JPH10503410A - 外科用ガスプラズマ点火装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外科用装置内でプラズマを点火する装置及び方法が開示される。コロナ放電は、外科手術のためにプラズマアーク１９を点火するのに使用される外科用ハンドピース上で発生される。利点は、信頼性及び再現性の高いプラズマアーク１９の点火を含む。前記装置は、活性電極を組み込んだハンドピースと、イオン化自在のガス１２用の通路と、コロナリターン電極１７とを備えている。コロナリターン電極１７は、ホルダー１１上で該ホルダー１１の末端２０近傍に端子を有する。コロナリターン電極１７は、電気外科用発電機のリターン路に電気的に接続される。十分な強度の不均一の電界が活性電極１４と、コロナリターン電極１７との間に発生されて、活性電極１４の近傍にコロナが形成される。別個のリターン電極１７を患者２５に設けることが可能である。また、前記装置を、ハンドピース上にリターン電極１７を支持するようにして双極の電気外科用作用する構造とすることが可能である。誘電体材料で活性電極１４と、コロナリターン電極１７とを分離する。活性電極１４と、コロナリターン電極１７との間には略容量性接続が存在する。活性電極１４と、コロナリターン電極１７との間には略抵抗性接続が存在する。

Description

【発明の詳細な説明】 外科用ガスプラズマ点火装置及び方法 １．発明の分野 本発明は、電気外科用エネルギー及びガスプラズマを組み込んだ外科用装置に 関し、より詳細にはプラズマを点火する改良された装置及び方法に関する。 ２．開示の背景 ガスプラズマは、電気エネルギーを伝導することができるイオン化されたガス である。プラズマは、外科用装置に使用されて患者に電気外科用エネルギーを伝 導する。プラズマは、電気抵抗が低い通路を画定してエネルギーを伝導する。電 気外科用エネルギーは、この通路を辿って、患者の血液または組織の切断、凝固 、乾燥または高周波療法を施すのに使用される。このプラズマを用いた方法の一 つの利点は、電極と、処置中の組織とが物理的に接触する必要がないことである 。 プラズマは、ガスをイオン化することにより生成される。電気外科用装置のあ るものは、安定した流れで患者に向かって指向される調整されたイオン化自在の ガス源を有している。この方法において典型的に使用されるガスは、アルゴンで あるが、その他のガスを使用することも可能である。一定の方向に指向されたガ ス流を有することの一つの利点は、斯かる流れによりプラズマアークの焦点を正 確に合わせて指向することができることである。 調整ガス源を組み込んでいない電気外科用装置では、活性電極と患者との間で 周囲の空気がイオン化される。それにより生成されたプラズマが電気外科用エネ ルギーを患者に伝導するが、イオン化自在のガス流が調整される装置と比較する と、プラズマアークが空間的により拡散して見えるのが典型的である。 プラズマを使用する上での難点の一つは、プラズマの開始である。プラズマを 生成するためには、ガス内で十分な自由電子を加速させてイオン化のための一連 の衝突を開始させる強力な電界が必要となる。これは、プラズマの「点火」と呼 ばれることがある。プラズマは一旦点火されると、低電界電位で持続される。 プラズマを点火する強力な電界を生成するのに現在幾つかの技術が使用されて いる。一つの技術は、電極の先端を外科処置を施す部位に極めて接近させるよう に移動することである。電極と、外科処置を施す部位との間の通路に沿った電界 は、該電極及び外科処置を施す部位との間隔が狭くなるに連れて増大し、プラズ マを点火するに十分なレベルまで到達する。この方法の欠点は、外科医が電極を 注意深く操作して、組織に接触させずに外科処置を施す部位へ接近するように移 動しなければならないことである。電極が組織に接触すると、電極が組織に刺さ り、焼痂を生じて、それが電極に体積してしまう。腹腔鏡処置をしている間に、 外科医が電極がどれだけ組織に接近しているかを感知するのが困難になることが しばしばある。 別のプラズマ点火技術では、先の尖った電極を使用して、該電極の先端で強力 な電界を発生する。しかしながら、先の尖った電極は、外科医が組織の切断やそ の他の手技を施すのにブレード状の電極を必要とする場合には、好ましいもので はないかも知れない。別の技術では、検出器が、リターン電極との間で閉回路を 検出するまで外科用電極に高電圧スパイクを供給することである。一旦閉回路が 検出されると、高電圧スパイクの供給が終了して、電気外科用発電機は、通常に 戻って通常の波形出力を行う。この技術は有効ではあるが、高電圧に耐えられる 複雑な電子機器や部品を必要とする。 米国特許第４，０６０，０８８号は、高周波療法を用いた凝固装置及び方法に 関する。この装置は、筒状の電気外科用電極を囲繞する不活性イオン化自在のガ ス源を有している。プラズマの点火に使用される電気外科用エネルギーの周期的 バースト源が開示されている。また、プラズマの点火を補助する補助放電が開示 されており、この補助放電は、外科医の指と、活性電極との間に確立された電界 から生じる。 米国特許第４，７８１，１７５号は、体液を除去して、凝固または改善された 焼痂の形で高周波療法を達成するイオン化自在のガスジェットを有している。ガ スジェット流及び電気外科用エネルギーを制御する回路及びコンピュータ論理が 示されている。 米国特許第４，９０１，７２０号及びこの特許の再発行である再発行特許第３ ４，４３２号は、イオン化を開始するのに十分なエネルギーを有しつつ、許容限 度内で漏れ電流を維持するのに印加されるバーストエネルギーパルスの速度に関 する。パルス幅、共振、波形及び出力によりバーストエネルギーを制御する回路 及び論理図が提供されている。 米国特許第４，０４０，４２６号は、不活性ガスが管に沿って流れるにつれて 発生する帯電粒子を利用してプラズマを起こす方法及び装置に関する。この電荷 は、管の内側に向かって尖った先端を介してこの管から流れでて、プラズマを起 こすのに使用される。 米国特許第４，９０１，７１９号は、イオン化自在のガス送出装置と組み合わ された電気外科用ユニットを有しており、該ユニットにおいてもガス伝導手段に 関する改良がなされている。 上記に参照した開示は、参照として本書に組み込まれるとともに、本書の一部 を成している。 現在の技術状態では外科用装置のプラズマの点火に関係した困難な点を完全に 克服していない。プラズマ点火を行うより簡単で信頼度の高い装置及び方法があ れば、プラズマを基本にした装置、及び従って外科医がより効果的に作業を行う ことが可能となる。 発明の概要 外科用装置においてプラズマを点火する装置及び方法が開示される。この開示 により実現される利点には、より信頼度及び再現性の高いプラズマ点火が含まれ る。現在のプラズマ点火技術では、しばしば外科医が困難な操作を要求されたり 、または、複雑な電子機器が必要とされることから、これは、現在の技術状態よ り著しく進んだ技術を表すことになる。 本開示の基本は、「コロナ」及び「プラズマアーク」と言った２つの異なる種 類のプラズマ放電の生成及び利用である。プラズマアークは、外科目的で患者に 使用されるプラズマ放電のことである。コロナは、電界が大幅に高められる先の 尖った電極またはワイヤ電極の周りに起こる低電流プラズマ放電である。「プラ ズマ点火」とは、プラズマアークの点火のことである。本開示の目的は、プラズ マ点火を補助するコロナを発生利用することである。 ガス放電は、バックグラウンドガスの電子雪崩（ａｖａｌａｎｃｈｅ）イオン 化の原理に基づいて作用する。外科装置においては、バックグラウンドガスがア ルゴンであるのが典型的であるが、その他効果的であると公知のガスもある。電 子雪崩イオン化の工程は、種子電子が印加された電界内で加速されて、衝突時に ガス原子または分子をイオン化するのに十分なエネルギーになった時に開始され る。衝突の結果１個のイオンと、２個の自由電子が生まれ、更に２個のガス原子 をイオン化して、４個の自由電子が生まれると言った具合に工程が進む。 電子密度は、種子電子が移動する距離の累乗で増加し、電気エネルギーを伝導 することが可能なプラズマが発生する。これは、プラズマ点火機構の原則である 。外科用装置は、プラズマを利用して電気外科用エネルギーを、堅い電極を組織 に接触させずに、患者の組織へ伝導する。斯かる電気外科用装置を利用して、患 者の血液または組織を切断、凝固、乾燥または高周波療法を施すことが可能とな る。 電子雪崩イオン化の簡単な説明では、電子損失メカニズムを無視する。プラズ マが点火される前に、予備の電子損失メカニズムが単一の種拡散を終了する。電 気的陰性の原子または分子の出現も損失メカニズムである。これらの損失を克服 するために強力な電界が必要となる。プラズマが点火した後で、拡散がアンビポ ーラー（ａｍｂｉｐｏｌａｒ）となり、電子拡散損失率が著しく低減する。この ように、一旦プラズマが点火されると、弱い電界によりプラズマアークを持続す ることが可能となる。 このことは、外科用装置について言えば、外科医がプラズマを点火する強力な 電界を持たねばならないことを意味する。ある装置では、外科医は、活性電極を 患者の組織に接近させるように移動し、これにより強力な電界を発生することが 必要となる。プラズマが最終的に点火した時の活性電極と、患者の組織との間の 間隙は「点火間隙」と呼ばれる。一旦プラズマが点火されると、外科医は、点火 間隙より広い作業距離でアークを持続させることが可能となる。これは、プラズ マを持続させるには、プラズマを点火するのに必要な電界より弱い電界があれば 良いからである。低い電気外科用電力が印加される時の点火間隙と、作業距離と の差は大きさの程度と同程度とすることが可能である。 プラズマの点火を制限する別の要因は、種子電子が利用できるか否かである。 種子電子は、例えば宇宙線から偶然または不規則に現れる。これにより、外科医 が活性電極を適切な点火間隙に位置決めしたとしても、アークの点火が不確かな 出来事になってしまう。 ガスプラズマの形成の根底にあるメカニズムに関する上記の説明から、自由電 子源により電子雪崩イオン化やプラズマの点火が大々的に容易にされることが明 白である。拡散損失を克服するのに必要な電界を低減し、それにより、点火間隙 を広げることが可能である。自由電子源は、また、種子電子を供給する。この結 果、信頼性及び再現性の高いプラズマの点火が可能となる。従って、自由電子源 により、プラズマを必要とする外科処置が容易になるとともに、その効果が高め られる。 コロナは、一種の放電であり、従って、自由電子源となり得る。外科用器具の 活性電極の周りにコロナを形成することにより、点火間隙を広げ、また、プラズ マ点火の信頼性を高めると言った所望の目的が達成される。コロナは、低電流放 電であるから、電力の消費は比較的少なく、従って、患者に送られる電力への影 響はほんの若干程度である。コロナは、著しく大きさの異なる活性電極及びリタ ーン電極により発生される非常に不均一な電界にのみ発生する。 斯かる電界は、電極の形状及び位置決めを適切に選択することにより電気外科 用装置内で発生することが可能となる。例えば、電極を同軸状に配置し、中心の 電極の径を同軸状外側にある電極の径より著しく小径にすることが可能である。 同軸状配置は、本発明の一つの可能な実施形態であるが、その他の電極配置であ っても必要とされる電界を生成することが可能である。別の可能な配置は、ハン ドピース内にワイヤメッシュを設け、該ワイヤメッシュをリターン電位に電気的 に接続することである。 この開示は、単極、双極及び１．５極（セスクイポーラー）の装置を含めた全 ての電気外科用プラズマ装置に適用できる。単極装置においては、活性電極が外 科用ハンドピースに設けられ、リターン電極が別途患者に取り付けられる。双極 及び１．５極装置においては、活性電極及びリターン電極双方が外科用ハンドピ ースに設けられる。この開示は、また、調整ガス源を有する電気外科用装置、及 び空気をイオン化するようにされた電気外科用装置にも適用できる。 本開示は、「コロナリターン電極」と呼ばれる第３の電極の使用を教示する。 コロナリターン電極は、外科用ハンドピース上に配置されるとともに、電気外科 用発電機のリターン電位に電気的に接続される。コロナリターン電極は、電気外 科用リターン電極とは物理的に異なるが、双方とも電気外科用発電機のリターン 電位と電気的に同一回路を形成している。活性電極と、コロナリターン電極との 間でアークが形成されるのを防止するために誘電体バリヤが必要となる。該誘電 体バリヤは、また、イオン化されたガスと、コロナリターン電極との間でアーク が形成されるのを防止するのに使用することが可能である。 不均一な電界は、コロナリターン電極と、活性電極との間で発生する。十分に 強力であれば、この電界によりコロナが活性電極の周りに発生する。コロナは、 次いでプラズマ点火を補助する。比較的少量の電流がコロナリターン電極を介し て伝導される。この電流は、主として、活性電極と、コロナリターン電極との間 の容量結合の結果生じるものである。 外科医が斯かる電気外科用装置を使用している時には、電気外科用エネルギー は、活性電極に沿って移動し、プラズマを介して患者に到達し、次いで、電気外 科用リターン電極へ至り、電気外科用発電機のリターン端子に戻る。単極装置で は、電気外科用リターン電極がハンドピース上に配置され、従って、電気外科用 エネルギーがプラズマと、電気外科用リターン電極との間で直接アークを形成し ないことを確実にすることが必要となる。これは、誘電体バリヤを備えるか、ま たは、プラズマと、電気外科用リターン電極との間の空気による間隙を十分にと ること、または、前記２つの方法を組み合わせることで達成可能となる。 図面の簡単な説明 図１は、調整ガス源及びガスプラズマ点火装置を備えた単極電気外科用装置の 略図である。 図２は、ガスプラズマ点火装置を備えた単極電気外科用装置の略図である。 図３は、単極電気外科用装置のホルダーの端面図をしめした略図である。 図４は、単極電気外科用装置のホルダーの末端をしめした略図である。 図５は、双極電気外科用装置のホルダーの末端をしめした略図である。 発明の詳細な説明 プラズマ点火装置の幾つかの実施例を以下に説明する。この点火装置の基本は 、コロナの形成である。コロナは、プラズマアークとは異なる一種のプラズマ放 電である。実施例の各々においては、コロナリターン電極が活性電極と組み合わ さ れて使用されて、コロナの形成を助成する不均一の電界を形成する。 プラズマ点火装置１０の第１の実施例は、図１に示す如く、調整されたイオン 化自在のガス源１２を有する電気外科用装置に使用することができる。第１の実 施例は、ホルダー１１と、調整されたイオン化自在のガス源１２と、前記ホルダ ー内を貫通するイオン化自在のガス用の通路１３と、活性電極１４と、電気リタ ーン１５と、高周波電気エネルギー源１６と、コロナリターン電極１７と、誘電 体部材１８の要素を備えている。ホルダーまたはハンドピース１１は、外科医が プラズマアーク１９を印加している間に制御を行うためのものである。ホルダー １１は、プラズマ１９が放出される末端２０を有する。ホルダー１１の末端２０ は、外科医により外科処置を施す部位へ指向される。調整されたイオン化自在の ガス源１２は、ガスレギュレータを取り付けた圧力容器１２であるのが典型的で ある。イオン化自在のガスは、アルゴンであるのが典型的であるが、その他のガ ス、特に貴ガスがイオン化自在であるのは公知であり、使用することが可能であ る。ホルダー１１を貫通する通路１３は、基端２３ａにおいて調整されたイオン 化自在のガス源１２に接続され、ガスがホルダー１１を貫通し、末端２０におい てホルダー１１から流出するようにされている。 高周波電気エネルギー源１６は、コロラド州、ボウルダー市のバレーラブ社（ ＶａｌｌｅｙＬａｂ，Ｉｎｃ．，Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ）により製造されている フォース４０（Ｆｏｒｃｅ４０）等の電気外科用発電機であるのが典型的である 。電気外科用発電機１６は、活性電位及びリターン電位の電気端子２３及び２４ を有する。活性電極１４は、電気外科用発電機１６の活性端子２３に電気的に接 続される。活性電極１４は、ホルダー１１を貫通する通路１３内に配置され、イ オン化自在のガスが流れて活性電極１４と接触するようにされている。 電気リターン路１５は、高周波電気エネルギー源１６に接続されるとともに、 患者２５の組織または体液とともに同一の回路に入れられている。電気リターン １５は、図４に示す如く、単極装置２６では、別途患者２５に取り付けることが 可能である。或いは、図５に示す如く、双極装置２７では、ホルダー１１上に配 置することが可能である。 各実施例において、コロナリターン電極１７は、ホルダー１１上で末端２０の 近傍に配置される。コロナリターン電極１７は、電気外科用発電機１６のリター ン路１５に電気的に接続される。コロナリターン電極１７の機能は、活性電極１ ４と共に不均一の電界を確立することである。不均一の電界は、活性電極１４の 近傍にコロナを形成させて、該コロナが外科用プラズマ１９を起こす助成をする 。 誘電体部材１８は、活性電極１４をコロナリターン電極１７から分離する。活 性電極１４と、コロナリターン電極１７との間には電気結合があり、該電気結合 は略容量性を有している。この結果、コロナリターン電極１７内で電流が発生す るが、該電流は、患者２５を介して回路が閉鎖された時の電気リターン１５内の 電流の量と比較すると、僅かなものであるのが典型的である。 プラズマ点火装置１０の別の実施例は、図２に示す如く、調整されたイオン化 自在のガス源を有しない電気外科用装置２９に使用することが可能である。これ らの装置２９は、活性電極１４と、患者２５との間の領域の空気をイオン化して 、患者に活性電極１４を物理的に接触させずに、電気外科用エネルギーを患者に 伝導するのに必要とされる。この実施例は、ホルダー１１と、活性電極１４と、 電気リターン１５と、高周波電気エネルギー源１６と、コロナリターン電極１７ と、誘電体部材１８の要素を備えている。この実施例は、活性電極１４と、コロ ナリターン電極１７との間に不均一の電界を発生させて、コロナ２８が活性電極 １４の近傍に形成されるようにされたものである。コロナ２８は、活性電極１４ と、患者２５との間の空気間隙をイオン化するのを助成する。 コロナリターン電極１７には幾つかの実施例がある。１つの実施例では、図３ に示すごとく、コロナリターン出極１７は、導電性のメッシュであり、誘電体部 材１８の外側表面上に配置される。別の実施例では、図４に示す如く、誘電体部 材１８は、筒であり、コロナリターン電極１７は、薄い中空の円筒であり、前記 筒１８上に配置される。別の実施例では、コロナリターン電極１７は、誘電体部 材１８の外側表面上の導電性付着層である。更に別の実施例では、コロナリター ン電極１７は、誘電体部材１８中に埋設された導電性メッシュである。 当業者であれば、コロナリターン電極１７の実施例は数多く可能であるのが理 解できる。所望の目的は、コロナ２８を発生するのに十分な強度を有する不均一 な電界を生成することである。電極のサイズ、形状及び配置を操作することで所 望の電界特性を生成することができる。 本発明の実施例を前記の如く説明してきたが、その目的は、例示と説明のため である。前記実施例は、網羅的であること及び本発明を開示した態様に制限する ことを意図していない。前記の教示内容を参考にして数多くの修正及び変更が可 能であることは明らかである。前記の実施例は、本発明の原理及び応用を最も良 く説明するために選択且つ説明されたものである。本発明を著しく異なる器具及 び装置により実施することが可能であり、且つ、本発明の範囲を逸脱することな く器具の詳細及び製造方法の双方を様々に修正することが可能なことは明らかな ことである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 性電極１４と、コロナリターン電極１７との間には略抵 抗性接続が存在する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 外科医により患者２５の組織または体液に印加されるプラズマアーク１９ を起こすコロナであって、 患者２５に向けられた末端２０を有する、プラズマアーク１９の印加中に外科 医が制御を行うためのホルダー１１と、 調整されたイオン化自在のガス源１２と、 ホルダー１１を貫通し且つ基端方向で前記調整されたイオン化自在のガス源１ ２と接続されて前記イオン自在のガスが貫通して流れるようにせれた通路と、 該通路内で前記末端２０から伸長し、前記調整されたイオン化自在のガス源１ ２と接触する活性電極と、 該活性電極と接続された高周波電気エネルギー源１６と、 該高周波電気エネルギー源１６に接続され、組織または体液と同一回路に入れ られたリターンと、 前記末端２０及び前記活性電極の近傍に配置され、前記高周波電気エネルギー 源１６に接続されて、前記活性電極とともに電界を確立するコロナリターン電極 １７と、 前記末端２０の近傍の誘電体部材１８であって、前記活性電極と、前記コロナ リターン電極１７との間に、且つ、前記イオン化自在のガス１２と、前記コロナ リターン電極１７との間に配置されて、前記プラズマアーク１９を起こすのを助 成するコロナを前記活性電極の周りに生成するを可能にする誘電体部材１８と、 を備えていることを特徴とするコロナ。 ２． 前記通路は、ホルダー１１と協働する筒であり、前記活性電極が該筒の少 なくとも一部内で略中央に配置されて同軸状となることを特徴とする請求項１に 記載のコロナ。 ３． 前記コロナリターン電極１７は、前記筒の外部表面上で同軸状に支持され た薄い中空の円筒であることを特徴とする請求項２に記載のコロナ。 ４． 前記通路は、誘電体材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記 載のコロナ。 ５． 前記活性電極及び前記通路は、少なくとも前記筒の一部に亘って互いに同 軸状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコロナ。 ６． 前記コロナリターン電極１７は、少なくとも部分的に導電性メッシュの形 態にされていることを特徴とする請求項１に記載のコロナ。 ７． 前記コロナリターン電極１７は、少なくとも部分的に導電性フォイルの形 態にされていることを特徴とする請求項１に記載のコロナ。 ８． 前記通路は、前記ホルダー１１に関係した筒であり、前記コロナリターン 電極１７は、該筒に支持されたワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の コロナ。 ９． 電気外科用装置においてプラズマアーク１９を起こすコロナであって、 活性電位の端子及びリターン電位の端子を有する高周波電気エネルギー源１６ と、 プラズマアーク１９が放電される末端２０を有するホルダー１１と、 該ホルダー１１に支持されるとともに、電気的に前記活性電位の端子と同一の 回路に入れられた活性電極と、 前記ホルダー１１内に支持され且つ電気的に前記リターン電位の端子と同一の 回路に入れられたコロナリターン電極１７であって、略容量性の手段により前記 活性電極に接続されて、前記ホルダー１１の前記末端２０近傍にコロナ放電が形 成されるようにされたコロナリターン電極１７と、 前記活性電極と、前記コロナリターン電極との間に配置された誘電体部材１８ と、を備えていることを特徴とするコロナ。 １０． 電気外科用装置内で活性電極を有するホルダー１１の末端２０から放電 されるプラズマアーク１９を開始するためコロナを使用する方法であって、 コロナリターン電極１７を前記ホルダー１１の前記末端２０の近傍に位置決め する段階と、 前記活性電極と前記コロナリターン電極１７との間に誘電体バリヤを位置決め する段階と、 実質的に容量性の手段により前記活性電極と前記コロナリターン電極とを電気 的に接続する段階と、 前記ホルダー１１の前記末端２０の近傍でコロナを発生する段階と、 該コロナを使用して前記プラズマアーク１９の開始を助成する段階と、を含む ことを特徴とする方法。