KR20220110491A - 전기수술 기구 - Google Patents

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크리스토퍼 폴 핸콕
루이스 터너
시몬 메도우크로프트
조지 크리스챤 울리히
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Abstract

본 발명은 조직을 절단하고 응고시키기 위해 생물학적 조직에 무선주파수 및 마이크로파 에너지를 전달하기 위한 전기수술 기구를 제공한다. 전기수술 기구는 무선주파수(RF) 에너지 및 마이크로파 에너지를 전달하기 위한 동축 전송 라인, 및 동축 전송 라인의 원위 단부에 결합된 에너지 전달 팁을 포함한다. 에너지 전달 팁은: 동축 전송 라인의 내부 전도체와 전기적으로 결합되며, 동축 전송 라인의 외부 전도체 원위 단부를 넘어 돌출된 제1전극; 동축 전송 라인의 외부 전도체에 전기적으로 결합되고 제1 전극의 일부를 따라 동축으로 연장되는 제2 전극; 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 유전체 바디를 포함한다. 제1 전극은 유전체 바디의 원위 단부를 넘어 돌출되는 돌출 닙을 포함한다. 제2 전극 및 유전체 바디는 에너지 전달 팁의 원위 단부에서 노출되는 부분들을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극은 (i) 동축 전송 라인에 의해 전달되는 RF 에너지를 전달하기 위한 바이폴라 구조, 및 (ii) 동축 전송 라인에 의해 전달되는 마이크로파 에너지를 방사하기 위한 안테나로 구성된다.

Description

전기수술 기구
본 발명은 조직을 절단하고 응고시키기 위해 생물학적 조직에 무선주파수 및 마이크로파 에너지를 전달하기 위한 전기수술 기구(electrosurgical instrument)에 관한 것이다. 전기수술 기구는 유연한 내시경 검사(endoscopy)에 사용하기에 특히 적합할 수 있고, 예를 들어 내시경의 기구 채널을 통과할 수 있는 크기이다. 그러나, 본 발명은 다른 유형의 절차, 예를 들어 경직된 복강경 검사(rigid laparoscopy) 또는 개복 수술(open surgery)에 적용 가능하다.
외과적 절제술(surgical resection)은 간, 비장 또는 장과 같은 인간이나 동물의 신체 내 장기와 관련된 원치 않는 조직의 일부를 제거하는 수단이다. 조직이 절단(분할 또는 절단)되면 세동맥(arteriole)이라고 하는 작은 혈관이 손상되거나 파열된다. 초기 출혈 후에는 출혈 포인트를 막으려는 시도로 혈액이 혈전(clot)으로 변하는 응고 캐스케이드(coagulation cascade)가 뒤따른다. 수술 중 환자는 가능한 한 적은 양의 혈액을 잃는 것이 바람직하므로 무혈 절단을 제공하기 위한 다양한 디바이스가 개발되었다.
예를 들어, Hemostatix® 열 메스 시스템(Thermal Scalpel System)은 날카로운 블레이드와 지혈 시스템(haemostatic system)을 결합한다. 블레이드는 플라스틱 재질로 코팅되어 있으며 블레이드의 온도를 정확하게 제어하는 가열 유닛에 연결되어 있다. 의도는 가열된 블레이드가 조직이 절단될 때 조직을 소작하는(cauterise) 것이다.
동시에 절단하고 출혈을 멈추게 하는 다른 알려진 디바이스는 블레이드를 사용하지 않는다. 일부 디바이스는 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하여 조직을 절단 및/또는 응고시킨다. 다른 디바이스(고조파 메스로 알려짐)는 빠르게 진동하는 팁을 사용하여 조직을 절단한다.
RF 에너지를 이용한 절단 방법은 전류가 조직 매트릭스를 통과할 때(세포의 이온 함량에 의해 보조됨) 조직을 가로지르는 전자 흐름에 대한 임피던스가 열을 발생시키는 원리를 사용하여 작동한다. 순수한 사인파가 조직 매트릭스에 적용되면, 조직의 수분 함량을 증발시키기에 충분한 열이 세포 내에서 생성된다. 따라서 세포막에 의해 제어될 수 없는 세포 내부 압력이 크게 상승하여 세포가 파열된다. 이것이 넓은 영역에 걸쳐 발생하면 조직이 절단되었음을 알 수 있다.
RF 응고는 조직에 덜 효율적인 파형을 적용하여 작동하므로, 기화되는 대신, 세포 내용물이 약 65
Figure pct00001
C로 가열된다. 이것은 건조(desiccation)에 의해 조직을 건조시키고 혈관벽의 단백질과 세포벽을 구성하는 콜라겐을 변성시킨다. 단백질을 변성시키면 응고 캐스케이드에 대한 자극으로 작용하여 응고가 향상된다. 동시에 벽의 콜라겐은 막대 모양의 분자에서 코일로 변성되며, 이는 혈관을 수축시키고 크기를 줄여 혈전에 고정점을 제공하고 막힐 더 작은 영역을 제공한다. 혈전에 앵커 포인트(anchor point)를 제공하고 플러깅할 더 작은 영역을 제공한다.
생물학적 조직에 열 에너지를 적용하는 것이 또한 세포를 죽이는 효과적인 방법이다. 예를 들어, 마이크로파의 적용은 생물학적 조직을 가열하여 이를 절제(파괴)할 수 있다. 이 방법은 암 조직이 이러한 방식으로 절제될 수 있기 때문에 특히 암 치료에 사용될 수 있다.
가장 일반적으로, 본 발명은 마이크로파 에너지로 조직 영역(ablating)을 절제하는 동시에 RF 에너지로 절제(resection)를 수행할 수 있는 전기수술 기구를 제공한다. 이 기는 생물학적 조직의 정확한 절단을 용이하게 하기 위해 포커싱된 RF 필드를 방출하는 펜 모양의 프로파일을 가진 말단 바이폴라 에너지 전달 팁을 갖는다.
본 발명에 따르면, 전기수술 기구가 제공되며, 이는: 무선주파수(RF) 에너지 및 마이크로파 에너지를 전달하기 위한 동축 전송 라인; 상기 동축 전송 라인의 원위 단부에 결합된 에너지 전달 팁을 포함하고, 상기 에너지 전달 팁은: 상기 동축 전송 라인의 내부 전도체와 전기적으로 결합되며, 상기 동축 전송 라인의 외부 전도체 원위 단부를 넘어 돌출된 제1 전극; 상기 동축 전송 라인의 상기 외부 전도체에 전기적으로 결합되고 상기 제1 전극의 일부를 따라 동축으로 연장되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 유전체 바디를 포함하고, 여기서: 상기 제1 전극은 상기 유전체 바디의 원위 단부를 넘어 돌출되는 돌출 닙을 포함하고; 상기 제2 전극 및 상기 유전체 바디는 상기 에너지 전달 팁의 상기 원위 단부에서 노출되는 부분들을 포함하고; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 (i) 상기 동축 전송 라인에 의해 전달된 상기 RF 에너지를 전달하기 위한 바이폴라 구조, 및 (ii) 상기 동축 전송 라인에 의해 전달된 상기 마이크로파 에너지를 방출하기 위한 안테나로 구성된다.
위의 구조로, 본 발명의 기구는 돌출 닙에서 RF 에너지의 포커싱된 전달을 제공하고, 이는 절단 라인을 "그리는" 펜으로 디바이스를 작동시켜 정확한 절단을 용이하게 한다. 유리하게는, 에너지 전달 유닛은 또한 출혈의 경우에 모든 급속 응고에 마이크로파 에너지를 전달하도록 구성된다. RF 및 마이크로파 에너지는 개별적으로 또는 동시에 적용될 수 있다.
RF 에너지의 최적의 포커싱을 달성하기 위해, 돌출 닙 주위에 동심원으로 배열된 에너지 전달 팁은 유전체 바디의 노출된 부분과 제2 전극의 노출된 부분을 포함하는 원위로 향하는 단부 표면을 가질 수 있다. 따라서 정면에서 볼 때, 기구는 그 중앙에 돌출 닙이 있는 불스아이와 비슷할 수 있다. 따라서 기구는 중심 길이 방향 축(예를 들어, 동축 전송 라인의 축)을 중심으로 회전 대칭을 가져 기구의 방향에 관계없이 전류 효과가 균일하도록 할 수 있다.
원위를 향하는 단부 표면은 전달된 RF 에너지를 돌출 닙에서 포커싱하도록 프로파일링될 수 있다. 원위 단부 면을 프로파일링하는 것도, 작업자가 돌출 닙을 볼 수 있도록 함으로써 가시성을 높이는 데 도움이 될 수 있으며,
일 예에서, 원위를 향하는 단부 표면은 원추형일 수 있으며, 즉 돌출 닙을 향해 선형 방식으로 테이퍼링될 수 있다. 원추형 표면의 각도는 가시성과 필드 포커싱을 돕기 위해 선택될 수 있다. 일 예에서, 원위를 향하는 단부 표면은 돌출 닙의 길이방향 축에 대해 45
Figure pct00002
의 각도를 가질 수 있다.
다른 예에서, 원위를 향하는 단부 표면은 라운드형, 예를 들어 돔형 또는 반구형일 수 있다. 돌출 닙을 갖는 이 구조는 에너지 전달 팁에 보틀노즈 형상을 줄 수 있다. 유전체 바디의 노출된 부분은 바람직하게는 제2 전극의 노출된 부분의 원위 단부보다 원위로 더 돌출된다.
제1 전극은 내부 전도체의 원위로 연장되는 부분에 의해 형성될 수 있다. 다시 말해서, 내부 전도체는 에너지 전달 팁을 통해 동축 전송 라인으로부터 끊어지지 않고 연장되어 돌출 닙을 형성할 수 있다.
그러나, 다른 예에서, 제1 전극은 내부 전도체와 별개의 컴포넌트일 수 있다. 이는 커넥터 로드를 통해 내부 전도체에 결합될 수 있다. 커넥터 로드는 추가 컴포넌트일 수 있거나 제1 전극과 일체로 형성될 수 있다. 이 구성의 장점은 커넥터 로드 및/또는 제1 전극의 치수가 독립적으로 선택될 수 있다는 것이다. 이것은 아래에서 논의되는 바와 같이 마이크로파 에너지에 대한 에너지 전달 팁의 임피던스를 조정하는 데 도움이 될 수 있다.
커넥터 로드는 내부 전도체의 원위 단부의 외부 표면에 고정되는 근위 시스를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 전극은 내부 전도체의 연장부로서 연결될 수 있다. 커넥터 로드는 적절한 기술로 내부 전도체에 연결될 수 있지만 크림핑과 같은 기계적 연결이 선호될 수 있습니다.
제2 전극은 외부 전도체의 원위 부분 위에 놓이는 근위 부분을 갖는 전도성 슬리브를 포함할 수 있다. 전도성 슬리브는 근위 부분에서 외부 전도체에 전기적으로 연결되고 물리적으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 전도성 슬리브는 크림핑에 의해 외부 전도체에 고정될 수 있다.
기구는 동축 전송 라인의 원위 부분과 에너지 전달 팁의 근위 부분을 덮도록 배열된 외부 절연 재킷을 더 포함할 수 있다. 재킷은 동축 전송 라인과 에너지 전달 팁을 보호하고 원위 팁을 제외하고 구조에서 에너지가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
안테나는 마이크로파 에너지를 생물학적 조직에 커플링하기 위한 임피던스 변환기로 구성될 수 있다. 다시 말해서, 에너지 전달 팁은 동축 전송 라인의 임피던스를 마이크로파 에너지에 대한 일반적인 조직 임피던스로 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극, 유전체 바디 및 제2 전극은 에너지 전달 팁이 마이크로파 에너지에 대한 1/4 파장 변환기로 작동하게 하도록 선택된 길이를 가질 수 있다.
기구는 외과적 스코핑 디바이스의 기구 채널을 통해 맞도록 치수가 정해질 수 있다. 예를 들어, 기구의 최대 외부 직경은 2.0mm 이하일 수 있다. 일부 예에서, 기구는 1.0mm 이하의 최대 외부 직경을 갖도록 추가로 소형화될 수 있다. 돌출 닙은 0.2mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 돌출 닙은 1.0mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
"외과적 스코핑 디바이스"라는 용어는 침습적 절차 동안 환자의 신체에 도입되는 강성 또는 플랙서블(예를 들어, 조종 가능한) 도관인 삽입 튜브가 제공된 임의의 외과적 디바이스를 의미하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 삽입 튜브는 기구 채널 및 광학 채널을 포함할 수 있다(예를 들어, 삽입 튜브의 원위 단부에 있는 치료 부위의 이미지를 조명 및/또는 캡처하기 위해 빛을 전달하기 위한). 기구 채널은 침습적 외과적 툴을 수용하기에 적합한 직경을 가질 수 있다. 기구 채널의 직경은 5mm 이하일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 외과적 스코핑 디바이스는 초음파 가능 내시경일 수 있다.
본 명세서에서 "내부"라는 용어는 기구 채널 및/또는 동축 케이블의 중심(예를 들어, 축)에 방사상으로 더 가까운 것을 의미한다. "외부"라는 용어는 기구 채널 및/또는 동축 케이블의 중심(축)에서 방사상으로 더 먼 것을 의미한다.
"전도성"이라는 용어는 문맥에서 달리 지시하지 않는 한 전기 전도성을 의미하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
여기서, "근위" 및 "원위"라는 용어는 세장형 프로브의 단부들을 의미한다. 사용시, 근위 단부는 RF 및/또는 마이크로파 에너지를 제공하기 위한 발생기에 더 가깝고, 반면에 원위 단부는 발생기로부터 더 멀다.
본 명세서에서 "마이크로파"는 400MHz 내지 100GHz의 주파수 범위를 나타내기 위해 광범위하게 사용될 수 있지만, 바람직하게는 1GHz 내지 60GHz 범위이다. 마이크로파 EM 에너지에 대한 선호되는 스팟 주파수는: 915MHz, 2.45GHz, 3.3GHz, 5.8GHz, 10GHz, 14.5GHz 및 24GHz를 포함하고, 5.8GHz가 선호될 수 있다. 디바이스는 이러한 마이크로파 주파수들 중 하나 이상에서 에너지를 전달할 수 있다.
"무선주파수" 또는 "RF"라는 용어는 300kHz와 400MHz 사이의 주파수를 나타내는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 논의되며, 여기서:
도 1은 본 발명의 일 실시예인 전기수술 장치를 도시하는 개략도이고;
도 2는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 내시경의 기구 코드를 통한 개략적인 단면도이고;
도 3은 본 발명의 실시예인 전기수술 기구의 원위 단부의 단면도이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시예인 전기수술 기구의 원위 단부의 단면도이고;
도 5는 도 4의 전기수술 기구의 사시도이고; 및
도 6은 본 발명의 다른 실시예인 전기수술 기구의 원위 단부의 단면도이다.
도 1은 침습성(invasive) 전기수술 기구의 원위 단부에 무선주파수 에너지 및 마이크로파 에너지를 공급할 수 있는 전기수술 장치(100)의 개략도이다. 이 예에서, 장치는 또한 유체, 예를 들어 냉각 유체를 전달하도록 구성될 수 있지만, 그러나 그것이 필수적인 것은 아니다. 시스템(100)은 무선주파수(RF) 및 마이크로파 에너지를 제어 가능하게 공급하기 위한 발생기(102)를 포함한다. 이 목적에 적합한 발전기는 WO 2012/076844에 설명되어 있으며, 이는 참조로 여기에 포함된다. 발생기는 전달을 위한 적절한 전력 레벨을 결정하기 위해 기구로부터 다시 수신된 반사 신호를 모니터링하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 발생기는 최적의 전달 전력 레벨을 결정하기 위해 기구의 원위 단부에서 나타나는 임피던스(impedance)를 계산하도록 배열될 수 있다.
발생기(102)는 인터페이스 케이블(104)에 의해 인터페이스 조인트(106)에 연결된다. 인터페이스 조인트(106)는 또한 유체 흐름 라인(107)을 통해 주사기(syringe)와 같은 유체 전달 디바이스(108)에 연결된다. 일부 예에서, 장치는, 추가적으로 또는 대안적으로, 치료 부위로부터 유체를 흡인하도록 배열될 수 있다. 이 시나리오에서, 유체 흐름 라인(107)은 유체를 인터페이스 조인트(106)로부터 적절한 수집기(미도시)로 이송할 수 있다. 흡인 메커니즘(aspiration mechanism)은 유체 흐름 라인(107)의 근위 단부(proximal end)에서 연결될 수 있다.
필요한 경우, 인터페이스 조인트(106)는 예를 들어 하나 이상의 제어 와이어(control wire) 또는 푸시 로드(push rod)(도시되지 않음)의 길이 방향(앞뒤) 움직임을 제어하기 위해 트리거(trigger)를 밀어 작동할 수 있는 기구 제어 메커니즘을 수용할 수 있다. 제어 와이어들이 여러 개 있는 경우, 전체 제어를 제공하기 위해 인터페이스 조인트에 여러 개의 슬라이딩 트리거들이 존재할 수 있다. 인터페이스 조인트(106)의 기능은 발생기(102), 유체 전달 디바이스(108) 및 기구 제어 메커니즘으로부터의 입력들을 인터페이스 조인트(106)의 원위 단부로부터 연장되는 단일 플랙서블 샤프트(flexible shaft)(112)로 결합하는 것이다.
플랙서블 샤프트(112)는 외과적 스코핑 디바이스(surgical scoping device)(114)의 기구 채널(작업 채널(working channel)로도 알려짐)의 전체 길이를 통해 삽입 가능하며, 이는 본 발명의 실시예에서는 내시경을 포함할 수 있다.
외과적 스코핑 디바이스(114)는 다수의 입력 포트들 및 기구 코드(instrument cord)(120)가 연장되는 출력 포트를 갖는 바디(116)를 포함한다. 기구 코드(120)는 복수의 루멘(lumen)들을 둘러싸는 외부 재킷(outer jacket)을 포함한다. 복수의 루멘들은 바디(116)로부터 기구 코드(120)의 원위 단부까지 다양한 것들을 전달한다. 복수의 루멘들 중 하나는 위에서 논의된 기구 채널이다. 다른 루멘들은 예를 들어 원위 단부에서 조명을 제공하거나 원위 단부로부터 이미지를 수집하기 위해 광학 방사선(optical radiation)을 전달하기 위한 채널을 포함할 수 있다. 바디(116)는 원위 단부를 관찰하기 위한 아이 피스(eye piece)(122)를 포함할 수 있다.
플랙서블 샤프트(112)는 외과적 스코핑 디바이스(114)의 기구 채널을 통과하고 기구 코드의 원위 단부에서 돌출하도록(예를 들어, 환자 내부에서) 형상화된 원위 어셈블리(118)(도 1에서 축척으로 도시되지 않음)를 갖는다.
원위 단부 어셈블리(118)는 아래에서 논의되는 전기수술 기구들 중 임의의 것일 수 있다. 원위 단부 어셈블리(118)는 특히 종래의 내시경과 함께 사용되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 원위 단부 어셈블리(118)의 최대 외부 직경은 2.0mm 이하, 예를 들어 1.9mm 미만(더 바람직하게는 1.5mm 미만)일 수 있고 플랙서블 샤프트의 길이는 1.2m 이상일 수 있다. 다른 예에서, 구조는 훨씬 더 작은 공간에서 사용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 원위 단부 어셈블리(118)의 최대 외부 직경은 1.0mm 이하일 수 있다.
바디(116)는 플랙서블 샤프트(112)에 연결하기 위한 전원 입력 포트(128)를 포함한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 플랙서블 샤프트의 근위 부분은 무선주파수 및 마이크로파 에너지를 발생기(102)로부터 원위 어셈블리(118)로 전달할 수 있는 종래의 동축 케이블을 포함할 수 있다. 내시경의 기구 채널에 물리적으로 맞출 수 있는 동축 케이블은 다음과 같은 외부 직경으로 이용 가능하다: 1.19mm(0.047"), 1.35mm(0.053"), 1.40mm(0.055"), 1.60mm(0.063"), 1.78mm(0.070"). 직경이 훨씬 더 작은, 예를 들어 0.8mm 이하의 맞춤형 크기의 동축 케이블이 또한 사용될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 기구 코드(120)의 적어도 원위 단부의 위치를 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 바디(116)는 기구 코드(120)을 통해 연장되는 하나 이상의 제어 와이어(미도시)에 의해 기구 코드(120)의 원위 단부에 기계적으로 결합된 제어 액추에이터를 포함할 수 있다. 제어 와이어는 기구 채널 또는 자체 전용 채널 내에서 이동할 수 있다. 제어 액추에이터는 레버(lever) 또는 회전 가능한 노브(rotatable knob), 또는 임의의 다른 알려진 카테터(catheter) 조작 디바이스일 수 있다. 기구 코드(120)의 조작은 예를 들어 컴퓨터 단층 촬영(CT) 이미지로부터 조립된 가상 3차원 지도를 사용하는 소프트웨어 지원일 수 있다.
도 2는 기구 코드(120)의 축 아래에서 본 도면이다. 이 실시예에서 기구 코드(120) 내에 4개의 루멘들이 있다. 가장 큰 루멘은 기구 채널(132)이다. 다른 루멘들은 한 쌍의 조명 채널들(136, 138)과 카메라 채널(134)을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 제어 와이어 또는 유체 전달 또는 흡입용의 다른 루멘들이 존재 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예인 전기수술 기구(200)의 원위 단부의 단면도이다. 기구(200)는 플랙서블 동축 전송 라인(202) 및 원위 에너지 전달 팁(212)을 포함하는 일반적으로 원통형의 세장형 부재(elongate member)이다. 플랙서블 동축 전송 라인(202)은 발전기로 다시 연장되는(예를 들어, 외과적 스코핑 디바이스의 기구 채널을 통해) 동축 케이블일 수 있다. 동축 전송 라인(202)은 무선주파수(RF) 에너지 및 마이크로파 에너지를 개별적으로 또는 동시에 전달하도록 구성될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 원위 에너지 전달 팁(212)은 조직 절단 및 응고를 위한 RF 에너지의 포커싱된 전달(focussed delivery)을 위한 바이폴라 요소(bipolar element)를 제공하도록 구성될 수 있다. 원위 에너지 전달 팁(212)은 응고 또는 절제를 위해 마이크로파 에너지를 조직으로 방사하기 위한 안테나로서 더 구성될 수 있다.
동축 전송 라인(202)은 유전체(전기적 절연) 층(206)에 의해 동심으로 배열된 외부 전도체(208)로부터 분리된 내부(중앙) 전도체(204)를 포함한다. 외부 전도체(208)의 외부 표면은 외부 전도체(208)를 보호하고 전기적으로 절연하는 재킷(jacket)(210)에 의해 덮여 있다.
동축 전송 라인(202)의 원위 단부는 원위 에너지 전달 팁(212)에 연결된다. 원위 에너지 전달 팁(212)은 기구의 원위 단부를 향해 길이 방향으로 연장되는 유전체 바디(216)를 포함한다. 길이 방향은 동축 케이블의 축과 그 원우 단부에서 정렬된다. 유전체 바디(216)는 일반적으로 원통형일 수 있고, 동축 전송 라인(202)의 외부 직경보다 작은 외부 직경을 가질 수 있다. 유전체 바디(216)는 동축 전송 라인(202)의 유전체 층(206)과 동일하거나 상이한 재료로 제조될 수 있다.
유전체 바디(216)는 그것을 관통하는 중공의 길이 방향 연장 통로를 갖는다. 통로는 적절한 치수를 갖도록 가공될 수 있다. 근위 단부에서, 유전체 바디(216)의 통로는 유전체 층(206)의 원위 단부를 넘어 연장되는 내부 전도체(204)의 일부를 수용한다. 내부 전도체(204)는 제1 전극(220)에 전기적으로 결합된다. 제1 전극(220)은 유전체 바디(216)의 통로에 배치된 원위 부분 및 에너지 전달 팁(212)의 가장 원위 단부에 돌출(노출되는)하는 근위 부분을 포함하는 로드 요소(rod element)를 포함한다. 이 예에서, 제1 전극(220)은 커넥터 로드(218)에 의해 내부 전도체(204)에 전기적으로(및 물리적으로) 결합된다. 커넥터 로드(218)는 예를 들어, 전기 전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 예를 들어 내부 전도체(204) 및/또는 제1 전극(220)과 동일한 재료일 수 있다. 커넥터 로드(218)는 내부 전도체(204)의 원위 부분에 고정되는(예를 들어, 크림핑(crimping)(224)을 통해) 근위 슬리브 부분(proximal sleeve part)을 가질 수 있다. 제1 전극(220)은 커넥터 로드(218)와 일체로 형성될 수 있거나, 이에 고정되는 별도의 컴포넌트일 수 있다.
실제로, 원위 에너지 전달 팁(212)은 다음 단계에 의해 제조될 수 있다:
내부 전도체(204)의 원위 길이로부터 유전체 층(206) 및 외부 전도체(208)를 벗겨내는 단계;
커넥터 로드(218)를 노출된 내부 전도체(204)에 고정하는 단계;
예를 들어 랩핑(wrapping), 몰딩(molding) 등에 의해 커넥터 로드 주위에 유전체 바디(216)를 형성하는 단계.
에너지 전달 팁(212)은 유전체 바디(216) 주위에 장착된 전도성 슬리브를 포함하는 제2 전극(214)을 더 포함한다. 전도성 슬리브는 동축 전송 라인의 외부 전도체(208)에 전기적으로 결합된다. 이 예에서, 전도성 슬리브의 근위 부분은 크림핑(222)을 통해 외부 전도체(208)의 원위 부분에 전기적으로 그리고 물리적으로 모두 결합된다.
절연 재료로 만들어진 재킷(210)은 전도성 슬리브의 일부를 덮도록 동축 전송 라인(202) 너머로 연장된다. 그러나, 재킷(210)은 에너지 전달 팁(212)의 원위 단부에서 짧게 멈추고, 이에 의해 제2 전극(214)의 원위 단부 부분(230)이 노출된다.
따라서 에너지 전달 팁(212)의 원위 단부는 다음을 포함하는 불스아이(bullseye)와 유사하다: 제1 전극(220)의 일부인 중앙 돌출 닙(nib), 유전체 바디(216)의 노출된 부분(232), 및 유전체 바디(216)에 의해 제1 전극과 분리된 제2 전극(214)의 노출된 부분(230). 돌출 닙(220)의 가장 원위 단부는 예를 들어, 원형으로 형성되어, 예를 들어 사용되는 생물학적 조직에 걸림 현상(snagging)을 방지한다.
이 구조는 RF 에너지를 전달하기 위한 바이폴라 구조를 제공한다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(214)은 바이폴라 구조를 위한 액티브(active) 및 리턴(return) 극들을 형성한다. 불스아이 구성은 중앙 닙과 그 주변에서 증가된 에너지 밀도와 함께 가장 먼 표면을 따라 우선적인 에너지 흐름을 생성하는 역할을 한다. 이러한 에너지 분포는 절단에 유리하다. 절단 효과는 돌출 닙에서 우선적으로 발생하기 때문에 기구는 펜처럼 작동될 수 있다. RF 에너지의 포커싱은 돌출 닙(220)의 전도성 표면 영역이 노출된 부분(230)의 표면 영역보다 작기 때문에 발생할 수 있다. 포커싱된 에너지 분포는 절단이 돌출 닙에서 시작됨을 의미할 수 있다. 따라서 이 디바이스는 사용이 직감적(intuitive)이다.
에너지 전달 팁(212)의 원위 단부는 에너지 전달 또는 작동을 용이하게 하는 방식으로 프로파일링될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 불스아이는 제2 전극(214)의 노출된 부분(230)과 유전체 바디(216)의 노출된 부분(232)이 돌출 닙(220)을 향해 경사지는 뾰족한(pointed)(예를 들어, 원추형) 프로파일을 갖는다. 경사각은 바람직하게는 30 내지 60
Figure pct00003
의 범위, 바람직하게는 45
Figure pct00004
일 수 있다.
생물학적 조직을 절단하기 위한 RF 에너지 전달에 더하여, 원위 에너지 전달 팁(212)은 응고를 위한 마이크로파 에너지를 전달하는 마이크로파 안테나로서 구성될 수 있다. 커넥터 로드(218) 및 제1 전극(220), 유전체 바디(216) 및 제2 전극(214)의 상대 치수가 에너지 전달 팁(212)이 마이크로파 에너지를 생물학적 조직에 커플링하기에 적합한 임피던스를 갖도록 하기 위해 선택될 수 있다. 일 예에서, 에너지 전달 팁(212)은 동축 전송 라인(202)에 의해 전달되는 마이크로파 에너지의 주파수에서 1/4파 변압기로서 구성될 수 있다. 이 구성은 조직에 마이크로파 에너지의 커플링을 용이하게 하도록 작동한다.
구조는 외과용 스코핑 디바이스, 예를 들어 내시경 등의 기구 채널을 통한 삽입에 적합한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 동축 전송 라인(202)은 1.6mm의 외부 직경을 갖는 동축 케이블일 수 있다. 제2 전극(214)의 최대 외부 직경은 2.0mm일 수 있다. 제2 전극(214)의 내부 표면과 제1 전극(220)(또는 커넥터 로드(218)) 사이의 방사상 갭, 즉, 제1 전극과 제2 전극 사이의 유전체 바디(216)의 최소 방사상 두께는 0.4mm일 수 있다. 돌출 닙(220)은 0.2mm의 최대 직경을 가질 수 있다.
기구는 더욱 소형화될 수 있다. 예를 들어, 동축 케이블은 전체 디바이스가 1.0mm의 직경을 갖는 통로를 통해 끼워질 수 있도록 0.8mm의 외부 직경을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예인 전기수술 기구(240)의 원위 단부의 단면도이다. 도 3과 공통되는 피처에는 동일한 참조 번호가 부여되며 다시 설명되지 않는다.
도 4의 전기수술 기구(240)는 에너지 전달 팁(212)의 프로파일이 보틀노즈(bottlenose) 형상을 갖는다는 점에서 도 3과 상이하다. 이것은 라운드형(rounded), 예를 들어 돔형(dome-like) 원위 단부를 갖는 제2 전극의 노출된 단부 표면(244)에 의해 정의되며, 이는 유전체 바디(216)의 라운드형 노출된 부분(242)과 만나도록 둥글게 휘어져 있다. 유전체 바디(216)의 노출된 부분(242)은 제2 전극(214)의 노출된 부분(244)의 원위 단부를 넘어 원위로 연장된다.
도 5는 도 4의 전기수술 기구(240)의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예인 전기수술 기구(250)의 원위 단부의 단면도이다. 도 4와 공통되는 피처에는 동일한 참조 번호가 부여되며 다시 설명되지 않는다.
도 6의 전기수술 기구(240)는 돌출 닙(220)의 가장 원위 팁이 그 위에 형성된 절연 캡(insulating cap)(252)을 갖는다는 점에서 도 4와 상이하다. 절연 캡(252)은 제2 전극(214)의 노출된 부분(244)과 돌출 닙(220)의 노출된 부분 사이의 RF 필드를 형성하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, RF 에너지가 기구의 가장 먼 쪽 끝 너머에 있는 경로를 취하는 것을 억제할 수 있다. 절연 캡(252)은 또한 기구가 치료 부위로 이동할 때 원치 않는 조직 손상을 방지하는 매끄러운(예를 들어, 라운드형) 표면을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 전기수술 기구(electrosurgical instrument)에 있어서,
    무선주파수(RF) 에너지 및 마이크로파 에너지를 전달하기 위한 동축 전송 라인(coaxial transmission line);
    상기 동축 전송 라인의 원위 단부(distal end)에 결합된 에너지 전달 팁(energy delivery tip)을 포함하고, 상기 에너지 전달 팁은:
    상기 동축 전송 라인의 내부 전도체와 전기적으로 결합되며, 상기 동축 전송 라인의 외부 전도체 원위 단부를 넘어 돌출된 제1 전극;
    상기 동축 전송 라인의 상기 외부 전도체에 전기적으로 결합되고 상기 제1 전극의 일부를 따라 동축으로 연장되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 유전체 바디(dielectric body)를 포함하고,
    여기서:
    상기 제1 전극은 상기 유전체 바디의 원위 단부를 넘어 돌출되는 돌출 닙(projecting nib)을 포함하고;
    상기 제2 전극 및 상기 유전체 바디는 상기 에너지 전달 팁의 상기 원위 단부에서 노출되는 부분들을 포함하고; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 (i) 상기 동축 전송 라인에 의해 전달된 상기 RF 에너지를 전달하기 위한 바이폴라 구조(bipolar structure), 및 (ii) 상기 동축 전송 라인에 의해 전달된 상기 마이크로파 에너지를 방출하기 위한 안테나(antenna)로 구성되는, 전기수술 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에너지 전달 팁은 상기 돌출 닙 주위에 동심원으로 배열된 상기 유전체 바디의 노출된 부분 및 상기 제2 전극의 노출된 부분을 포함하는 원위를 향하는 단부 표면을 갖는, 전기수술 기구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 원위를 향하는 단부 표면은 상기 전달된 RF 에너지를 상기 돌출 닙에 포커싱(focusing)하도록 프로파일링(profiling)되는, 전기수술 기구.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 원위를 향하는 단부 표면은 원추형인, 전기수술 기구.
  5. 제3항에 있어서, 상기 원위를 향하는 단부 표면은 상기 돌출 닙의 길이 방향(longitudinal) 축에 대해 45
    Figure pct00005
    의 각도를 이루는, 전기수술 기구.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 원위를 향하는 단부 표면은 라운드형인, 전기수술 기구.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 내부 전도체의 원위로 연장되는 부분에 의해 형성되는, 전기수술 기구.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전극은 커넥터 로드(connector rod)를 통해 상기 내부 전도체에 결합되는, 전기수술 기구.
  9. 제8항에 있어서, 상기 커넥터 로드는 상기 내부 전도체의 외부 표면에 고정되는 근위 시스(proximal sheath)를 포함하는, 전기수술 기구.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 커넥터 로드는 크림핑(crimping)에 의해 상기 내부 전도체에 연결되는, 전기수술 기구.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전극은 상기 외부 전도체의 원위 부분 위에 놓이는 근위 부분을 갖는 전도성 슬리브(conductive sleeve)를 포함하는, 전기수술 기구.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전도성 슬리브는 크림핑에 의해 상기 외부 전도체에 고정되는, 전기수술 기구.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동축 전송 라인의 원위 부분과 상기 에너지 전달 팁의 근위 부분을 덮도록 배열된 외부 절연 재킷(insulating jacket)을 더 포함하는, 전기수술 기구.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 마이크로파 에너지를 생물학적 조직에 커플링(coupling)하기 위한 임피던스 변환기(impedance transformer)로서 구성되는, 전기수술 기구.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 전극, 유전체 바디 및 제2 전극은 상기 에너지 전달 팁이 상기 마이크로파 에너지에 대한 1/4 파장 변압기로서 작동하게 하도록 선택된 길이를 갖는, 전기수술 기구.
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