダンスを挿入し、２つのインピーダンスの両端に発生
する電圧の差電圧によって負荷に到達する電流を検出す
ることが可能となる。
【００３４】第７の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、インピーダンス両端に発生する電圧の測定および差
電圧の演算を演算増幅器によって行うことが可能とな
る。第８の発明にかかる電流検出素子によれば、副導体
が断線しているか否かを判断し、断線しているときには
警報を出力することが可能となる。第９の発明にかかる
電流検出素子によれば、副導体の断線検出を演算増幅器
の出力電圧によって行うことが可能となる。
【００３５】第１０の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、副導体が断線しているか否かを判断し、断線してい
るときには警報を出力することが可能となる。第１１の
発明にかかる電流検出素子によれば、主導体と副導体と
を相互に縒り合わすことにより、アース線に対して主導
体および副導体が及ぼす影響を等しくするこよが可能と
なる。
【００３６】第１２の発明にかかる電流検出素子によれ
ば、発振器および負荷が電気外科的器具、導体がそれら
を接続するケーブルとすることが可能となる。第１３の
発明にかかる電流検出素子によれば、電流センサを負荷
側に配置することが可能となる。第１４の発明にかかる
電流検出素子によれば、主導体にスイッチを設けスイッ
チ開時に基準電圧を計測し、スイッチ閉時に計測電圧か
ら減算することにより実際に負荷に到達する電流を求め
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は発振器から負荷に到達する電流の測定に
影響する分布容量の効果を示す回路図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施例のブロック図であ
る。
【図３】図３は本発明の第１の実施例の回路図である。
【図４】図４は磁気減算器を含む第１の実施例の回路図
である。
【図５】図５は基準導体正常判別手段を含む第１の実施
例の回路図である。
【図６】図６は第２実施例の回路図である。
【図７】図７は本発明の第３の実施例のブロック図であ
る。
【図８】図８は本発明の第３の実施例の回路図である。
【符号の説明】
１０…発振器 １２ａ…負荷 １４…主導体 １６…ケーブル ２２…基準導体 ２４…電流変成器 ２６…第２の電流変成器

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主導体と電源への帰還路との間の分布容
    量によって主導体の電源側における電流測定によっては
    医学的器具である負荷に到達する正確な電流を知ること
    ができない場合に使用される、電源から医学的器具であ
    る負荷の末端に電流を供給するための主電気導体の末端
    に接続される医学的器具である負荷に電源から到達する
    交流電流を検出するための電流検出素子であって、 前記電流検出素子が主導体の全長にわたって主導体に沿
    って配置され、医学的器具である負荷近傍にまで延び、
    医学的器具である負荷には接続はされていない基準電気
    導体と、 分布容量の効果を除去して医学的器具である負荷に到達
    する電流に対応する電流測定値を得るために、医学的器
    具に流れる全負荷電流から前記基準導体を流れる電流を
    減算するための減算手段と、を具備する電流検出素子。
  2. 【請求項２】 前記減算手段が磁気的減算手段である請
    求項１に記載の電流検出素子。
  3. 【請求項３】 前記磁気的減算手段が、 主および副導体を流れる電流の差が出力となるように、
    第１の方向に巻回された主導体と、第１の方向と逆方向
    に巻回された副導体と、で構成された電流変成器である
    請求項２に記載の電流検出素子。
  4. 【請求項４】 前記基準導体が正常であるか否かを判定
    する判定手段をさらに具備する請求項１に記載の電流検
    出素子。
  5. 【請求項５】 前記判定手段が、 前記基準導体を流れる電流を検出する第２の電流変成器
    である請求項４に記載の電流検出素子。
  6. 【請求項６】 前記減算手段が、 前記主導体に直列に接続される第１のインピーダンス
    と、 前記基準導体に直列に接続される第２のインピーダンス
    と、 前記第１および第２のインピーダンスの両端に発生する
    電圧の差を検出する差電圧検出手段と、から構成される
    請求項１に記載の電流検出素子。
  7. 【請求項７】 前記差電圧検出手段が、 前記第１のインピーダンスの両端に接続される入力端子
    を有する第１の演算増幅器と、 前記第２のインピーダンスの両端に接続される入力端子
    を有する第２の演算増幅器と、 前記第１および第２の演算増幅器の出力端子に接続され
    る入力端子を有する第３の演算増幅器と、から構成され
    る請求項７に記載の電流検出素子。
  8. 【請求項８】 前記基準導体が正常であるか否かを判定
    する判定手段をさらに具備する請求項７に記載の電流検
    出素子。
  9. 【請求項９】 前記判定手段が、 前記第２のインピーダンスに接続される第２の演算増幅
    器の出力に接続される出力端子である請求項８に記載の
    電流検出素子。
  10. 【請求項１０】 前記第２の導体が正常であるか否かを
    判定する判定手段をさらに具備する請求項９に記載の電
    流検出素子。
  11. 【請求項１１】 前記主導体と前記基準導体とが全長に
    わたって縒り合わされた請求項１に記載の電流検出素
    子。
  12. 【請求項１２】 前記電源が電気外科的発振器であり、 前記医学的器具が電気外科的電極であり、 前記主導体、前記基準導体および帰還路が前記発振器と
    前記医学的器具とを接続する接続ケーブル中に含まれる
    請求項１に記載の電流検出素子。
  13. 【請求項１３】 主導体と電源への帰還路との間の分布
    容量によって主導体の電源側における電流測定によって
    は医学的器具である負荷に到達する正確な電流を知るこ
    とができない場合に使用される、電源から医学的器具で
    ある負荷の末端に電流を供給するための主電気導体の末
    端に接続される医学的器具である負荷に電源から到達す
    る交流電流を検出するための電流検出素子であって、 前記電流検出素子が医学的器具である負荷に到達する電
    流の検出を可能とするための主導体の末端に位置する電
    流検出手段である電流検出素子。
  14. 【請求項１４】 主導体と電源への帰還路との間の分布
    容量によって主導体の電源側における電流測定によって
    は医学的器具である負荷に到達する正確な電流を知るこ
    とができない場合に使用される、電源から医学的器具で
    ある負荷の末端に電流を供給するための主電気導体の末
    端に接続される医学的器具である負荷に電源から到達す
    る交流電流を検出するための電流検出素子であって、 前記主導体に直列に接続され、主導体の負荷端に位置
    し、閉状態に計測された電流から減算される電源作動時
    開状態における基準電流レベルとして機能する基準電圧
    の測定を可能とするスイッチ手段を含む電流検出素子。
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