JP3529837B2 - 連続モニタを有する医療装置の電流センサ - Google Patents
連続モニタを有する医療装置の電流センサInfo
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Description
気外科用套(とう)管針(trocar)および高周波
切除装置を含むがこれに限定されるものではない他の電
気伝導体の負荷の端部に配送される電流を取扱う医療シ
ステムおよび計器に関し、特に、配送される電流の量を
決定する電流感知装置に関するものである。
ブルのような電気伝導体の末端部に配送される電流の量
を決定することが必要な場合がしばしばある。例えば、
米国特許出願第08/009,598号「コネクタケー
ブルを含む医療装置の電流センサ」、出願1993年1
月27日、米国特許出願第07/901,024号「バ
イポーラ電極を有する電気外科とう管針アセンブリ」、
1992年6月19日出願、米国特許出願第07/85
3,149号、「電気外科用とう管針アセンブリ」、1
992年3月17日出願、(これ等の出願はいずれも米
国における本件対応出願の関連出願である)の内容はこ
こに総合されて、電気外科とう管針アセンブリを開示し
ている。そして、この中においてはとう管針はケーブル
によって電気外科発電機に接続された電気外科の切断要
素を具備している。そして1つの好適実施例として、と
う管針の先端が例えば腹膜を含む身体の空洞の壁を通し
て貫通するとき、電気外科発電機を制止することが望ま
しい。
配送された電流は貫通が達成されたとき変化するから、
このことは電気外科の発電機によって配送される電流を
感知することによってなされ得る。また、好ましい他の
1つの例は、電気外科電流のしっかりと制御された配送
を必要とする無線周波(r.f.)切除処置に関してで
ある。本発明は、ケーブルのような電気伝導体の末端に
おける負荷に配送される交流電流の量を知ることが必要
な状態に適用可能であるということを理解されるべきで
あるけれども、本発明は電気外科のとう管針装置に特に
関係して以下述べられる。
と、電気外科発電機によって発生される電流出力のよう
に、配送される電流が高周波で高電圧であると、発電機
によって発生される合計電流の測定は、電気接続ケーブ
ルの末端に配送される実際の電流を実際に示さない。こ
の不一致または誤差は発電機の電流帰路に対する分布静
電容量による。電流はケーブルの全長に沿って流れ、電
流の量は電圧、周波数、接地(または帰路)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。
に、電気外科発電機はGで示され、負荷インピーダンス
(例えば、電気外科電極または切除要素によって手術さ
れる組織のインピーダンス)はZL で示され、接地に対
する分布容量を表すシャントインピーダンス、すなわち
「リーケージ」容量がZcaで示される。発電機の電圧を
Vとすると、全電流It は式It =V/Zca+V/ZL
によって表される。負荷に配送される電流はVおよびI
t を測定し、静電容量の効果を減ずることによって得ら
れるけれども、多くの場合特に電気外科においては、容
量は知られておらず、予測できない態様でケーブルの位
置とともに実際に変化する、そして、それによって、ケ
ーブル端の発電機における簡単な電流測定を不正確にす
る。
ケーブルの分布静電容量または電源と負荷の間の他の接
続の影響のために、電源側における電流の直接の測定が
不正確になる上述のような環境において、医療計器の電
源から負荷まで実際に配送される電流の正確な測定を可
能ならしめる電流感知装置が提供される。
ら医療機器に電流を供給するための主電気伝導体の末端
に接続された医療機器において形成された負荷へ電源か
ら配送される交流電流を感知するための電流感知装置が
提供される。該装置においては、主電気伝導体と電源へ
の帰路の間の分布静電容量が、医療機器負荷に配送され
る電流の正確な測定から主電気伝導体の電源端における
電流の測定を妨げる。そして、前記電流感知装置は、長
手方向に沿って主電気伝導体の近傍に配列され、基準電
気伝導体を介して流れる電流が本質的に分布容量に関連
するように、負荷から基準電気伝導体を効果的に絶縁す
る量の負荷インピーダンスを介して、前記医療機器負荷
に接続された基準電気伝導体と、分布静電容量の効果を
相殺し、それにより、医療機器負荷に配送される電流に
対応する電流測定を行う、前記基準電気伝導体を介して
流れる電流を、前記医療機器に流れる合計負荷電流から
減算する減算手段と、を具備する。
気伝導体は完全であるかどうかを感知する検出手段を含
むことが好ましい。好適実施例においては、前記インピ
ーダンスの値は知られた値であり、前記検出手段は前記
基準電気伝導体を介して流れる電流を感知するためのイ
ンピーダンス測定装置を具備する。前記インピーダンス
測定装置は、主電気伝導体および基準電気伝導体の間に
接続された回路を具備し、固定電圧源を含み、かつ、固
定電圧源と直列に接続された電流測定装置を具備すると
好都合である。
流を絶縁するため、複数のキャパシタは主および基準電
気伝導体と直列に接続されることが好ましい。減算手段
は、磁気減算装置を具備することが好ましい。磁気減算
装置は、変流器の出力が主および基準電気伝導体を通っ
て流れる電流の差に関係があるように、第1の方向にそ
の変流器を貫通して伸びている主電気伝導体と反対の方
向にその変流器を貫通して伸びている基準電気伝導体を
有する変流器を具備すると好都合である。
明の好適実施例の詳細な記載に述べられまたは明らかに
されている。
実施例または電気外科とう管針(trocar)アセン
ブリに統合された本発明のシステムのブロック図が提供
される。とう管針アセンブリは、電気外科装置または、
接続配線または接続ケーブル16の主電気伝導体14を
用いた上述の出願に開示されたような電気外科とう管針
12に接続された発電機(ESU)10を含んでいる。
ESU10は休止またはカットオフ回路18を含み、こ
の回路は、例えば、上述の出願に記載されたものに対応
し、また、ESU10の休止を提供する。すなわち、問
題の(例えば腹壁)空洞の壁を通してとう管の先端の貫
通時にESU10からのとう管針12に配送される電源
の中止またはカットオフを行う。この実施例において
は、別個の制御装置または制御ボックスが提供されてい
るけれども、電流感知ユニット20はESU10と一緒
に配置されている。
たはリモート制御箱で)行われるシステムにとって重要
な問題は、含まれた周波数において、接続ケーブル16
は切り止め点の検出を困難にするかなり大きい変化する
「漏れ」インピーダンスを提供する。図1の実施例およ
び図2に概略示され、かつ図3から図5によれば、基準
配線すなわち基準電気伝導体22はまたケーブル16の
中に、すなわち、近傍かつ接近して連結されているとう
管針12へ高周波電流を搬送する線(主電気伝導体)1
4と並列に備えられるが、しかし、とう管針12の切除
要素12aには接続されていない。結局電流センサ20
は、「ホット」(主)配線すなわち主電気伝導体14
と、基準配線すなわち基準電気伝導体22によってわか
る負荷条件の間の相違を検知することができる。
また図2に概略示される。図2は図10と同様な概略回
路図であり、同様な記号が用いられている。図解されて
いるように、第2の電気伝導体すなわち基準電気伝導体
22は主すなわち「ホット」電気伝導体14に最も近
く、基準配線22から発電機10の電流帰路に連結され
た電流が基準配線22の終端以外で主電気伝導体14か
ら発電機10の電流帰路へ連結された電流に等価である
ように配置される。このことを達成するための好適な技
術は両電気伝導体14および22を発電機電流源へ接続
し、その電気伝導体14および22を一緒により合わせ
ることにある。
は実際に負荷(ZL )へ末端において接続され、第2の
電気伝導体は負荷の直前で終端されている。第2の電気
伝導体すなわち基準電気伝導体22は接地に対してイン
ピーダンスZcbを漏れ静電容量のため、すなわち分布結
合容量のために有する。第2の電気伝導体22が主電気
伝導体14の端部に近ければ近い程、容量結合を介して
の電流損失は多くなる。なぜならば、両方の電流損失が
等しくなった時、その先端へ配送される合計電流は、上
述のように、主配線14における全電流から第2の電気
伝導体22における漏れ電流を減算することによって決
定される。すなわちIZL=Ii −Icbとなる。なぜなら
ば、IiおよびIcbは正確にケーブル16の発電機側で
測定され得るから、もしIcb=Izcaが確実であれば、
IZLはIcbをIiから差引くことによって確かめられ得
る。
が用いられる。図1の実施例においては、図3の概略回
路図に図解されるように変流器24を用いた磁気減算に
よってなし得る。特に、主電気伝導体14は変流器24
を貫通して与えられた方向に配置され、一方第2の電気
伝導体すなわち基準電気伝導体22は同じ変流器24を
貫通して、図3で図解したように反対の方向に配置され
る。変流器24の出力は、このようにして主電気伝導体
14と第2の電気伝導体22の電流の差となり、すなわ
ち負荷ZL (切除要素12a)に配送された電流であ
る。この電流が電流センサ20によって感知された電流
であって、カットオフ回路18を制御するため用いられ
る。
と、電流の読み取りが不正確になるということは注目す
べきことである。この理由により、本発明はまた第2の
電気伝導体22が完全であるか否かを決定する技術の提
供に関するものである。特に、ESU10の動作が開始
した時、もし第2の電気伝導体すなわち基準電気伝導体
22における電流の最低レベルが感知されないと、電流
を感知し、電気外科発電機10(図1における装置18
および20によって概略示される)を制御する制御器は
警報信号を発生し、電気外科発電機10の電源を切るよ
う設定される。図1および3の磁気減算実施例において
は、これは図4に示されるように、単に第2の電気伝導
体22がそれを通過する変流器26を追加することによ
ってなされる。
解される。図5は図3および4と類似であるが、図3お
よび4においては変流器24がそれぞれの主電気伝導体
14および基準電気伝導体22に接続されたインピーダ
ンス28および30によって置き換えられる。差電圧増
幅器32および34は、それぞれのインピーダンス28
および30の両端から接続され、この2つの増幅器の出
力はもう1つの差動増幅器36に接続される。このよう
にして、後者の出力は負荷電流に比例した電圧Vとな
る。基準電気伝導体22が完全であるか否かの監視は、
第2の電気伝導体22に配置されたインピーダンス30
の両端の電圧そのものを測定するように、差電圧増幅器
34の出力に例えば出力接続34aを追加することによ
って、図5の実施例でまた達成され得る。
らなる接近が図解される。この実施例においては、図6
で概略図解したように、電流センサ40が主すなわち
「ホット」電気伝導体14(参照されていない電気伝導
体)の末端に配置される。もし、センサ40の出力が接
地に対する静電容量によって影響を受けなければ、すな
わち出力がディジタル信号、光(光ファイバケーブルを
通過した)、送信された無線周波信号(r.f.)また
は電流に対応する直流電圧であれば、負荷電流は正確に
感知される。信号を使用可能な電圧へ変換するための熱
センサおよびサーミスタ(またはサーモカップル)、直
流電圧へ電流を変換する整流と平滑を行う変流器等を含
めた電流センサの数多くの異なった型の任意の1つが使
用される。
れる。図7は図10に類似しており、同様な表示が用い
られる。図7は図10と次の点で異なっている。すなわ
ち、前述の論議された問題を克服するために、スイッチ
装置またはスイッチ42がケーブルの負荷端部に設けら
れる、すなわち負荷インピーダンスZLが含まれる終端
に設けられる。動作において、スイッチ42は開いたま
まとされ、負荷電流を既知の零にされ、発電機G(図1
のESU10に対応する)は電圧を発生するようにされ
る。分布容量が一定であるように接続ケーブル(例えば
ケーブル16に対応するケーブル)の動きが最小である
と仮定すると、結果の電流は測定でき、基準レベルとし
て用いられる。この基準電流レベルは、スイッチ42が
動作した(閉じた)時、合計発生電流から減算される。
そして、電流が負荷(そして分布容量)へ配送される。
開路スイッチ測定の結果はまた分布容量を計算するため
用いられることができ、計算値の結果は負荷に配送され
る電流を決定するよう用いられる。
施例が示される。2つの主電気および基準電気伝導体1
4および22が負荷の端部で接続されない状態で示され
た時、すなわち、基準電気伝導体22が負荷に接続され
ないで示された時に対し、基準電気伝導体22と負荷の
間に高い値の抵抗あるいは他のインピーダンスを接続す
ることによって同じ効果を本質的に発生することが可能
ということが前述の説明からわかるであろう。これは、
図8の実施例においてなされたものであり、この実施例
においては、基準電気伝導体22が負荷ZL に既知の抵
抗R1を介して接続されている。そして、この既知の値
は打ち消し回路に対して明らかに十分高い抵抗値で、し
かも、基準電気伝導体22が完全であることを確実にす
る打ち消しまたは基準電気伝導体22の監視を可能にす
るに十分低いものである。この実施例においては、キャ
パシタC1およびC2がまた、発電機10からの誘導さ
れた直流電流を絶縁するために、図3および4に図解さ
れた基本回路に追加される。
とは異なっている。図8の実施例においては、インピー
ダンス測定装置または回路46は固定の直流電圧を与え
るバッテリBおよび電流測定装置すなわち電流計Aの形
態で備えられている。そして、2つの電気伝導体14お
よび22に接続されている。抵抗R1は装置の先端に付
加されている。もしインピーダンス測定装置46が、R
1は回路の中に接続され、正しい値であることを決定す
れば(電流計Aの読みによって決定される)、両電気伝
導体14および22は完全であると見なされる。
ピーダンス測定装置はまた交流電流を用いてよい結果が
得られるであろう。図8の図解された実施例のさらなる
変化によれば、第2の、分離した電流が、変流器24の
直流飽和を妨げるように、インピーダンス測定装置46
によって発生された電流に反対の極性の変流器24を介
して提供され得る。
例が示される。図9の回路は絶縁された電源48を含
み、電源48は、変圧器T1、直列のダイオードD1お
よび3個の直列接続された抵抗R2,R3およびR4の
両端に接続された分路キャパシタC3、を含んでいる。
一対の演算増幅器A1およびA2の入力は抵抗R2,R
3およびR4の間の接合点と、分岐接続を介して基準電
気伝導体22へ接続される。図解されるように、電源4
8の一方側は抵抗R5とキャパシタC4を介して主電気
伝導体14に接続され、抵抗R5とキャパシタC4との
接合点から基準電気伝導体22へ接続されている。演算
増幅器A1およびA2の出力は電源48の一方(抵抗R
6を介して)とトランジスタS1のベースの間に接続さ
れる。トランジスタS1のエミッタは電源48の他方側
に接続されている。トランジスタS1のコレクタは光源
LED1と直列に接続されている。光源LED1は抵抗
R7を介して電源48の一方側に接続される。フォトト
ランジスタPT1の光受信部は光源LED1からの光を
受信する。フォトトランジスタPT1のエミッタは接地
され、そのコレクタは抵抗R8を介して電源端子(+5
V)へ接続される。出力は抵抗R8とフォトトランジス
タPT1のコレクタの接続点から供給される。
に類似であり、変流器24の動作は同じである。典型的
な模範実例において用いられた限定されない値は図9に
示される。ESU(電源10に対応する)は既に容量的
にその出力と絶縁されているから、図8のキャパシタC
2に対応するキャパシタは省略され図9において使用さ
れていないということは注意すべきである。
載されたが、この発明の範囲と精神に反することなく、
変化と変形がこれらの模範的な実施例において行われ得
るということは当業者によって理解できるであろう。
る。
路図である。
回路図である。
器を含む概略回路図である。
10に類似の概略回路図である。
である。
略回路図である。
類似の概略回路図である。
る。
ける分布容量の効果を図解する概略回路図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 電源(10)から医療機器負荷(12)
に電流を供給する主電気伝導体(14)の末端部に接続
された医療機器において形成される前記負荷に、前記電
源から配送される交流電流を感知する電流感知装置であ
って、前記主電気伝導体(14)と前記電源への帰路と
の間の分布静電容量が、前記主電気伝導体(14)の電
源端における電流の測定を、前記医療機器負荷に配送さ
れる電流の正確な測定から妨げるものにおいて、前記電
流感知装置は、基準電気伝導体(22)を通って流れる
電流が本質的に前記分布静電容量に関係するように、前
記主電気伝導体(14)の近傍にその長さ方向に沿って
配列され、かつ、前記負荷から前記基準電気伝導体(2
2)を実効的に電気的に絶縁するような値の負荷のイン
ピーダンスを介して前記医療機器負荷に接続された前記
基準電気伝導体(22)と、前記分布静電容量の効果を
相殺するよう、前記医療機器に流れる合計負荷電流から
前記基準電気伝導体(22)を通って流れる電流を減算
する減算手段と、を具備することにより、前記医療機器
負荷に配送された電流に対応する電流測定を行う電流感
知装置。 - 【請求項2】 前記電流感知装置はさらに前記基準電気
伝導体(22)が完全であるか否かを感知する検出手段
を具備する請求項1の電流感知装置。 - 【請求項3】 前記インピーダンス値は知られた値であ
り、前記検出手段は、前記基準電気伝導体(22)を介
しての電流の流れを感知するインピーダンス測定装置を
具備する請求項2の電流感知装置。 - 【請求項4】 前記インピーダンス測定装置は、前記主
電気伝導体(14)および前記基準電気伝導体(22)
の間に接続され、かつ固定電圧源を含む回路と、前記固
定電圧源に直列に接続された電流測定装置を具備する請
求項3の電流感知装置。 - 【請求項5】 前記電流感知装置は、さらに交流電流を
配送する電源から誘導された直流電流を絶縁するよう
に、前記主電気伝導体(14)に直列に接続されたキャ
パシタ(C2)および前記基準電気伝導体(22)と直
列に接続されたキャパシタ(C1,C4)を具備する請
求項4の電流感知装置。 - 【請求項6】 前記減算手段は磁気減算装置を具備する
請求項1の電流感知装置。 - 【請求項7】 前記磁気減算装置は変流器と、前記変流
器の出力が前記主電気伝導体(14)および基準電気伝
導体(22)を通って流れる電流の差に関連するよう
に、前記変流器を通って第1の方向へ延びている前記主
電気伝導体(14)と、前記変流器を通って反対方向に
延びている前記基準電気伝導体(22)を具備する請求
項6の電流感知装置。
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