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公開番号2025015463
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024112888
出願日2024-07-12
発明の名称制御方法、電気手術用ジェネレータ、及び電気手術設備
出願人オリンパス・ヴィンター・ウント・イベ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング,OLYMPUS WINTER & IBE GmbH
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類B06B 1/06 20060101AFI20250123BHJP(機械的振動の発生または伝達一般)
要約【課題】より確実に、超音波トランスデューサの機械的共振周波数を特定すること。
【解決手段】電気手術器具202の超音波トランスデューサを制御するための制御方法は、増幅器204が、交流全体電流信号i_mを超音波トランスデューサに提供し、超音波トランスデューサの位相差に応じて信号周波数fを機械的共振周波数に対して調整するように制御され、超音波トランスデューサの位相差を判定するために、主電流成分及び交流機器電圧信号u_mの信号係数を計算し、信号係数は共通基準信号に対する主電流成分又は交流機器電圧信号u_mのそれぞれの位相関係を表し、信号係数から超音波トランスデューサの位相差を計算する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電気手術器具の超音波トランスデューサを制御するための制御方法であって、
前記超音波トランスデューサは、信号周波数を有する交流全体電流信号によって駆動され、
前記交流全体電流信号によって前記超音波トランスデューサを駆動すると、前記超音波トランスデューサの機械的振動に応じて、前記超音波トランスデューサの交流機器電圧信号を生じ、
前記交流機器電圧信号は、前記超音波トランスデューサの機械的振動に応じて、前記交流全体電流信号の主電流成分に対する前記超音波トランスデューサの位相差を有し、
前記超音波トランスデューサは、変動する機械的共振周波数を有し、
当該制御方法は、
増幅器が、前記交流全体電流信号を前記超音波トランスデューサに供給し、前記超音波トランスデューサの位相差に応じて、信号周波数を前記機械的共振周波数に対して調整するように制御され、
前記超音波トランスデューサの位相差を判定するために、
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の信号係数を計算し、
前記信号係数は、共通基準信号に対する前記主電流成分又は前記交流機器電圧信号のそれぞれの位相関係を表し、
前記信号係数から前記超音波トランスデューサの位相差を計算する、制御方法。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
計算された前記超音波トランスデューサの位相差に応じて、
前記機械的共振周波数に一致するように、又はそれに近づくように前記信号周波数を調整し、
前記信号周波数が前記機械的共振周波数を上回るか下回るかを判定し、
それに応じて前記信号周波数を上昇又は低下させて前記機械的共振周波数に近づけ、
又は、
計算された前記超音波トランスデューサの位相差に応じて、
前記機械的共振周波数の実際値を計算し、
計算された前記機械的共振周波数に応じて、前記信号周波数を設定する、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記信号係数の計算が、測定された前記交流全体電流信号のサンプル及び測定された前記超音波トランスデューサの前記交流機器電圧信号から判定された主電圧信号のサンプルに基づくことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
【請求項４】
前記信号係数が、対応する信号の第１高調波を特徴付ける、請求項１に記載の制御方法。
【請求項５】
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号のそれぞれについて、前記信号係数が、以下の式（１），（２）に従って計算された第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
であり、前記サンプルは、所定の時間間隔及び／又は前記機械的共振周波数の公称値に対応する１周期の時間間隔について取得され、
ｘ［ｋ］は、対応する信号のサンプルであり、
Ｎは信号当たりのサンプル数である、
TIFF
2025015463000019.tif
18
170
TIFF
2025015463000020.tif
18
170
請求項３に記載の制御方法。
【請求項６】
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の信号係数が第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
である場合、
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の絶対位相差φ
ａ
が、φ
ａ
＝ａｔａｎ２（ａ
１，
ｂ
１
）に基づいて計算され、
前記超音波トランスデューサの位相差が、前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の前記絶対位相差として計算される、請求項１に記載の制御方法。
【請求項７】
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の信号係数が第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
である場合、
前記超音波トランスデューサの位相差は、前記超音波トランスデューサの位相差φ
ｔ
が前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の商ａ
１
／ｂ
１
の差として計算されるように近似によって計算され、前記位相差φ
ｔ
は、φ
ｔ
＝ａ
１，ｉ
／ｂ
１，ｉ
－ａ
１，ｕ
／ｂ
１，ｕ
を用いて計算され、
ａ
１，ｉ
及びｂ
１，ｉ
は、前記主電流成分の第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
であり、
ａ
１，ｕ
及びｂ
１，ｕ
は、前記交流機器電圧信号の第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
である、請求項１に記載の制御方法。
【請求項８】
前記超音波トランスデューサの位相差を計算すること、及び／又は前記機械的共振周波数に一致するように、若しくは前記機械的共振周波数に近づくように前記信号周波数を調整することが、前記機械的共振周波数の変化を追跡するために定期的に繰り返され、
前記計算すること又は調整することが、１０信号周期あたり少なくとも１回の繰り返し、２信号周期あたり少なくとも１回の繰り返し、又は、１信号周期あたり１回の繰り返しである、所定の繰り返し周波数で繰り返される、請求項１に記載の制御方法。
【請求項９】
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の信号係数が第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
である場合、
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の信号係数が、
前記主電流成分のｒｍｓ値、
前記交流機器電圧信号のｒｍｓ値、
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の有効電力値の少なくともいずれかを計算するために使用され、
前記主電流成分及び前記交流機器電圧信号の各ｒｍｓ値及び／又は前記有効電力値が、前記主電流成分及び／又は前記交流機器電圧信号の第１高調波に基づいて計算される、請求項１に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記交流全体電流信号が、主電流成分及び容量電流成分を有し、前記容量電流成分は前記超音波トランスデューサの静電容量に依存し、
前記主電流成分が、前記超音波トランスデューサの測定された前記交流全体電流信号から前記容量電流成分を減算することによって計算され、及び／又は、
第１高調波フーリエ三角関数係数ａ
１
及びｂ
１
が、前記容量電流成分を計算するために使用され、
前記容量電流成分ｉ
Ｃ
が、ｉ
Ｃ
＝Ｃ＊ω＊ａ
１
＊ｃｏｓ（ω＊ｔ）又はｉ
Ｃ
＝－Ｃ＊ω＊ｂ
１
＊ｓｉｎ（ω＊ｔ）を用いて前記静電容量Ｃ及び前記機械的共振周波数ωについて計算される、請求項１に記載の制御方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気手術器具の超音波トランスデューサを制御する制御方法に関する。本発明はまた、電気手術器具の超音波トランスデューサを制御するための電気手術用ジェネレータに関する。本発明はまた、電気手術用ジェネレータと、電気手術用ジェネレータに接続された電気手術器具の超音波トランスデューサとを備えた電気手術設備に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは、交流電気信号を、超音波周波数を有する電気手術器具の機械的振動に変換するために用いられる。この変換を行うため、交流電気信号は、基本的に超音波トランスデューサの共振周波数で機械的振動を促進する。
【０００３】
超音波トランスデューサは、図３に示す等価回路に従ってモデル化することができる。このモデルは、電気的等価物（ＣＭ＋ＬＭ＋ＲＭ）及び並列静電容量（ＣＥ）としての機械的共振回路を示す。
【０００４】
超音波トランスデューサは、その機械的共振周波数で駆動させる必要がある。共振周波数は機械的負荷によって変化するので、変化する共振周波数を追跡するために制御ループが必要とされ得る。ＰＬＬ（位相同期回路：ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）を使用し、超音波トランスデューサの両端電圧と、機械的電流として理解され得る機械的共振回路の電気的等価物の電流との、測定された位相差にしたがって、周波数を調整することができる。位相差が正である場合、共振回路は誘導性であり周波数が高すぎる。位相差が負である場合、共振回路は容量性であり周波数が低すぎる。
【０００５】
適用され得る制御ループは、アナログセンサ、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換回路：Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）、及び計算された周波数で増幅器を駆動するデジタルコントローラ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）を含んでもよい。コントローラは、時間領域におけるそれぞれのゼロ交差を比較することによって、電流と電圧との位相差を判定してもよい。
【０００６】
ゼロ交差検出はノイズに非常に敏感であるため、電流及び電圧信号は、ローパスフィルタを使用して非常に慎重にフィルタリングしなければならない。
【０００７】
デジタル領域で信号をフィルタリングすることは困難である。一方では、信号が０を交差する事例を正確に判定するために、信号を高い係数でオーバーサンプリングしなければならない。また一方では、カットオフ周波数がサンプリング周波数よりも低い場合、強固なＦＩＲローパスフィルタには多くのタップが必要となる。
【０００８】
この問題を解決する１つの可能性は、信号をアナログ領域でフィルタリングすることである。これは、フィルタによって信号の位相差が生成されるという問題を提起する。したがって、追加の相対的な位相差を確実に生じさせないために、両方のアナログフィルタ経路を非常に厳密に一致させる必要がある。それには、許容範囲を厳しく限定した構成要素を有する、複雑なフィルタ構造が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、上記の問題の少なくとも１つに対処することである。特に、超音波トランスデューサの制御を改善するための解決策が提供されるべきであり、特に、改善された方法で、及び／又はより確実に、超音波トランスデューサの機械的共振周波数を特定するための解決策が提供されるべきである。少なくとも、既知の解決策に対する代替的な解決策となる解決策が提案されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、請求項１に記載の方法が提案される。すなわち、電気手術器具の超音波トランスデューサを制御する方法が提案される。そのような超音波トランスデューサは、信号周波数を有する交流全体電流信号によって駆動される。そのような超音波トランスデューサは、電圧制限を有する電流源によって主に駆動されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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