(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気外科用ジェネレータ（１０）であって、
前記電気外科用ジェネレータ（１０）は、高電圧直流給電ユニット（１６）と、前記高電圧直流給電ユニット（１６）に接続された発振回路（１８，１８’）と、を含み、
前記発振回路（１８，１８’）は、出力トランス（２０）を備えており、前記出力トランス（２０）の１次巻線（２２）は、前記発振回路（１８，１８’）の一部であり、前記出力トランス（２０）の２次巻線（２４）は、電気外科用器具のためのコネクタ（１２，１４）に接続されており、
前記発振回路（１８，１８’）は、駆動回路（３０）に接続されており、前記駆動回路（３０）は、前記発振回路（１８，１８’）を前記発振回路（１８，１８’）の励起周波数で励起するために、周期的に駆動パルスを送出するように構成されている電気外科用ジェネレータ（１０）において、
前記駆動回路（３０）は、同期ユニット（３４，３４’）を含み、前記同期ユニット（３４，３４’）は、前記発振回路（１８，１８’）に接続されていて、少なくとも１つの勾配検出器（５８）を含み、駆動パルスを前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移における反転ポイントと同期させるように構成されており、
前記同期ユニット（３４，３４’）は、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移における個々の反転ポイントを、前記勾配検出器（５８）によって特定するように構成されており、
前記勾配検出器（５８）は、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移の勾配方向の変化を検出して、同期信号を送出するように構成されており、前記同期信号に従って前記駆動回路（３０）は、前記発振回路（１８，１８’）のための駆動パルスをトリガする、
電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項２】
前記勾配検出器（５８）は、微分回路（９０）を含み、前記微分回路（９０）は、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移の導関数に対応する導関数信号を生成するように構成されている、
請求項１記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項３】
前記同期ユニット（３４，３４’）は、ゼロクロス検出器（９８）を含み、前記ゼロクロス検出器（９８）は、前記微分回路（９０）の後段に接続されていて、前記導関数信号における個々のゼロクロスを検出し、前記検出に応答して前記同期信号をトリガするように構成されている、
請求項２記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項４】
前記勾配検出器（５８）は、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移を、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移の周波数の倍数である一定のサンプリングレート（８０）でサンプリングし、相前後するサンプリングされた電圧値（７２．１，７２．２）を互いに比較するように構成されている、
請求項１記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項５】
前記勾配検出器（５８）は、前記相前後するサンプリングされた個々の電圧値（７２．１，７２．２）の比較を、差分の形成により実施するように構成されている、
請求項４記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項６】
前記同期ユニット（３４，３４’）は、前記差分の極性符号が変化したときに前記同期信号をトリガするように構成されている、
請求項５記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項７】
前記同期ユニット（３４，３４’）は、発振ゼロクロス検出器（５４，１０２）を含み、前記発振ゼロクロス検出器（５４，１０２）は、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移におけるゼロクロスを検出するように構成されており、
前記同期ユニット（３４，３４’）は、前記発振回路（１８，１８’）内の電圧の電圧推移における個々の反転ポイントを、前記発振ゼロクロス検出器（５４，１０２）の応答に従い、前記勾配検出器（５８）により特定して、前記同期信号を送出するように構成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【請求項８】
前記微分回路（９０）は、差動増幅器（８６，９２）を備えており、前記差動増幅器（８６，９２）は、ＲＣ素子（２６，９４，９６）を用いて微分素子として結線されており、
前記差動増幅器（８６，９２）へ、入力信号として前記発振回路（１８，１８’）内の電圧（ｕ）が供給され、
前記差動増幅器（８６，９２）は、出力信号として導関数信号を供給する、
請求項２または３記載の電気外科用ジェネレータ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気外科用器具を接続可能である、または電気外科用器具が接続されている、電気外科用ジェネレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる電気外科用ジェネレータは一般に、発振回路および出力トランスを備えており、さらに発振回路に給電するための直流給電ユニットを備えている。その際に重要であるのは、直流パルスの給電が発振回路内の電圧の電圧推移と同期して行われるように、タイミングを制御して直流パルスにより発振回路を給電することである。一般的には、一定の周波数の直流パルスが生成されて発振回路に給電される。ただしこの周波数は、予め定められた負荷のときの発振回路の共振周波数に対応するものでなければならない。よって、この種の直流給電ユニットと発振回路とを、場合によっては手動で互いに調整しなければならず、状況次第ではあとから再調整する必要もある。
【０００３】
発振回路の共振周波数は負荷が変動すると同様に変動するので、たとえ正確に調整したとしても、実際の負荷が予め定められた負荷に相当しているときにしか、励起周波数を共振周波数と一致させることはできない。
【０００４】
その結果、負荷が変動すると、励起周波数はもはや発振回路の共振周波数と一致しなくなる。これによって、電力損失および信号推移の歪みが引き起こされる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明が基礎とする課題は、発振回路をその共振周波数で励起する制御パルスである直流パルスの同期合わせを実現する、電気外科用ジェネレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によればこの課題は、高電圧直流給電ユニットおよびこのユニットに接続された発振回路を備えた電気外科用ジェネレータによって解決される。発振回路は出力トランスを備え、この出力トランスの１次巻線は発振回路の一部であり、この出力トランスの２次巻線は、電気外科用器具のためのコネクタに接続されている。発振回路はさらに駆動回路に接続されており、この駆動回路は、発振回路をその共振周波数で励起するために、周期的に駆動パルスを送出するように構成されている。本発明によれば駆動回路は同期ユニットを含み、この同期ユニットは発振回路に接続されていて、少なくとも１つの勾配検出器を含み、駆動パルスを発振回路内の電圧の電圧推移における反転ポイントと同期させるように構成されている。この場合、同期ユニットは、発振回路内の電圧の電圧推移における個々の反転ポイントを勾配検出器により特定するように構成されている。ここで勾配検出器は、発振回路内の電圧の電圧推移の勾配方向の変化を検出して、同期信号を送出するように構成されており、この同期信号に従って駆動回路は、発振回路のための駆動パルスをトリガする。
【０００７】
かかる電気外科用ジェネレータによれば、高電圧直流給電ユニットを発振回路に合わせて手動調整する必要がなくなる。その理由は、同期ユニットによって、駆動パルスの送出が発振回路内の電圧の電圧推移と自動的に同期されるからである。
【０００８】
好ましくは、勾配検出器は微分回路を含み、この微分回路は、発振回路内の電圧の電圧推移の導関数に対応する導関数信号を生成するように構成されている。微分回路は、好ましくはゼロクロス検出器に接続されており、このゼロクロス検出器は、導関数信号の個々のゼロクロスを検出し、それに応答して同期信号をトリガするように構成されている。導関数信号のゼロクロスは、発振回路内の電圧の電圧推移の勾配方向の変化に対応するので、ゼロクロス検出器により生成される同期信号は、発振回路内の電圧の電圧推移における反転ポイントの識別に基づき規則的に発生する。
【０００９】
さらに勾配検出器は好ましくは、発振回路内の周波数の電圧推移を、発振回路内の電圧の電圧推移の周波数の倍数である一定のサンプリングレートでサンプリングし、相前後するサンプリングされた電圧値を互いに比較するように構成されている。この場合、勾配検出器は好ましくは、相前後するサンプリングされた個々の電圧値の比較を差分の形成により実施し、差分の極性符号が変化したときに同期信号をトリガするように構成されている。
【００１０】
特に好ましくは、電気外科用ジェネレータにおいて、勾配検出器が発振ゼロクロス検出器を含み、この発振ゼロクロス検出器は、発振回路内の電圧の電圧推移におけるゼロクロスを検出するように構成されている。
【００１１】
かかる電気外科用ジェネレータにおいて同期ユニットは好ましくは、発振回路内の電圧の電圧推移における個々の反転ポイントを、発振ゼロクロス検出器と勾配検出器とを用いて特定し、同期信号を送出するように構成されている。
【００１２】
１つの特に好ましい実施態様によれば、勾配検出器は、発振回路内の電圧の電圧推移を所定のサンプリングレートでサンプリングするように構成されており、ここで特に好ましいのは、先行して発振ゼロクロス検出器により検出されたゼロクロスに従い、相前後するサンプリングされた電圧値の差分の極性符号が変化したときに、同期信号をトリガするように、同期ユニットが構成されていることである。
【００１３】
好ましくは、微分回路は差動増幅器を備えており、この差動増幅器は、ＲＣ素子を用いて微分素子として結線されており、この差動増幅器へ、入力信号として発振回路内の電圧ｕが供給され、さらにこの差動増幅器は、出力信号として導関数信号を供給する。
【００１４】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による電気外科用ジェネレータのいくつかの基本構成要素を示す図
【図２】本発明による電気外科用ジェネレータの１つの択一的な態様におけるいくつかの基本構成要素を示す図
【図３】発振回路内の電圧の電圧推移を表す発振を示す図であって、駆動パルスのための同期時点が書き込まれた図
【図４】本発明による電気外科用ジェネレータのための本発明による同期ユニットの実施可能な動作態様を示すフローチャート
【図５】それぞれ相前後するサンプリングされた電圧値の比較について説明する図
【図６】電圧推移の一部分およびこの電圧推移の種々の勾配について示す図
【図７】サンプリング値の差分の形成により電圧推移における個々の勾配を求めるための、本発明による同期ユニットの１つの実施態様の構成要素を示す図
【図８】本発明による同期ユニットのための勾配検出器の一部分である、微分回路のための微分素子を示す図
【図９】同期ユニットの第１の態様の主要構成要素を概略的に示す図
【図１０】同期ユニットの第２の態様の最も重要な構成要素を概略的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１には、２つのコネクタ１２および１４を備えた電気外科用ジェネレータ１０の基本構成要素が示されている。コネクタ１２および１４には、電気外科用器具を接続することができ、または電気外科用器具を持続的に接続しておくこともできる。電気外科用ジェネレータ１０は、たとえば、人体組織の凝固、焼灼、または電気外科手術による切除に適した高周波交流電圧が、コネクタ１２および１４に供給されるように構成されている。
【００１７】
電気外科用ジェネレータ１０には、高電圧直流給電ユニット１６、発振回路１８および出力トランス２０が含まれている。この出力トランス２０は、１次巻線２２と２次巻線２４とを備えている。１次巻線２２は、コンデンサ２６と共に発振回路１８を形成している。つまり出力トランス２０の１次巻線２２は、同時に発振回路１８内のコイルでもある。コネクタ１２および１４は、出力トランス２０の２次巻線２４に接続されている。２次巻線２４は、場合によっては複数のタップを有することができ、したがって種々の出力電圧を供給する目的で、コネクタ１２および／または１４を状況に応じて、スイッチまたはスイッチマトリックスを用いて、２次巻線２４に設けられたそれぞれ適切なタップに接続することができる。
【００１８】
これらに加え電気外科用ジェネレータ１０は駆動回路３０を備えており、この駆動回路３０は、高電圧直流給電ユニット１６および発振回路１８に接続されており、発振回路１８をその共振周波数で励起するために、周期的に駆動パルスを送出するように構成されている。この目的で駆動回路３０はスイッチ３２を備えており、このスイッチ３２を、任意の適切な電気素子たとえばトランジスタによって実現することができる。スイッチ３２を発振回路内の電圧の電圧推移と同期させて駆動するために、同期ユニット３４が設けられている。この同期ユニット３４は発振回路１８に接続されており、これによって発振回路１８内の電圧ｕを取り出し、この電圧ｕの電圧推移に依存して同期信号ｓｙｎｃを生成して送出し、この同期信号ｓｙｎｃによってスイッチ３２を駆動して、このスイッチ３２が同期信号ｓｙｎｃによって駆動されて閉成し、それにより個々の駆動パルスを発振回路１８に供給するようにする。
【００１９】
図２には、電気外科用ジェネレータ１０’の択一的な態様が示されている。この実施形態が図１による電気外科用ジェネレータ１０と相違する点は、発振回路１８’がコンデンサ２６のほか発振回路コイル２８を備えていることである。図示の実施例の場合、この発振回路コイル２８は、出力トランス２０の１次巻線２２と直列に接続されており、したがって発振回路１８’の共振周波数は、発振回路コイル２８と１次巻線２２とキャパシタンス（コンデンサ）２６とによって定められることになる。アース接続に関する細かい点を除き、電気外科用ジェネレータ１０’の構造は、その他の点では図１に示した電気外科用ジェネレータ１０の構造と同様である。
【００２０】
理想的には、発振回路１８内の交流電圧の個々の正または負の最大値と同期して、駆動パルスがトリガされる。交流電圧の個々の正または負の最大値において、交流電圧の電圧推移の勾配は０であり、電圧推移はそこにおいて反転する。つまり駆動パルスは、電圧推移４０における個々の（正または負の）反転ポイント４２と同期される。図３にはこのことが示されている。
【００２１】
図４には、同期ユニット３４が発振回路１８内の電圧の電圧推移４０における個々の反転ポイント４２を検出し、それに基づき個々の同期信号を生成する手法について、１つの態様がフローチャートを用いて説明されている。図４に示されているプロセスは、同期信号を生成し、先行する駆動パルスに続く後続パルスとして駆動パルスを生成する目的で、第１の駆動パルス（スタートパルス）５２によってトリガされる。スタートパルス５２によって発振ゼロクロス検出器５４が始動され、この検出器は、発振回路内の電圧の電圧推移における正または負のゼロクロスを検出するように構成されている。この実施例によれば、発振ゼロクロス検出器５４は、発振回路１８内の電圧の電圧推移における正から負へのゼロクロス（負のゼロクロス）を検出するように構成されている。かかるゼロクロスが検出されたならば、発振ゼロクロス検出器５４は出力信号を生成する（イエス）。
【００２２】
これと並行して勾配検出器５８が、発振回路１８内の電圧の電圧推移における個々の勾配を特定し、その勾配がゼロよりも小さいか否かを検査する（ステップ６０）。勾配がゼロよりも小さいならば、ついで勾配検出器５８は、勾配がゼロになるまで待機する（ステップ６２）。勾配がゼロになるとただちに、発振回路１８内の電圧の電圧推移における反転ポイントが生じて同期信号がトリガされ（イエス）、さらに後続パルス（６４）がトリガされる。
【００２３】
よって、図４に示されているプロセスを、以下のようにまとめることもできる。すなわち、スタートパルス５２の発生後、最初に発振ゼロクロスが発振ゼロクロス検出器５４によって検出される。同期信号を、さらにこれに伴い次の駆動パルス（後続パルス６４）を、発振回路１８内の電圧による電圧推移における「下方の」反転ポイント（２７０゜）に続いて発生させたいが、正弦波の電圧推移には２つのゼロクロスがあるので、ゼロクロス検出と並行にまたはその後で、勾配検出器５８を用いステップ６０において、電圧推移の勾配が負であるか否かが検査される。勾配が負であるならば（イエス）、次にステップ６２において、発振回路１８内の電圧の電圧推移における次の反転ポイントに到達するまで待機し、次の反転ポイントにおいて次の駆動パルス（後続パルス）がトリガされることになる。この反転ポイントはステップ６２において、発振回路１８内の電圧の電圧推移の勾配がいつゼロになるのかを検査することによって、特定される。勾配がゼロであるならば、ステップ６４において同期信号を、さらにこれに伴い次の駆動パルスを後続パルスとして、トリガすることができる。その後、このプロセスを新たに始めることができる。
【００２４】
図５には、隣り合うサンプリング値（電圧値）７２．１および７２．２から、勾配検出器５８がどのようにして正弦波の電圧推移の勾配７０を特定できるのか、について説明されている。発振回路１８内の電圧が一定のサンプリングレートによってサンプリングされるならば、相前後する電圧値７２．１および７２．２は時間間隔ΔＸを有し、電圧推移の目下の勾配がゼロでないかぎり、ΔＹを有する。電圧推移４０における接線７０の勾配ｍｔは、電圧推移の目下の勾配を表している。サンプリングレートが十分に高ければ（つまりΔＸが十分に小さければ）、接線７０の勾配ｍｔは、点Ｐ０とＰ１とを通る割線の勾配と一致する。これらの点Ｐ０およびＰ１は、サンプリング値７２．１および７２．２から求めることができ、ΔＸが同じまま維持されるならば（つまり一定のサンプリングレートであるならば）、サンプリング値の差分ΔＹによって表される。接線勾配ｍｔの精度は、ΔＸがどのくらい小さいかに左右される。
【００２５】
図６には、ΔＸが常に一定であるときに、個々のΔＹだけで勾配を表す手法が説明されている。つまり図６には、ΔＸが一定であれば、発振回路１８内の電圧の電圧推移の勾配が、各時点においてΔＹによって一義的に表されることが説明されている。したがって、サンプリングレートが一定でありかつ十分な大きさであるかぎり、発振回路１８内の電圧の相前後する２つのサンプリング値の差分ΔＹは、個々の電圧推移の勾配を表し、よって、反転ポイント（勾配ｍｔ＝０）を認識できるようになる。
【００２６】
図７には、勾配ｍｔの尺度としてΔＹを特定するための回路図が示されている。サンプリングレート８０のクロックで、目下のサンプリング値８２が先行のサンプリング値８４と共に、差動増幅器８６へ供給される。これによって、個々の目下のサンプリング値と個々の先行のサンプリング値との差分が形成される。差動増幅器８６の出力側における電圧は、この差分に対応する。
【００２７】
差動増幅器８６の出力側における電圧がゼロと等しい場合、このことは、発振回路１８内の電圧の電圧推移の勾配も頂点つまりは反転ポイントに達した、ということを意味する。よって、発振回路１８内の電圧の電圧推移における反転ポイントを、発振回路内の電圧の相前後するサンプリング値（電圧値）の比較によって特定することができ、その差分がゼロであるならば、またはほぼゼロのところにある閾値を下回ったならば、または相前後して続く２つの特定の差分の間でそれらの極性符号が変化したときに、同期信号が生成される。
【００２８】
発振回路１８内の電圧の電圧推移４０の勾配を、電圧推移の時間導関数の生成によって形成することができる。正弦波曲線の勾配の１つの尺度は、周知のようにその余弦である。
【００２９】
【数１】
0006639516.tif 000002
【００３０】
つまり正弦波状の電圧推移の時間導関数は余弦波状であり、よって、正弦関数の変曲点における余弦はゼロであることから、発振回路１８内の電圧推移の時間導関数は、電圧推移の反転ポイント（α＝９０゜もしくはα＝２７０゜）においてゼロとなる。
【００３１】
図８に示されているように、発振回路１８内の正弦波電圧を入力電圧Ｕｅとして微分回路９０へ供給することができ、ついでこの微分回路９０の出力側には電圧Ｕａが発生し、この電圧Ｕａの推移は、発振回路１８内の電圧の電圧推移４０の時間導関数に相応し、したがって微分信号を成す。
【００３２】
微分回路９０は差動増幅器９２を備えており、この差動増幅器９２の非反転入力側は、この実施例によればアースに接続されている。差動増幅器９２の反転入力側の前段にはコンデンサ９４が接続されており、さらに差動増幅器９２の反転入力側とその出力側との間において、差動増幅器９２に並列にオーム抵抗９６が接続されている。コンデンサ９４とオーム抵抗９６とによってＲＣ素子が形成されており、予期される周波数範囲つまり発振回路の共振周波数に合わせて、このＲＣ素子を調整することができる。微分回路９０の出力電圧Ｕａがゼロになるのは、入力電圧Ｕｅが、つまりは発振回路１８内の電圧の電圧推移が、最大値または最小値に達したときである。
【００３３】
発振回路１８の部品の個体差に起因して、微分回路９０の固定的に調整されたＲＣ素子が、差動増幅器９２の出力側における出力電圧Ｕａの振幅に作用を及ぼすことは、たしかに予期されることであって、その結果として、出力電圧Ｕａは場合によっては、予期されるその最大振幅には到達しないことになる。ただしここでは、発振回路１８内の電圧の電圧推移の反転ポイントの検出が重要なのであって、微分回路９０の出力電圧Ｕａの最大値は重要ではない。その理由は、出力電圧Ｕａは、発振回路１８内の電圧の電圧推移の反転ポイントにおいてはゼロだからである。つまり出力電圧Ｕａの（正または負の）ゼロクロスごとに同期信号を生成するゼロクロス検出器を、微分回路９０の後段に接続すれば十分である。よって、微分回路９０およびかかるゼロクロス検出器９８は、頂点検出器１００を成している。図９にはこのことが示されている。
【００３４】
図９には、同期ユニット３４の１つの実施態様が示されている。同期ユニット３４は頂点検出器１００を備えており、この頂点検出器１００は、微分回路９０と、その後段に接続されたゼロクロス検出器９８と、によって構成されている。
【００３５】
図１０に示された別の実施態様によれば、同期ユニット３４’は頂点検出器１００のほか、その前段に接続された発振ゼロクロス検出器１０２を備えることができる。発振ゼロクロス検出器１０２の入力信号は電圧であり、もしくは発振回路１８内の電圧の電圧推移であり、この検出器は、発振回路１８内の電圧の電圧推移における正から負の値へのゼロクロス（負のゼロクロス）を検出し、それに応答して出力信号を送出する。この出力信号は、一方では周波数検出器１０４へ供給され、他方ではスイッチ１０８へ供給され、このスイッチ１０８は、頂点検出器１００およびその微分回路９０の前段に接続されている。発振回路１８内の電圧の電圧推移における個々の負のゼロクロスのときに、スイッチ１０８は、発振ゼロクロス検出器１０２の出力信号によって閉じられ、それに伴い発振回路１８内の電圧が微分回路９０の入力側へ供給される。したがって図１０に示した同期ユニット３４’の動作は、図４に示したプロセスとまったく一致する。
【００３６】
つまり図１０に示した同期ユニット３４’の入力値は、発振回路１８内の電圧ｕである。同期信号ｓｙｎｃのほか、発振回路１８内の電圧の電圧推移の周波数を表す信号ｆも、同期ユニット３４’の出力値である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電気外科用ジェネレータ
１２，１４  コネクタ
１６  高電圧直流給電ユニット
１８，１８’  発振回路
２０  出力トランス
２２  １次巻線
２４  ２次巻線
２６，９４  コンデンサ
２８  発振回路コイル
３０  駆動回路
３２，１０８  スイッチ
３４，３４’  同期ユニット
４０  電圧推移
４２  反転ポイント
５２  スタートパルス
５４，１０２  発振ゼロクロス検出器
５８  勾配検出器
６４  後続パルス
７０  接線、勾配
７２．１，７２．２  サンプリング値、電圧値
８０  サンプリングレート
８２  目下のサンプリング値
８４  先行のサンプリング値
８６，９２  差動増幅器
９０  微分回路
９６  抵抗
９８  ゼロクロス検出器
１００  頂点検出器
１０４  周波数検出器
【図１】
0006639516.tif 000003
【図２】
0006639516.tif 000004
【図３】
0006639516.tif 000005
【図４】
0006639516.tif 000006
【図５】
0006639516.tif 000007
【図６】
0006639516.tif 000008
【図７】
0006639516.tif 000009
【図８】
0006639516.tif 000010
【図９】
0006639516.tif 000011
【図１０】
0006639516.tif 000012