JP7623015B2 - 複数の周波数においてマイクロ波エネルギーを送出するための電気外科用発電機 - Google Patents

Description

本発明は、治療部位における生体組織上に異なる効果を生じさせるために複数の周波数において電磁エネルギーを送出するための電気外科システムに関する。詳細には、本発明は、共通の給電ケーブルに沿って複数のマイクロ波周波数においてエネルギーを選択的に供給するための電気外科用発電機に関する。給電ケーブルは、生体組織を低侵襲で処置するために外科スコープ装置（たとえば内視鏡または気管支鏡）の器具チャンネルを通して導入することができ得る。

電気外科用発電機は、病院の手術室にくまなく普及し、回復及び腹腔鏡手技で使用され、内視鏡検査スイートにおいても次第に存在している。内視鏡手技では、電気外科アクセサリは通常、内視鏡内部の内腔を通して挿入される。腹腔鏡手術に対する同等なアクセスチャンネルに対して考えると、このような内腔は穴が比較的狭く、長さがより長い。

生体組織を切断するために高周波（ＲＦ）エネルギーを用いることが知られている。ＲＦエネルギーを用いて切断する方法は、電流が（細胞及び細胞間電解質のイオン含有量に助けられて）組織マトリックスを通ると、組織にわたる電子の流れに対するインピーダンスによって熱が発生するという原理を用いて動作する。組織マトリックスにＲＦ電圧が印加されると、細胞内に十分な熱が発生して組織の含水量を蒸発させる。このように乾燥が増加する結果、特に、組織を通る電流経路全体の中で電流密度が最も高い器具のＲＦ放出領域（本明細書ではＲＦブレードと言う）に隣接して、ＲＦブレードの切断ポールに隣接する組織はブレードとの直接接触を失う。そして印加電圧は、この空隙のほとんど全体にわたって現れ、結果として空隙はイオン化して、プラズマが形成され、体積抵抗率が組織と比べて非常に高くなる。この相違は重要である。なぜなれば、ＲＦブレードの切断ポールと組織との間の電気回路を完成させたプラズマに印加エネルギーを集中させるからである。何らかの揮発性材料がプラズマに十分ゆっくりと入ると蒸発するため、組織解離性のプラズマという認識になる。

ＧＢ２４８６３４３に、生体組織を処置するためにＲＦ及びマイクロ波エネルギーの両方を送出する電気外科装置に対する制御システムが開示されている。プローブに送出されたＲＦエネルギー及びマイクロ波エネルギーの両方のエネルギー送出プロファイルは、プローブに伝達されたＲＦエネルギーのサンプリングされた電圧及び電流情報と、プローブとの間で伝達されたマイクロ波エネルギーに対するサンプリングされた順方向及び反射電力情報とに基づいて設定される。

ＧＢ２５２２５３３に、生体組織を扱うために高周波（ＲＦ）エネルギー及びマイクロ波エネルギーを生成するように配列された電気外科用発電機に対する分離回路が開示されている。分離回路は、マイクロ波チャンネルと信号結合器との間の接合部に同調可能な導波管アイソレータを含んでおり、ＲＦエネルギーのカップリングとマイクロ波エネルギーの漏れとを抑制するために、信号結合器の接地導体と導波管アイソレータの伝導性入力セクションとの間に容量構造を含むことができる。

最も概略的には、本発明によって、複数の異なる周波数においてマイクロ波エネルギーを選択的に送出することができる電気外科用発電機が提案される。異なる周波数を別個または同時に送出して、たとえば生体組織上に異なる効果を形成してもよい。マイクロ波エネルギーの効率的な送出を可能にするために、電気外科用発電機は、複数のマイクロ波チャンネルの有効な分離が可能な信号結合器を有しており、そのため、各周波数のエネルギーがその対応するチャンネルから出力ポートに向けられるときに、他の周波数を伝達するチャンネル内への漏れが最小または無視できるほどである。

本発明の態様によれば、電気外科用発電機であって、複数のマイクロ波チャンネルのそれぞれの上で伝達すべきマイクロ波エネルギーを発生させるための電磁信号供給ユニットであって、複数のマイクロ波チャンネルのそれぞれはマイクロ波エネルギーを異なる周波数で伝達するように配列されている、電磁信号供給ユニットと、複数のマイクロ波チャンネルからマイクロ波エネルギーを送出するためのプローブに接続できるように構成された出力ポートと、複数のマイクロ波チャンネルを出力ポートに接続するように構成された信号結合器と、を含み、信号結合器は、複数のマイクロ波チャンネルのそれぞれの遠位端に配置されたバンドストップフィルタモジュールであって、各マイクロ波チャンネルに対するバンドストップフィルタモジュールは、他のマイクロ波チャンネル上で伝達される周波数におけるマイクロ波エネルギーをブロックするように構成されている、バンドストップフィルタモジュールと、出力ポートと複数のマイクロ波チャンネルが接続される接合部との間を延びる共通の信号経路と、を含む、電気外科用発電機が提供される。

こうして、電気外科用発電機は複数のマイクロ波信号を生成する。各信号は別個のチャンネル上で送出されて、他の信号とは異なる周波数を有する。信号結合器は複数のバンドストップフィルタモジュールを有する。１つのモジュールは各マイクロ波チャンネルに対するものである。各モジュールは、その対応するチャンネルに、他のチャンネル上で伝達される（異なる）周波数におけるマイクロ波エネルギーをブロックできることによって、適合している。したがって、３チャンネルシナリオでは、第１のチャンネル上のモジュールは第２及び第３のチャンネルの周波数をブロックし、一方で、第２上のモジュールは第１及び第３のチャンネル上の周波数をブロックするなどである。モジュールは任意の数のチャンネルに対して構成することができる。

電磁信号供給ユニットは、複数のマイクロ波源を含んでいてもよく、それぞれは、複数のマイクロ波チャンネルが伝達する周波数のうちの１つにおいてマイクロ波エネルギーを出力するように構成される。すなわち、各マイクロ波チャンネルは他から独立していてもよい。代替的に、異なる周波数におけるマイクロ波信号を共通の供給源から得た後に、それらの対応するマイクロ波チャンネルに送出してもよい。

３つ以上のマイクロ波チャンネルがあってもよく、発生器は、３つ以上のマイクロ波周波数のうちのいずれか一つまたは任意の組み合わせにおいて、マイクロ波エネルギーを送出することができる。たとえば、複数のマイクロ波チャンネルを、４３３ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１４．５ＧＨｚ、２４ＧＨｚ、６０ＧＨｚのうちの２つ以上からなる任意の組み合わせを有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成してもよい。

各マイクロ波チャンネルは、そのマイクロ波チャンネルに対応する周波数を有するマイクロ波エネルギーが電磁信号供給ユニットから接合部に伝達される幹線伝送路を含んでいてもよい。幹線伝送路は任意の好適な形状（たとえば、同軸伝送、マイクロストリップ、導波管など）を取ってもよい。同軸伝送路は損失を最小限にするのに好ましい場合がある。

各バンドストップフィルタモジュールは、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの各周波数に対する３スタブフィルタを含んでいてもよい。したがって、各モジュールは、複数の３スタブフィルタ（１つは、ブロックすべき各周波数に対する）を含んでいてもよい。３チャンネルシナリオでは、各モジュールは２つの３スタブフィルタを有する。ｎチャンネルシナリオでは、各モジュールは（ｎ－１）個の３スタブフィルタを有する。各３スタブフィルタは、幹線伝送路に接続されて、そこから離れるように延びる（たとえばそこと直交する）３つのスタブ（すなわち３つの長さの伝送路）を含んでいてもよい。各スタブは、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの波長において接合部に対して並列の開回路を示すように構成してもよい。

１つの構成では、開回路状態は、３つのスタブのそれぞれが、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの４分の１波長に等しい長さを有し、３つのスタブが、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの半波長だけ幹線伝送路に沿って分離され、第１のスタブが、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの４分の１波長の奇数に等しい距離だけ接合部から離間に配置されることによって実現される。

スタブを幹線伝送路と同じ種類の伝送路の一部から形成してもよい。たとえば、それは同軸伝送路、マイクロストリップ伝送路、または導波管の長さであってもよい。一例では、バンドストップフィルタモジュールをストリップラインコンポーネントとして構成してもよい。

幹線伝送路は、バンドストップフィルタモジュールを含むマイクロ波チャンネルの全体にわたって同じ種類であってもよい。しかし、いくつかの例では、各マイクロ波チャンネルに対する幹線伝送路は、異なる種類の伝送路をバンドストップフィルタモジュールにおいて含んでいてもよい。たとえば、各マイクロ波チャンネルは、電磁信号供給ユニットからバンドストップフィルタモジュールまで延びる同軸伝送路部分と、バンドストップフィルタ部分を通って延びるフィルタ部分とを含んでいてもよい。フィルタ部分はマイクロストリップまたはストリップライン伝送路であってもよい。バンドストップフィルタモジュールは、同軸伝送路部分をフィルタ部分に接続するためのＳＭＡコネクタを含んでいてもよい。フィルタ部分の遠位端を出力ポートに接続するための第２のＳＭＡコネクタがあってもよい。マイクロ波チャンネルの接合部は、たとえばマイクロストリップまたはストリップライン伝送路セクションにおけるフィルタ部分の接合部であってもよい。複数のチャンネルをこのように結合する方がより簡単であり得る。

代替案として、不要な周波数におけるエネルギーを取り除くかまたはブロックするが、対象とする特定の供給源周波数におけるエネルギーを通す単一フィルタを開発することが好ましい場合がある。不要な周波数におけるエネルギーを取り除くかまたは阻止するように調整することができる、導波管空洞の内部でセットアップされた多くの可変チューニングスタブまたは調整可能なポストを含む配置を実施して、同軸配置の代わりに用いることができる。導波管空洞を、開口部を伴う矩形または円形の形状にして、その長壁または直径を、ガイド内で伝搬してエネルギーを組織内に送出する必要がある最低周波数におけるほぼ半波長とすることができる。たとえば、この周波数は４３３ＭＨｚまたは９１５ＭＨｚとすることができ、半波長、したがって開口部サイズは、それぞれ、０．３４６ｍ（３４．６ｃｍ）及び０．１６４ｍ（１６．４ｃｍ）である。

電気外科用発電機を、複数のマイクロ波周波数に加えて他のエネルギー様式を送出するように構成してもよい。たとえば、電気外科用発電機は、電気穿孔法に適した高周波（ＲＦ）エネルギー及び／または高電圧パルス状ＤＣエネルギーを送出してもよい。こうして、出力ポートを、マイクロ波エネルギーにＲＦエネルギーを結合するための結合器モジュール内に配列された導波管アイソレータを介してプローブに接続してもよい。

信号結合器自体は本発明の独立した態様であってもよい。この態様によれば、それぞれ、マイクロ波エネルギーを異なる周波数で伝達するように配列された複数のマイクロ波チャンネルを有する電気外科用発電機に対するマイクロ波信号結合器であって、信号結合器は、複数のマイクロ波チャンネルのそれぞれの遠位端において接続するためのバンドストップフィルタモジュールであって、各マイクロ波チャンネルに対するバンドストップフィルタモジュールは、他のマイクロ波チャンネル上で伝達される周波数におけるマイクロ波エネルギーをブロックするように構成されている、バンドストップフィルタモジュールと、複数のマイクロ波チャンネルが接続される接合部から出力ポートまで延びる共通の信号経路と、を含むマイクロ波信号結合器が提供される。電気外科用発電機を参照して前述した信号結合器の任意の特徴が、本発明のこの態様にも適用され得る。

たとえば、信号結合器は、３つ以上のマイクロ波チャンネルを有する電気外科用発電機に対して構成してもよい。この配置では、信号結合器は３つ以上のバンドストップフィルタモジュールを含み、各バンドストップフィルタモジュールは、２つ以上の異なる周波数においてマイクロ波エネルギーをブロックするように構成されてもよい。

各バンドストップフィルタモジュールは、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの各周波数に対する３スタブフィルタを含み、３スタブフィルタは、幹線伝送路に接続された３つのスタブを含み、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの波長において接合部に対して並列の開回路を示してもよい。

前述した電気外科用発電機をプローブに、たとえば出力ポートから延びる同軸伝送路を介して接続してもよい。プローブは、外科スコープ装置内の器具チャンネルを通した挿入に適した電気外科器具を含んでいてもよい。電気外科器具は、本明細書で説明したＲＦ、マイクロ波、及び電気穿孔エネルギーのいずれかを出力するように構成された遠位端アセンブリを含んでいてもよい。一例では、遠位端アセンブリは、内部導体が外部導体の遠位端を越えて突出してプローブの遠位端において露出する同軸構造を含んでいてもよい。この構成により、遠位端アセンブリは、ＲＦエネルギーを送出するための二極性のエネルギー送出構造とマイクロ波エネルギーを放射するためのマイクロ波アンテナとを形成した。

本明細書では、「マイクロ波」を広く用いて、周波数範囲４００ＭＨｚ～１００ＧＨｚ、しかし好ましくは範囲４００ＭＨｚ～６０ＧＨｚを示してもよい。考慮した特定の周波数は、４３３ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、３．３ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１４．５ＧＨｚ、２４ＧＨｚ、及び６０ＧＨｚである。デバイスは、これらのマイクロ波周波数のうちの２つ以上においてエネルギーを送出してもよい。用語「高周波」または「ＲＦ」を用いて、３００ｋＨｚ～４００ＭＨｚの周波数を示してもよい。

本明細書では、用語「内部」は、器具チャンネルの中心（たとえば軸）に向かって半径方向に近い方を意味する。用語「外部」は、器具チャンネルの中心（軸）から半径方向に遠い方を意味する。

用語「伝導性」は、本明細書では、文脈上別の意味が示される場合を除き、電気伝導性を意味するために用いる。

本明細書では、用語「近位」及び「遠位」は、治療部位から遠い方のエネルギー伝達構造端部及び治療部位に近い方のエネルギー伝達構造端部を、それぞれ指す。したがって、使用時、近位端の方がマイクロ波エネルギーを供給するための発生器に近く、一方で遠位端の方が治療部位（すなわち、患者）に近い。

本発明の実施形態について、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

本発明を適用し得る既知の種類の電気外科用発電機の概略図である。 図１の電気外科用発電機において用いることができる分離回路の概略図である。 本発明の実施形態である複数の周波数においてマイクロ波エネルギーを送出することができる電気外科用発電機の概略図である。 図３の電気外科用発電機での使用に適した信号結合器の概略図である。 図４の信号結合器での使用に適したバンドストップフィルタの概略図である。 図３の電気外科用発電機での使用に適したストリップラインベースの信号結合器の概略図である。 図６に示す信号結合器の出力ポートと第１の入力ポートとの間の信号応答を示すシミュレートされたグラフである。 図６に示す信号結合器の出力ポートと第２の入力ポートとの間の信号応答を示すシミュレートされたグラフである。 図６に示す信号結合器の出力ポートにおける整合された信号応答を示すシミュレートされたグラフである。 図６に示す信号結合器の第１の入力ポートにおける整合された信号応答を示すシミュレートされたグラフである。 図６に示す信号結合器の第１の入力ポートと第２の入力ポートとの間の信号応答を示すシミュレートされたグラフである。

さらなる選択肢及び選好
背景
図１に、たとえば、本発明の理解にとって有用なＧＢ２４８６３４３に開示された電気外科装置４００の概略図を示す。装置はＲＦチャンネルとマイクロ波チャンネルとを含む。ＲＦチャンネルは、生体組織を処置する（たとえば、切断するかまたは乾燥させる）のに適した電力レベルにおいてＲＦ周波数電磁信号を発生させて制御するためのコンポーネントを含む。マイクロ波チャンネルは、生体組織を処置する（たとえば、凝固させるかまたは切除する）のに適した電力レベルにおいてマイクロ波周波数電磁信号を発生させて制御するためのコンポーネントを含む。

マイクロ波チャンネルは、マイクロ波周波数供給源４０２と、それに続いて電力スプリッタ４２４（たとえば３ｄＢ電力スプリッタ）（供給源４０２からの信号を２つの分岐に分割する）とを有する。電力スプリッタ４２４からの１つの分岐が、マイクロ波チャンネルを形成する。マイクロ波チャンネルは、制御信号Ｖ１０を介して制御器４０６によって制御される可変減衰器４０４と制御信号Ｖ１１を介して制御器４０６によって制御される信号変調器４０８とを含む電力制御モジュール、及び処置に適した電力レベルにおいてプローブ４２０から送出させるための順方向マイクロ波ＥＭ放射線を発生させるための駆動増幅器４１０及び電力増幅器４１２を含む増幅器モジュールを有する。増幅器モジュールの後、マイクロ波チャンネルは、マイクロ波信号カップリングモジュール（マイクロ波信号検出器の一部を構成する）と続く。マイクロ波信号カップリングモジュールは、サーキュレータ４１６であって、その第１及び第２のポート間の経路に沿ってマイクロ波ＥＭエネルギーを供給源からプローブへ送出するように接続されたサーキュレータ４１６と、サーキュレータ４１６の第１のポートにおける順方向結合器４１４と、サーキュレータ４１６の第３のポートにおける反射結合器４１８とを含む。反射結合器を通った後、第３のポートからのマイクロ波ＥＭエネルギーは電力ダンプロード４２２において吸収される。またマイクロ波信号カップリングモジュールは、順方向結合信号または反射結合信号のいずれかを検出用にヘテロダイン受信部に接続するために制御信号Ｖ１２を介して制御器４０６によって操作されるスイッチ４１５を含む。

電力スプリッタ４２４からの他の分岐は測定チャンネルを形成する。測定チャンネルはマイクロ波チャンネル上の増幅ラインアップを迂回しており、したがって、プローブから低電力信号を送出するように配列されている。制御信号Ｖ１３を介して制御器４０６によって制御される一次のチャンネル選択スイッチ４２６は、マイクロ波チャンネルまたは測定チャンネルのいずれかからの信号を選択してプローブへ送出するように動作可能である。高バンドパスフィルタ４２７が、マイクロ波信号発生器を低周波ＲＦ信号から保護するために、一次のチャンネル選択スイッチ４２６とプローブ４２０との間に接続されている。

測定チャンネルは、プローブから反射された電力の位相及び大きさを検出するように配列されたコンポーネントを含む。検出によって、材料（たとえば、プローブの遠位端に存在する生体組織）についての情報が得られ得る。測定チャンネルは、サーキュレータ４２８であって、その第１及び第２のポート間の経路に沿ってマイクロ波ＥＭエネルギーを供給源４０２からプローブへ送出するように接続されたサーキュレータ４２８を含む。プローブから返った反射信号は、サーキュレータ４２８の第３のポート内に送られる。サーキュレータ４２８は、正確な測定が容易になるように順方向信号と反射信号との間の分離をもたらすために用いられる。しかし、サーキュレータはその第１及び第３のポート間の完全な分離が得られない。すなわち順方向信号の一部が第３のポートへと通り抜けて反射信号と干渉し得る。そのため、キャリアキャンセレーション回路を用いて、（順方向結合器４３０からの）順方向信号の一部を、第３のポートから（注入結合器４３２を介して）出てくる信号に注入して戻してもよい。キャリアキャンセレーション回路は、注入部分が、第１のポートから第３のポートへと通り抜ける任意の信号と１８０°位相がずれて信号を相殺することを確実にするために、位相調整器４３４を含んでいる。またキャリアキャンセレーション回路は、注入部分の大きさが任意の通り抜け信号と同じになることを確実にするために信号減衰器４３６を含んでいる。

順方向信号におけるいかなるドリフトも補償するために、測定チャンネル上に順方向結合器４３８が設けられている。順方向結合器４３８の結合出力とサーキュレータ４２８の第３のポートからの反射信号とが、スイッチ４４０の対応する入力端子に接続されている。スイッチ４４０は、結合された順方向信号または反射信号のいずれかを検出用にヘテロダイン受信部に接続するために、制御信号Ｖ１４を介して制御器４０６によって操作される。

スイッチ４４０の出力（すなわち、測定チャンネルからの出力）とスイッチ４１５の出力（すなわち、マイクロ波チャンネルからの出力）とが、二次チャンネル選択スイッチ４４２の対応する入力端子に接続されている。二次チャンネル選択スイッチ４４２は、一次のチャンネル選択スイッチとともに、制御信号Ｖ１５を介して制御器４０６によって動作可能であり、測定チャンネルがプローブにエネルギーを供給しているときに測定チャンネルの出力がヘテロダイン受信部に接続されること、及びマイクロ波チャンネルがプローブにエネルギーを供給しているときにマイクロ波チャンネルの出力がヘテロダイン受信部に接続されることを確実にする。

ヘテロダイン受信部は、二次チャンネル選択スイッチ４４２が出力した信号から位相及び大きさ情報を抽出するために用いられる。このシステムではシングルヘテロダイン受信部を示しているが、信号が制御器に入る前に供給源周波数を２回ミックスダウンするダブルヘテロダイン受信部（２つの局部発振器及び混合器を含む）を、必要に応じて用いてもよい。ヘテロダイン受信部は、二次チャンネル選択スイッチ４４２が出力した信号をミックスダウンするための局部発振器４４４及び混合器４４８を含む。局部発振器信号の周波数は、混合器４４８からの出力が、制御器４０６において受け取るのに適した中間周波数となるように選択される。バンドパスフィルタ４４６、４５０が、局部発振器４４４及び制御器４０６を高周波マイクロ波信号から保護するために設けられている。

制御器４０６は、ヘテロダイン受信部の出力を受け取って、そこから、マイクロ波または測定チャンネル上の順方向及び／または反射信号の位相及び大きさを示す情報を決定する（たとえば、抽出する）。この情報を用いて、マイクロ波チャンネル上の高電力マイクロ波ＥＭ放射またはＲＦチャンネル上の高電力ＲＦＥＭ放射の送出を制御することができる。ユーザは、前述したように、ユーザインターフェース４５２を介して制御器４０６と相互に作用し得る。

図１に示すＲＦチャンネルは、制御信号Ｖ１６を介して制御器４０６によって制御されるゲートドライバ４５６に接続されたＲＦ周波数供給源４５４を含む。ゲートドライバ４５６は、ＲＦ増幅器４５８（ハーフブリッジ配置である）に対する動作信号を供給する。ハーフブリッジ配置のドレイン電圧は、可変ＤＣ電源４６０を介して制御可能である。出力変圧器４６２は、生成されたＲＦ信号を、プローブ４２０に送出するためにラインに伝達する。ローパス、バンドパス、バンドストップ、またはノッチフィルタ４６４が、ＲＦ信号発生器を高周波マイクロ波信号から保護するために、そのライン上で接続されている。

変流器４６６が、組織負荷に送出される電流を測定するためにＲＦチャンネル上に接続されている。分圧器４６８（出力変圧器からタップされ得る）を用いて電圧を測定する。分圧器４６８及び変流器４６６からの出力信号（すなわち、電圧及び電流を示す電圧出力）は、対応するバッファ増幅器４７０、４７２及び電圧クランピングツェナーダイオード４７４、４７６、４７８、４８０によってコンディショニングされた後に、制御器４０６に直接接続される（図１では信号Ｂ及びＣとして示す）。

位相情報を得るために、電圧及び電流信号（Ｂ及びＣ）は位相比較器４８２（たとえば、ＥＸＯＲゲート）にも接続される。位相比較器４８２の出力電圧はＲＣ回路４８４によって積分されて、電圧波形と電流波形との間の位相差に比例する電圧出力（図１ではＡとして示す）を形成する。この電圧出力（信号Ａ）は制御器４０６に直接接続される。

マイクロ波／測定チャンネル及びＲＦチャンネルは、信号結合器１１４に接続される。信号結合器１１４は、両方の種類の信号を別個にまたは同時に、ケーブルアセンブリ１１６に沿ってプローブ４２０に伝達する。プローブ４２０から、それは患者の生体組織内に送出される（たとえば、放射される）。

導波管アイソレータ（図示せず）を、マイクロ波チャンネルと信号結合器との間の接合部に設けてもよい。導波管アイソレータは３つの機能を行うように構成してもよい。（ｉ）非常に高いマイクロ波電力（たとえば、１０Ｗよりも大きい）を通過させること、（ｉｉ）ＲＦ電力の通過をブロックすること、（ｉｉｉ）高耐電圧（たとえば、１０ｋＶよりも大きい）をもたらすこと。容量構造（ＤＣブレークとしても知られる）を、導波管アイソレータに（たとえば、導波管アイソレータ内に）または導波管アイソレータに隣接して、設けてもよい。容量構造の目的は、隔離障壁にわたる容量結合を減らすことである。

図２は、やはり本発明の理解にとって有用なＧＢ２５２２５３３に開示された分離回路の概略図である。分離回路は、ＲＦ信号発生器２１８からのＲＦＥＭ放射とマイクロ波信号発生器２２０からのマイクロ波放射とをプローブに伝達するための給電構造の一部を構成する。プローブ（図示せず）は、ハウジング２２６内に設けられた出力ポート２２８に接続可能である。絶縁スリーブ２２９がハウジングの出力ポート２２８に設けられていて、出力ポート２２８に接続された浮遊コンポーネントにハウジングの接地されたケーシングを接続するための電流経路を防ぐようになっている。

給電構造は、ＲＦＥＭ放射を伝達するためのＲＦ信号経路２１２、２１４を有するＲＦチャンネルと、マイクロ波ＥＭ放射を伝達するためのマイクロ波信号経路２１０を有するマイクロ波チャンネルとを含む。ＲＦＥＭ放射及びマイクロ波放射に対する信号経路は、互いから物理的に分離している。ＲＦ信号発生器は、計器用変圧器２１６を介してＲＦ信号経路２１２、２１４に接続されている。変圧器２１６の二次コイル（すなわち、配置のプローブ側）は浮遊している。そのため、患者とＲＦ信号発生器２１８との間に直流経路はない。これは、ＲＦ信号経路２１２、２１４の信号導体２１２及び接地導体２１４が両方とも浮遊していることを意味する。

分離回路は導波管アイソレータ６００を含んでいる。導波管アイソレータ６００の絶縁ギャップは、必要なレベルのＤＣ分離を与えるように構成されている一方で、ギャップにおけるマイクロ波エネルギーの漏れを防ぐように容量性リアクタンスがマイクロ波エネルギーの周波数において十分に低い。ギャップは０．６ｍｍ以上、たとえば０．７５ｍｍであってもよい。ＲＦエネルギーはアイソレータの２つの端部の間でカップリングすることはできない。なぜならば、管の直径が、ＲＦ周波数においてプローブのそれぞれと直列に非常に大きなインダクタンスを形成するからである。

分離回路は、導波管アイソレータ６００と一体化された結合回路を有する。ＲＦ信号を搬送する信号導体２１２及び接地導体２１４が、同軸ＲＦコネクタ６０２（ＲＦフィード）に接続されている。同軸ＲＦコネクタ６０２は、導波管アイソレータ６００内にＲＦ信号を導入し、ＲＦ信号は同軸ＲＦコネクタ６０２の出力ポート２３２からプローブに向かって伝達される。

分離ギャップ６０３が、ＲＦ信号が入力ポート２３０内にカップリングして戻るのを防ぐために配列されている。導波管アイソレータ内に内部伝導性ロッドを注意深く配置することによって、マイクロ波エネルギーがＲＦコネクタ６０２内にカップリングすることがないようになっている。

コンポーネントのラインアップの反射損失を減らすために、チューニングユニットが導波管アイソレータ６００内に組み込まれている。チューニングユニットは、空洞の本体内に調整可能に挿入する（たとえば、ネジで留める）ことができる３つのスタブ２３１を含んでいる。

加えて、ＲＦチャンネルは、発生器とともに用いるケーブルの異なる長さから生じるキャパシタンスの変化に適応する（たとえば、補償する）ように制御信号Ｃ１の制御下で動作可能である調整可能なリアクタンス２１７を有する。調整可能なリアクタンス２１７は、ＲＦチャンネルと並列または直列に接続されたスイッチトまたは電子的同調可能キャパシタまたはインダクタのうちの１つ以上を含んでいてもよい。

複数のマイクロ波周波数の選択的送出
図３は、本発明の実施形態である電気外科用発電機２００の概略図である。電気外科用発電機の全体的アーキテクチャは、図１に関して前述したそれと同様であってもよく、ＲＦ及びマイクロ波エネルギーの結合に対する図２に関して述べたような分離回路を含んでいてもよい。

しかし、本発明の電気外科用発電機２００は、複数のマイクロ波チャンネル２４０、２４２、２４４を含んでいるという点で、図１及び２とは異なる。マイクロ波チャンネルはそれぞれ、他のマイクロ波チャンネルとは異なる特定の周波数を有するマイクロ波エネルギーを発生させるように構成されている。複数のマイクロ波チャンネル２４０、２４２、２４４はそれぞれ、別個の（独立した）マイクロ波源を含んでいてもよい。代替的に、各マイクロ波チャンネル上の信号を、好適な周波数乗算または分割によって単一供給源から得てもよい。各マイクロ波チャンネルを、図１に対して前述したマイクロ波チャンネルとして構成してもよい。

複数のマイクロ波チャンネルのそれぞれは独立に動作可能（たとえば始動可能）であってもよい。こうして、異なる周波数を有するマイクロ波信号を、複数のマイクロ波チャンネルから別個にまたは同時に供給することができる。

電気外科用発電機２００はさらに、複数のマイクロ波チャンネルのそれぞれ２４０、２４２、２４４からマイクロ波信号を受け取るように構成された入力ポートのセットを有するマイクロ波信号結合器２４６を含んでいる。マイクロ波信号結合器２４６はまた、出力ポートを有する。出力ポートから、マイクロ波チャンネル２４０、２４２、２４４からの信号が、共通の伝送路２４８に沿って導波管アイソレータ６００の入力ポート２３０へ伝達される。

複数のマイクロ波チャンネル２４０、２４２、２４４は、任意の好適な周波数においてマイクロ波信号を発生させるように配列してもよい。しかし、発生させた周波数が以下のＩＳＭバンドのうちの１つに属することが好ましい場合がある。
・４３３．０５ＭＨｚ～４３４．７９ＭＨｚ（中心周波数が４３３．９２ＭＨｚで１．７４ＭＨｚバンド幅）
・９０２ＭＨｚ～９２８ＭＨｚ（中心周波数が９１５ＭＨｚで２６ＭＨｚバンド幅）
・２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ（中心周波数が２．４５ＧＨｚで１００ＭＨｚバンド幅）
・５．７２５ＧＨｚ～５．８７５ＧＨｚ（中心周波数が５．８ＧＨｚで１５０ＭＨｚバンド幅）
・２４．０ＧＨｚ～２４．２５ＧＨｚ（中心周波数が２４．１２５ＭＨｚで２５０ＭＨｚバンド幅）
・６１．０ＧＨｚ～６１．５ＧＨｚ（中心周波数が６１．２５ＧＨｚで５００ＭＨｚバンド幅）
マイクロ波チャンネルは、上述のバンドのうちの２つ以上からなる任意の組み合わせから信号を発生させてもよい。

図４は、図３の電気外科用発電機での使用に適したマイクロ波信号結合器の概略図である。この例では、３つのマイクロ波チャンネル２４０、２４２、２４４があり、それぞれ、接合部２６２における共通の出力伝送路２４８に接続されている。各マイクロ波チャンネルを、その近位端における接地２４３に、たとえば５０Ω負荷２４１を通して接続してもよい。

マイクロ波信号結合器は、接合部２６２の前に、各マイクロ波チャンネルの遠位端に一対のバンドストップフィルタを含んでいる。所与のマイクロ波チャンネル上のバンドストップフィルタは、他のマイクロ波チャンネルに対応する周波数を有するマイクロ波エネルギーが、そのマイクロ波チャンネルに入ることを選択的にブロックするように動作する。

こうして、第１のマイクロ波チャンネル２４０は、第１の周波数ｆ１を有するマイクロ波信号を出力するように動作してもよく、第２のマイクロ波チャンネル２４２は、第２の周波数ｆ２を有するマイクロ波信号を出力するように動作してもよく、第３のマイクロ波チャンネル２４４は、第３の周波数ｆ３を有するマイクロ波信号を出力するように動作してもよい。

第１のマイクロ波チャンネル２４０は、第１の対のバンドストップフィルタ２５０、２５２をその遠位端に有していてもよい。第１の対のバンドストップフィルタ２５０、２５２は、第２の周波数をブロックするように構成されたバンドストップフィルタ２５０と、第３の周波数をブロックするように構成されたバンドストップフィルタ２５２とを含んでいる。

第２のマイクロ波チャンネル２４２は、第２の対のバンドストップフィルタ２５４、２５６をその遠位端に有していてもよい。第２の対のバンドストップフィルタ２５４、２５６は、第３の周波数をブロックするように構成されたバンドストップフィルタ２５４と、第１の周波数をブロックするように構成されたバンドストップフィルタ２５６とを含んでいる。

第３のマイクロ波チャンネル２４４は、第３の対のバンドストップフィルタ２５８、２６０をその遠位端に有していてもよい。第３の対のバンドストップフィルタ２５８、２６０は、第１の周波数をブロックするように構成されたバンドストップフィルタ２５８と、第２の周波数をブロックするように構成されたバンドストップフィルタ２６０とを含んでいる。

各バンドストップフィルタは、特定の周波数におけるマイクロ波エネルギーの通過をブロックする一方で他の周波数が通ることを可能にするように配列された２または３スタブフィルタとして構成してもよい。こうして、信号結合器はバンドストップフィルタのネットワークを含んでもよい。各フィルタを、任意の好適な伝送路構造（たとえば、同軸伝送路、マイクロストリップ、またはストリップライン）またはマイクロ波伝搬をサポートするのに適した任意の他の導波管を用いて製造してもよい。好都合な配置では、スタブを、チャンネルに沿ってマイクロ波信号を伝達するものと同じ種類の伝送路から形成してもよい。したがって、スタブは、マイクロ波チャンネルを通る同軸伝送路と同じインピーダンス（たとえば５０Ω）を有する同軸伝送路であってもよい。代替的に、信号結合器は、マイクロ波チャンネル及び共通の接合部上の同軸伝送にそれぞれ接続するためのコネクタ（たとえばＳＭＡコネクタ）をその近位端及び遠位端に有する別個のコンポーネント（たとえば、マイクロストリップまたはストリップライン構造として作製されたもの）であってもよい。

各スタブの接合部からの距離は、接合部の位置においてその周波数に対する並列開回路を示すことによって、他の周波数がその接合部を通って共通の接合部２６２まで伝送されることが最適となるようにデザインされている。

スタブの数は、必要な信号低下のレベルが得られるように選択することができる。３つのスタブであれば通常、６０ｄＢの分離（信号低下）を得るのに十分である。

図５は、図４の信号結合器での使用に適したバンドストップフィルタ２７０の概略図である。バンドストップフィルタ２７０は、マイクロ波チャンネルを接合部２６２に接続する幹線伝送路２７２を含んでいる。３つのスタブ２７４、２７６、２７８は幹線伝送路２７２に並列で接続されている。幹線伝送路２７２から離れている各スタブの端部は開回路状態にある。

各スタブの長さＬは、伝送路（ここからスタブが作製される）によって伝達されたときにブロックすべきマイクロ波エネルギーの４分の１波長の奇数である（本明細書では、ガイドされた波長と言う）。本明細書で説明したマイクロ波エネルギー周波数において、各スタブは単一の４分の１波長であってもよい。

スタブ２７４、２７６、２７８は、ガイドされたブロックすべきマイクロ波エネルギーの半波長である離隔距離Ｓだけ、幹線伝送路２７２に沿って互いに離間されている。

第１のスタブ２７８は、ガイドされたブロックすべきマイクロ波エネルギーの４分の１波長の奇数である距離Ｄだけ、接合部２６２から離間されている。この構成の結果、各スタブの端部における開回路は接合部から複数の半波長であるため、各スタブは接合部において並列の開回路を示す。

図４に戻って、各バンドストップフィルタは、ブロックすべき各波長に対して上述したように構成されたスタブのセットとして具体化することができると理解することができる。

前述したように、各スタブは任意の好適な伝送路から形成することができる。一例では、各スタブは、誘電体材料によって外部導体から分離された内部導体を含む同軸伝送路（たとえば、同軸ケーブル）から形成されている。各スタブが幹線伝送路と同じインピーダンス（たとえば、５０Ωであってもよい）を有することが望ましい。電気手術に適した電力レベルを有するマイクロ波エネルギーを損失が大きすぎることなく取り扱うために、外部導体の外径は好ましくは１０ｍｍ以上であってもよい。誘電体材料の比誘電率Ｅ_ｒが２．２に等しい場合、以下の方程式を用いて内部導体の必要なサイズを決定することができる。

ここで、Ｚ_スタブは所望のインピーダンスであり、ｂは外部導体の外径であり、ａは内部導体の外径である。したがって、前述の例では、内部導体の外径ａが２．９ｍｍの場合に５０Ωスタブが得られる。このような同軸伝送路では、ガイドされた波長λ_ｇは以下の式によって与えられる。

ここで、ｃは光の速度であり、ｆは、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの周波数であり、Ｅ_ｒは同軸伝送路内の誘電体材料の比誘電率である。したがって、５．８ＧＨｚにおいて、上述で規定された同軸伝送路から形成される４分の１波のスタブは長さＬが８．７ｍｍで、半波長間隔Ｓは１７．４ｍｍとなる。

図６は、図３の電気外科用発電機での使用に適したストリップラインベースの信号結合器３００の概略図である。信号結合器３００は、共通の出力３０６上の一対の別個のマイクロ波チャンネルからの２．４５ＧＨｚ及び５．８ＧＨｚ信号を結合しながら、それらの動作周波数において各供給源を他から分離するためのダイプレクサ、またはフィルタＴ、として構成されている。

信号結合器３００はエアストリップラインにおいて作製されている。図６に、ストリップラインにおける中央の導体の形状を示す。エアがストリップラインを囲み、アルミニウムなどから形成された接地導体の層（図示せず）が、中央の導体の上下及び結合器の壁にそれを囲むようにある。信号結合器は、周波数５．８ＧＨｚのマイクロ波エネルギーを受け取るための第１のポート３０２を含んでいる。第１のポート３０２は、３スタブフィルタ３１４が形成された第１のアーム３１０によって接合部３０８に接続されている。信号結合器３００はさらに、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波エネルギーを受け取るための第２のポート３０４を含んでいる。第２のポート３０４は、２つのファン型スタブフィルタ３１６が形成された第２のアーム３１２によって接合部３０８に接続されている。接合部３０８は、共通のアーム３０５によって第３の（出力）ポート３０６に接続されている。

第１のポート３０２及び第２のポート３０４はそれぞれ、関連するマイクロ波エネルギーを伝達する同軸ケーブルに接続するように、ＳＭＡコネクタ（図示せず）が取り付けられていてもよい。

第１のアーム３１０及び第２のアーム３１２のそれぞれの上での接合部３０８と第１のスタブとの間の距離は、前述したように、反対のアームによって伝達されるマイクロ波エネルギーの４分の１波長の奇数に設定されている。またスタブ間の離隔距離と、スタブを分離する導体から離れたスタブの長さとは、前述したように設定されている。第２のアーム３１２上には２つのファン型スタブフィルタのみがある。なぜならば、それによって必要な分離のレベルが得られるからである。

図７は、シミュレートされたグラフ（ＣＳＴ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｔｕｄｉｏ（登録商標）において行われた図６に示す構造のシミュレーションから取得）であり、図６に示す信号結合器３００の出力ポート３０６と第１の入力ポート３０２との間の信号応答を示している。グラフでは、５．８ＧＨｚにおける損失は低いことが示されているが、２．４５ＧＨｚ信号は－３５ｄＢ以上減衰している。これは、この経路上では５．８ＧＨｚは良好に通っているが、２．４５ＧＨｚは強く分離されていることを意味している。

図８は、図６に示す信号結合器の出力ポート３０６と第２の入力ポート３０４との間の信号応答を示すシミュレートされたグラフである。グラフでは、２．４５ＧＨｚにおける損失は低いことを示しているが、５．８ＧＨｚ信号は－３５ｄＢ以上減衰している。これは、この経路上では２．４５ＧＨｚは良好に通っているが、５．８ＧＨｚは強く分離されていることを意味している。

図９は、図６に示す信号結合器３００の出力ポート３０６における整合した信号応答を示すシミュレートされたグラフである。これらのグラフでは、２．４５ＧＨｚ及び５．８ＧＨｚが両方とも、出力ポートにおいて良好に整合していることを示している。

図１０は、図６に示す信号結合器の第２の入力ポート３０４における整合した信号応答を示すシミュレートされたグラフである。信号は、２．４５ＧＨｚにおいて良好に整合している。

図１１は、図６に示す信号結合器の第１の入力ポート３０２と第２の入力ポート３０４との間の信号応答を示すシミュレートされたグラフである。この経路上では２．４５ＧＨｚ及び５．８ＧＨｚが両方とも強くブロックされていることが分かる。

Claims (18)

1. 電気外科用発電機であって、
   ３つ以上のマイクロ波チャンネルのそれぞれの上で伝達すべきマイクロ波エネルギーを発生させるための電磁信号供給ユニットであって、前記３つ以上のマイクロ波チャンネルのそれぞれはマイクロ波エネルギーを異なる周波数で伝達するように配列されている、前記電磁信号供給ユニットと、
   前記３つ以上のマイクロ波チャンネルからマイクロ波エネルギーを送出するためのプローブに接続できるように構成された出力ポートと、
   前記３つ以上のマイクロ波チャンネルを前記出力ポートに接続するように構成された信号結合器と、を含み、
   前記信号結合器は、
   前記３つ以上のマイクロ波チャンネルのそれぞれの遠位端に配置されたバンドストップフィルタモジュールであって、各マイクロ波チャンネルに対する前記バンドストップフィルタモジュールは、他のマイクロ波チャンネルのそれぞれの上で伝達される周波数におけるマイクロ波エネルギーをブロックするように構成されている、前記バンドストップフィルタモジュールと、
   前記出力ポートと前記３つ以上のマイクロ波チャンネルが接続される接合部との間を延びる共通の信号経路と、を含み、
   各マイクロ波チャンネルは、前記マイクロ波チャンネルに対応する前記周波数を有するマイクロ波エネルギーが前記電磁信号供給ユニットから前記接合部に伝達される幹線伝送路を含み、
   各バンドストップフィルタモジュールは、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの各周波数に対する３スタブフィルタを含み、前記３スタブフィルタは、前記幹線伝送路に接続された３つのスタブを含み、前記ブロックすべきマイクロ波エネルギーの波長において前記接合部に対して並列の開回路を示す、前記電気外科用発電機。
2. 前記電磁信号供給ユニットは複数のマイクロ波源を含み、前記複数のマイクロ波源はそれぞれ、前記３つ以上のマイクロ波チャンネルが伝達する前記周波数のうちの１つにおいてマイクロ波エネルギーを出力するように構成される、請求項１に記載の電気外科用発電機。
3. 前記電磁信号供給ユニットは、前記３つ以上のマイクロ波チャネルにマイクロ波エネルギーを出力するように構成された単一のマイクロ波源を備える、請求項１に記載の電気外科用発電機。
4. 前記３つ以上のマイクロ波チャンネルは、４３３ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１４．５ＧＨｚ、２４ＧＨｚ、６０ＧＨｚのうちの２つ以上からなる任意の組み合わせを有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
5. 前記電気外科用発電機は、高周波（ＲＦ）チャンネルに沿って前記出力ポートまで送出すべきＲＦエネルギーを発生させるためのＲＦ供給源を含む、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
6. 前記電気外科用発電機は、高電圧パルス状ＤＣエネルギーを前記出力ポートまで送出するように構成されている、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
7. 各スタブは、前記スタブが接続されている前記幹線伝送路と同じ種類の伝送路から形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
8. 各スタブは、それぞれの前記幹線伝送路と同じインピーダンスを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
9. 各幹線伝送路は、前記バンドストップフィルタモジュールを含むそれぞれのマイクロ波チャネル全体にわたって、単一種類の伝送路である、請求項１から８のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
10. 前記３つのスタブのそれぞれは、前記ブロックすべきマイクロ波エネルギーの４分の１波長に等しい長さを有し、前記３つのスタブは、前記ブロックすべきマイクロ波エネルギーの半波長だけ前記幹線伝送路に沿って分離され、第１のスタブは、前記ブロックすべきマイクロ波エネルギーの４分の１波長の奇数に等しい距離だけ前記接合部から離間されている、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
11. 前記スタブは同軸伝送路の長さから形成される、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
12. 前記同軸伝送路は、直径が１０ｍｍ以上の外部導体を有する、請求項１１に記載の電気外科用発電機。
13. 前記スタブはマイクロストリップ伝送路の長さから形成される、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
14. 前記スタブは導波管の長さから形成される、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
15. 前記バンドストップフィルタモジュールのうちの１つ以上は、ストリップラインコンポーネントとして構成される、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
16. 各マイクロ波チャンネルに対する各幹線伝送路は、
    前記電磁信号供給ユニットから前記バンドストップフィルタモジュールまで延びる同軸伝送路部分と、
    前記バンドストップフィルタモジュールを通って延びるフィルタ部分と、を含み、
    前記バンドストップフィルタモジュールは、前記同軸伝送路部分を前記フィルタ部分に接続するためのＳＭＡコネクタを有する、請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
17. 前記出力ポートは、前記マイクロ波エネルギーにＲＦエネルギーを結合するための結合器モジュール内に配列された導波管アイソレータを介して前記プローブに接続されている、請求項１～請求項１６のいずれか１項に記載の電気外科用発電機。
18. それぞれ、マイクロ波エネルギーを異なる周波数で伝達するように配列された３つ以上のマイクロ波チャンネルを有する電気外科用発電機に対するマイクロ波信号結合器であって、各マイクロ波チャンネルは、前記マイクロ波チャンネルに対応する前記周波数を有するマイクロ波エネルギーが、電磁信号供給ユニットから３つ以上のマイクロ波チャンネルが接続された接合部に伝達される幹線伝送路を含み、前記マイクロ波信号結合器は、
    前記３つ以上のマイクロ波チャンネルのそれぞれの遠位端において接続するためのバンドストップフィルタモジュールであって、各マイクロ波チャンネルに対する前記バンドストップフィルタモジュールは、他のマイクロ波チャンネル上で伝達される２つ以上の異なる周波数におけるマイクロ波エネルギーをブロックするように構成されている、前記バンドストップフィルタモジュールと、
    前記３つ以上の前記マイクロ波チャンネルが接続される前記接合部から出力ポートまで延びる共通の信号経路と、を含み、 各バンドストップフィルタモジュールは、ブロックすべきマイクロ波エネルギーの各周波数に対する３スタブフィルタを含み、前記３スタブフィルタは、それぞれの幹線伝送路に接続されるように構成された３つのスタブを含み、前記ブロックすべきマイクロ波エネルギーの波長において前記接合部に対して並列の開回路を示す、前記マイクロ波信号結合器。

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