特許 7250360 電気手術装置の絶縁装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-24

(45)【発行日】2023-04-03

(54)【発明の名称】電気手術装置の絶縁装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 18/12 20060101AFI20230327BHJP

   A61B 18/18 20060101ALI20230327BHJP

   H01P 5/18 20060101ALI20230327BHJP

   H01P 5/103 20060101ALI20230327BHJP

   H01P 1/213 20060101ALI20230327BHJP

【ＦＩ】

A61B18/12

A61B18/18 100

H01P5/18 N

H01P5/103 B

H01P1/213 G

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020504669

(86)(22)【出願日】2018-08-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-05

(86)【国際出願番号】 EP2018072153

(87)【国際公開番号】W WO2019034708

(87)【国際公開日】2019-02-21

【審査請求日】2021-08-11

(31)【優先権主張番号】1713174.9

(32)【優先日】2017-08-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】512008495

【氏名又は名称】クレオ・メディカル・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＯ ＭＥＤＩＣＡＬ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハンコック，クリストファー・ポール

(72)【発明者】

【氏名】ホワイト，マルコム

【審査官】菊地 康彦

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５３０１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３８９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５４３４５４８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １８／１２－１８／１８

Ｈ０１Ｐ ５／０８－５／１０７

Ｈ０１Ｐ ５／２２

Ｈ０１Ｐ １／２１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の入力、第２の入力および出力を有し、前記第１の入力は第１周波数を有する無線周波（ＲＦ）電磁（ＥＭ）放射をＲＦチャネルから受信するように接続可能であり、前記第２の入力は前記第１周波数よりも高い第２周波数を有するマイクロ波ＥＭ放射をマイクロ波チャネルから受信するように接続可能であり、前記出力は前記ＲＦ ＥＭ放射と前記マイクロ波ＥＭ放射を共通信号経路に伝送するための前記第１の入力及び前記第２の入力と通信する、結合回路と、
前記マイクロ波チャネルを前記ＲＦ ＥＭ放射から分離するために前記結合回路に接続された導波路アイソレータと、
を備えるアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイスであって、
前記導波路アイソレータは、
導電性入力部（１０２）と、
導電性出力部（１０６）と、
前記入力部（１０２）と嵌合する第１の端部、及び前記出力部（１０６）と嵌合する第２の端部を有する導電性中間部（１０４）と、
前記入力部（１０２）と前記中間部（１０４）との間に配置された第１のＤＣ絶縁バリア（１２７）と、
前記中間部（１０４）と前記出力部（１０６）との間に配置された第２のＤＣ絶縁バリア（１２７）と、を備え
前記入力部（１０２）、前記中間部（１０４）、及び前記出力部（１０６）は共に導波路空洞を囲み、
前記結合回路の前記出力は、信号導体と接地導体を含み、
前記第１のＤＣ絶縁バリア（１２７）及び前記第２のＤＣ絶縁バリア（１２７）は、前記結合回路からの前記出力の前記接地導体と前記導波路アイソレータの前記導電性入力部（１０２）との間に一対の直列接続容量性構造をもたらし、
前記一対の直列接続容量性構造は、前記第１および前記第２のＤＣ絶縁バリアを越えるＲＦ ＥＭエネルギーの結合と前記導波路アイソレータからのマイクロ波ＥＭエネルギーの漏出を抑制するように配置される、
前記アイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項2】

前記入力部（１０２）、前記中間部（１０４）及び前記出力部（１０６）が、長手方向に沿って順に配置され、
前記中間部（１０４）は、前記第１のＤＣ絶縁バリアにおいて前記長手方向の前記入力部（１０２）と重なり、
前記中間部（１０４）は、前記第２のＤＣ絶縁バリアにおいて前記長手方向の前記出力部（１０６）と重なる、
請求項１に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項3】

共通信号経路に接続された前記出力には、前記導波路アイソレータの前記出力部（１０６）に取り付けられた出力プローブが含まれ、
前記出力プローブは、前記導波路アイソレータに延びて前記導波路から前記マイクロ波ＥＭエネルギーを結合する第１結合導体を有し、
前記第２の入力は、前記導波路アイソレータの前記入力部（１０２）に取り付けられた入力プローブを含み、
前記入力プローブは、前記マイクロ波ＥＭエネルギーを前記空洞に結合するために前記導波路アイソレータ内に延びる第２の結合導体を有し、
前記第１の結合導体及び前記第２の結合導体は、前記長手方向に直交する方向に延びる、
請求項２に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項4】

前記第１の結合導体は、第１の方向から前記導波路空洞内に延びており、前記第２の結合導体は前記第１の方向とは反対の第２の方向から前記導波路空洞内に延びている、請求項３に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項5】

前記第１の入力は、前記導波路アイソレータに取り付けられたＲＦコネクタ（１３２）を含み、
前記ＲＦコネクタは、前記導波路空洞内に延びて前記出力プローブの前記結合導体（１４０）に電気的に接触する信号導体を有し、
前記信号導体は、前記長手方向に延び、
前記信号導体は、前記信号導体の電位と前記導波路アイソレータ内の前記マイクロ波ＥＭエネルギーの電位とを実質的に合わせる長さによって前記導波路空洞内に延びるように配置される、
請求項３または４に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項6】

前記ＲＦコネクタが、前記出力部（１０６）に接続され、前記ＲＦコネクタの前記信号導体を介して前記マイクロ波ＥＭエネルギーが前記導波路アイソレータから漏出するのを阻止するように構成された同軸フィルタを備える、請求項５に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項7】

前記同軸フィルタが２つのセクションのリエントラント型同軸フィルタを含む、請求項５に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項8】

前記導波路アイソレータが、前記長手方向に沿って前記導波路空洞に調整可能に挿入可能な複数の同調スタブを備える、請求項２～７のいずれか一項に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項9】

前記複数の調整スタブが、前記入力部（１０２）の長手方向の端面を通して挿入可能な第１の調整スタブと、前記出力部（１０６）の長手方向の端面を通して挿入可能な第２の調整スタブとを含む、請求項８に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項10】

前記第１のＤＣ絶縁バリアにおいて前記入力部（１０２）と前記中間部（１０４）との間に配置された絶縁層を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項11】

前記第２のＤＣ絶縁バリアにおいて前記出力部（１０６）と前記中間部（１０４）との間に配置された絶縁層を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項12】

前記導波路空洞が円筒形である、請求項１～１１のいずれか１項に記載のアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイス（１００）。

【請求項13】

生体組織の切除のための電気外科装置であって、
第１の周波数を有するＲＦ電磁（ＥＭ）放射を生成する無線周波数（ＲＦ）信号発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有するマイクロ波ＥＭ放射を生成するマイクロ波信号発生器と、
前記ＲＦ ＥＭ放射及び前記マイクロ波ＥＭ放射をその遠位端から別々にまたは同時に送出するように構成されたプローブと、
前記ＲＦ ＥＭ放射と前記マイクロ波ＥＭ放射を前記プローブに伝送するための給電構造であって、前記プローブを前記ＲＦ信号発生器に接続するＲＦチャネルと、前記プローブを前記マイクロ波信号発生器に接続するマイクロ波チャネルとを備える前記給電構造と、
を備え、
前記ＲＦチャネルと前記マイクロ波チャネルは、それぞれ前記ＲＦ信号発生器と前記マイクロ波信号発生器から物理的に分離した信号経路を備え、
前記給電構造は、請求項１から１２のいずれか１項に記載のアイソレータ・ダイプレクサデバイス（１００）を含む。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波エネルギーを使用して生体組織を治療する電気外科装置に関する。特に、本発明は、組織を切徐するための無線周波数（ＲＦ）エネルギーを生成できる外科用装置に関する。これは、止血のためにマイクロ波周波数エネルギーも送出する外科用装置の一部として使用することができる（すなわち、血液凝固を促進することにより、壊れた血管を密閉する）。

【背景技術】

【0002】

外科的切除は、ヒトまたは動物の体内から臓器の一部を除去する手段である。そのような臓器は高度に血管性のことがある。組織が切徐（分割または切断）されるとき、細動脈と呼ばれる小さな血管が損傷または破裂する。最初の出血の後に、凝固カスケードが続き、血液が血餅に変化して、出血した箇所を塞ぐことを試みる。手術中に患者が失う血液を極力少なくすることが望ましいため、出血のない切徐をもたらすことを試みて、様々なデバイスが開発されてきた。また、内視鏡での処置の場合、血液の流れが術者の視界を覆う可能性があり、そうなると処置を終了させて、代わりに別の方法、例えば開腹手術を使用する必要性が生じてくる可能性もあるため、出血が発生したり、極力早くまたは適切な方法で対処がなされなかったりすることは、望ましいことではない。

【0003】

電気外科発生器は、開腹手術及び腹腔鏡の処置で使用するために、病院の手術室全体に普及しており、内視鏡検査室にも徐々に存在するようになってきている。内視鏡での処置では通常、電気外科用付属品は内視鏡内部の腔部を経て挿入される。腹腔鏡手術の同等のアクセスチャネルについて考えてみると、このような腔部は、相対的にボアが狭くて全長が長い。肥満患者の場合、外科用付属品の長さはハンドルからＲＦチップまで全長３００ｍｍであるが、腹腔鏡の場合、同等の距離は２５００ｍｍを超える場合がある。

【0004】

鋭い刃の代わりに無線周波数（ＲＦ）エネルギーを使用して生体組織を切徐することが知られている。ＲＦエネルギーを使用して切徐する方法は、電流が組織マトリックスを通るときに（細胞のイオン成分と細胞間電解質により促される）、組織を横切る電子の流れに対するインピーダンスが熱を発生させるという原理を使用して作動する。ＲＦ電圧が組織マトリックスに印加されると、組織の水分を蒸発させるのに十分な熱が細胞内で生成される。この乾燥作用を増強させる結果として、特に、組織を通る電流経路全体の中で最も高い電流密度を有する器具のＲＦ放射領域（本明細書ではＲＦブレードと呼ぶ）に隣接していると、ＲＦブレードの切徐ポールに隣接する組織は、ブレードとの直接的な接触を失う。そのとき、印加された電圧が、結果としてイオン化するこの空隙全体にほぼ完全に現れ、組織と比較して非常に高い体積抵抗率を備えるプラズマを形成する。この分化は、ＲＦブレードの切徐ポールと組織の間の電気回路を完成させたプラズマへ印加されたエネルギーを集中させるため、重要である。十分遅くプラズマに入るいずれの揮発性物質も気化し、そのため、プラズマが組織を切り裂く知覚がある。

【0005】

ＧＢ ２ ４８６ ３４３は、ＲＦ及びマイクロ波エネルギーの両方を送出して生体組織を治療する電気外科装置用の制御システムを開示している。プローブに送出されるＲＦエネルギーとマイクロ波エネルギー両方のエネルギー送出プロファイルが、プローブに伝送されるＲＦエネルギーのサンプリングされた電圧と電流の情報、及びプローブとの間で伝送をやりとりされるマイクロ波エネルギーの順方向及び反射の電力情報のサンプリングに基づいて設定されている。

【0006】

ＧＢ ２ ５２２ ５３３は、生体組織を治療するための無線周波数（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構成された電気外科発生器用の分離回路を開示している。絶縁回路は、マイクロ波チャネルと信号結合器の間の接合部に調整可能な導波路アイソレータを備え、信号結合器の接地導体と導波路アイソレータの導電入力部との間に容量性構造を含めることができ、ＲＦエネルギーの結合及びマイクロ波エネルギーの漏出を抑制する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

最も一般的には、本発明は、別個の供給源から得られた無線周波数（ＲＦ）電磁（ＥＭ）エネルギー及びマイクロ波ＥＭエネルギーを共通信号経路を介してプローブに供給するためのアイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイスを提供する。本発明は、高耐電圧（例えば１０ｋＶ超）を提供しながら、マイクロ波チャネルとＲＦチャネルを互いに分離するために、必要なすべてのコンポーネントを単一ユニットに結合する。

【0008】

本発明は、ＧＢ ２ ５２２ ５３３に開示された構造を改善したものであり、分離バリアを越える容量結合の低減を補助する導波路アイソレータと一体に形成された複数の直列接続の容量性構造に、必要な分離を提供することによる。

【0009】

本発明によれば、アイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイスであって、第１周波数を有する無線周波（ＲＦ）電磁（ＥＭ）放射をＲＦチャネルから受信するように接続可能な第１の入力、マイクロ波チャネルからの第１周波数よりも高い第２周波数を有するマイクロ波ＥＭ放射を受信するように接続可能な第２の入力、及びＲＦ ＥＭ放射とマイクロ波ＥＭ放射を共通信号経路に伝送するための第１及び第２の入力と通信する出力を有する結合回路、及びマイクロ波チャネルをＲＦ ＥＭ放射から分離するために接続された導波路アイソレータであって、導電性入力部、導電性出力部、入力部と嵌合する第１の端部、及び出力部と嵌合する第２の端部を有する導電性中間部、入力部と中間部の間に配置された第１のＤＣ絶縁バリア、及び中間部と出力部の間に配置された第２のＤＣ絶縁バリアを含む導波路アイソレータを含み、入力部、中間部、及び出力部は共に導波路空洞を囲み、結合回路からの出力は、信号導体と接地導体を含み、第１のＤＣ絶縁バリア及び第２のＤＣ絶縁バリアは、結合回路からの出力の接地導体と導波路アイソレータの導電性入力部との間に一対の直列接続容量性構造をもたらし、容量性構造はＲＦ ＥＭエネルギーの結合とマイクロ波ＥＭエネルギーの漏出を抑制するように配置される、アイソレータ・ダイプレクサ複合型デバイスが提供される。

【0010】

導波路アイソレータ自体の構造内に直列に接続された複数の（好ましくは一対の）容量性要素を設けることにより、出力へのマイクロ波の伝送を妨げたり、許容できないレベルのマイクロ波放射または漏出を許容したりすることなく、全体の静電容量を減らすことができる。

【0011】

入力部、中間部及び出力部が、長手方向に沿って順に配置でき、中間部は、入力部と長手方向において第１のＤＣ分離バリアで重なり、中間部は、第２のＤＣ分離バリアで長手方向において出力部と重なり合う。これらの重なり合う領域は、２つの容量性セクションを備える。中間部は、２つの容量性セクションが、中間部のマイクロ波周波数で半ガイド波長の倍数またはその周辺にて離間して、セクション間の接合部の直径の変化によるマイクロ波エネルギーの反射がキャンセルされるのを確実にするように配置されている。中間部と入力部と出力部との間の長手方向の重なりの範囲は、各々一対のスペーサ要素によって制限されてもよい。これは、中間部と入力部の間に取り付けられた第１のスペーサ要素と、中間部と出力部の間に取り付けられた第２のスペーサ要素とすることができる。スペーサは、入力部及び出力部に形成された凹部内に取り付けられて、中間部の向かい合った端部に当接するようにしてもよい。スペーサ要素は、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの絶縁プラスチックから形成されてもよい。導波路が円筒形である場合、スペーサ要素はそれぞれ、導波路アイソレータの入力部または出力部の一方の遠位端上に取り付けられた環状スリーブを備えてもよい。スリーブの外面は、入力部と出力部の外面と同一平面上にあってよい。

【0012】

内側部及び外側部と中間部のそれぞれの部分との間の重なりの長手方向の長さは、マイクロ波周波数で奇数の四分の一波長周囲（通常は四分の一波長）であることが好ましい。

【0013】

絶縁層は、各重複領域、すなわち、第１のＤＣ分離バリアの入力部と中間部との間、及び第２のＤＣ分離バリアの出力部と中間部との間に配置されてもよい。共通の絶縁層が提供されてもよい。すなわち、１つの絶縁層が、例えば中間部の下またはそれを通って重なり合う領域の間に延びてもよい。

【0014】

絶縁層は、マイクロ波の漏出を最小限にするために可能な限り薄くなるように選択される厚さ（例えば、導波路が円筒形である場合の半径方向の厚さ）を有し得る。一対の容量性構造を設けることにより、静電容量を不要なレベルに増加させることなく、この層を薄くすることができる。

【0015】

共通信号経路に接続された出力は、導波路アイソレータの出力部に取り付けられた出力プローブを含む場合がある。出力プローブは、そこからマイクロ波ＥＭエネルギーを結合するために導波路アイソレータ内に延びる第１の結合導体を有してもよい。同様に、第２の入力は、導波路アイソレータの入力部に取り付けられた入力プローブを含んでもよい。入力プローブは、マイクロ波ＥＭエネルギーを空洞に結合するために導波路アイソレータ内に延びる第２の結合導体を備えていてもよい。第１の結合導体及び第２の結合導体は、長手方向に直交する方向に延びていてもよい。一例では、第１の結合導体及び第２の結合導体は、反対方向から導波路空洞内に延びることができる。

【0016】

第１の入力は、導波路アイソレータに取り付けられたＲＦコネクタを含み得る。ＲＦコネクタは、出力プローブの結合導体に電気的に接触するために導波路空洞内に延びる信号導体を有してもよい。信号導体は、長手方向に延びていてもよく、導波路アイソレータ内のマイクロ波ＥＭエネルギーの等電位と実質的に位置合わせするように配置されていてもよい。このように信号導体を位置合わせすることは、ＲＦコネクタに漏れる可能性のあるマイクロ波ＥＭエネルギーの量が最小限に抑えられることを意味する。

【0017】

しかし、漏出に対するさらなる障壁として、ＲＦコネクタは、出力部に接続され、ＲＦコネクタの信号導体を介してマイクロ波ＥＭエネルギーが導波路アイソレータから漏れるのを抑制するように構成された同軸フィルタを備えてもよい。同軸フィルタは、２つのセクションのリエントラント型同軸フィルタを備えてもよい。

【0018】

導波路アイソレータは、調整可能なインピーダンスを備えてもよい。例えば、それは、長手方向に沿って導波路空洞に調整可能に挿入可能な複数の調整スタブを備えてもよい。複数の調整スタブは、入力部の端面を通して挿入可能な第１の調整スタブと、出力部の端面を通して挿入可能な第２の調整スタブとを備えてもよい。導波路空洞が円筒形の場合、調整スタブは円筒の軸にあることがある。

【0019】

別の態様では、本発明は、生体組織の切除のための電気外科装置であって、第１の周波数を有するＲＦ電磁（ＥＭ）放射を生成するための無線周波数（ＲＦ）信号発生器；第１の周波数よりも高い第２の周波数を有するマイクロ波ＥＭ放射を生成するためのマイクロ波信号発生器；ＲＦ ＥＭ放射及びマイクロ波ＥＭ放射をその遠位端から別々にまたは同時に送出するように配置されたプローブ；及びＲＦ ＥＭ放射とマイクロ波ＥＭ放射をプローブに伝送するための給電構造であって、プローブをＲＦ信号発生器に接続するためのＲＦチャネルと、プローブをマイクロ波信号発生器に接続するためのマイクロ波チャネルとを備える給電構造を備え、ＲＦチャネルとマイクロ波チャネルは、それぞれＲＦ信号発生器とマイクロ波信号発生器から物理的に分離した信号経路を備え、給電構造は、アイソレータ・ダイプレクサデバイスであって、ＲＦチャネルからＲＦ ＥＭ放射を受信するように接続された第１の入力、マイクロ波チャネルからマイクロ波ＥＭ放射を受信するように接続された第２の入力、及びＲＦ ＥＭ放射及びマイクロ波ＥＭ放射を共通信号経路に沿ってプローブへ伝送するための第１及び第２の入力と通信する出力を有する結合回路、及びマイクロ波チャネルをＲＦ ＥＭ放射から分離するために接続された導波路アイソレータであって、導電性入力部、導電性出力部、入力部と嵌合する第１の端部、及び出力部と嵌合する第２の端部を有する導電性中間部、入力部と中間部の間に配置された第１のＤＣ絶縁バリア、及び中間部と出力部の間に配置された第２のＤＣ絶縁バリアを含む導波路アイソレータを備えるアイソレータ・ダイプレクサデバイスを含み、入力部、中間部、及び出力部は共に導波路空洞を囲み、結合回路からの出力は、信号導体と接地導体を含み、第１のＤＣ絶縁バリア及び第２のＤＣ絶縁バリアは、結合回路からの出力の接地導体と、導波路アイソレータの導電性入力部との間に、一対の直列接続の容量性構造を備え、容量性構造はＲＦ ＥＭエネルギーの結合及びマイクロ波ＥＭエネルギーの漏出を抑制するように配置される、電気外科装置を提供することができる。

【0020】

本発明のこの態様は、図１の電気外科装置４００を参照して以下に説明する構成要素のいずれかまたはすべて（個別または任意の組み合わせ）と組み合わせることができる。例えば、ＲＦチャネル及びマイクロ波チャネルは、以下で各々説明するＲＦチャネル及びマイクロ波チャネルのいずれかまたはすべての構成要素を含み得る。マイクロ波チャネルは、マイクロ波チャネルの反射信号を順方向信号から分離するためのサーキュレータを含んでもよい。別の実施形態では、同じ目的で方向性結合器を使用してもよい。実際には、サーキュレータまたは方向性結合器は不完全な分離を示し、ひいては検出器で実際に受信される反射信号に影響を及ぼす。アイソレータ・ダイプレクサデバイスは、この不完全な分離を補償するとともに、導波路アイソレータのリターンロスと伝送を最適化できる調整可能なインピーダンスを備えてもよい。

【0021】

装置は、組織の切徐と凝固を同時にするためのエネルギーを供給するように構成することができ（例えば、ミックスモードまたはブレンドモード）、独立して操作することができ、それによりＲＦ及びマイクロ波エネルギーが手作業での使用者の制御下で（例えば、フットスイッチペダルの操作に基づいて）、またはＲＦ及び／またはマイクロ波チャネルからの測定された位相及び／または大きさの情報に基づいて自動的に、プローブに送出される。このシステムを使用して、組織のアブレーションと切徐を行うことができる。マイクロ波とＲＦエネルギーが同時に供給される場合、それぞれの発生器に戻されるＲＦとマイクロ波エネルギーのいずれかまたは両方を高電力または低電力で使用して、エネルギー送出プロファイルを制御できる。この場合、エネルギー送出フォーマットがパルス化されているオフの時間中に測定を行うことが望ましい場合がある。

【0022】

プローブの遠位端は、第２導体から空間的に分離された第１導体を含む双極放出構造を備えてもよく、第１及び第２導体は、それぞれ伝導によって及びＲＦ ＥＭ放射を伝送するアクティブ及びリターン電極として、またマイクロ波ＥＭエネルギーの放射を促進するアンテナまたはトランスとして作動するよう配置される。したがって、システムは、ＲＦエネルギーの局所的なリターン経路を提供するように構成できる。例えば、ＲＦエネルギーは、伝導体を分離する組織を通して伝導することで通ることができ、または、プラズマが伝導体の近くで生成されて、局所リターン経路を提供することができる。ＲＦでの組織の切徐は、第１導体と第２導体を分離する固定の誘電材料によって生成され得る。この場合誘電材料の厚さは薄く、つまり１ｍｍ未満であり、誘電率は高く、つまり空気の誘電率よりも大きくなる。

【0023】

本発明は、胃腸（ＧＩ）処置、例えば、腸のポリープを取り除くため、すなわち内視鏡的粘膜下切除に特に適している可能性がある。本発明はまた、正確な内視鏡的処置、すなわち正確な内視鏡的切除に役立ち、耳、鼻、及び喉の処置ならびに肝切除に使用され得る。

【0024】

本明細書で使用されている「導電性」という用語は、文脈がそうでないと指示しない限り、電気を伝導する性質を意味するために使用される。

【0025】

第１周波数は、１０ｋＨｚから３００ＭＨｚの範囲の安定した固定の周波数であってもよく、第２周波数は、３００ＭＨｚから１００ＧＨｚの範囲の安定した固定の周波数であってもよい。第１周波数は、エネルギーが神経刺激を引き起こすのを防ぐのに十分高く、エネルギーが組織のブランチングまたは不必要な熱のマージンまたは組織構造の損傷を引き起こすのを防ぐのに十分低くすべきである。第１周波数の好ましいスポット周波数には、１００ｋＨｚ、２５０ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、５ＭＨｚのいずれか１つ以上が含まれる。第２周波数の好ましいスポット周波数には、９１５ｍＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１４．５ＧＨｚ、２４ＧＨｚが含まれる。好ましくは、第２周波数は、第１周波数よりも少なくとも一桁（すなわち、少なくとも１０倍）高い。

【0026】

本発明の実施形態は、添付の図面を参照しながら以下で詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明を使用することができる電気外科装置の全体的な概略システム図である。

【図2】電気外科装置で使用できる分離回路の公知の例の概略図である。

【図3】本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサの導電性構成要素の概略的な切欠図である。

【図4】本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサにおける絶縁部品の概略的な切欠図である。

【図5】本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサ用のＲＦダイプレクサ構成の概略的な切欠図である。

【図6】本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサのシミュレーションモデルの切欠図である。

【図7】本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサのシミュレーションモデルを使用して得られた透過及び反射パラメータの予測を示すグラフである。

【図8】本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサのＲＦポートに取り付けられたマイクロ波フィルタのシミュレーションモデルの切欠図である。

【図9】図８のシミュレーションモデルを使用して得られたマイクロ波フィルタの透過及び反射パラメータの予測を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、電気外科装置４００の概略図を示している。ＧＢ２４８６３４３号に開示されているようなものであり、これは本発明を理解するのに有用である。本装置は、ＲＦチャネルとマイクロ波チャネルを備えている。ＲＦチャネルは、生体組織の治療（例えば、切除または乾燥）に適した電力レベルでＲＦ周波数電磁信号を生成及び制御するためのコンポーネントを含む。マイクロ波チャネルは、生体組織の治療（例えば、凝固またはアブレーション）に適した電力レベルでマイクロ波周波数電磁信号を生成及び制御するためのコンポーネントを含んでいる。

【0029】

マイクロ波チャネルは、マイクロ波周波数源４０２とそれに続く電力スプリッタ４２４（例えば、３ｄＢ電力スプリッタ）を有し、これは、供給源４０２からの信号を２つの分岐に分割する。電力スプリッタ４２４からの１つの分岐は、マイクロ波チャネルを形成し、それは制御信号Ｖ_１０を介してコントローラ４０６によって制御される可変減衰器４０４、及び制御信号Ｖ_１１を介してコントローラ４０６によって制御される信号変調器４０８を含む電力制御モジュールと、治療に適した電力レベルでプローブ４２０から送出するための順方向マイクロ波ＥＭ放射を生成するため駆動増幅器４１０及び電力増幅器４１２を含む増幅器モジュールを含む。増幅器モジュールの後、マイクロ波チャネルは、第１ポートと第２ポートの間の経路に沿って供給源からプローブにマイクロ波ＥＭエネルギーを送出するように接続されたサーキュレータ４１６、サーキュレータ４１６の第１ポートの順方向結合器４１４、及びサーキュレータ４１６の第３ポートにある反射結合器４１８を含むマイクロ波信号結合モジュール（マイクロ波信号検出器の一部を形成）に続く。反射結合器を通った後、第３ポートからのマイクロ波ＥＭエネルギーは電力ダンプ負荷４２２に吸収される。マイクロ波信号結合モジュールは、順方向結合信号または検出用の反射結合信号のいずれかをヘテロダイン受信機に接続するための制御信号Ｖ_１２を介して、コントローラ４０６によって操作されるスイッチ４１５も含む。

【0030】

パワースプリッタ４２４からの他の分岐は、測定チャネルを形成する。測定チャネルはマイクロ波チャネルのラインアップをバイパスし、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置されている。制御信号Ｖ_１３を介してコントローラ４０６によって制御される一次チャネル選択スイッチ４２６は、プローブに送出するためにマイクロ波チャネルまたは測定チャネルのいずれかから信号を選択するように動作可能である。高帯域通過フィルタ４２７は、一次チャネル選択スイッチ４２６とプローブ４２０との間に接続され、低周波ＲＦ信号からマイクロ波信号発生器を保護する。

【0031】

測定チャネルには、プローブから反射された電力の位相と大きさを検出するように配置されたコンポーネントが含まれる。それは、プローブの遠位端に存在する生体組織などの物質に関する情報を生成できる。測定チャネルは、第１ポートと第２ポートとの間の経路に沿って供給源４０２からプローブにマイクロ波ＥＭエネルギーを送出するように接続されたサーキュレータ４２８を備える。プローブから返された反射信号は、サーキュレータ４２８の第３ポートに向けられる。サーキュレータ４２８は、正確な測定を容易にするために、順方向信号と反射信号の分離を実現するために使用される。ただし、サーキュレータはその第１ポートと第３ポートを完全には分離しないため、つまり順方向信号の一部が第３ポートに侵入して反射信号に干渉する場合があるため、キャリアキャンセル回路を使用して、（順方向結合器４３０からの）順方向信号の一部を（導入結合器４３２を介して）第３ポートから出てくる信号に導入し戻す。キャリアキャンセル回路は、第１ポートから第３ポートに入り込んでそれを相殺するいずれかの信号と導入部分の位相が１８０°ずれることを確実にする位相調整器４３４を含む。キャリアキャンセル回路は、信号減衰器４３６も含み、導入部分の大きさがいずれかの入り込む信号と同じであることを確実にする。

【0032】

順方向信号のいずれかのドリフトを補償するために、測定チャネルに順方向結合器４３８が設けられる。順方向結合器４３８の結合出力とサーキュレータ４２８の第３ポートからの反射信号はスイッチ４４０のそれぞれの入力端子に接続され、それは制御信号Ｖ_１４を介してコントローラ４０６によって動作し、結合順方向信号または検出用のヘテロダイン受信機への反射信号を接続する。

【0033】

スイッチ４４０の出力（すなわち、測定チャネルからの出力）及びスイッチ４１５の出力（すなわち、マイクロ波チャネルからの出力）は、二次チャネル選択スイッチ４４２のそれぞれの入力端子に接続され、それは制御信号Ｖ_１５を介して一次チャネル選択スイッチと連動してコントローラ４０６により動作可能で、測定チャ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ネルの出力がヘテロダイン受信機に接続され、またマイクロ波チャ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ネルの出力がヘテロダイン受信機に接続されることを確実にする。

【0034】

ヘテロダイン受信機は、二次チャネル選択スイッチ４４２による信号出力から位相と大きさの情報を抽出するために使用される。このシステムには単一のヘテロダイン受信機が示されているが、必要に応じて、信号がコントローラに入力される前に、供給源の周波数を２回ミキシングする２つのヘテロダイン受信機（２つの局所発振器とミキサを含む）を用いることができる。ヘテロダイン受信機は、局所発振器４４４と、二次チャネル選択スイッチ４４２による信号出力をミキシングするためのミキサ４４８とを含む。局所発振器信号の周波数は、ミキサ４４８からの出力がコントローラ４０６において受信するのに相応しい中間周波数にあるように選択される。局所発振器４４４及びコントローラ４０６を高周波数マイクロ波信号から保護するために、帯域通過フィルタ４４６、４５０が設けられている。

【0035】

コントローラ４０６は、ヘテロダイン受信機の出力を受信し、マイクロ波または測定チャネルの順方向及び／または反射信号の位相及び大きさを示す情報をそれから決定（例えば抽出）する。この情報を使用して、マイクロ波チャネルでの高出力マイクロ波ＥＭ放射またはＲＦチャネルでの高出力ＲＦ ＥＭ放射の送出を制御できる。上述のように、使用者は、ユーザインターフェース４５２を介してコントローラ４０６と対話することができる。

【0036】

図１に示されるＲＦチャネルは、制御信号Ｖ_１６を介してコントローラ４０６により制御されるゲートドライバ４５６に接続されたＲＦ周波数源４５４を含む。ゲートドライバ４５６は、ハーフブリッジ構成であるＲＦ増幅器４５８に動作信号を供給する。ハーフブリッジ構成のドレイン電圧は、可変ＤＣ電源４６０を介して制御可能である。出力トランス４６２は、生成されたＲＦ信号を、プローブ４２０に送出するためのラインに転送する。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ー４６４は、ＲＦ信号発生器を無線周波マイクロ波信号から保護するために、そのラインに接続されている。

【0037】

変流器４６６がＲＦチャネル上に接続されて、組織の負荷に送出される電流を測定する。分圧器４６８（出力トランスから取得することができる）を使用して、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、それぞれのバッファ増幅器４７０、４７２及び電圧クランプツェナーダイオード４７４、４７６、４７８、４８０によって調整された後、コントローラ４０６に直接接続される（図１に信号Ｂ及びＣとして表示）。

【0038】

また、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（例えばＥＸＯＲゲート）に接続され、その出力電圧はＲＣ回路４８４によって統合されて電圧出力（図１のＡに示す）を生じ、それは電圧波形と電流波形の位相差に比例する。この電圧出力（信号Ａ）は、コントローラ４０６に直接接続されている。

【0039】

マイクロ波／測定チャネル及びＲＦチャネルは、両方のタイプの信号をケーブルアセンブリ１１６に沿って別々にまたは同時にプローブ４２０に伝達する信号結合器１１４に接続され、そこから患者の生体組織に送出（例えば放射）される。

【0040】

導波路アイソレータ（図示せず）は、マイクロ波チャネルと信号結合器の間の接合部に設けられてもよい。導波路アイソレータは、３つの機能、つまり（ｉ）非常に高いマイクロ波電力（例えば、１０Ｗを超える電力）が通るのを可能にする、（ｉｉ）ＲＦ電力が通るのを阻害する、（ｉｉｉ）高い耐電圧（例えば１０ｋＶ超）をかけるということを実行するように構成できる。容量性構造（ＤＣブレークとしても知られている）も、導波路アイソレータに（例えば、内部に）または隣接して設けることができる。容量性構造の目的は、絶縁バリアを越える容量結合を低減することである。

【0041】

図２は、ＧＢ ２ ５２２ ５３３に開示されているような絶縁回路の概略図である。これはまた、本発明を理解するのに有用である。分離回路は、ＲＦ信号発生器２１８からのＲＦ ＥＭ放射とマイクロ波信号発生器２２０からのプローブへのマイクロ波放射を伝送するための給電構造の一部を形成する。プローブ（図示せず）は、ハウジング２２６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、出力ポート２２８に接続される浮遊コンポーネントにハウジングの被接地ケーシングを繋げるべく電流が進むのを阻止する。

【0042】

給電構造は、ＲＦ ＥＭ放射を伝送するためのＲＦ信号経路２１２、２１４を有するＲＦチャネルと、マイクロ波ＥＭ放射を伝送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ネルとを含む。ＲＦ ＥＭ放射とマイクロ波放射の信号経路は、物理的に互いに分離されている。ＲＦ信号発生器は、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、装置のプローブ側）は浮遊しているため、患者とＲＦ信号発生器２１８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と接地導体２１４の両方が浮遊していることを意味する。

【0043】

絶縁回路は導波路アイソレータ６００を含み、その絶縁ギャップが必要なレベルのＤＣの絶縁をもたらすように構成され、一方でギャップでのマイクロ波エネルギーの漏れを防ぐためにマイクロ波エネルギーの周波数で十分に低い容量性リアクタンスも有する。ギャップは、０．６ｍｍ以上、例えば０．７５ｍｍであってもよい。チューブの直径がＲＦ周波数で各プローブと直列で非常に大きなインダクタンスを生成するため、ＲＦエネルギーはアイソレータの両端間で結合できない。

【0044】

分離回路は、導波路アイソレータ６００と統合された結合回路を備えている。ＲＦ信号を伝送する信号導体２１２と接地導体２１４は、同軸ＲＦコネクタ６０２（ＲＦフィード）に接続され、ＲＦ信号を導波路アイソレータ６００に導入する。そこから出力ポート２３２からプローブに向けて伝送される。

【0045】

絶縁ギャップ６０３は、ＲＦ信号が入力ポート２３０に結合して戻るのを防ぐように配置される。導波路アイソレータ内に内側導電性ロッドを慎重に配置することにより、マイクロ波エネルギーがＲＦコネクタ６０２に結合するのを防ぐ。

【0046】

調整ユニットは、コンポーネントのラインアップのリターンロスを低減するために、導波路アイソレータ６００に組み込まれている。調整ユニットは、空洞の本体に調整可能に挿入、例えばねじ込むことができる３つのスタブ２３１を含む。

【0047】

加えて、ＲＦチャネルは、制御信号Ｃ_１の制御下で動作可能な調整可能なリアクタンス２１７を有し、発生器で使用される異なる長さのケーブルから生じる静電容量の変化に対応（例えば補償）する。調整可能なリアクタンス２１７は、ＲＦチャネルと分路または直列に接続されたスイッチ式または電子的に調整可能なコンデンサまたはインダクタの１つまたは複数を含むことができる。

【0048】

強化版複合型アイソレータ・ダイプレクサ
本発明は、図２を参照して上述した分離回路を改善する複合型アイソレータ・ダイプレクサを提供する。本発明の実施形態は、大きく異なる周波数、例えば５．８ＧＨｚ及び４００ｋＨｚでＲＦ波形及びマイクロ波の波形を生成する電気外科発生器での使用に適した複合型アイソレータ・ダイプレクサを提供し、共通の供給ラインから受け取ったエネルギーを使用して電気外科器具が様々な形態の治療を施せるようにし得る。

【0049】

複合型アイソレータ・ダイプレクサの実施形態は、図３～図５を参照して以下に説明される。次いで、シミュレーション（例えば、ＣＳＴシミュレーションソフトウェアを使用して）により得られたその性能の側面が、図６～図９を参照して説明される。

【0050】

複合型アイソレータ・ダイプレクサは、損傷を引き起こす可能性のある高電圧ＲＦがマイクロ波供給源に到達するのを防ぎ、マイクロ波電力がケーブルに沿って、放射するＲＦ供給源に到達するのを防ぐよう動作する。いずれの場合も、漏れはまた発電電力の浪費につながり、それは回避する必要がある。

【0051】

複合型アイソレータ・ダイプレクサは、マイクロ波源をプローブに接続する内部導体と外部導体の両方にＤＣブレークがある導波路アイソレータを備える。ＤＣブレークは、プローブへのマイクロ波の伝送を妨害したり、ＤＣブレークを介したマイクロ波の放射を可能にしたりすることなく、高電圧ＲＦがマイクロ波源に到達するのを防ぐように動作する。

【0052】

導波路アイソレータを単独で使用する場合、外部導体のＤＣブレークの静電容量が効率的な動作には大きすぎる場合がある。この問題は、マイクロ波の伝送を妨げたり放射を可能にしたりすることなく、直列の静電容量を外部導体に効果的に接続するために、導波路アイソレータに加えて、または導波路アイソレータ内に統合される同軸アイソレータを設けることで対処される。

【0053】

図３は、本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサ１００の概略的な切欠図である。複合型アイソレータ・ダイプレクサは、縦軸に沿う円筒導波路アイソレータを含む。

【0054】

図３には、アイソレータの導電性要素のみが描かれている。
複合型アイソレータ・ダイプレクサ１００の円筒導波路アイソレータは、カラー１０４によって分離された一対のエンドキャップ１０２、１０６から形成される。

【0055】

導波路アイソレータは、入力ポート１１２でマイクロ波フィードを受け取るように配置された入力エンドキャップ１０２によって形成された入力端を有する。入力ポート１１２は、入力エンドキャップ１０２の周側壁に配置される。入力ポート１１２は、同軸ケーブルを受け入れるように適合されており、接続される同軸ケーブル（図示せず）の内部導体が、導波路アイソレータによって画定された円筒状空間に放射状に延びることができるように、エンドキャップの周壁を通る通路を備えている。円筒状の空間は、絶縁誘電材料（例えば、空気）で満たされていてもよい。

【0056】

導波路アイソレータは、出力ポート１１６を介して出力ラインに接続可能な出力エンドキャップ１０６によって形成される出力端を有する。出力ポート１１６は、出力エンドキャップ１０６の円周側壁に配置される。出力ポート１１６は、同軸ケーブルを受け入れるように適合され、エンドキャップの円周壁を通る通路を備え、接続された同軸ケーブル（図示せず）の内部導体が導波路アイソレータによって画定された円筒空間内に半径方向に延びることを可能にする。以下により詳細に説明するように、内部導体は、出力ポート１１６に接続された同軸ケーブルにＲＦ信号を転送するためのＲＦダイプレクサ構造の一部を形成してもよい。したがって、円筒形の導波路空洞に突き出た同軸ケーブルの内部導体は、空洞内の誘電材料によって互いに絶縁される。

【0057】

この例では、入力ポート１１２と出力ポート１１６は、導波路によって形成される円筒の反対側にある。これは、他のコンポーネントへの接続に適合させるのに役立ち得るが、必須ではない。例えば、以下で説明するシミュレーションでは、入力ポートと出力ポートは円筒の同じ側にある。

【0058】

入力エンドキャップ１０２及び出力エンドキャップ１０６は、１つの閉じた軸端部と１つの開いた軸端部とを有する円筒形要素である。エンドキャップ１０２、１０６は、それらの軸が整列され、それらの開いた軸方向端部が互いに面するように配置される。入力エンドキャップ１０２は、入力ポート１１２に接続された同軸ケーブルの外部導体と電気通信するように構成される。出力エンドキャップ１０６は、出力ポート１１６に接続された同軸ケーブルの外部導体と電気通信するように構成される。エンドキャップ１０２、１０６は、円筒の軸に沿って互いに物理的に分離されている。分離は、導電性カラー１０４と、入力エンドキャップ１０２及び出力エンドキャップ１０６の開口端に形成された対応する円周凹部１０８、１１０にそれぞれ着座する一対の絶縁スペーサ１２６、１２８（図４参照）によって維持される。

【0059】

カラー１０４は、円筒形導波路の空洞を完成させるために、エンドキャップ１０２、１０６の開いた軸方向端部間の軸方向ギャップに重なる。エンドキャップを互いに絶縁するため（したがって、接続されている同軸ケーブルの外部導体を分離するため）、絶縁層１２７（図４参照）が両方のエンドキャップの遠位部の外面の周りに配置され、エンドキャップ１０２、１０６の外面と、それらが重なり合う領域のカラー１０４の内面との間の円周方向のギャップに誘電性（電気的絶縁性）バリアを設けるようにする。

【0060】

これが配置されると、導波路アイソレータは、円筒の軸に沿って直列に配置された２つの絶縁部分を含む。第１の絶縁部分は、入力エンドキャップ１０２とカラー１０４との間の重なりで生じる。第２の絶縁部分は、出力エンドキャップ１０６とカラー１０４との間の重なりで生じる。この構造により、２つのエンドキャップ間の静電容量が低減でき、構造の静電容量が、絶縁部が１つだけの場合よりも小さくなるようにする。空洞の端部にある鋭い隅が、波が通るのに対し高いインピーダンスを生成するため、ガイドから結合されたほとんどの電力が反射されるため、静電容量の減少はマイクロ波漏出の意味ある増加に至らない。

【0061】

絶縁層１２７は、任意の適切な材料によって設けられてもよい。一例では、絶縁層１２７は、複数（例えば、２、３、またはそれ以上）の巻きのＫａｐｔｏｎ（登録商標）フィルムを含むことができる。フィルム材料は、３．４の誘電率及び０．００２の散逸率を有し得る。フィルムは、０．００５ｍｍの厚さを有してもよく、絶縁層に適切な厚さを設けるために複数の巻きを使用してもよい。他の例では、絶縁層は、例えばエンドキャップ１０２、１０６とカラー１０４の間に着座するワッシャーに似ている管状要素であってよい。２つの絶縁ギャップが直列であるため、どちらも必要な電圧に耐えることができるため、絶縁体に１つのピンホールが存在しても断熱の故障が生じない。このため、絶縁体は、複数の層を備えたコイル状（巻かれた）誘電体シートか、１つの層を備えたチューブのいずれかであり得る。

【0062】

絶縁スペーサ１２６、１２８はそれぞれ、剛性の絶縁リング、例えば、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）プラスチックまたはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製の絶縁リングを含むことができる。スペーサは、オーバーラップ領域の正確な長さを画定するために選択された軸方向の長さを備えている場合がある（それぞれ個別のチョークと見なすことができる）。

【0063】

上述のように、絶縁層１２７は、エンドキャップ１０２、１０６の外面とカラー１０４の内面とが重なる領域にある、これらの間の周方向のギャップに配置されている。ギャップの平均直径は４１．０５ｍｍ、半径方向の厚さは０．１５ｍｍであってよい。絶縁層１２７の誘電材料で部分的または完全に満たされ得る各ギャップの静電容量は、約１１０ｐＦであり得る。これは、直列の２つのギャップが約５５ｐＦの静電容量を提供することを意味する。

【0064】

エンドキャップ１０２、１０６の各々は、その閉じた軸方向端部に形成された貫通孔を有する。貫通孔は、円筒の軸に関して互いに対称的に配置され得る。この例では、貫通孔は円筒の軸にある。したがって、入力エンドキャップ１０２は、その閉じた軸方向端部の中心に形成された貫通孔１１４を有する。出力エンドキャップ１０６は、その閉じた軸方向端部の中心に形成された貫通孔１１８を有する。貫通孔１１４、１１８は、導電性のピンまたはネジ要素を受け入れるように配置され、それらは、調整することを可能にする、つまり複合型アイソレータ・ダイプレクサの挿入の損失とリターンロスを最適化することを可能にするように、選択的かつ制御可能に空洞に挿入可能である。

【0065】

図３に示す例では、出力エンドキャップには３つの追加の穴１２０、１２２、１２４がある。これらの穴はダイプレクサ機能に関連している。これは図５にてさらに詳細に示されている。

【0066】

図５は、出力エンドキャップ１０６の切欠図を示す。同軸ケーブル１４２は、適切なコネクタ１３８を使用して出力ポート１１６に接続される。同軸ケーブル１４２の内部導体１４０は、空洞内に突出する。内部導体１４０は、同軸ケーブルから空洞内に延びる同軸ケーブルの長さの一部について、誘電材料１４１によって依然として囲まれている。

【0067】

デバイスのダイプレクサ機能は、出力エンドキャップ１０６の閉じた端面の穴１２０に垂直にＲＦ接続要素１３２を導入することによってもたらされる。穴１２０は、出力同軸ケーブルの内部導体１４０と一直線に並んでおり、そのため、その長さの途中で内部導体１４０と接触する。中心導体に沿って正しい距離で接触するようにＲＦ接続要素１３２が挿入される場合、マイクロ波電力はＲＦ接続要素１３２に結合されない。この接続はマイクロ波コネクタとの整合にわずかに影響するが、マイクロ波エネルギーに対する良好な整合は、内部導体１４０の長さを変更することで回復できる。

【0068】

ＲＦ接続ライン１３２は、コネクタ本体１３０によって出力エンドキャップ１０６に接続され、それは出力エンドキャップ１０６の閉口した端部面に形成された一対の穴１２２、１２４にそれぞれ収容される一対のネジ１３４、１３６によって出力エンドキャップ１０６に固定される。コネクタ本体１３０は、マイクロ波エネルギーを遮断するためのマイクロ波フィルタ１３１を備える。この例では、マイクロ波フィルタ１３１は、出力エンドキャップの端部に接続された円筒形同軸フィルタである。円筒形同軸フィルタは、２つのセクションのリエントラント型同軸フィルタ、例えば、５．８ＧＨｚ付近の周波数を強く除去するように設計されてもよい。マイクロ波フィルタ１３１は、出力エンドキャップ１０６の内側端壁からそのような距離に配置され、そのためマイクロ波周波数でＲＦ接続要素１３２が端壁に対して短絡しているように見え、マイクロ波エネルギーがＲＦ接続要素１３２を介して出るのを防ぐようにしている。

【0069】

ＲＦ信号（例えば、図２に示される入力ライン２１２、２１４から）は、ＲＦ接続要素１３２の遠位端１３３とフィルタの導電性本体１３０との間に加えられ、フィルタは次に、出力エンドキャップ１０６の外面に電気的に接続される。必要に応じて、ＲＦ信号の接続は標準の同軸コネクタで行うことができる。

【0070】

ＲＦ接続要素１３２は、出力同軸ケーブル（マイクロ波コネクタの形態を取り得る）の内部導体１４０に接触するように延びる。ＲＦ接続要素１３２は、内部導体１４０にはんだ付けされてもよい。

【0071】

ＲＦ接続要素１３２は、例えばＰＴＦＥなどで作られている絶縁チューブ１４６（図８参照）によって、出力部及び他の導電性フィルタの部分から絶縁されている。ＲＦ接続要素１３２は、剛性のピンの構造であってもよい。一例では、ＲＦ接続要素１３２及び絶縁チューブ１４６は、短い長さの半剛性同軸ケーブルから外側の銅ジャケットを剥ぎ取ることによって構築してもよい。

【0072】

図６は、本発明の実施形態である複合型アイソレータ・ダイプレクサのシミュレーションモデルの切欠図である。すでに説明した特徴には同じ参照番号が付けられており、再度説明することはしない。明確にするために、３つのコネクタピン１３２、１４０、１５４及び２つの調整要素１５０、１５２を除いて、図６は、複合型アイソレータ・ダイプレクサの誘電性（すなわち電気絶縁）コンポーネントのみを示している。これらの誘電性コンポーネントは、導波路空洞内部の空気１４８と、マイクロ波フィルタ内部の空気１４４を含む。それらはまた、上述の誘電体スペーサ１２６、１２８及び絶縁層１２７を含む。シミュレーションは、図３及び図５を参照して上で論じた導電性コンポーネントも存在していたことに基づいて実行した。

【0073】

デバイスには３つのポートがある。ポート１は、ＲＦ／マイクロ波を結合する出力ポートである。ポート２はＲＦ接続ライン１３２で、４００ｋＨｚのＲＦエネルギーを導入する。ポート３はマイクロ波入口ポートで、マイクロ波エネルギーを導入する（例えば、好ましい例では５．８ＧＨｚで）。シミュレーションは、円筒の同じ側にある両方のマイクロ波ポート（ポート１及びポート３）で実行された。

【0074】

図７は、４．８ＧＨｚと６．８ＧＨｚの間で図６の複合型アイソレータ・ダイプレクサのシミュレーションモデルを使用して得られた透過及び反射パラメータの予測を示すグラフである。グラフに挿入した表は、５．８ＧＨｚでの各パラメータの値を示している。

【0075】

ライン１８０、１８２は、入力ポートと出力ポートからＲＦポート（Ｓ２１、Ｓ２３）への結合が５．７８ＧＨｚ～５．８２ＧＨｚの範囲で－６０ｄＢより小さいことを示している。

【0076】

ライン１８６は、入力ポート（Ｓ３３）での整合が５．８ＧＨｚで－２０ｄＢに近いことを示している。

【0077】

ライン１８８は、出力ポート（Ｓ１１）での整合も５．８ＧＨｚで－２０ｄＢに近いことを示している。

【0078】

ライン１８４は、入力ポートと出力ポート（Ｓ３１、Ｓ１３）間の損失が５．８ＧＨｚで－０．１９ｄＢであることを示している。

【0079】

図８は、ＲＦポートに取り付けられたマイクロ波フィルタ１３１のシミュレーションモデルの切欠図である。フィルタは円筒形である。ＲＦ接続要素１３２は、円筒の軸に沿って延びる。ＲＦ接続要素１３２は、例えばＰＴＦＥ製の絶縁スリーブ１４６によって囲まれている。フィルタ１３１は、マイクロ波エネルギーが通るのを抑制または防止するためのチョークとして機能する、一対の軸方向に分離された、空気で満たされた空洞１４４を画定する導電性本体１３０（図８では明瞭性のため省いたが図３に示している）を含む。５．８ＧＨｚでは、空気で満たされた各空洞は、同軸伝送ラインからその閉じた端部まで、４分の１の波長である。４分の１波長の空洞は、５．８ＧＨｚ信号が通るのを妨げる同軸伝送線の外部導体に開回路を備える。空洞の間隔は、それぞれが他方の効果を強化するように配置される。４００ｋＨｚでは、フィルタに効果がないため、ＲＦ信号の入力は妨げられない。

【0080】

図９は、３ＧＨｚから８．５ＧＨｚまでの、図８のシミュレーションモデルを使用して得られたマイクロ波フィルタの透過及び反射パラメータの予測を示すグラフである。

【0081】

ライン１６０はフィルタを通る透過を示し（Ｓ１２）、一方ライン１６２はフィルタからの反射を示す（Ｓ２２）。Ｓ２１とＳ１１のラインは、Ｓ１２とＳ２２のラインと同じである。

【0082】

５．８ＧＨｚでは、予測される挿入の損失は非常に高く（－４９．５ｄＢ）、反射の損失は非常に低くなる（－０．０１０２ｄＢ）。この能力は、両端に５０Ωの負荷がある場合である。実際には、両端でより高いインピーダンス負荷が発生する可能性があるため、実際の能力はシミュレーションとわずかに異なる。例えば、ディップの形状と周波数は、両端の正確な位置に応じて変動することが可能であり、余分なインピーダンスの不整合のために挿入の損失が高くなることがある。

【0083】

次の説明で、上記で説明した複合型アイソレータ・ダイプレクサの実際の例で実行した測定結果をまとめている。

【0084】

図６で説明したように、ポート３（入力）とポート１（出力）の間で、５．６ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数の範囲で測定が行われた。対象の測定値は、反射（Ｓ３３）、透過（Ｓ１３）、及び５．８ＧＨｚ（マイクロ波エネルギーの好適の周波数）での損失であった。

【0085】

マイクロ波コネクタを使用して、同軸ケーブルを入力ポートと出力ポートに接続した。この例では、コネクタはＡｍｐｈｅｎｏｌ Ｐ／Ｎ １７２２２４のバージョンのコンポーネントに適合している。これらのコネクタは、誘電体を導波路の空洞に１ｍｍ突出するように切断し、突出ピン（上記の内部導体）をコネクタフランジから２０ｍｍ延びるように切断することで適合した。好適のピンの長さは１７．５ｍｍの範囲であると予想され、そのためこの手法は過度に長いピンをもたらす。これは、必要に応じてトリミングすることができる。

【0086】

これをセットアップし、各エンドキャップのネジ調整器を調整することにより、－３４ｄＢのリターンロスと－０．５ｄＢの挿入の損失を取得することができた。

【0087】

導波路の両側にマイクロ波ポートを備えたデバイスで、実験を繰り返した。このシナリオでは、動作が大幅に異なることが判明した。これは、導波路において伝搬できる基本的なＴＥ０１モードが、円筒の同じ側または両側にあるコネクタ間での結合に違いを示さないようにすべきであるため、カットオフされた高次のモードが結合に重要な役割を果たしていることを意味する。それにもかかわらず、本発明の構成により、良好な性能を成し遂げるべく複合型アイソレータ・ダイプレクサを調整することが依然として可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】