JP4667709B2 - 許容電力量を調整できる高周波外科手術用高周波発生器および許容電力の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は実効出力電力を制限する調整手段を備えた高周波発生器であり、特に人間や動物の組織の切開および凝固を伴う高周波外科手術のための装置である。さらには高周波発生器の出力電力を制限する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波外科手術において、人間や動物の組織の切開および凝固に使用される高周波発生器は、電極に印加された際、電極と組織との間に組織を切開する効果のある電弧を作り出す高周波電圧を発生するという特徴がある。このために必要な電極と組織の間の高周波電圧は最低値が約200Vp （ボルトピーク）である。切開および凝固の間、電極と組織の間に印加される電圧は切開部の端部での凝固量に決定的な影響を及ぼす。凝固度を一定に保つため、高周波発生器には高周波発生器からの高周波出力電圧ひいては電極と組織の間の電弧強度を制御する制御回路が設けられており、電圧すなわち強度を一定レベルに維持している。）
実効出力電力は高周波発生器の出力電圧に左右され、下の等式で示され、
Ｐ＝Ｕ² ／Ｒ
さらに負荷インピダンスＲの関数でもある。例えば切開部が大きいために負荷インピダンスが減少すると、出力電圧Ｕは高周波発生器が必要な実効出力電力を発生している間しか一定に保たれないことになる。高周波発生器が電力の限界に達した瞬間、出力電力Ｕの所望の不変すなわちアーク強度を維持することができなくなる。これは特に高周波発生器の実効出力電力（または出力電流）が最高値すなわち従来の調整方法によって定められた上限値に達した場合に起こる。
【０００３】
切開および凝固を効果的にするために出力電圧のピーク値は特に重要である。公知のように、高周波電圧のピーク値は、切開効果を得るために必要なアークに点火するためには最低200Vに達する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
公知の高周波発生器では、高周波出力電圧は、所定の最大出力電力に達するかそれを超えた時点で自動的に低下し、発生器の実効出力電力がその電力限度を超えて増加しないようになっている。しかしながら、同時に出力電圧のピーク値、ひいてはアーク強度を一定に保つ工夫をする必要がある。それにより出力電圧は切開部の端部でのかさぶたの生成度にほぼ一定した影響を持つようになる。
【０００５】
したがって本発明の目的は組織の外科手術による切開および凝固に利用可能な高周波発生器を提供し、さらには同装置の実効出力電力を制限することで、切開が深く広範囲に及ぶ場合や非常に迅速な場合、あるいは両方の条件が重なった場合でも切開部の端部のかさぶたの成長度をほぼ一定に保つことができる方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、高周波発生器に関しては請求項１に記載された特徴により、方法に関しては請求項１１に記載された特徴により達成される。
【０００７】
さらなる利点を持った実施例は従属請求項に示されている。
【０００８】
高周波発生器およびその実効出力電力を制限する方法において、好ましくは発生器の出力電圧と高周波出力電流とが検出され、これらの値から平均実効出力電力を計算して、あらかじめ定められた実効出力電力の調整可能な最大平均値と比較し、もし計算された平均値が定められた最大平均値よりも大きい場合は高周波出力電圧がパルス変調信号によって変調される。変調パルスの継続時間とパルス間インターバルの継続時間のうち両方か一方が高周波出力電圧のピーク値ひいてはアーク強度を一定に保つように調整される。変調信号は電圧の供給を複数のパルスに細分割するので、高周波出力電圧の平均実効値はパルスを分割するインターバルの継続時間が長くなるにつれて小さくなる。その結果、高周波発生器の実効出力電力も減少し、高周波発生器はその電力限度内に保たれるという利点がある。
【０００９】
アーク強度を一定に保つ手順に関するさらに詳細な説明は、出願人が出願中のドイツ出願DE 198 39 826 A1 とDE 38 05 291 A1を参照されたい。
【００１０】
同時に高周波出力電圧のピーク値ひいては電弧強度はパルス継続時間内では一定レベルに保たれ、その結果、切開部端部での凝固度は負荷インピダンスが低下した場合でも同じレベルに保たれる。
【００１１】
別の方法として、実効出力電力の平均値は電源供給からの電力と高周波発生器の効率についての既知の値を基に計算してもよい。
【００１２】
切開が非常に深いか又は迅速であることによって負荷インピダンスが低下した場合に起こるような凝固度の低下の代わりに、パルス信号が現れたり既存のパルスがこれまでよりも長いインターバルで分断されたりするので、外科医は電極の進行に対する機械的抵抗を検出できる。その結果、切開運動の速度が遅くなっても切開部の端部の凝固度は所望のレベルに維持される。
【００１３】
切開部端部での十分な凝固と出血停止を保証するために切開運度を迅速に行うことは、この機械的抵抗と凝固を所望レベルに維持することが組み合わさった結果として不可能になる。
【００１４】
評価装置が平均実効出力電力を正確に計算できるように、出力電圧と出力電流の間の位相シフトも計算されて考慮される。
【００１５】
最小及び最大許容パルス継続時間やインターバル継続時間を課すための装置が備えられているので、パルスの継続時間もしくはパルス間インターバルの継続時間は特定の長さの範囲内で変化させるのが望ましい。これにより第一に切開効果が損なわれるほど短いパルス継続時間では高周波出力電圧は生成されないようになっている。第二に最大パルス継続時間を課すことにより、変調信号により生成されたパルス出力電圧は絶えず振動を続ける高周波出力電圧を決して超えないようになっている。
【００１６】
効果的に制御された高周波発生器と実際に製造可能な高周波発生器の実効出力電力を制限する方法を実現するために、制御回路の始動に先立って高周波出力電力のピーク値すなわち電弧強度と、パルスとインターバルのうち両方か一方の最高許容継続時間とが初期化装置によって初期値に設定される。
【００１７】
計算された平均実効出力電力が所定の最大平均値に等しいかそれより大きくなった瞬間に高周波発生器に対してより多くの電力を供給するための電力供給は制御装置と接続されていることが望ましい。この配置により高周波出力電圧のピーク値を一定レベルに保ちながら高周波発生器の内部抵抗が補償される。
【００１８】
パルス又はパルス間のインターバルの継続時間は3ms （330kHzで）から200ms の範囲内であると有利であり、その場合に最小及び最大許容パルスとインターバル継続時間のうちの両方か一方に関する上記の効果が保証される。
【００１９】
さらに、パルス継続時間が最小許容継続時間に達しない場合はいつでも、高周波出力電圧のピーク値を支配する高周波発生器における設定ポイントを下げてアーク強度を低めることも可能である。その結果、高周波発生器内の制御回路の次サイクルにおいて、組織切開の工程を継続できる形で高周波発生器の実効出力電力の限界を効果的に制御することが可能となる。
【００２０】
しかしながら例えば計算された平均値が所定の最大平均実効出力電力を下回った場合や設定ポイントがあらかじめ調整されたピーク値よりも低い値である場合、高周波出力電圧のピーク値、すなわち、電弧強度の設定ポイントを上げることも可能である。この方法により発生器の上限電力値に達するまで高周波発生器の制御回路を再調整できる。
【００２１】
設定ポイントが所定のピーク値よりも高い場合、パルス継続時間は最高許容パルス継続時間に達しない限り増加する。
【００２２】
高周波発生器の最高実効出力電力が従来の調整方法によって発生器の実際の電力限度以下に限定されている場合、高周波発生器の実効出力電力は積分時間で平均化することにより得られる平均実効電力値として示される。この積分時間は変調期間すなわち１変調サイクルの継続時間に等しいか、それの整数倍でもよい。
【００２３】
実効出力電力は電源供給からの出力電力と高周波発生器の効率を基に計算するのが有利である。
【００２４】
本発明のさらに詳しい説明、有利点、新たな展開は図面を参照しながら以下に記載した実施例により明らかになるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は高周波発生器１の出力電圧や出力電流を測定する２つの検出器２，３を備えた高周波発生器１の一実施例の概略図である。この目的のため検出器２，３はセンサーとして構成され、具体的には高周波発生器１と並列に設置された電圧センサーと高周波発生器１および負荷インピダンス９と直列に設置された電流強度センサー３である。
【００２６】
両センサー２，３は、高周波出力電圧のピーク値と実効値のうち両方か一方と、出力電流のピーク値と実効値のうち両方か一方を求めるセンサー信号を評価する評価装置４に接続されている。これらの値が得られた後、評価装置は高周波電圧の実効値を高周波電流の実効値と掛け算し、さらに高周波出力電圧と高周波出力電流の間の位相角を測定するコサイン関数によって高周波発生器の平均実効出力電力を計算する。
【００２７】
その後、このように求められた平均値は比較装置５に送られ、そこで高周波発生器の実効出力電力に対してあらかじめ定められ既にセットされた最大平均値と比較され、計算で求められた平均値が最大平均値よりも大きいか小さいかを調べる。
【００２８】
そして変調装置７は計算された出力電力が出力電力に対する所定の基準値を超えるたびに、高周波発生器１の出力電圧を変調するためのパルス変調信号を生成する。
【００２９】
もし計算された平均値が最大平均値よりも大きい場合、制御装置６が活性化され（active) 、パルス変調信号で出力電圧を変調するための変調装置（７）を制御する。制御は出力電圧のいわゆる「希釈」(dilution)を得るために変調信号のパルスの継続時間が短くなるように行われる。この過程においてパルス継続時間は出力電圧のピーク値を一定に保つのに必要な値によって減じられる。
【００３０】
制御装置６は高周波発生器１に電力を提供する電力供給８も同時に制御する。したがって高周波発生器への入力電力信号を変化させて例えば発生器の内部抵抗を補償するようにすることも可能である。
【００３１】
図２において実効出力電力15の時間経過は負荷インピダンスの関数として示されている。この図では臨界負荷インピダンスRcrit より上では高周波発生器はその電力限度に達しないため高周波発生器の出力電圧のピーク値は一定に保たれる。これは負荷インピダンスＲが臨界インピダンスRcrit の値と厳密に一致する状態のとき同様に適応される。
【００３２】
しかしながら負荷インピダンスＲが臨界インピダンスRcrit よりも小さくなった瞬間、高周波発生器はそれが生成できる電力の限界すなわちそれの最大電力16に達する。したがって本発明によれば高周波発生器の出力電圧の実効値とピーク値との比率（波高率）が負荷インピダンスの減少に応じていくぶん変化する場合に高周波発生器の実効出力電力は最大許容値16で一定に保たれる。
【００３３】
図３において出力電圧信号のピーク値と実効値の比率の変異性は３つの図によって詳細に説明される。３つの図Ａ，Ｂ，Ｃは互いに異なり図Ａが継続的に振動する高周波出力電圧の時間経過を示すのに対し図Ｂ，Ｃでは出力電圧の変動はパルスに細分割され、その継続時間は両図において異なっている。
【００３４】
図Ａに示す継続的に振動する高周波出力電圧13はRcrit を上回る負荷インピダンスに対してピーク値11と実効値12を有する。負荷インピダンスがRcrit より低い場合にこの継続的に振動する信号が変調されると、図Ｂに示す例のように、高周波出力電圧のピーク値11が以前と変わらないのに対して実効値12は減少する。図Ｂの変調信号のパルス14は継続時間14a を有し、それは負荷インピダンスがRcrit よりわずかに低いことを示している。
【００３５】
図Ｃにおいて変調信号はさらに低減された負荷インピダンスＲに適応できるパルス継続時間（14a ）を有する。高周波出力電圧の実効値12は以前よりもさらに低くなる一方、ピーク値11は特定の継続時間を持った振動パルス内で一定に保たれている。低減された実効値と一定のピーク値との組み合わせにより、波高率に基づいて実効出力電力を特定の平均値より下に保つことが可能となる。
【００３６】
図Ａ，Ｂ，Ｃは高周波出力電圧10の200ms 期間における時間経過を示しており、このことからパルス継続時間は好ましくは3ms （330kHz）から200ms の範囲内であるということがわかる。
【００３７】
図４は高周波発生器とその方法に関連する、制御回路でのイベントのシーケンスを示したフローチャートである。
実際の制御回路（ループ）が入る前に、初期化装置は、発生器の所望の調整を達成するための高周波出力電圧の所望のピーク値をあらかじめ定めるパラメータUPpsp を使ってこの調整のあいだ使用される設定ポイント値UPs を初期化する。
【００３８】
最大許容パルス継続時間PDmax も同様に実際のパルス継続時間PDact を初期化する機能を果たす。もしユーザが出力電圧をパルスに分割して変調することを望まず、むしろ継続した変調なしの出力電圧を求めている場合は、PDmax を電圧振動の期間に等しくできる。
【００３９】
一旦実際の制御回路が作動し始めても、フィンガースイッチをリリースするなどして不活性化できる。このような不活性化が起こらない限り、検出装置2 、3 と信号評価装置4 によって出力電圧のピーク値Upと実効値Ueffが測定され、出力電流の実効値Ieffと出力電圧と出力電流強度の間の位相角PHI も測定される。
【００４０】
そして出力電圧のピーク値Upが高周波出力電圧の設定ポイントUPset に調整される。後に続くステップでは、変調信号の最低1 サイクルに渡る高周波発生器の実効出力電力の平均値Pavgが、高周波出力電圧と出力電流の実効値と位相角PHI のコサインとを掛け算することによって求められる。またさらに後のステップでは、この計算された平均値Pavgがあらかじめ定められた最大平均値Pmaxと比較される。
【００４１】
計算された平均値Pavgが最大平均値Pmaxを上回るたびに、結果として瞬間的パルス継続時間PDact が少しずつ減少するか、あるいはもし出力が変調の最中でなければ、適当なパルス継続時間を有するパルス変調信号が適応され始める。この過程で、短縮されたパルス継続時間が最小許容値PDmin を下回ることは許されない。短縮によってパルス継続時間がPDmin を下回るような場合は、パルス継続時間を短くする代わりにピーク電圧設定ポイントUPstp の低減が行われ、そのあと制御ループを通して次のサイクルが行われる。
【００４２】
計算された平均値Pavgが実効出力電力の最大平均値Pmax以下の場合、高周波出力電圧に対する設定ポイントUPspt は所定値UPpsp 以上にならない限り次第に増加する。しかし増加したUPspt がUPpsp を超えるような場合は、最大許容パルス継続時間PDmax を下回っているかぎり、パルス継続時間PDact を代わりに増加させる。
【００４３】
高周波出力電圧の設定値UPspt の上昇、低下にかかわり無く、あるいはパルス継続時間PDact の上昇、低下にかかわり無く、制御ループのサイクルは所望の効果が達成されるまで、すなわち高周波出力電圧のピーク値を維持しながら高周波発生器の実効出力電力の限界が最高許容値に達するまで繰り返される。
【００４４】
パルス変調信号による高周波出力電圧の変調は別の方法でプログラムされてもよい。すなわち変調の開始又はそのパターンの変更は実効出力電力の最大平均値よりもむしろ負荷インピダンスの特定の値に達することで誘発される。このため負荷インピダンスの値は継続的に測定されて評価される。
【００４５】
高周波発生器の実効出力電力を制限するための本発明の方法は、この方法を実行するために設計された高周波発生器と同様に、人間や動物の組織の切開および凝固を伴った高周波外科手術の使用に最適なものである。しかしながら本方法および発生器が医学やその関連分野以外の方面でさまざまな形で利用できることは想像に難くない。
【００４６】
上記に述べられた全ての構成要素、特に図示された詳細な部分は本発明の本質として個別的にも組み合わせとしても主張されるものであることをここに明記する。これらに対して変更を加えることは当業者にとっては明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高周波発生器の一実施例の概略図である。
【図２】 高周波発生器の実効出力電力と負荷インピダンスR の関係を示す図である。
【図３】 高周波発生器の高周波出力電圧を各種パルス期間の時間の関数として示した図である。
【図４】 高周波発生器の制御回路と、方法の一実施例を示すフローチャートである。

Claims (12)

1. 高周波発生器（１）の出力電力（１５）の平均値（Ｐａｖｇ）を求める装置と、
   出力電力（１５）の求められた平均値（Ｐａｖｇ）を、高周波発生器（１）の出力電力のあらかじめ定められた最大平均値（１６、Ｐｍａｘ）と比較する比較装置（５）とからなり、
   パルシングされた発振出力電圧を得るためにパルス状の変調信号（１４）で、高周波発生器（１）の出力電圧（１３）を変調する変調装置（７）と、
   出力電力（１５）の求められた平均値（Ｐａｖｇ）が出力電力の設定された最大平均値（１６、Ｐｍａｘ）を上回る場合に、パルス状の変調信号（１４）間のパルス状の変調信号（１４）のパルス継続時間（１４ａ，ＰＤｉｓｔ）および／またはパルス状の変調信号間の休止持続期間（Ｘ）が、出力電圧（１３）の実効値を減少するために変えられる、変調装置（７）を制御するための制御装置（６）であって、該出力電圧（１３）のピーク値（１１、Ｕｐ）または高周波発生器に接続された電極と組織との間で発生するアークの強度が１パルス継続時間ブロックの中で一定に保たれる制御装置（６）と、を備えることを特徴とする、人間もしくは動物の組織の高周波外科手術切開のための、出力電力の限界を調整可能な高周波発生器（１）。
2. 少なくとも２つの検出器装置（２、３）が高周波発生器（１）の出力電圧（１３）と出力電流とを検出するように設けられ、出力電力の平均値を求める装置が評価装置（４）として構成され、出力電圧（１３）のピーク値か実効値（１１、Ｕｐ；１２、Ｕｅｆｆ）と出力電流のピーク値か実効値（ＩＰ、Ｉｅｆｆ）を求めて出力電力（１５）の平均値（Ｐａｖｇ）をそこから計算することを特徴とする、請求項１に記載の高周波発生器。
3. 制御装置（６）が、最小許容パルス継続時間（Ｐｄｍｉｎ）と最大許容パルス継続時間（Ｐｄｍａｘ）の間のパルス継続時間（Ｐｄｉｓｔ）および／または最小許容休止継続時間と最大許容休止期間の間の休止継続時間（Ｘ）の変動を制限する限定装置を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の高周波発生器。
4. 評価装置（４）は出力電圧と出力電流の間の位相シフト（ＰＨＩ）を計算するように設計されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の高周波発生器。
5. 初期化装置が、出力電圧のあらかじめ定められたピーク値（ＵＰｐｓｐ ）及び、最大許容パルス継続時間（ＰＤｍａｘ ）とインターバル継続時間のうちの両方か一方を初期化して、高周波発生器の設定ポイント（ＵＰｓｔｐ ；ＰＤａｃｔ ）を生成するように構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の高周波発生器。
6. 制御装置（６）が、出力電力の求められた平均値（Ｐａｖｇ）が出力電力のあらかじめ定められた最大平均値（１６、Ｐｍａｘ）以下の場合、高周波発生器（１）がさらに高い電力で供給されるように設計された電源装置（８）との連絡を制御していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波発生器。
7. パルス継続時間（Ｐｄｉｓｔ）および／または休止継続時間（Ｘ）が３ｍｓから２００ｍｓの範囲にあることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波発生器。
8. 出力側に接続された負荷インピダンス（９）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波発生器。
9. 高周波発生器に接続された電極と組織との間で発生する電気アークの強度を検出するための、少なくとも１つの装置が設けられていることを特徴とする、請求項１，３，６，７または８に記載の高周波発生器。
10. 出力電力の平均値もしくは出力電圧（１３）の実効値を求めるための積分時間は、パルス継続時間（Ｐｄｉｓｔ）と休止継続時間（Ｘ）を備える変調インターバルの整数倍に相当することを特徴とする、請求項１，２，６または７に記載の高周波発生器。
11. 出力電力の平均値もしくは出力電圧（１３）の実効値を求めるための積分時間は、パルス継続時間（Ｐｄｉｓｔ）と休止継続時間（Ｘ）を備える１つの変調インターバルに相当することを特徴とする、請求項１，２，６または７に記載の高周波発生器。
12. 請求項１から１１のいずれか１つに記載の高周波発生器を備えることを特徴とする、人間もしくは動物の組織の外科手術的な切開または凝固のための装置。

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