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KR100355856B1 - 일렉트로서지컬제너레이터어댑터 - Google Patents

일렉트로서지컬제너레이터어댑터 Download PDF

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KR100355856B1
KR100355856B1 KR1019970700199A KR19970700199A KR100355856B1 KR 100355856 B1 KR100355856 B1 KR 100355856B1 KR 1019970700199 A KR1019970700199 A KR 1019970700199A KR 19970700199 A KR19970700199 A KR 19970700199A KR 100355856 B1 KR100355856 B1 KR 100355856B1
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바이탈 메디칼 프로덕츠 코오포레이숀
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Abstract

일렉트로서지컬 쌍극 기기와 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터를 사용하기 위해 어댑터가 제공되어 상기 일렉트로서지컬 기기상의 응괴의 증대와 점착을 줄일 수 있다. 제1 유형의 어댑터는 고전압인 일렉트로서지컬 제너레이터의 통상적인 하이 크레스트 팩터 출력 전압 파형을 원하는 저전압인 보다 낮은 크레스트 팩터법(lower crest factor regime)으로 변환한다. 제2 유형의 어댑터는 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터에 의해 공급된 피크치인 오픈회로 전압을 제한한다.

Description

일렉트로서지컬 제너레이터 어댑터
절개하는 동안 연속적인 절개에 앞서 절개된 조직(incised tissue)으로부터의 출혈을 줄이기 위한 지혈 쌍극 일렉트로서지컬 기술이 공지되어 있다. 이러한 기술은 환자의 조직을 절단하고 응고시키기 위해 2 전극 사이의 환자의 조직에 고전압-고주파수 전류를 통과시킨다. 이러한 전류는 전류밀도 및 상기 조직의 저항의 함수로서 조직의 주울열(joulean heating)을 야기시킨다. 조직에 축적된 열은 이러한 조직내 혈관의 혈액을 응고시키기 때문에 절단된 혈관과 모세관으로부터의 혈액의 흐름을 완화시킨다.
종래의 일렉트로서지컬 시스템에 있어서 통상적으로 제너레이터는 고전압 고주파수 전압 파형을 일렉트로서지컬 기기에 공급함으로써 전류가 고전압 전호 (electric arc) 형태로 환자의 조직을 통과하도록한다. 그러나 이러한 시스템의 결점은 전호가 조직의 차링(charring)을 증진시키는 경향이 있어 조직의 신속한 재생을 방해한다는 점이다.
종래 시스템의 또다른 단점은 제너레이터에 의해 공급되는 피크-피크 전압 파형의 폭넓은 변화량으로 인해 응괴된 혈액과 절단된 조직이 기기의 동작면에 부착되는 경향이 있다는 점이다. 이러한 "웅괴"의 증대는 일렉트로서지컬 기기의 전극간의 전류흐름이 이동해야하는 경로를 따라 전기적 저항을 증가시켜 혈행웅고 (hemostasis)의 둔화와 무효한 절단 동작 또는 이들 동작 모두를 나타내게 된다.
종래 일렉트로서지컬 시스템의 또다른 단점은 종래의 제너레이터에 의해 동력이 공급되는 일렉트로서지컬 기기가 이 기기의 전극들이 환자의 조직과 접촉하기 전에 활성화될 때 발생하는 초기의 높은 개방회로 전압으로 인해 조직이 상기 기기에 부착되는 경향이 있다는 점이다. 이러한 점착(sticking) 문제는 기기의 운용성을 제한할 수 있고 이전에 웅고된 조직의 찢어짐을 야기할 수도 있어 이러한 조직으로부터의 혈액흐름을 재활성화시킨다.
공지된 일렉트로서지컬 제너레이터는 통상적으로 400 와트 이하의 파워비율에서 150 내지 5000 볼트 피크-피크(또는 그 이상) 범위의 고주파수(100kHz 이상) 교류(AC) 전압을 공급하는 단극(monopolar) 및 양극모드(bipolar mode)의 동작을 제공한다. 통상적으로 가장 높은 피크-피크 전압의 레벨은 전극들이 조직과 접촉하기 전 일렉트로서지컬 제너레이터의 활성화의 결과로서 일어난다. 이러한 제너레이터의 예는 마리 둥의 미국 특허 제4,590,934호와, 쉬나이더만의 미국 특허 제 4,092,986호와, 파린의 미국 특허 제4,969,885호에 설명되고 있다. 또한 Valleylab Force 2?및 Force 4?제너레이터용의 사용자 메뉴얼참조.
더욱이 특별한 기기와 사용할 때 웅괴의 증대(coagulum buildup) 및 점착 (sticking)을 줄이기 위한 몇몇 이전에 공지된 특별한 목적의 일렉트로서지컬 제너레이터가 존재하고 있다. 예를 들어 헤르조그(Herczog)의 미국 특허 제4,232,676호는 일렉트로서지컬 메스(scalpel)와 이 메스에 공급된 전력이 출력전압 파형의 주파수를 변화시킴으로써 조정되는 특별한 용도의 저전압 제너레이터를 설명하고 있다. 마찬가지로 오스(Auth)의 미국 특허 4,492,231호는 쌍극 응고기(bipolar coagulator) 및 웅괴의 증대와 점착을 줄이기 위해 상기 웅고기에 저 크레스트 팩터(low crest factor)인 저출력 전압 파형을 제공하는 특별한 목적의 저임피던스 제너레이터를 설명하고 있다.
상기 헤르조그와 오스 특허에 설명된 일렉트로서지컬 시스템의 고유의 결점은 이들 시스템 각각이 이들 특허에 설명된 특별한 일렉트로서지컬 기기용으로 개발되는 특별한 용도의 일렉트로서지컬 제너레이터를 요구한다는 점이다. 또 상기 특허에서 설명되는 제너레이터에 의해 제공되는 어떠한 이점도 보다 종래의 제너레이터의 설치된 베이스를 크게 변경하기는커녕 이러한 제너레이터를 구입하려고 실제적인 고려를 하면 상쇄되어 버린다.
따라서 대부분의 일렉트로서지컬 기기를 사용할 때 직면하는 웅괴의 증대와 점착의 문제를 줄일 수 있는 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터와 함께 이용하기 위해 사용하기 쉬운 염가의 어댑터를 제공하는 것이 바람직하다.
웅괴의 증대와 점착문제를 줄이기 위해 일렉트로서지컬 기기에 공급된 전압파형을 조절하도록 상용의 일렉트로서지컬 제너레이터의 표준 단극 또는 쌍극 출력잭과 대부분의 일렉트로서지컬 기기 사이에 접속될 수 있는 어댑터를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 웅괴증대(coagulum buildup)의 축소에 유효한 전압출력파형을 공급하여 지혈 일렉트로서지컬 기기의 점착(sticking)을 완화함에 있어 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터를 사용하는 어댑터에 관한 것이다.
본 발명의 기타 목적과 이점은 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다. 아울러 동일한 참조부호는 명세서 전반에 걸쳐 동일부분을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 어댑터에 접속되는 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터의 투시도이다.
도 2는 저전압인 낮은 크레스트 팩터 출력전압 파형을 제공하기 위해 도 1에 나타낸 바와 같은 상용의 일렉트로서지컬 제너레이터의 단극 출력잭에 접속하는 전압 조건화 어댑터의 회로도이다.
도 3은 도 2에 따라 구성된 어댑터로부터 얻어진 입력 및 출력 전압파형을비교하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 오픈 회로 전압 제한 어댑터의 출력 피크 전압 대 부하저항을 나타내는 도면이다.
도 5는 오픈회로 출력전압 파형을 제한하기 위한 도 1에 나타낸 바와 같은 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터의 쌍극 출력잭에 접속되는 오픈회로 전압 제한 어댑터의 회로도이다.
도 6은 도 5에 따라 구성된 어댑터로부터 얻어지는 오픈 회로 조건하의 입력 및 출력 전압 파형의 비교를 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같이 대부분의 일렉트로서지컬 기기를 사용할 때 직면하는 웅괴의 증대와 점착의 문제를 줄일 수 있는 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터와 함께 이용하기 위해 사용하기 쉬운 염가의 어댑터를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
웅괴의 증대와 점착문제를 줄이기 위해 일렉트로서지컬 기기에 공급된 전압파형을 조절하도록 상용의 일렉트로서지컬 제너레이터와 대부분의 일렉트로서지컬기기의 표준 단극 및 쌍극 출력잭 사이에 접속될 수 있는 어댑터의 제공에 본 발명의 목적이 있다.
이러한 목적들은 여러 파형 조건화 동작(waveform conditioning operations)을 수행하도록 상용의 전원장치와 함께 이용되는 어댑터를 제공함으로써 본 발명의 원리에 따라 달성되며, 특별한 일렉트로서지컬 기기에 대한 바람직한 파형 특성 및 제너레이터의 출력에 좌우된다.
본 발명의 제1 실시예에는 여러 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터의 단극 또는 쌍극 출력잭에 접속될 수 있는 어댑터가 제공된다. 본 명세서에서 참조하는 1994년 3월 17일 출원된 "정전압 채택용의 유용한 일렉트로서지컬 장치 및 방법"이라는 이름의 계류중이며 공동으로 양도된 미국 출원 제08/210,090호에서 어댑터는 실질적으로 일정한 저전압인 낮은 크레스트 팩터 출력을 일렉트로서지컬 기기에 공급하도록 상기 제너레이터에 의해 공급되는 전압파형을 지속적으로 조절하는 것이 설명되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에는 이전에 공지된 여러 일렉트로서지컬 제너레이터의 쌍극 출력잭에 접속되어 이 일렉트로서지컬 기기에 공급되는 피크 오픈 회로 전압을 제한할 수도 있는 어댑터가 제공된다. 응괴의 증대와 점착의 문제는 지속적으로 출력전압을 조절하기 보다는 일렉트로서지컬 기기에 의해 경험하는 피크 오픈회로 전압을 주로 제한하는 어댑터를 제공함으로써 상당히 완화될 수 있다. 따라서 상기 기기가 부하상태인 경우에도 출력전압을 조절하는 본 발명의 상기 제1 실시예와 비교할 때, 이 대안적인 실시예는 주로 오픈회로 전압(즉, 조직(tissue)과 접촉하기 전에 상기 기기가 동력을 받게될 때의 전압)을 주로 제한하는 역할을 한다.
지혈겸자 쌍극 기기(hemostatic bipolar instruments)에 발생하는 응괴증대와 점착은 2 가지 방법으로 경감될 수 있다. 그 제1 방법은 본 명세서에서 참조되는 포기상태인 미국특허 출원 제07/877,533호의 일부계속출원으로서 계류중이며 공동으로 양도된 미국 특허출원 제08/210,090호에 설명되어 있다. 상기 출원에서 출원인은 공지의 일렉트로서지컬 시스템이 갖는 응괴증대와 점착의 문제는 "스티프 (stiff)" 출력특성을 갖는 일렉트로서지컬 제너레이터를 채택하고, 실질적으로 낮은 정전압(10-130)과 거의 균일한 크레스트 팩터를 갖는 전압파형을 이용함으로써 줄어들 수 있음을 보여주고 있다.
더욱이 쌍극 일렉트로서지컬 기기가 갖는 응괴증대와 점착의 문제는 일렉트로서지컬 기기에 공급되는 피크 오픈회로 전압을 제한함으로써 간단히 완화될 수 있음을 보여주고 있다. 제2 방법에서는 상기 기기나 조직에 공급되는 피크 오픈회로 전압(조직과 접촉하기 전에 상기 기기가 활성화될 때 발달되는)이 약 200 Vpeak(400 Vpesk-to-peak)를 초과하지 않도록함으로써 상당한 응괴증대와, 점착 및 아킹(arcing)이 제거될 수 있음을 보여주고 있다.
다양한 일렉트로서지컬 기기에 저전압/낮은 크레스트 팩터/낮은 임피던스 및 전압제한기술에 의한 경감된 웅괴와 점착 장점을 저렴하게 제공하기 위해서는 출원인의 기술을 실시하기 위해 어댑터를 사용하는 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터의 전압파형출력을 조절하는 것이 가장 유리하다.
도 1 에는 단극출력잭(11)과, 리턴잭(12) 및 쌍극출력잭(13)을 갖는 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터(10)가 도시되어 있다. 예를들어 일렉트로서지컬 제너레이터(10)는 Valleylab Force 4?및 Force 2?또는 Valleylab, Aspen, Clinical Technology 또는 Neomed 등으로부터 입수할 수 있는 기타 유사 일렉트로서지컬 제너레이터일 수도 있다. 본 발명에 사용하기 위한 제너레이터(10)는 쌍극모드에서는 제어도 50와트 범위에서의 파워로 발전할 수 있어야하고, 아울러 쌍극모드에서 대략 2000V 이상의 최대 개방회로 피크-피크 전압을 가져야하며, 단극 차단모드에서는 5000V 이상의 전압을 가져야한다.
본 발명의 이용에 대한 예시의 목적으로 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터의 단극 출력단에 접속될 때 쌍극 웅괴 겸자(coagulating forceps)(14)는 커넥터 (16,17)를 통해 전원케이블(15)에 착탈식으로 접속된다. 전원케이블(15)은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 어댑터(20)의 수용기(receptor)(18)내에 접속된다.어댑터(20)는 단극출력잭(11)과 리턴전극잭(12)에 바로 접속되는 플러그(21,22)를 포함한다. 어댑터(20)는 잭(11,12)을 통해 제너레이터(10)("차단모드" 즉, 약 2.0 이상의 크레스트 팩터를 갖는 사인파출력으로 동작하는)로부터의 고주파수 고전압 (약 2000Vpeak) 출력파형을 받아서 파형을 약 1.4 이상의 크레스트 팩터를 갖는 10-130 VRMS의 범위내의 전압을 쌍극 겸자(14)에 공급한다.
도 1 에는 공동으로 양도된 미국특허 제5,324,289호에 설명되고 있는 것과 같은 쌍극가위(24)가 커넥터(26,27)를 통해 전원케이블(25)에 착탈식으로 접속된다. 케이블(25)은 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 어댑터(30)로부터 연장한다. 어댑터(30)는 "바나나"플러그(29)에서 종결되는 리드(28) 또는 기타 적절한 접속수단에 의해 제너레이터(10)의 쌍극출력잭(13)에 접속되는 것인 바람직하다. 어댑터(30)는 쌍극출력잭(13)을 통해 제너레이터(10)로부터 고주파수 고전압출력파형 (예컨대 약 2000 Vpeak-peak)을 받아들여서 약 350-400 Vpeak- peak를 초과하지 않는 전압을 갖는 쌍극 가위(14)에 파형을 공급한다. 본 발명의 이러한 실시예에 따르면 어댑터(30)는 예를들어 가위들이 환자의 조직과 접촉하기 전에 동력을 받을 때 발생하는 초기의 어떠한 높은 개방회로 전압도 억제할 수 있다.
도 2를 참조하여 어댑터(20)의 회로(31)를 설명한다. 계류중이며 공동으로 양도된 미국 특허 출원 제07/877,533호에 설명되고 있는 지시에 따르면 회로(31)는 실질적 정전압 교류(AC) 파형을 접속된 일렉트로서지컬 기기에 공급하고, 상기 파형은 거의 동일한 크레스트 팩터(실질적으로는 약 1.4 이상)를 가지며, 전압은 10-130 전압 RMS의 범위에 있다.
어댑터(20)는 상기한 Valleylab 장치나 Neomed 모델 3000 등의 몇몇 폭넓게 상용화된 어떠한 일렉트로서지컬 제너레이터에 어댑터를 부착할 수 있도록 구성되는 단자(21,2)를 가질 수도 있다. 회로(31) 양단의 어댑터(20)는 정현 파형의 피크를 "클립핑"함으로써 상기한 특성을 갖는 출력 전압 파형을 제공하고, 한편 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터로부터의 전압입력을 동시에 감소시킨다. 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터의 단극 출력 파형이 순수한 정현 형상을 갖는 반면에 회로 (31)는 사인 파형의 피크치 동안 일렉트로서지컬 기기에 실질적으로 정전압레벨을 공급하고 따라서 그 결과적인 출력파형은 거의 균일하며 통상 약 1.10 이상의 크레스트 팩터를 갖는다.
회로(31)는 상기 부착된 일렉트로서지컬 기기의 투시도로부터의 출력임피던스도 감소시킨다. 임피던스는 전압의 제곱에 비례하기 때문에 부하 상태의 출력전압에 있어서의 5배의 감소는 소스 임피던스의 25배의 감소를 야기한다. 따라서 본 발명의 회로(31)를 통해 일렉트로서지컬 기기에 접속될 때 300 ohms의 출력임피던스를 갖는 종래의 전원장치는 단지 12 ohms의 출력임피던스를 갖는 것으로 나타날 것이다. 따라서 공지의 일렉트로서지컬 제너레이터의 어댑터(20)에 의해 공급되는 출력전압 파형은 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터에 의해서만 발생하는 임피던스 유도 전압 편위(excursion)를 조건으로 하지는 않는다.
회로(31)는 입력단자(21,22)에서 상기한 공지의 일렉트로서지컬 제너레이터의 출력으로부터의 고전압 AC 입력 전원신호를 수신해서 저전압인 낮은 크레스트 팩터 AC 출력전압 파형을 출력단자(33,34)에 공급한다. 일렉트로서지컬 기기는 출력단자(33a,34a)에 접속된다. 입력신호는 원하는 대략적인 출력 레벨로 전압을 먼저 하향 조정하고, 이어서 낮은 크레스트 팩터 파형을 발생시키는 피크치 근처로 사인파 신호를 클립핑함으로써 출력신호로 변환된다. 회로(31)가 극성을 이용하기 때문에 - 감응소자들 -- 트랜지스터와 다이오드 -- 인가된 전원은 이들 소자들의 역바이어스를 피하기 위해 먼저 정류되어야 한다.
입력신호는 트랜스포머(35)에 의해 노드(33,34)에서 보다 낮은 피크-피크 전압레벨로 다운된다. 노드(33,34)간의 전압은 2차 권선(36)의 수와 1차 권선(37)의 수간의 비율에 의해 결정된다. 다양한 입력 전압레벨을 조절하고 여러 상용의 일렉트로서지컬 제너레이터에 적응하도록 복수개의 탭(38)이 제공되는 것이 바람직하며 이들 각각의 탭은 상이한 2차 권선대 1차 권선의 비를 갖는다. 따라서 단계적 감소 (step-down)는 예를 들어 스위치(39)를 이용하여 적절한 탭을 선택함으로써 조정될 수도 있다. 전압 입력신호가 현저하게 스텝다운(단계적 감소)되지 않는다면, 어댑터-제너레이터 조합이 낮은 크레스트 팩터 출력을 발생시킨다하더라도 클립핑되는 동안 보다 많은 양의 전원이 낭비되어 어댑터-제너레이터 조합에 대해 비교적 낮은 변환효율을 나타내게 된다. 반면에 높은 스텝다운 비율이 선택되면 적은 클립핑이발생되고, 비록 출력신호가 다소 높은 크레스트-팩터를 갖더라도 비교적 높은 변환효율을 나타내게 된다.
동작시 노드(33,34)간의 스텝다운된 AC 파형은 다이오드(40,41,42,43)에 의해 정류된다. 노드(33)의 전압이 노드(34)의 전압보다 높을 때 다이오드(40, 43)는 온되어 노드(33)의 신호가 노드(44,45)를 통과하도록한다. 선택된 제너 다이오드(46)의 항복전압 이하의 전압에 대해서는 적은 전류가 흘러 트랜지스터는 오프로 유지되고 노드(44,45)간에는 높은 임피던스를 나타낸다. 따라서 전류는 출력단자 (33a,34a)와 이들 단자 사이에 배치된 일렉트로서지컬 기기와 조직을 흐르게 된다. 역바이어스된 다이오드(41,42)를 통해서는 아무런 전류도 흐르지 않는다. AC 파형의 극성이 파형 사이클의 후반부 동안 이동할 때 저전류가 다이오드(41,42)와 피크클립핑 소자를 흐르게되며, 역바이어스된 다이오드(40,43)에는 전류가 흐르지 않는다.
출력단자(33a,34a) 사이에 공급되는 최대 출력전압은 제너다이오드(46)중 하나를 스위치(48)로 선택함으로써 결정되고, 상기 각각의 제너다이오드는 상이한 항복전압을 갖는다. 노드(44)의 전압이 제너다이오드(46)중 선택된 하나의 제너 항복전압(통상 30 내지 100볼트의 범위)으로 상승할 때 이러한 다이오드에는 전류가 흐르게 되어 트랜지스터(47)를 도통시킨다. 도통되면 트랜지스터(47)는 출력단자 (33a,34a) 양단의 임피던스 경로보다 낮은 저임피던스 경로를 노드(44,45)간에 제공한다. 트랜지스터(47)가 도통될 때 트랜지스터는 출력단자로부터의 전류를 션트 (shunt)시키도록 동작해서 단자(33a,34a)간의 전압이 상승하는 것을 방지한다. 이러한 전압의 상승이 시작되면 제너다이오드(46)들 중에서 선택된 하나의 다이오드는 베이스(49)에 추가적인 전류를 흘려 트랜지스터(47)를 추가로 온시킴으로써 임피던스를 줄이게 되므로 상기 트랜지스터에 보다 많은 전류를 흘리게 된다. 보다 많은 전류의 흐름은 단자(33a,34a)간의 전압상승을 제한한다.
출력단자(33a)의 전압은 AC사이클의 후반(노드(33)의 전압)까지는 일정하게유지되고 출력단자(44)에서 떨어진다. 제너다이오드(46)중 선택된 하나는 베이스 (49)내로의 전류흐름을 중지시키고 트랜지스터(47)를 오프시킨다. 회로(31)의 대칭으로 인해 노드(34)의 전압이 제너항복전압까지 상승하면 출력단자(34a)의 전압 역시 클립된다. 일렉트로서지컬 제너레이터의 입력전압 파형에서 어댑터(20)의 출력 전압 파형으로의 변환이 도 3에 도시되어 있다.
회로(31)의 바람직한 실시예에서 트랜스포머(35)의 복수개의 탭(38)은 4:1 내지 7:1 범위의 1차 대 2차 권선비를 가지고 있어 4:7 비율로 전압의 감소를 야기한다. 다이오드(40-43)는 6A 로 정격되고(rated) 브리지 정류기로서 통상 패키지화 될 수도 있다. 트랜지스터(47)는 일리노이주 숌버그의 모터롤라사로부터 입수할 수 있는 PN 2SC3281 등과 같은 20A 용량의 NPN 트랜지스터이다.
회로 설계의 당업자라면 상기 회로(31)는 복수개의 트랜지스터를 사용하여 션트전류의 용량을 증가시키도록 변형하거나 pnp 트랜지스터를 채택하여 션트회로를 변형하기가 용이함을 알 수 있을 것이다. 더욱이 회로(31)는 단극 출력잭 대신에 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터의 쌍극 출력잭을 이용하도록 용이하게 변형될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 이러한 경우에 보다 소형의 트랜스포머가 사용될 수도 있고(또는 전혀 없을 수도 있음), 반면에 전압 제한회로가 상기 원하는 전압감소를 제공하기 위해 사용될 수도 있다.
도 4와 도 5 에는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 어댑터(30)의 회로가 설명되고 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 따라 구성된 어댑터는 어댑터(20)가 제너레이터에 의해 출력된 전압 파형을 지속적으로 조정하고 있다는 점에서는 본 명세서에 설명되는 어댑터(20)와는 상이하며, 어댑터(30)는 일렉트로서지컬 기기에 공급되는 오픈회로의 전압을 제한하는 역할을 주로한다.
회로(60)는 상기 논의된 Valleylab 장치 등의 상용의 표준 일렉트로서지컬 제너레이터로부터의 쌍극 출력파형을 주로 수용한다. 회로(60)는 일렉트로서지컬 기기에 공급된 오픈회로 전압을 보다 낮은 범위의 값인 예를 들어 350 내지 400 Vpeak-to-peak의 값으로 제한하기 위해 종래의 제너레이터에 의해 발생된 파형 전압 피크를 클립한다.
어댑터(20)의 회로(31)와는 달리 회로(60)는 트랜스포머를 생략하고 있어 어댑터(20)의 임피던스 감소능력을 제공하지는 않는다. 더욱이 어댑터(30)는 주로 오픈회로 전압을 제한하기 때문에 상기 기기가 조직에 전류를 흘리더라도(즉, 부하상태) 상기 어댑터(30)는 출력전압 파형을 현저히 변화시키지는 않는다. 따라서 100 내지 200 ohms의 부하저항으로 인해 조직으로의 파워의 전달은 현저히 실행되지는 않는다. 부하저항이 상기 300 내지 400 ohms 으로 증가함에 따라 회로(60)는 도 4에 나타낸 출력전압이 350 내지 400 Vpeak-to-peak 인 소정 레벨 이상으로 상승하는 것을 방지한다.
회로(31)에 의해 제공되는 것과 같은 연속적인 파형 조건화장치가 없는 경우라도 회로(60)는 공동으로 양도된 미국 특허 제5,324,289호에 설명되는 Metzenbaum 스타일의 쌍극 가위를 사용할 때 만족스러운 동작을 제공한다.
"정밀"모드의 70W로 설정된 Valleylab Force 4?제너레이터와 함께 사용될 때어댑터(60)(200 Vpeak 로 설정될 때)는 상기 Metzenbaum 스타일의 쌍극 가위가 종래의 일렉트로서지컬 제너레이터에 의해 공급되는 출력전압레벨에서 성공적으로 이용될 수 있도록 해준다. 특히 이러한 방법으로 어댑터(30)를 사용하면 절연저하 (insulation degradation)나, 전류 아킹(current arcing), 웅괴 증대 또는 점착을 격지 않고 상기 가위를 사용하여 뛰어난 지혈 및 컷팅 동작을 얻을 수 있다.
도 5에서 회로(60)는 상기한 바와 같은 공지의 일렉트로서지컬 제너레이터의 출력으로부터의 고전압 AC 입력전압 파형을 입력단자(29)에서 받아서 대략 350 내지 400 Vpeak-to-peak 범위의 AC 출력 파형으로 출력단자(61,62)에 공급한다. 일렉트로서지컬 기기는 출력단자(61a,62a) 양단에 접속된다. 입력 전압 파형은 그 값이 소정의 값(예컨대 400Vpp)을 초과할 때 상기 입력전압 파형을 제한함으로써 출력전압 파형으로 변환된다. 회로(60)는 극성 감응 소자(polarity sensitive elements)--트랜지스터와 다이오드--를 사용하기 때문에 인가된 신호는 이들 소자의 역바이어스를 피하기 위해 먼저 정류된다.
도 5를 참조하면 회로(60)는 200V 6A의 다이오드(63,64,65,66)로된 고속 전파 브리지 정류기를 구성한다. 파워 트랜지스터(67)는 바이패스 트랜지스터 (68,69,70,71)와 저항(72,73,74,75)이 전류 통과 소자로서 동작하는 동안 어댑터를 조절하기 위해 사용된다. 저항(78,79)에 대해 선택된 값과 관련하여 전위차계 (potentiometer)(77)는 입력파형이 클립되는 피크 전압레벨을 동조시키도록 사용될 수도 있다. 전위차계(77)와 저항(78,79)은 트랜지스터(67)의 베이스에 공급되는 바이어스 전압을 결정하는 전압분배기를 형성한다. 상기 바이어스 회로와 함께 제너다이오드(80)는 노드(83,84) 양단의 전압에 응답하여 바이패스 트랜지스터(68-71)가 온되는 전압을 결정한다. 따라서 소자(77-80)는 이들 소자가 바이패스 트랜지스터(68-71)의 온/오프를 결정하기 때문에 스위칭 회로의 역할을 한다. 캐패시터 (79,82)는 스위칭 과도현상(switching transient)에 의해 야기된 고주파수 전압 변동을 제거한다(filter out). 5개의 트랜지스터(67-71) 모두는 상부 입력전압 파형의 클립된 파워를 방산(dissipate)하기 위해 열싱크(85)(heat sink)에 장착된다.
동작시 입력 AC 파형은 다이오드(63,64,65,66)에 의해 정류된다. 노드 61에서의 전압이 노드 62에서의 전압보다 높을 때 다이오드(63,66)는 도통되어 노드 61의 신호가 노드(83,84)로 향하게 된다. 약 400 Vpp 이하(전위차계의 설정에 따라 좌우되는)에서는 베이스-에미터 접합은 순방향 바이어스되지 않으므로 트랜지스터 (67)는 오프로 유지되어 노드 83과 노드 84 사이에는 큰 임피던스를 나타낸다. 따라서 전류는 출력단자(61a,62a)와 일렉트로서지컬 기기 및 이들 사이에 놓여지는 조직을 통해 주로 흐른다. 역바이어스된 다이오드(64,65)에는 전류가 전혀 흐르지 않는다. 파형 사이클의 후반 동안 AC 파형의 극성이 변동할 때에는 이하 설명되는 바와 같이 저전류가 다이오드(64,65)와 바이패스 트랜지스터(67-81)에 흐르고; 역바이어스된 다이오드(63,66)에는 전류가 전혀 흐르지 않는다.
단자(61,62) 사이에 공급되는 최대 출력전압은 전위차계(77)를 설정함으로써 결정된다. 출력단자(61a,62a)간의 전압이 400 Vpp(전위차계에 따라 좌우되는) 이상으로 상승할 때 파워 트랜지스터(67)의 베이스에 공급된 전압은 트랜지스터(67)를 온시킬 정도로 충분히 높다. 트랜지스터(67)가 온일 때 제너다이오드(80)는 브레이크 다운되고, 바이패스 트랜지스터(68-71)의 베이스에 전류를 공급해 이들 트랜지스터를 온시킨다. 저항(72-76)은 트랜지스터(67)가 온되어 전류의 흐름을 바이패스 트랜지스터의 파워 처리 용량내로 제한할 때마다 바이패스 트랜지스터(68-71)가 온될 수 있도록 선택된다. 저항(73-76)은 바이패스 트랜지스터들에 동일한 양의 전류가 흐르도록 선택된다.
온될 때 바이패스 트랜지스터(68-71)는 출력단자(61a,62a) 양단의 임피던스 경로 보다 낮은 저임피던스 경로를 노드 83와 노드 84에 제공한다. 따라서 온될 때 바이패스 트랜지스터(68-71)(및 저항 73-76)는 출력단자로부터의 전류를 션트시키는 작용을 하고, 단자(61a,62a) 사이의 전압이 상승하는 것을 방지한다. 이러한 전압 상승이 시작되면 트랜지스터(67)는 바이패스 트랜지스터(68-71)의 베이스에 추가적인 전류를 흘려 이들 트랜지스터를 추가로 온시킴으로써 이들 트랜지스터의 임피던스를 감소시켜 이들 트랜지스터에 보다 많은 전류가 흐르게 한다. 보다 큰 전류의 흐름은 단자(61a,62a)간의 전압 상승을 제한한다.
출력단자(61a)의 전압은 노드(61)의 전압이 하강하고 이에 따라 출력단자 (83)의 전압이 하강할 때 AC 사이클의 후반까지는 일정하게 유지된다. 전압분배기를 통과하는 전류가 저하되고, 트랜지스터(67)의 베이스에 공급된 전압이 강하되어 트랜지스터(67)가 오프된다. 이어서 제너다이오드(80)는 전류흐름을 중지시켜 바이패스 트랜지스터(68-71)를 오프시킨다.
물론 제너레이터와 상기 기기가 개회로가 될 때의 사이클 동안에만 출력전압이 제한된다. 도 4에 나타낸 바와 같이 일단 기기가 환자의 조직과 접촉하게 되면부하저항은 300-400 ohms 이하로 감소한다. 따라서 제너레이터에 의해 출력된 전압은 통상 400 Vpeak-to-peak 정도나 그 이하인 "전부하(fully loaded) " 범위로 떨어진다.
회로(60)의 대칭으로 인해 노드(62)의 전압이 400 Vpp 로 상승할 때 출력단자(62a)의 전압출력 역시 클립된다. 도 6은 오실로스코프에서 관측되는 개방회로 상태 동안의 종래 일렉트로서지컬 제너레이터로부터의 입력전압 파형(실선)과 일렉트로서지컬 기기에 어댑터(30)에 의해 공급되는 출력전압 파형을 비교하는 도면이다.
회로(60)의 실시예에서 다이오드(63-66)는 200 Vpeak 6A 로 정격되고 브리지정류기로 통상 패키지될 수 있다. 트랜지스터(67-71)는 일리노이주 숌버그의 모터롤라사로부터 입수할 수 있는 부품번호 BUZ406과 같은 200 Vpeak 0.08A의 용량을 갖는 트랜지스터이다. 저항(72)은 13kΩ의 저항을 갖는 반면에 저항(73-76)은 10kΩ의 저항을 갖는다. 저항(78)은 47kΩ의 저항을 갖는 반면에 저항(79)은 13kΩ의 저항을 갖는다. 캐패시터(81,82)는 200V에서 1μf의 용량과 1200pf의 용량을 각각 갖는다. 전위차계(77)는 가변저항인 100kΩ을 구비하며, 70 내지 200 Vpeak 사이의 최대 출력전압으로 변화하도록 조정될 수 있다. 원한다면 전위차계(77)는 조정불능의 최대 출력전압을 제공하도록 적절한 고정 저항으로 대체될 수도 있다. 열싱크 (85)는 25cm3내지 50cm3사이의 부피를 가지는 알루미늄으로된 고형의 블록(solid block)을 구비한다. 회로(60)는 열싱크의 온도가 80℃를 초과한다면 이 회로를 인터럽트하기 위한 열스위치를 포함한다.
회로설계의 당업자라면 특별한 표준 일렉트로서지컬 제너레이터의 요구에 따라 다양한 전류 용량을 수용하도록 트랜지스터의 타입이나 개수의 변화가 회로(60)에서 용이하게 변경될 수 있으며, 또한 본 발명은 예시의 목적으로 나타낸 실시예로 제한하려는 의도는 아니며 상기 실시예 이외에 의해서도 실시될 수 있으며, 본 발명은 다음의 청구항에 의해서만 제한된다.

Claims (10)

  1. 일렉트로서지컬 제너레이터와 지혈성 쌍극 서지컬 기기 사이를 연결하는 어댑터에 있어서,
    상기 어댑터를 상기 일렉트로서지컬 기기에 연결하기 위한 입력 단자와;
    상기 어댑터를 상기 지혈성 쌍극 기기에 연결하기 위한 출력 단자와;
    상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결된 전압 제한 회로를 구비하는데, 상기 전압 제한 회로는 제1 및 제2 출력 노드를 포함함과 동시에 상기 입력 전압이 소정의 전압값 이하일 때 일렉트로서지컬 제너레이터로부터의 입력 전압 파형을 수신하여 이 입력 전압 파형에 비례하는 출력 전압 파형을 상기 지혈성 쌍극 기기에 공급하며, 상기 입력 전압 파형이 소정의 전압값을 초과할 때 상기 제1 및 제 2 출력 노드 간의 전류를 분기시켜 지혈성 쌍극 기기에 클립된 출력 전압 파형을 공급하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 일렉트로서지컬 제너레이터는 단극 출력잭과 리턴잭을 가지고, 상기 어댑터의 입력 단자는 상기 단극 출력잭과 상기 리턴잭에 연결되며, 상기 지혈성 쌍극 기기에 공급되는 클립된 전압 파형이 거의 균일한 크레스트 팩터를 갖는 120 VRMS 이하가 되도록 소정의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압 제한 회로는
    1차 및 2차 권선을 갖는 트랜스포머를 구비하고, 상기 일렉트로서지컬 제너레이터의 입력 전압 파형이 상기 1차 권선 양단에 인가되며;
    상기 제1 및 제2 출력 노드를 구비하는 제1 및 제2 노드를 포함하며, 아울러 상기 2차 권선에 연결된 브리지 정류기와;
    제1 및 제2 노드 양단의 전압을 제한하기 위해 상기 제1 및 제2 노드에 연결되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 노드 양단의 전압을 제한하는 수단은
    베이스와, 상기 제1 노드에 연결되는 컬렉터 및, 상기 제2 노드에 연결되는 에미터와;
    캐소드가 상기 컬렉터에 연결되고 애노드가 상기 베이스에 연결되며, RMS 전압과 클립된 전압 파형의 크레스트 팩터를 결정하는 소정의 브레이크다운 전압을 갖는 다이오드와;
    상기 트랜지스터의 베이스와 상기 제2 노드에 연결된 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 권선은 유저가 선택할 수 있는 복수의 탭을 추가로 구비하며, 이들 복수의 탭 각각은 2차 대 1차 권선의 상이한 비율로 대응하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 노드 양단의 전압을 제한하기 위한 수단은 유저가 선택할 수 있는 복수의 다이오드를 구비하는데, 상기 복수의 다이오드 각각은 상기 일렉트로서지컬 제너레이터의 입력 전압 파형의 클립핑의 정도가 변화되는 상이한 브레이크다운 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 일렉트로서지컬 제너레이터는 쌍극 출력잭을 가지며, 상기 어댑터의 입력 단자는 상기 쌍극 출력잭에 연결되며, 상기 지혈성 쌍극 기기에 공급된 클립된 출력 전압 파형이 400 Vpeak-to-peak 이하가 되도록 소정의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전압 제한 회로는
    상기 제1 및 제2 출력 노드를 구비한 제1 및 제2 노드를 포함하는 브리지 정류기와;
    상기 제1 및 제2 노드 양단의 전압을 제한하기 위해 상기 제1 및 제2 노드에 연결되는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1및 제2 노드 양단의 전압을 제한하기 위한 수단은
    스위칭 회로와;
    제1 노드에 연결되는 컬렉터와, 제2 노드에 연결되는 에미터 및 스위칭 회로에 연결되는 베이스를 갖는 바이패스 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 어댑터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 회로는
    베이스와, 제1 노드에 연결되는 컬렉터와, 제2 노드에 연결되는 에미터를 갖는 파워트랜지스터와;
    상기 파워트랜지스터의 베이스에 연결되는 전압 분배기와;
    캐소드가 상기 에미터에 연결되며, 애노드가 상기 바이패스 트랜지스터의 베이스에 연결되며, 소정의 브레이크다운 전압을 갖는 다이오드를 구비하는 것을 특징으로하는 어댑터.
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