JP2007512084A - マッチングインダクタを備える調節された対極板 - Google Patents

Abstract

電気手術で利用するための電気手術用対極板。対極板（１０）は、最大電流および最大温度上昇に関して自己制限的で自己制御的であり、患者の外傷を防止する。インダクタ（２０）が、対極板（１０）と直列に結合されている。インダクタ（２０）は、患者と対極板（１０）との間の接触面積の量が電気手術を実施するのに十分である場合に、対極板および患者のインピーダンスの少なくとも一部を打ち消し、電流のフローを最適化する。インダクタ（２０）を可変とし、特定の患者および電気手術を実施するのに利用される他の装置と適切かつ安全に動作するように、電気手術回路の総インピーダンスを調節および調整できるようにすることもできる。

Description

本発明は、一般に電気手術システムに関する。より詳細には、本発明は、安全で効果的な電気手術の提供に適合された電気手術用対極板に関する。

当業者には既知であるように、最新の外科手術手法では、一般にＲＦ電源を用いて、外科処置を実施する際に直面される細胞の切開および出血の凝固が行われる。そのような手法の歴史的観点および詳細に関して特許文献１を参照し、この参照によりその開示が組み込まれる。

医療技術分野の当業者には既知であるように、電気手術は広く利用されており、患者の細胞の切開および凝固の両方に対して単一の手術器具を使用することを含む多くの利点を提供する。すべての単極電気手術用発電機システムは、外科医により患者に手術部位で当てられる能動電極、および電気手術処置中に用いられるＲＦ電源を供給する電気手術用発電機に患者から戻る帰路を有しなければならない。患者との接点にある能動電極は、細胞の切開または凝固という外科手術的効果をもたらす高電流密度を生成するように小さくなければならない。能動電極と同じ電流を伝える対極板は、患者から対極板へ流れる電気手術電流の密度が安全な水準に制限されるように、患者との通信点での有効表面積が十分大きくなければならない。電気手術電流の密度が対極板で比較的高い場合、患者の皮膚および細胞の温度が上昇し、患者に望ましくないやけどをもたらす。

１９８５年に、周知の医療試験機関である緊急医療研究会（Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｃａｒｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）は、当研究会が電気手術用対極板部位のやけどに関して行った試験の結果を発表し、電流密度が１平方センチメートル当たり１００ミリアンペアを超えると体細胞が壊死のしきい値まで加熱されると述べた。医療器具開発協会（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）（「ＡＡＭＩ」）は、述べられた試験条件下で、電気手術用対極板に隣接する患者の表面細胞の最大温度は６℃以上上昇すべきでないことを要求する標準を発表した。

過去２０年にわたり、より安全な対極板に対する医療上の需要に応えて製品開発がなされてきた。対極板技術における１つの進歩は、電気手術処置中に一般に使用される約１２×７インチの小さく平坦なステンレス鋼板電極と取って代わる、柔軟性のある電極の開発であった。この平板電極は、一般に導電性ゲルでコーティングされ、患者の臀部、大腿部、肩部、または他の任意の場所の下に置かれ、十分な接触面積を確保することについて重力に頼っていた。一般にステンレス鋼板とだいたい同サイズであるこれらの柔軟性のある電極は、導電性または誘電体ポリマでコーティングされ、重力の助けが無くとも患者に付着し続けるように粘着性の縁部を有する。１９８０年代の初頭には、米国内の多くの病院が柔軟性のある電極を使用していた。柔軟性のある電極は、対極板による患者のやけどを減少させたが、各電極が使用後に廃棄されなければならなかったため毎年数千万ドルという追加の手術コストを米国内にもたらした。この改良をもってしても、病院は、外科手術中に患者から図らずも落ちたり部分的に離れたりする電極により引き起こされる患者のやけどを依然としていくらか経験していた。

患者のやけどの可能性を最小化する試みとして、接触クオリティモニタリングシステム（ｃｏｎｔａｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）が開発された。接触クオリティモニタリングシステムは、患者と接している電極の接触面積をモニタリングするように適合され、患者と電極との間に十分な接触面積がないときはいつでも電気手術用発電機を切る。そのような回路は、例えば特許文献２および３に示されており、それらの開示がこの参照により組み込まれる。接触クオリティモニタリングシステムは、対極板による患者のやけどをさらに減少させたが、特別な廃棄可能の電極を必要とし、処置当たりのコストが増加した。これらのシステムが最初に導入されてから２０年になるが、コストの増加および他の要因のために米国で実施されるすべての外科手術のわずか７５％が接触クオリティモニタリングシステムを利用する。

自己制限的（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）電気手術用対極板は、接触クオリティモニタリングシステムの代替手段を提供する。自己制限的電気手術用対極板は、患者とパッドとの間の接触面積が電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分である場合、および患者とパッドとの間に多くの材料が置かれ過ぎていない場合に電気手術の実施を可能にする。患者とパッドとの間の接触面積が最小接触面積以下である場合、または患者とパッドとの間に多くの材料が置かれ過ぎている場合、パッドの特性が電流が流れることを制限し、患者のやけどを防止する。

米国特許第4,936,842号明細書 米国特許第4,200,104号明細書 米国特許第4,231,372号明細書 米国特許第6,454,764号明細書

自己制限的電極は一般に再利用可能であり、また電流制限を提供するが、患者のやけどを防止するのに接触面積が十分である場合にも、パッドのインピーダンス特性が不必要な電気手術電流の制限をもたらすことがある。例えば、経尿道的前立腺切除（ｔｒａｎｓ−ｕｒｅｔｈｒａｌ ｒｅｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｓｔａｔｅ）（ＴＵＲＰ）処置などの、高電流フローを必要とする外科手術中に、接触面積は安全な電気手術を行うのに十分でありうるにも関わらず、インピーダンスの小さな増加が電流フローに顕著に影響することがある。さらに、小さな小児科の患者に関わる処置では、患者のパッドとの比較的小さな接触面積およびその結果として生じるインピーダンスの増加に起因して、電流フローが縮小されることがある。これは特に新生児患者について正しく、そのような患者のサイズおよび質量の小ささがこの用途を非実用的にしている。

本発明は、患者のやけどを防止するように適合された電気手術用対極板を対象とする。対極板は、電極に自己制限的特性を与えるバルクインピーダンスを提供する。電気手術用対極板のバルクインピーダンスは、対極板が自己制限的となることを可能にし、半絶縁性部分、導体部分、半絶縁性部分および導体部分の両方の組み合わせ、または２つ以上の半絶縁性部分の組み合わせ、導体、患者の衣類、ブランケット、シーツ、および患者と対極板との間に配置されている他の材料の特性からもたらされることができる。

本発明の例示的実施形態によると、インダクタが容量性の電気手術用対極板と直列に結合されている。インダクタの包含により、患者と電気手術用対極板との間の接触面積の量が電気手術を行うのに十分である場合に、または患者と電気手術用対極板との間に材料が置かれている場合に、電気手術用対極板の有効インピーダンスを最小化することにより、電気手術電流のフローが最適化される。

本発明の別の例示的実施形態によると、キャパシタが誘導性の電気手術用対極板と直列に結合されている。キャパシタの包含により、患者と電気手術用対極板との間の接触面積の量が電気手術を行うのに十分である場合に、電気手術用対極板の有効インピーダンスを最小化することにより、電気手術電流のフローが最適化される。

本発明の別の例示的実施形態によると、電気手術用対極板は、患者と電極との間の接触面積が所与のしきい値以下である場合に患者のやけどを防止するのに十分なバルクインピーダンスを有する。導体部分は、患者と自己制限的部分および／または対極板との間の接触面積が所与のしきい値以下である場合にそれをユーザに知らせる回路との使用に適合されている。

本発明のこれらおよび他の目的および特徴は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになり、または以下に記載するように本発明を実施することから学ぶことができるだろう。

本発明の上記および他の利点および特徴をさらに明確にするために、添付図面に図示されている本発明の特定の実施形態を参照して、本発明のより具体的な説明がなされる。これらの図面は、本発明の一般的な実施形態を描写するのみであり、それゆえ本発明の範囲を制限するものと考えるべきでないことを理解されたい。本発明は、添付図面の利用を通じて、付加的な特性および詳細とともに記述され説明される。

患者と電極との間の接触面積が所与のしきい値以下である場合患者のやけどを防止するのに十分なバルクインピーダンスを有する電気手術用対極板が提供される。本発明の一態様によると、インダクタが、電気手術回路の一部としてキャパシタと直列に結合されている。その実施形態で、電気手術用対極板は、直列インダクタとともに利用される容量性の電気手術用対極板を備えることができる。あるいは、電気手術用対極板は、直列キャパシタとともに利用される誘導性の電気手術用対極板を備えることができる。直列インダクタが利用される場合、インダクタは、患者と電気手術用対極板との間の接触面積の量が患者のやけどを防止するのに十分である場合に電気手術用対極板の容量性インピーダンスを打ち消すことにより、電気手術電流のフローを最適化する。スプリットプレート（ｓｐｌｉｔ ｐｌａｔｅ）などの導体部分を、患者と対極板との間の接触面積が所与のしきい値以下である場合にそのことをユーザに知らせる回路との利用に適合させることができる。

（直列インダクタ）
以下の議論は、直列インダクタとともに利用され、有効インピーダンスが最小化される容量性の電気手術用対極板を対象とする。誘導性の電気手術用対極板との利用のための直列キャパシタの完全な議論は含まれないが、当業者はおそらく理解するように、容量性の電気手術用対極板とともに用いられる直列インダクタを参照して議論される原理を、直列キャパシタを備えた誘導性の電気手術用対極板のバルクインピーダンスを最小化することに用いることができる。

ここで図１を参照すると、対極板と直列に結合されたインダクタを有する電気手術システム１が示されている。このインダクタは、バルクインピーダンスから生じる容量性リアクタンスのすべてまたは一部を打ち消すことにより電気手術回路のインピーダンスを最小化する。システム１は、対極板１０、電気手術用発電機１２、およびインダクタ２０を備える。対極板を、電気手術用器具１８および電気手術用発電機１２とそれぞれ接続する導体部分１４および１６も示されている。電気手術用発電機１２は、電気手術電流、すなわちＲＦエネルギーを生成し、それは導体部分１４を通じて電気手術用器具１８に伝えられる。

電気手術用器具１８は、対極板１０の上に載る患者の細胞を切開し凝固する処置の間、電気手術電流を用いる。本明細書に含まれる教示に照らして様々な種類の電気手術用発電機１２が当業者に知られている。電気手術電流は、導体部分１６を帰路として用いることで、患者および対極板１０を通じて電気手術用発電機１２に戻る。図示の実施形態で、導体部分１４および１６は、電気手術電流の導線として機能するケーブルを備える。これらの導体部分１４および１６は、１つの構成要素から別の構成要素にＲＦエネルギーを伝えるための手段という機能を果たすことのできる例示的構造の実例である。当業者は、所望の機能を果たすことのできる様々な他の構造を認めるだろう。

対極板１０は、対極板１０の上に載る患者から電気手術用発電機に戻る電気手術電流の密度を制限するように適合されている。対極板１０は、患者のやけどを防止する自己制限的特性を提供するように適合されている。対極板１０の自己制限的特性は、患者と対極板１０との間の接触面積が減少したときに対極板１０の有効インピーダンスを増加させ、電気手術電流のフローを制限する。電気手術電流のフローを制限することにより、電気手術用器具１８の使用が禁止され、患者のやけどの可能性が最小化される。対極板１０の例示的材料および配置が、特許文献４および他の関連する特許出願に記載されており、それらの開示が参照により本明細書に組み込まれる。

電気手術用対極板の自己制限的側面は、対極板のインピーダンス特性の結果であり、インピーダンスは、容量性、抵抗性、または誘導性の構成要素またはリアクタンスから生じる。対極板の１つのインピーダンス特性は、対極板１０上の患者の配置から生じる容量性リアクタンスである。１つの構成で、患者と対極板との間に形成された平行板キャパシタが、容量性リアクタンスを提供する。患者が平行板キャパシタの１つの平板を構成し、対極板１０が対向する平板を構成する。寝具類、対極板１０のコーティング、患者の肌の特性などの他の要素は、対向するプレート間のギャップおよび／または誘電体障壁を形成する。提供される容量性リアクタンスの量は、患者の対極板１０との接触の量、非接触範囲における患者の対極板１０との近さ、患者と対極板１０との間に置かれる寝具類の種類および量、対極板１０のコーティングの種類および量、患者の体の構造の特性、および他の非常に多くの要因に依存する。

容量性リアクタンスは電極の自己制限的側面を達成するのに必要な総インピーダンスの一部を提供するが、容量性リアクタンスは、患者と対極板との間に患者のやけどを防止するのに十分な接触があるときに、電気手術界面で電気手術電流のフローを制限することがある。結果として生じる縮小された電流フローは、一般には小さく、多くの外科手術処置中において重要でない。しかしながら、患者の接触面積がごく小さい場合（例えば、新生児の処置）または例外的に高電流フローが必要である場合（例えば、ＴＵＲＰ処置）のいくつかの処置については、縮小した容量のすべてが重要でありうる。

電極の自己制限的側面を維持しながら電力伝達を最大化するために、回路により示されるリアクティブインピーダンスの総計（すなわち、キャパシタンスおよびインダクタンス）が、患者と電極との間の接触が患者のやけどを防止するのに十分であるときに、最小化されるべきである。言い換えると、可能な限り抵抗性に見える全体回路を作ることにより、最大電力が回路により供給されることができる。当業者は、このコンセプトを、回路に存在する複素電力または無効電力の量に対して回路に供給される実電力の量を最大化することの１つとして理解するだろう。回路内の容量性リアクタンスを打ち消す１つの方法は、インダクタ２０などの適切に構成されたインダクタを回路に導入することである。

インダクタ２０は、電気手術用電極１０と直列に接続されている。インダクタ２０は、患者と電気手術用対極板との間の接触面積の量が電気手術を行うのに十分であるときに、電気手術回路の有効インピーダンスを最小化するように構成されている。インダクタ２０は、容量性リアクタンスを打ち消すことにより電気手術用対極板の有効インピーダンスを最小化する。電気手術用発電機１２により発生された電力が、外科医の用具が電気手術界面で患者の細胞と接する領域内に集められることが望ましい。電気手術界面以外におけるインピーダンスの減少により電気手術回路内の電流フローを増加させることで、そのような結果が可能となる。

説明的に、オームの法則は、電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）、およびインピーダンス（Ｚ）の関係が

で与えられることを教示する。

電気手術回路の電圧が一定に保たれるとき、回路の総計インピーダンスの値を減少させることは、回路を通じた電流の増加をもたらす。回路内の任意の構成要素により消費される実電力（Ｐ）は、

で与えられる。

この数式を手術界面の抵抗性インピーダンスに適用すると、手術界面の抵抗性インピーダンス（Ｒ）が一定である場合、その一定の抵抗を流れる電流（Ｉ）の増加は、その抵抗による消費電力を電流の二乗倍増加させる。したがって、回路内の電流フローを増加させることは、回路内の様々なインピーダンスを低減させることにより達成することができる。回路内の電流フローを増加させることにより、利用可能な電力のより多くの部分が手術界面に集められる。

電気手術用対極板１０の有効インピーダンスは、回路の総電流を低減させることにより、電気手術界面に伝達される電力量を著しく制限することがある。電気手術用対極板のインピーダンスは、抵抗性構成要素、容量性構成要素、および誘導性構成要素のうちの１つまたは任意の組み合わせの合計とすることができる。インダクタ２０は、電気手術用対極板１０の有効インピーダンスの容量性要素を打ち消すことにより、電気手術回路の有効インピーダンスの大きさを低減することができる。電気手術回路の有効インピーダンスの大きさを低減することは、電気手術電流のフローを増加させ、電気手術界面に電気手術電流により供給される電力の増加をもたらす。

本発明に照らして、これらに制限されないが、固体インダクタまたは機械的に調節可能なインダクタを含む多様な異なる種類および構成のインダクタを利用することができる。さらに、固定値インダクタまたは調節可能なインダクタなどの多様な構成のインダクタを利用することができる。調節可能なインダクタは、これらに制限されないが、機械的に調節可能なインダクタ、誘導性要素の追加および除去のために機械的または固体スイッチングを利用するインダクタバンク（ｂａｎｋ）、容量性リアクタンス要素を打ち消すのに適切な位相および大きさの電気信号を発生する固体インダクタおよびデジタル電力整形回路を含むいくつかのやり方により達成することができる。図示の実施形態で、インダクタ２０は導体部分１６に結合されている。当業者は理解するように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、システム内の多様な位置に多様な構成でインダクタ２０を置くことができる。例えば、インダクタは、導体部分１４内、電気手術用器具１８内、または電気手術用発電機１２内に置くことができる。さらに、１つまたは複数のインダクタをシステム１において利用し、有効インピーダンスの大きさを低減することができる。

図２に眼を向けると、対極板の自己制限的原理を図示した、対極板１０の図式的平面図が示してある。対極板１０の有効インピーダンス、および有効インピーダンスの自己制限的原理との関係は、電気手術用対極板の有効インピーダンスを最小化するのにインダクタを利用することができる方法を説明する。この説明の解説的目的のために、および電極１０の数学的モデル化を助けるために、電極１０は、領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、、、、１１ｎにより表されるような、複数の均一の大きさの連続した領域または区分を備えるものとして考えることができる。しかしながら、当業者は電極１０が非連続的領域または区分を備えることができることを理解するだろう。

直列回路と対照的に、並列に接続されたとき、結合した抵抗性、誘導性、および容量性リアクタンスは、公式

により与えられる総有効インピーダンスをもたらすことが知られている。

説明の容易性のために例示的抵抗回路を用いると、それぞれ１００オームの１００個の類似するインピーダンスが並列に接続される場合、有効インピーダンスＺ_ｅｆｆは１オームである。そのようなインピーダンスの半数が有効に切断される場合、残った有効インピーダンスは２オームであり、ただ１つのインピーダンスが回路において使用中である場合、残った有効インピーダンスは１００オームである。これらの原理を用いて、電極１０の総有効インピーダンスを、並列なキャパシタ、抵抗、およびインダクタの特性に起因して自己制限的にすることができる。

均一な材料から形成された抵抗性電極の個別区分は、個別区分の数に対応する多くの並列な抵抗と並列な抵抗としての役割を果たし、有効インピーダンスに寄与する。各個別区分は、均一な材料の表面の一部と相関がある。言い換えると、抵抗のインピーダンスは、他のことの中でも、抵抗の面の表面積の関数である。この関係は数式

により説明される。

数式において、Ｒは抵抗、ρは材料定数、Ｌは抵抗の長さ、Ａは表面積を表す。表面積を増大させることは、抵抗性構成要素をお互いに平行に追加することと同じ効果を有する。例えば、抵抗の表面積を２倍にすることは、総抵抗を１／２に低減する効果を有し、これは、同一サイズの抵抗が並列に接続された場合と同じである。容量性および誘導性要素についても同様の分析を行うことができる。そのようなものとして、電極１０は、電極１０の他の区分のそれぞれと並列な配置でそれぞれ追加されうる、複数の別個の区分としてモデル化することができる。

区分１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、、、、１１ｎに対応する電極１０の区分のそれぞれは、本質的にインピーダンスをもたらす能力を有する。しかしながら、回路内で並列に有効に使用中の区分の数は、電極を覆う患者の表面積の一次関数である。したがって、電極１０の上面の５０％と有効に体が接触している仰向けの患者の場合では、区分１１ａ〜１１ｎに対応する区分の５０％が回路において有効に並列になり、所与のインピーダンスを形成する。電極１０がそれぞれ１０００オームの１００個の区分を含む場合、有効な５０％の電極要素により有効にもたらされる有効インピーダンスは２０オームである。２０オームは手術界面におけるインピーダンスと比べると極めて小さいので、患者と電極１０との間の接触領域で消費される利用可能なエネルギーの割合は小さく、また電極１０の比較的大きな有効動作領域にも起因して、電流密度および温度の上昇が、上述の危険なしきい値以下に維持される。患者を電極の上に載せることにより生成されるインピーダンスが容量性および誘導性インピーダンスなどのリアクティブインピーダンスを含む場合、リアクティブインピーダンスは実電力を消費しないため、患者と電極１０との間の接触領域で消費される利用可能なエネルギーはより少ない。

何かしらの理由で、患者と電極１０との間の有効な接触面積が区分１１ａ〜１１ｎのうちの１つのみの表面に低減される場合、有効インピーダンスは１０００オームに増加する。接触面積が減少するにつれ、有効インピーダンスが、器具１８の電気手術的効果を縮小させるような、または他の方法により外科医による器具１８の有効な利用を防止するような水準まで上昇する点に至る。電気手術的効果または器具１８の有効性のこの縮小は、外科医に、対極板１０と接触する表面積をより大きくするように患者を再配置すべきであることを知らせる。有効インピーダンスが上昇するにつれ、回路の総インピーダンスが上昇し、総電流フローが、外科医が患者を再配置することなく器具１８を用いようとすると患者に望ましくない外傷を引き起こす可能性のある値以下の値に減少させられる。

有効な接触面積が大きい場合、有効インピーダンスは低く、外科医の用具における電流は高い。また、接触面積が大きく総電流フローが全接触面積にわたり分散されるため、対応する対極板１０での電流密度は低い。これは、外科手術の実施のために望ましい条件である。しかしながら、有効表面積が減少するにつれ、対極板１０のインピーダンスが増加し、定電圧を維持する電気手術用発電機において、器具１８（図１）での電流の減少が対応して生じる。有効表面積がある点まで減少すると、有効に外科手術を行うには不十分な電流が器具１８に残ることになる。有効な外科手術をもはや行うことのできない点は、本明細書で議論される多くの要因によるが、その要因は、他の事柄の中でも電気手術用発電機の設計、電極１０の設計、および患者と電極１０との間に置かれる材料を含む。電極１０の材料および寸法について選択されるパラメータは、電流密度および対応する対極板１０に隣接する細胞温度の上昇が、本明細書の冒頭で述べられた制限を超えないように選ばれる。例えば、一実施形態で、対極板１０は電流密度を安全な水準に制限するために少なくとも４０００Ω・cmのバルクインピーダンスを有する。本発明の基調をなす原理の説明を促進するために、前述の内容は、主な構成要素が抵抗および容量性リアクタンスであるインピーダンスの観点から説明されている。しかしながら、本発明の原理は、インピーダンスが抵抗性インピーダンス、容量性インピーダンス、および／または誘導性インピーダンスの任意の組み合わせを含む他の実施形態にも適用できる。

上の例は固定電圧の電気手術用発電機の文脈で考えてきたが、発電機の一部は定電力出力を維持するように設計されている。したがって、患者と電極１０との間の有効な接触面積が減少し、それによって電気手術回路のインピーダンスの増加を引き起こすとき、定電力発電機は、動作部位で定電力出力を維持するために電圧を増加させる。けれども、電極１０はこれらの発電機を利用して電流密度および細胞の加熱を制限することができる。当業者は、定電力電気手術用発電機でさえも設計された最大電圧水準を有し、したがって電気手術用発電機が電力または電圧を増加させない点が存在し、上述の定電圧の例が適用できることを理解するだろう。

設計された最大電圧水準が存在しない場合でも、電極１０は電流制限的および熱制限的特性を提供することができる。当業者は、電気手術用発電機のいずれにも発電機により供給することのできる電力の量を制限する本質的特性があることを理解するだろう。１つの例は、電気手術用発電機に電力を供給するのに利用される電源の制限である。一般に、電源は、その電源により発生させることのできる電力量を制限する自己保護的回路を含む。さらに、多くの電源は、より増加した量の電力を供給することがもはやできない飽和点を本質的に有する巻線変圧器を備える。したがって、すべての実用的な目的について、すべての電気手術用発電機は何らかの点で上述の定電圧の例のように振る舞い始め、したがって電流および熱制限的電極１０を使用することができる。

所望のバルクインピーダンスおよび十分な表面積の両方を有する対極板１０を設けることにより、電気手術電流は、電流密度が患者のやけどをもたらさないように十分に分散される。選択された材料および配置により、本自己制限的原理は、約７平方インチ（または４５平方センチメートル）という小さな動作表面積の対極板において達成することができることが見い出されており、対極板１０の上部の露出した動作表面積の好ましい範囲は、約１１から１５００平方インチ（または約７０から９６８０平方センチメートル）の範囲である。

対極板１０は、患者と直接に物理的に接触する必要はない。このサイズの動作表面積を有することにより、患者の肌に直接的に又はゲルを介してのいずれかによる、直接の物理的付着が不要となる。患者は、粘着剤またはゲルの利用を求められることなく、対極板１０と電気的に接続されることができる。これはまた、対極板１０の再利用を可能にし、それによって一般に利用されている廃棄可能なスプリットプレート電極の必要およびコストを削除することができる。これは、接触クオリティモニタリング手法を利用し、患者のやけどをもたらす高電流密度を防止するために患者が対極板と十分に接触していることを検証することのコストを低減する。

加えて、対極板１０が実質的に半絶縁性部分内に囲まれる場合に、対極板１０の自己制限的特性または能力を達成できることが理解できる。加えて、自己制限的特性または能力は、部分的に、対極板１０と患者との間に配置された材料、部分、または要素から提供されることができる。例えば、そのような他の材料、部分、または要素は、これらに制限されないが、リネン、ドローシーツ、衣類、ブランケットなどを含む。それゆえ、電極１０は、患者と電極１０との間の接触面積が所与のしきい値以下であるときに、電極１０は患者のやけどを防止するのに十分な有効なバルクインピーダンスを有する。

本発明による電極１０は、導電性プラスチック、ラバー、または他の柔軟性のある材料から作製することができ、電極１０に用いられるとき、それらは、電流密度を安全な水準に制限するのに十分な動作表面の各平方センチメートルが与える有効インピーダンスをもたらす。シリコーンまたはブチルラバーが、容易に洗浄可能で消毒可能であることに加えて柔軟性があるため、特に魅力的な材料として知られている。あるいは、対極板１０の一部を、必要な導電率を与えるように変えられた本質的に比較的高抵抗の柔軟性のある材料により作製することができる。例えば、カーボンファイバなどの含浸導電性ファイバがその中にあるシリコーンラバー材料、またはカーボンブラック、大量の金、銀、ニッケル、銅、スチール、鉄、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム、または他の導体などの他の導電性物質が大量に分散されたシリコーンラバー材料である。自己制限的特性のより完全な議論は特許文献４の中にあり、参照により本明細書にそれが組み込まれる。

ここで図３を参照すると、対極板の有効インピーダンスを最小化するのにインダクタを利用することができる方法を図示する電気手術回路の簡略化された電気回路図が示されている。手術処置中の電気手術電流の作用経路に有効に含まれている一般的なインピーダンスＺ_{ｓｏｕｒｃｅ}、Ｚ_{ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ ｔｏｏｌ}、Ｚ_{ｐａｔｉｅｎｔ}、Ｚ_{ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}およびそれらとともに直列に接続されたインダクタ２０が示されている。インダクタ２０は、患者と電気手術用対極板との間の接触面積の量が電流密度に関して安全であるときに、電気手術用対極板の有効インピーダンスを最小化するように構成されている。

電気手術用発電機１２は、電気手術電流を供給するように適合されている。電気手術用発電機１２は、定電流または定電圧発電機、可変電流または可変電圧発電機、定電力フロー発電機、可変電力フロー発電機、または任意の他の適した種類の発電機として機能するように適合することができる。電気手術用発電機１２は、Ｚ_{ｓｏｕｒｃｅ}で表されるそれと関連付けられた本質的なインピーダンスを有する。電気手術用発電機１２に接続されるのは従来の電気的導体部分１４および１６であり、それらは、発電機１２を、それぞれインピーダンスＺ_{ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ ｔｏｏｌ}（インピーダンスは、大部分は電気手術用器具の手術界面における配置の結果である）により表される電気手術用器具１８およびインピーダンスＺ_{ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}により表される対極板１０に接続する。インピーダンスＺ_{ｐａｔｉｅｎｔ}は、手術部位と対極板との間に位置する患者の細胞によりもたらされるインピーダンスを表すために設けられている。

図３の図式は、電気手術電流回路を簡略化したものである。この図式は、本発明の原理を明確かつ簡潔に示すために、手術界面、患者の体、および対極板の寄与するインピーダンスを含む、主なインピーダンスの観点から回路素子を検討する。現実には特定の他のパラメータが直面されることを理解すべきであり、そのようなパラメータは、本発明の原理の例解の明確性の目的のためにはおそらく比較的小さく、したがってこの説明において検討されない分布インダクタンスおよび分布キャパシタンスなどである。

本発明の初めの実施形態は、排他的容量性（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）モードまたは複合した抵抗性および容量性（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）モードで動作する電極の実施形態である。したがって、比較的小さな浮遊容量性および誘導性リアクタンスを無視した場合、回路の合計有効インピーダンスは個々のインピーダンスＺ_{ｓｏｕｒｃｅ}、Ｚ_{ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ ｔｏｏｌ}、Ｚ_{ｐａｔｉｅｎｔ}、Ｚ_{ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}およびＺ_Ｌ（インダクタのインピーダンス）の合計となる。５つすべてを本質的に同一の電流が通過するため、電気手術用発電機１２により発生された電圧は回路内の各インピーダンスにわたりそれぞれの値に正比例して分布する。回路の抵抗要素のそれぞれで消費される実電力は、抵抗要素の値に正比例して消費される。

電気手術用発電機１２により発生された電力が、外科医の用具が患者の細胞と接する領域、すなわち電気手術界面に集められることが望ましいので、Ｚ_{ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ ｔｏｏｌ}により表されるインピーダンスの抵抗成分が大きく、それを通過する電流（および結果として生じる電力消費）が極めて小さな領域に集められることが望ましい。後者は、手術部位における患者との接触領域を極めて小さくすることにより達成される。数式４よると、抵抗は抵抗の面積に逆比例する。したがって、抵抗の面積、この場合では電気手術用器具１８の点が小さくなるにつれ、電気手術用器具の抵抗が大きくなり、抵抗は電気手術用器具の点に集中する。そのようにして、外科手術界面で直接に消費される電力が、回路内の他の場所での消費電力に対して増加する。

外科医の用具が患者の細胞と接する領域と対照的に、対極板の有効インピーダンスＺ_{ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}は最小化され、そこを流れる電流が望ましくない患者のやけどを防止するように分散されることが望ましい。したがって、患者と対極板１０との間の接触面積が最大化され、対極板の有効インピーダンスが小さいことが望ましい。対極板１０は、自己制限的にされ、そこを流れる電流の電流密度が患者のやけどをもたらさないように制限されることが確保される。当業者はおそらく理解するように、対極板１０の自己制限的特性または能力を達成するために、抵抗性構成要素、容量性構成要素、および／または誘導性構成要素の多様な組み合わせを利用することができる。

先に議論したように、インダクタ２０が対極板１０と直列に結合されている。インダクタ２０は、電気手術用対極板の有効インピーダンスＺ_{ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}の容量性成分を打ち消すように構成されている。対極板１０のインピーダンスは、以下の数式に示すように、抵抗性構成要素、容量性構成要素、および／または誘導性構成要素により表現することができる。

Ｘ_ｃは容量性リアクタンスであり、−ｊまたは１／ｊは容量性リアクタンスのベクトル方向であり√−１と等しく、ωは電気手術電流のヘルツで表した周波数に２πを乗じたものであり、πはほぼ３．１４１５９であり、Ｃはファラッドで表したキャパシタンスである。

Ｘ_Ｌは誘導性リアクタンスであり、ｊは誘導性リアクタンスのベクトル方向であり√−１と等しく、ωは電気手術電流のヘルツで表した周波数に２πを乗じたものであり、Ｌはヘンリー（Ｈ）で表したインダクタンスである。対極板１０の合計インピーダンスは、抵抗性構成要素、容量性構成要素、および誘導性構成要素の合計であり、公式

により与えられる。

ｊ＝−１／ｊに注意すると、純粋に容量性の負荷は純粋に誘導性の負荷と反対のベクトル方向を有することが認められる。容量性回路に、その回路の容量性インピーダンスと大きさが等しいインダクタンスを導入することにより、電圧と電流との間の位相角がゼロであるように容量性インピーダンスを相殺し、純粋に抵抗性であるように現れる回路を得ることができる。この関係は以下の数式により明示される。

数式８は、ベクトル方向−1／ｊを誘導性リアクタンスの等価なｊに代入することにより、ベクトル方向を誘導性および容量性リアクタンスからくくり出すことができることを示している。ベクトル方向がくくり出されると、容量性リアクタンスの大きさから容量性リアクタンスの大きさが引かれる。したがって、適切な大きさの誘導性リアクタンスを選択することにより、対極板１０によりもたらされる有効な容量性リアクタンスを最小化または削除することができる。言い換えると、患者と電気手術用対極板との間の接触面積の量が電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分であるときに、誘導性負荷を平行板キャパシタの容量性リアクタンスを最小化するために用いることができる。

ここで図４を参照すると、対極板を通じて流れる電気手術電流の周波数と、キャパシタおよびインダクタのリアクタンスとの間の関係が示されている。しかしながら、このようなグラフの検討に進む前に、このグラフは、本発明の基調である原理を例解するために簡略化されており、大幅に異なる可能性のある実際のデータを表すものではないことに留意されたい。グラフは、誘導性リアクタンスおよび容量性リアクタンスの大きさが、電気手術電流の周波数により変化することを示している。誘導性リアクタンスは、電気手術電流の周波数に比例して変化し、容量性リアクタンスは、電気手術電流の周波数に反比例して変化する。これは、誘導性リアクタンスおよび容量性リアクタンスが数式

により表されるωを用いて決定されることに起因する。ｆは、ヘルツ（Hz）で表した周波数である。

電気手術電流の周波数が一定である場合は、誘導性リアクタンスの量は、単に所望の量のインダクタンスを有するインダクタ２０を選択することにより定めることができる。電気手術用発電機は一般に一貫した周波数を有する電気手術電流を供給するという事実から、周波数は確認することのできる定数である。平行板キャパシタのキャパシタンスおよび周波数も既知である場合、選択された誘導性リアクタンスを用いて、抵抗に対して直交する対極板１０のリアクタンスを最小化することができる。しかしながら、自己制限的電極は一般に患者と対極板との間の接触面積の量が可変であるように利用される事実に起因して、容量性リアクタンスを定めることは一部の場合において困難である可能性がある。さらに、容量性リアクタンスは、リネン、ドローシーツ、ブランケット、または患者と電気手術用対極板との間に置かれる他の材料などの材料に影響される可能性がある。接触面積と、介在材料と、容量性リアクタンスとの間の関係は、図５Ａおよび５Ｂを参照して詳細に議論される。

図４を引き続き参照すると、所望の誘導性リアクタンスの量を選択するにあたり、ユーザは、所望の接触面積および患者と電気手術用対極板との間の材料の特性に基づいて、理想容量性リアクタンスＸ_{ｃＩｄｅａｌ}を決定することができる。電気手術用発電機の周波数に対してＸ_{ｃＩｄｅａｌ}の容量性リアクタンスの量が決定されると、容量性リアクタンスＸ_{ｃＩｄｅａｌ}を打ち消す所望量の誘導性リアクタンスを供給するインダクタを選択することができる。Ｘ_{ｃＩｄｅａｌ}とＸ_Ｌの交点が、Ｘ_{ｃＩｄｅａｌ}とＸ_Ｌのリアクタンスがお互いに打ち消す周波数を示している。結果として、電気手術回路の実際の容量性リアクタンスがＸ_{ｃＩｄｅａｌ}である場合、直列インダクタは容量性リアクタンスを打ち消し、総インピーダンスが容量性リアクタンスの大きさ分だけ低減される。

しかしながら、患者と電気手術用対極板との間の接触面積および／または材料が、患者と電気手術用対極板との間の所望の接触面積および／または所望の材料特性から変化する場合、Ｘ_{ｃｎｏｎ−ｉｄｅａｌ}に関して示されるように容量性リアクタンスはＸ_{ｃＩｄｅａｌ}から変化する。Ｘ_{ｃＩｄｅａｌ}よりもむしろＸ_{ｃｎｏｎ−ｉｄｅａｌ}により容量性リアクタンスが表される場合、誘導性リアクタンスは引き続き電気手術電流によりもたらされる容量性リアクタンスを打ち消す。しかしながら、総インピーダンスの低減は、回路の実際の容量性リアクタンスの大きさ分は低減されない。その代わり、電気手術回路の総インピーダンスは、電気手術回路のインダクタにより与えられる誘導性リアクタンスの分だけ低減される。容量性リアクタンスが誘導性リアクタンスよりもＸ_{ｃｎｏｎ−ｉｄｅａｌ}のように大きい場合、低減された、正味の正である容量性リアクタンスが生み出される。容量性リアクタンスが誘導性リアクタンスよりも小さい場合、正味の誘導性リアクタンスが生み出される。

容量性リアクタンスを完全に削除することが望ましいかもしれないが、回路内のリアクタンスの量を単に低減することも許容できる場合がある。例えば、対極板を用いる外科手術を受けている患者の大多数の容量性リアクタンスが−５０ｊオームから−８００ｊオームの間の範囲内である場合を考える。８００オームの大きさを有するリアクティブインピーダンスは許容できないかもしれないが、リアクティブインピーダンスの大きさが４００オーム以下である限り、一部の状況では有効な外科手術を実施することできる可能性がある。回路に直列に追加された４２５ｊオームの誘導性リアクタンスを寄与するインダクタは、４２５ｊオームの誘導性リアクタンスと合わせたときの患者のリアクタンスの範囲を、３７５ｊオームから−３７５ｊオームの間にする。この範囲内の任意の値が、リアクタンス（容量性または誘導性のいずれか）の大きさが４００オーム以下であることを要求する許容可能な範囲内であるので、単に固定値のインダクタを対極板と直列に追加することで有効な設計を実装することができる。

当業者は理解するように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、誘導性構成要素を有する自己制限的電気手術用対極板とともに直列キャパシタを利用することができる。直列キャパシタは、図４を参照して説明した原理に依拠して利用することができる。その実施形態において、直列キャパシタは、電気手術用対極板の誘導性リアクタンスを打ち消すのに必要な容量性リアクタンスの水準を提供する。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多様な種類および構成の直列キャパシタを利用することができる。

ここで図５Ａを参照すると、対極板およびそれと接している患者の略図を示してある。図５Ａは、対極板１０の自己制限的特性を維持すると同時に対極板の容量性リアクタンスを最小化するのにインダクタをどのように利用することができるかを説明するために、接触面積と容量性リアクタンスとの関係を示すことに利用されている。導電層６０および対極板１０が示してある。図示の実施形態で、対極板１０は、半絶縁性部分３０および電気的に伝導的な部分３２からなる。導電層６０は、半絶縁性部分３０の上に載る患者を表している。導電層６０は、電流密度を安全な水準に制限するのに必要な最小の接触面積に相当するように構成されている。

図２を参照して議論したように、回路内で平列に有効に使用中である区分の数は、対極板１０を覆う患者の表面積の一次関数である。電極１０を覆う患者の表面積が最小接触面積以上である場合、総有効インピーダンスは十分に低く、電気手術電流により安全で有効な電気手術を行うことが許容される。インピーダンスが主に容量性構成要素および抵抗性構成要素に起因する場合、インピーダンスの量は患者の接触面積の量に反比例する。

有効インピーダンスが安全な電気手術を行うのに十分に低い場合に、一部の条件下で、接触面積および対極板の特性から生じる有効インピーダンスが、電気手術電流の電流制限をもたらすことがある。これはしばしば、１００００Ω・cmを超える対極板のバルクインピーダンスの結果である。例えば、経尿道的前立腺切除（ＴＵＲＰ）処置などの高電流フローを必要とする外科手術中、インピーダンスの小さな増加が電流フローに顕著に影響することがある。さらに、小さな小児科の患者に関わる処置では、患者のパッドとの接触面積およびその結果であるインピーダンスの増加に起因して、電流フローが縮小されることがある。これは特に新生児の患者について正しく、そのような患者のサイズおよび質量の小ささがこの用途を非実用的にしている。

対極板１０と直列にインダクタ２０（図１を参照されたい）を置くことにより、対極板の有効インピーダンスの大きさを最小化することが可能である。例えば、高電流フローを必要とする外科手術中、インダクタ２０は、対極板の有効インピーダンスの容量性リアクタンス成分を打ち消すことができる。容量性リアクタンスを打ち消すことにより、バルクインピーダンスの抵抗性成分のみが残る（対極板に誘導性リアクタンスがわずかにあるか又はまったくないことを仮定して）。あるいは、誘導性リアクタンスを、ある範囲の容量性リアクタンスとともに機能するように選択し、総リアクタンスをなんらかの所与のしきい値以下に制限することができる。電気手術回路内の容量性リアクタンスは、患者の対極板への接触面積を含むいくつかの要因の関数である。対極板の有効インピーダンスの大多数が容量性リアクタンスに起因する場合、所望の量のインダクタンスを供給するインダクタを、対極板の有効インピーダンスの容量性部分のすべて又は大部分を打ち消すように利用し、したがって有効インピーダンスの全体の大きさを低減することができる。パッドの有効インピーダンスの大きさを最小化することにより、小児科、新生児、またはＴＵＲＰの処置などの、対極板の有効インピーダンスの小さな変化に敏感である外科手術を、電流フローの低減を最小限に抑えて実施することができる。

対極板の容量性リアクタンスは、インダクタにより供給されるインダクタンスの量を識別するために決定される。

先に議論したように、対極板の容量性リアクタンスは数式

により定義される。自己制限的対極板の周波数は困難なく制御することができるが、キャパシタンスＣの量は制御がより複雑である。

対極板上の患者は、患者が平板の１つであり対極板が他の平板である平行板キャパシタと、構成においていくらか類似する。患者および対極板を平行板キャパシタとしてモデル化することは、エッジ効果および他の浮遊キャパシタンスが総キャパシタンスに寄与しうるので、完全には正確でない。けれども、平行板キャパシタのモデルは、本発明の特定の実施形態の様々な特性を説明するために有益である。平行板キャパシタのキャパシタンスは、

と定義される。Ｃはファラッドで表したキャパシタンス、Ｋはキャパシタの実効的平板間にある材料の誘電定数、Ａは実効的平板の最も小さいものの平方メートルで表した面積、ｔは実効的平板の表面間のメートルで表した間隔、ε₀はファラッド／メートルで表した空気の誘電率である。キャパシタンスＣを変化させることのできるメカニズムが２つ存在する。１）患者の接触面積Ａ（すなわち、キャパシタの実効的平板の最も小さいものの平方メートルで表した面積）、および２）患者と対極板との間にある材料（すなわち、これはキャパシタの実効的平板間にある材料の誘電定数Ｋ、および実効的平板の表面間のメートルで表した間隔ｔの両方に影響を与えることができる）。患者と対極板１０との間に置かれる材料の可変性を制御するパラメータを与えることにより、キャパシタの実効的平板間にある材料の誘電定数Ｋ、ファラッド／メートルで表した空気の誘電率ε₀、および実効的平板の表面間のメートルで表した間隔ｔのすべてが定数となる。しかしながら、対極板１０が一般に利用される方法に起因して、患者の接触面積Ａ（すなわち、キャパシタの実効的平板の最も小さいものの平方メートルで表した面積）は可変となる。当業者は理解するように、キャパシタの実効的平板の最も小さいものの面積は、上述のエッジ効果を例外として、患者と対極板との間の接触面積と等価である。

対極板の特性、手術を受けている個別の患者の特性、および手術を受けている患者の対極板と接する表面積が、電気手術用発電機により経験される容量性インピーダンスの値を決定する。この値は、処置ごとに異なるものとなる。さらに、同一の処置中に、この値は患者の移動または他の変化に起因して変化する場合がある。誘導性インピーダンスは、電気手術用対極板１０上の患者により引き起こされるインピーダンスの容量性成分をユーザが打ち消すことを可能にする。容量性インピーダンスを打ち消すことは、接触面積の量が電流密度に関して安全であり続ける限りにおいてのみ、行われる。容量性制限的インピーダンスの一部を含む対極板の自己制限的側面は、制限的インピーダンスを欠く場合に接触面積が安全な水準以下に低減されるときに電流密度が制限されるように、維持される。対極板の自己制限的側面を維持すると同時に、対極板および患者の容量性インピーダンスを打ち消す能力は、図５Ｂを参照して詳細に示される。

図５Ｂに示すのは、対極板の有効インピーダンス、患者と対極板との間の接触面積、および有効インピーダンスに対するインダクタの影響の間の関係をグラフ形状に示す図である。しかしながら、そのような図の検討に進む前に、この図は、本発明の基調である原理を例解するために簡略化されており、大幅に異なる可能性のある実際のデータを表すものではないことに留意されたい。線グラフは、対極板の有効インピーダンスを、患者と対極板との間の接触面積の関数として示している。

ここで図５Ｂを参照すると、本明細書で説明される、電気手術回路にインダクタを直列に追加することの効果が明示されている。図５Ｂは線グラフを示し、横軸は、患者と対極板１０との間の接触面積を表し、縦軸は、電気手術用発電機１２（図１）にもたらされるリアクティブインピーダンスを表す。通常、リアクティブインピーダンスは関連付けられた位相角を有する。正味の容量性回路において、位相角によりインピーダンスが負の値として表現される一方、誘導性回路においては正の値を有する。しかしながら、電気手術用発電機はそれらの動作可能なインピーダンスのしきい値を有し、そのしきい値は位相角または符号ではなくインピーダンスの大きさに依存する。したがって、同一のインピーダンスの大きさを有する容量性回路および誘導性回路は、等価的に有効に機能する。

下のトレース３４は、回路に直列インダクタが結合されていないときに電気手術用発電機１２（図１）により認められるインピーダンスを表している。このインピーダンスの多くは、患者に用いられるときの対極板１０（図１）の容量的性質により引き起こされる。上のトレース３５は、図３の説明と共に上述されたように、インダクタが直列に結合された場合を示している。適切なインダクタを選択することにより、電気手術用発電機１２（図１）によって認められる総インピーダンスを、平行板キャパシタとして振る舞う対極板１０（図１）および患者により引き起こされる容量性インピーダンスを打ち消して調節することができる。

電気手術用発電機１２（図１）により認められるときに、電気手術用発電機１２（図１）が電気手術を実施するのに必要な電流を供給することを阻止する限界インピーダンス３６が存在する。上述のように、限界インピーダンス３６は、対極板１０（図１）と接する患者のある特定量の面積に対応するように設計されている。それゆえ、電気手術用発電機１２（図１）または関連する回路への改変のいずれもが、電気手術用発電機１２（図１）により認められることとなる限界インピーダンス３６のために必要な接触面積に深刻な変化を引き起こさないことが望ましい。図５Ｂを検討すると、直列インダクタの追加は、限界インピーダンス３６を電気手術用発電機１２（図１）に与えるのに必要な接触面積に深刻な変化を引き起こさないことに気付く。例えば、インダクタが提供されていない場合（下のトレース３４）、限界インピーダンス３６を電気手術用発電機１２（図１）に与えるのに必要な接触面積が、接触面積３７として示してある。インダクタを追加した場合（上のトレース３５）、限界インピーダンス３６を電気手術用発電機１２（図１）に与えるのに必要な接触面積が、接触面積３８として示してある。下のトレース３４および上のトレース３５の両方における接触面積の減少に伴う有効インピーダンスの鋭い増加は、対極板の設計、ならびに容量性および誘導性負荷の性質により引き起こされる。この鋭い増加のために、電気手術回路（図１）への直列インダクタ２０（図１）の追加により生じる、限界インピーダンス３６を電気手術用発電機１２（図１）に与えるのに必要な接触面積には、小さな変化しか生じない。

図５Ｂはさらに、有効な電気手術を実施することのできる範囲３９を表示するグラフを示している。正のリアクティブインピーダンスは正味の誘導性インピーダンスを表す一方、負のリアクティブインピーダンスは正味の容量性インピーダンスを表す。上で述べたように、電気手術用発電機の一部は、電気手術用発電機により認められる有効インピーダンスの大きさがある値未満である限り有効に動作する。したがって、重要なパラメータは、必ずしもインピーダンスの位相角または符号ではなく、インピーダンスの大きさである。この範囲は、正（正味の誘導性）であるが、負のリアクティブ（正味の容量性）インピーダンスである下限４１と大きさが等しい、リアクティブインピーダンスを表す上限４０により図５Ｂに明示されている。他の要因の中でも、電気手術用発電機１２（図１）により認められるインピーダンスが上限４０より小さく下限４１より大きい限り、有効な電気手術を実施することができる。

図５Ｃは、統計的に、電気手術を受けている患者の多くが電気手術用発電機１２（図１）にもたらすインピーダンスの範囲４２を示している。ＴＵＲＰおよび新生児の患者に関わるものなどの異なる種類の処置のために、または患者の質量もしくは体の構造における差異のためにこの範囲は存在する。示されているのは、電気手術回路において直列インダクタが利用されていない場合の範囲である。この範囲は、下限インピーダンストレース４３および上限インピーダンストレース４４により表されている。図５Ｃに顕著なように、この範囲４２内の一部の患者は、有効な電気手術を実施することができる範囲３９内（図５Ｃに示される斜交平行模様（ｃｒｏｓｓ−ｈａｔｃｈｅｄ）領域により図解もされている）に含まれるが、外部範囲４５内に含まれるような他の患者は、有効な電気手術を実施することができる範囲３９外に含まれる。直列インダクタを追加することの効果が、図５Ｄに図解されている。電気手術回路に直列インダクタを追加することにより、範囲４２を誘導的に補償された範囲４６にシフトすることができ、誘導的に補償された範囲４６は有効な電気手術を実施することができる範囲３９内に含まれる。したがって、電気手術回路に直列インダクタを追加することにより、著しくより多くの患者が、有効な電気手術を実施することができる範囲３９内に含まれる（図５Ｃに示される斜交平行模様領域を図５Ｄに示される斜交平行模様領域と比較することにより図解もされている）。それゆえ、本発明の一実施形態で、同一の電気手術用発電機を用いて、ＴＵＲＰまたは新生児に関するものなどの外科手術を受けている患者に加えて、専門的でない外科手術を受けている患者を含む、一連の患者に対して有効な外科手術を実施することができる。

電気手術を実施することのできる範囲の一部が以下に含まれる。本発明は、電気手術を実施することのできる、多くの異なるインピーダンスを備えた多様な異なる構成とともに用いられることが企図されているため、以下の例を制限的なものとして解釈すべきでない。さらに、当業者は容易に理解し真価を認めるように、使用される電力水準、電気手術回路の総有効インピーダンスなどの、多様な相互に独立した要因が有効な電気手術効果を達成する能力に影響する。それゆえ、以下の例は代表例として与えられるだけである。例えば、比較的低電力水準でゲルパッドを用いる応用において、電気手術用発電機により認められるインピーダンスの大きさが約２０オームであるとき、有効な外科手術を実施することができる。中程度に電力を供給された電気手術用発電機を伴う多くの応用においては、約５０から１００オームの大きさを有するインピーダンスの範囲で、電気手術を実施することができる。より高い電力を供給された発電機は、約２００から４００オームの大きさを有するインピーダンスの範囲で、電気手術を実施することができる。

（可変インダクタ）
ここで図６を参照すると対極板１０と直列に接続された可変インダクタ２０ａが示されている。可変インダクタ２０ａを調整するように適合され、電気手術経路の容量性リアクタンスを最小化することにより電気手術電流のフローを最適化するロジックモジュール５８を有する電気手術用電源ユニットも示されている。図示の実施形態で、電気手術用電源ユニットは、電気手術用発電機５２、センサ５４、ユーザ入力モジュール５６、およびロジックモジュール５８を備える。可変インダクタ２０ａは、電気手術用電源ユニット５０の内部に置かれている。可変インダクタ２０ａと直列に接続された電気手術用器具１８および対極板１０も示されている。図６の装置は、可変インダクタを制御するためのメカニズムのただの一例である。当業者は理解するであろうように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、可変インダクタを制御するために多様な種類および構成のメカニズムを利用することができる。

本発明の別の例示的実施形態で、外科手術の開始時に、患者または具体的な外科手術の特性を考慮に入れた可変インダクタ２０ａの値を設定することができる。外科手術処置を通じて、可変インダクタは、外科手術の開始時に設定された値に維持される。したがって、患者と対極板１０との間の接触面積が十分に低減されるならば、電気手術回路全体が自己制限的であり続ける。回路の自己制限的性質を維持する間、専門的な外科手術を実施することができる。

本明細書において説明してきたような外科手術の一例は、新生児患者に対する外科手術である。新生児患者は、対極板１０と接することのできる表面積が小さい。いくつかの場合では、有効な電気手術を実施するのに十分な量の対極板１０の表面積と接することが困難である場合がある。本明細書において先に議論した図５Ｂを検討すると、有効な電気手術を実施するのに必要な表面積の量を、直列インダクタの追加により低減することができることが認められる。図５Ｂは、それ未満の大きさのとき有効な外科手術を実施することができる、電気手術用発電機により認められるインピーダンスの大きさを表す境界線４５を含む。電気手術を実施するための境界４５未満となるために必要な表面積は、外科手術の開始時にインダクタを適切に設定した場合、電気手術回路に直列インダクタが存在しない場合よりも小さい。表面積の量は、成人患者が外科手術を受けている場合は電流制限の観点からそれほど重要ではないが、表面積が本質的により小さい新生児患者においては、外科手術を実施できるかどうかの差異を生むことがある。可変インダクタ２０ａの調節または設定により新生児の患者に対して外科手術を実施することが可能となるものの、調節または設定は、対極板１０の設計から生じる電流制限的特性をこれらの外科手術から削除はしない。

可変インダクタ２０ａは、電気手術経路に異なる量のインダクタンスを供給するように構成されている。このことにより、容量性リアクタンスが変化するに従い、誘導性リアクタンスを変化させることが可能となる。図５Ａおよび５Ｂを参照して議論したように、容量性リアクタンスは、接触面積、および患者と対極板１０との間の材料の関数として変化する。自己制限的対極板が一般に利用される方法に起因して、接触面積および電気手術経路内の容量性リアクタンスの量は変動する。可変インダクタ２０ａを利用することにより、容量性リアクタンスの変化に対応してインダクタンスの量を変化させ、最適な水準の電気手術電流フローを提供することができる。好ましい実施形態において、可変インダクタが供給することのできるインダクタンスの量は、患者と対極板との間の接触面積が最小接触面積よりも大きい場合にのみ容量性リアクタンスを最小化することができるように制限される。このことは、安全で有効な電気手術を実施するのに十分な電気手術用電極との接触面積を患者が有している場合に、可変インダクタが対極板の容量性リアクタンスを打ち消すことを可能にする。しかしながら、接触面積が最小接触面積よりも小さい場合、パッドの有効インピーダンスは、電気手術電流を安全な水準に制限するのに十分である。

当業者はおそらく理解するように、多様な種類および構成の可変インダクタを利用して、電気手術経路に変化する量のインダクタンスを供給することができる。例えば、一実施形態において、可変インダクタ２０は、単独で又は組み合わせて利用するように各インダクタが構成されているインダクタアレイに配置された複数のインダクタを備え、電気手術経路に異なる量のインダクタンスを提供する。各インダクタは、定められた量のインダクタンスを供給する。アレイのインダクタは、ユーザ作動機械的スイッチ、デジタルまたは他の制御回路により制御される固体スイッチ、電気機械式継電器、または任意の他の適したスイッチング方法または装置により、回路に追加し、回路から取り除くことができる。代替実施形態で、可変インダクタは、制御モジュールにより調整される電気機械的インダクタを備え、変化する量のインダクタンスを供給する。さらに別の代替実施形態で、デジタルまたは他の制御により調節可能な固体インダクタを利用することができる。さらに別の実施形態で、波形整形発電機を利用して、回路の容量性リアクタンスにより生成される位相角を相殺するために適切な位相角を備えた信号が発生される。

センサ５４およびロジックモジュール５８は、電気手術経路の容量性リアクタンスの量を決定するように適合され、可変インダクタを調節して容量性リアクタンスを最小化することにより電気手術電流のフローを最適化する。センサ５４は、対極板１０から電気手術用電源ユニット５０に戻る電気手術電流の特性を識別するように構成されている。センサ５４はついで、電気手術電流に関する情報をロジックモジュール５８に中継する。ロジックモジュール５８は、電気手術電流の特性を利用して、電気手術経路のインピーダンスの量を決定し、電気手術経路の容量性リアクタンスの量を計算する。電気手術経路のインピーダンスの量が決定されると、ロジックモジュール５８は可変インダクタ２０ａを調節して、電気手術経路の容量性リアクタンスを最小化するために所望される量の容量性リアクタンスを供給する。本発明の範囲および精神内で、多様な種類および構成のセンサおよびロジックモジュールを利用することができる。例えば、一実施形態において、センサおよびロジックモジュールがマイクロプロセッサに統合される。代替実施形態で、センサおよびロジックモジュールが別個のハードウェア回路を構成する。

ユーザ入力モジュール５６は、ユーザがロジックモジュール５８に入力を与え、可変インダクタ２０ａにより供給されるインダクタンスの量を制御することを可能にするように構成されている。ユーザ入力モジュールの機能、構成、および目的は、ユーザの必要性に合わせることができる。例えば、ユーザ入力モジュール５６は、ユーザが、新生児の外科手術またはＴＵＲＰ処置などの専門的な処置のための好ましい条件に電気手術用電源ユニット５０を置くことを可能にするボタンを備えることができる。電気手術用電源ユニット５０が専門的処置のために好ましい条件にある場合、ロジックモジュール５８は、可変インダクタ２０ａを調節し、これらの処置のために必要な程度まで、または用いられている電気手術用装置の特別な特性に基づいて、インピーダンスを最小化する。

ここで図７を参照すると、可変インダクタを利用し、患者の接触面積に基づいてある量のインピーダンスを供給するための方法が示されている。当該方法によると、電気手術は、ステップ８０で始まる。電気手術を開始すると、ステップ８２で、電気手術電流の特性を識別する。電気手術電流の特性に基づき、ステップ８２で、電気手術経路により示される有効インピーダンスを決定する。電気手術経路により示される有効インピーダンスに基づき、ステップ８６で、対極板の容量性リアクタンスの量を計算する。対極板の容量性リアクタンスの量を利用して、ステップ８８で、対極板のインピーダンスを最小化するのに必要な誘導性リアクタンスの量を決定する。ついでステップ９０で、可変インダクタを調節し、所要の容量性リアクタンスを実現するのに必要なインダクタンスの量を供給する。可変インダクタを調節し、所望量のインダクタンスを供給すると、ステップ９２で、電気手術を最適なインピーダンス水準で継続する。

本発明の範囲または精神から逸脱することなく、容量性リアクタンスを識別し、可変インダクタを調節する多様な方法を用いることができる。例えば、心電図処置の間に一般に利用されるサイズおよび種類の電極を、別個のモニタリング電流と共に利用し、処置の前、最中、または後の対極板の容量性リアクタンスを決定することができる。別の実施形態で、可変インダクタを外科手術処置の過程で継続的に調整し、患者の接触面積および容量性リアクタンスの変化に伴い最適な量のインダクタンスを提供することができる。さらに別の実施形態で、電気手術用発電機により供給される電圧を回路を流れる電流と比較し、インピーダンスの容量性成分を計算できるように電圧と電流との間の位相角を決定することができる。

本発明は、容量性電気手術用対極板と共に使用される直列インダクタを参照して主に説明されるが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、誘導性成分を有する自己制限的電気手術用対極板と共に直列キャパシタを利用することができる。その実施形態において、直列キャパシタは、電気手術用対極板の誘導性リアクタンスを打ち消すのに必要な容量性リアクタンスの水準を提供する。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多様な種類および構成の直列キャパシタを利用することができる。

（接触クオリティモニタリング）
ここで図８を参照すると、本発明の１つまたは複数の態様を利用する電気手術システム１１０が示されている。描写されるように、システム１００は、部分１２２および１２４を介して電気手術用電源ユニット１３０と通信する電気手術用対極板１１０を備える。電気手術用電源ユニット１３０は、患者の細胞を切開および／または凝固する処置の間に利用することのできる電気手術用器具１４０に、電気手術信号またはＲＦエネルギーを供給する。

電気手術用電源ユニット１３０は、接触クオリティモニタリング回路１３４も備える。図示の実施形態で、回路１３４は、部分１２４を利用して電気手術用対極板１１０に供給される接触クオリティモニタリング信号を生成する。他の構成で、モニタリング信号は、部分１２２および／または１２４に沿って供給可能である。このモニタリング信号は、多様な異なる波形、周波数、電力レベル、位相角、またはこれらの組み合わせを有し、モニタリング経路に沿ってそれが電気手術用対極板１１０に供給され、そして電気手術用対極板１１０から受信されるときに、回路１３４が、モニタリング信号を測定し、感知し、および／または追跡することを可能にする。この経路は、電気手術用電源ユニット１３０から部分１２４に沿って延び、電気手術用対極板１１０および患者（図示せず）を通過して、部分１２２に沿って電気手術用電源ユニット１３０に戻る。電力、波形、周波数、位相角、または任意の他の測定可能なモニタリング信号の特徴または特性の差異は、測定され、感知され、および／または追跡され、患者のやけどを防止するために患者（図示せず）が電気手術用電極１１０と十分に接しているかどうかを識別することができる。回路１３４により発生される信号は、電気手術電流発生器１３２により発生される電気手術電流と異なることが可能であり、したがって、適切なフィルタ回路を利用することにより、信号と電流を分離し、モニタリング信号の特徴を測定することができる。

上記に加え、当業者は、モニタリング信号ならびに関連する回路および経路を、患者と多様な種類および複雑さの対極板との間の接触面積に関する多様な情報を提供するように構成することができることを理解するだろう。例えば、本発明の一実施形態で、モニタリング回路を、単純に、接触面積が所定のしきい値以下になるときを判定するように構成することができる。代替実施形態で、モニタリング回路は、実際の接触面積を決定し、電気手術電流および／または電流密度の量などの関連する情報を提供するように構成することができる。さらに別の実施形態で、モニタリング回路は、電気手術回路の容量性リアクタンスを打ち消すために可変インダクタを調節するのに必要な情報を提供する。

示されるように、電気手術用対極板１１０は、部分１２２および１２４を通じて電気手術用電源ユニット１３０と電気的に通信する。対極板１１０は、自己制限的能力を提供することにより患者のやけどを防止するように、また、回路１３４と動作して、患者と対極板１１０との間の接触面積が所与のしきい値以下かどうかを判定するように適合されている。

例示的実施形態で、対極板１１０は、半絶縁性部分１１２および導体部分１１４を備える。この構成において、半絶縁性部分１１２は、対極板１１０の自己制限的特徴または能力を提供するように適合されている。導体部分１１４は、接触クオリティモニタリング回路が、例えばこれに制限されないが半絶縁性部分１１２などの対極板１１０とその上に載る患者との間の接触面積を決定することを可能にするように構成されている。図示の実施形態で、導体部分１１４は、第１の導体１１１ａおよび第２の導体１１１ｂを備えたスプリットプレート構成を有している。導体部分１１４は、患者と直接に物理的に接する必要はない。患者は、粘着剤またはゲルを利用することなく、第１の導体１１１ａおよび第２の導体１１１ｂと電気的に接続することができる。このことは、対極板１１０を再利用可能とし、それにより現在利用されている廃棄可能なスプリットプレート電極の必要性およびコストを削減することができる。

図示の実施形態で、モニタリング信号が導体部分１１４に、すなわち第１の導体１１１ａから第２の導体１１１ｂに渡される。部分１２２および１２４は、接触クオリティモニタリング回路１３４への及びそれからのモニタリング信号を中継するように動作する。部分１２２および１２４のうちの少なくとも１つが、電気手術電流の帰路としても動作する。患者と対極板１１０との間の接触面積が極めて小さい場合、モニタリング信号または電流により感知可能な総有効インピーダンスは極めて大きくなり、モニタリング信号または電流の大きさは最小化される。患者と対極板１１０との間の接触面積が最小接触面積より大きい場合、総有効インピーダンスは低くなり、より大きなモニタリング信号または電流が流れることを可能にする。本発明の他の実施形態で、モニタリング回路は、位相角、周波数、または他の特徴の変化を感知し、患者と対極板１１０との間の接触面積を決定する。

モニタリング信号または電流の量を決定することにより、接触クオリティモニタリング回路１３４は、患者と例えばこれに制限されないが半絶縁性部分１１２などの対極板１１０との間の接触面積が所定のしきい値（例えば、最小接触面積）以上かどうかを判定する。接触面積が所定のしきい値より小さい場合、モニタリング回路１３４は、例えばこれらに制限されないが、聴覚信号、視覚信号、触覚信号、またはこれらの組み合わせを供給することができる出力デバイスなどの、出力デバイスを作動させ、接触面積が有効な外科手術を行うのに不十分であることを外科医またはユーザに通知する。当業者は理解するように、接触クオリティモニタリング回路は、患者と対極板との間の接触面積の量を決定するように、抵抗性構成要素、容量性構成要素、および／または誘導性構成要素の１つまたは組み合わせを有する電気手術用対極板を利用する多様な方式で構成することができる。

（対極板の構成）
ここで図９〜１３を参照すると、導体部分の多様な構成が示されている。本発明の一態様によると、図９〜１３の導体部分は、対極板の表面上での均一な電流のフローを促進するために患者の肌の上に直接置かれたゲルパッドまたは他の対極板と共に利用されるように適合されている。代替実施形態で、図９〜１３の導体部分は、電気手術用電源ユニット１３０の回路１３４（図８を参照）と共に利用されるように適合され、導体部分は、電気手術用電源ユニット１３０において、患者と対極板との間の総接触面積が所与の範囲内かどうか、又はそれ以下では患者がやけどを負うしきい値水準より大きいかどうかを回路１３４が判定することを可能とする。図９〜１３の導体部分の構成の１つの利点は、半絶縁性部分の総表面積および半絶縁性部分の患者が接している部分にかかわらず、当該構成が、患者と対極板との間の接触面積の量を任意選択で回路１３４が決定することを可能にすることである。簡潔さのために、患者が導体部分の間の回路の可変抵抗性構成要素として振る舞う接触クオリティモニタリング回路との利用について導体部分が説明されるが、当業者は理解するように、本発明の範囲および精神内で、多様な種類および構成の回路を利用し、患者と半絶縁性部分との間の接触面積が所与のしきい値以下かどうかを判定することができる。

図９〜１３の導体部分の構成は、特に図８の半絶縁性部分１１２との利用に適している。半絶縁性部分１１２は、最小接触面積を維持すると同時に、患者が半絶縁性部分１１２の様々な部分と接することを許容するのに十分な表面積を有するように構成されている。隣り合わせで置かれた２つの独立の導電層を有する従来のスプリットプレート電極は、患者の対極板上の位置に依存することなく、接触クオリティモニタリング回路が接触面積の量を決定することを可能にするように構成されていない。例えば、従来のスプリットプレート電極は、患者が対極板の片側のみと接している場合に、患者の接触面積が安全で有効な電気手術を行うのに十分であることを識別することが不可能である。図９〜１３の導体部分の構成は、接触クオリティモニタリング回路１３４が、電極の総表面積および電極の患者が接している部分にかかわらず、患者と対極板との間の接触面積の量を決定することを可能にする。図９〜１３の導体部分の構成は特に図８の半絶縁性部分１１２との利用のために好適に適合されているが、図９〜１３の導体部分は、半絶縁性部分とは独立して、接触クオリティモニタリング回路と共に利用することができることが理解されるだろう。

ここで図９を参照すると、第１の導体２２２および第２の導体２２４の区分がマトリクス状に配置された導体部分２１４が示されている。第１の導体２２２は、区分２２２ａ〜２２２ｎを備え、第２の導体２２４は、区分２２４ａ〜２２４ｎを備える。区分２２２ａ〜２２２ｎは、モニタリング信号が、第１の導体２２２の区分から第２の導体２２４の区分へ直接流れるのではなく、患者を通じて第１の導体２２２から第２の導体２２４へ流れるように、区分２２４ａ〜２２４ｎから電気的に分離されている。

第１の導体２２２の区分２２２ａ〜２２２ｎは、お互いに電気的に結合している。第２の導体２２４の区分２２４ａ〜２２４ｎも、お互いに電気的に結合している。接触クオリティモニタリング回路が完結し、区分２２４ａ〜２２４ｎおよび区分２２２ａ〜２２２ｎが患者と接している場合に、電流が流れることができる。患者を区分の上に置き、患者を通じて区分２２４ａ〜２２４ｎと区分２２２ａ〜２２２ｎとを電気的に結合することにより生成されるインピーダンスは、上記の数式４に従い、患者と接している区分の表面積により決定される。患者が区分２２２ａ〜２２２ｎと接する表面積の量が区分２２４ａ〜２２４ｎとのそれと同じであり、患者および区分の抵抗因子ρが既知である又は少なくとも外科手術中に一定であることを仮定すると、インピーダンスを計算または比較することができる。Ａにより指定される面積は、患者と接している区分の全面積の１／２か、患者と接している区分２２２ａ〜２２２ｎのすべて又は区分２２４ａ〜２２４ｎのすべてのいずれかの面積、のいずれかである。患者の接触領域の端で生じうる小さな差異を無視すれば、区分２２２ａ〜２２２ｎおよび２２４ａ〜２２４ｎのマトリクス配置が、半絶縁性部分の総表面積および半絶縁性部分の患者が接している部分にかかわらず、患者と対極板との間の接触面積が、患者のやけどを防止し、または有効な外科手術を可能にするのに十分であるかどうかを接触クオリティモニタリング回路が判定することを可能にする。

第１の導体２２２および第２の導体２２４の区分が格子縞模様の構成で描写されているが、多様な導体部分２１４の構成が可能であることが理解されるだろう。例えば、第１の導体２２２および第２の導体２２４は、交互のストライプ、三角形、楕円、または、対極板および／または半絶縁性部分の総表面積と、対極板および／または半絶縁性部分の患者が接している部分にかかわらず、患者と対極板との間の接触面積の量を接触クオリティモニタリング回路が決定することを可能にする任意の他の構成で配置することができる。

図１０は、導体部分３１４の別の代替構成を示している。図示されるように、導体部分３１４は、格子構造に織り合わされた第１の導体３２２および第２の導体３２４を備える。区分３２２ａ〜３２２ｎよび区分３２４ａ〜３２４ｎは、平行に電気的に結合している。加えて、第１および第２の導体３２２および３２４は、それぞれお互いから電気的に分離している。織り合わされた格子構造は、導体３１４の効率的で好都合な製造を可能にする構成を提供すると共に、区分が交互することを可能にする。

図１１Ａおよび１１Ｂは、スプリットプレート型の構成を有する導体部分４１４を形成するように構成された第１の導体４２２および第２の導体４２４を示している。図示の実施形態で、第１の導体４２２は、複数の区分４２２ａ〜４２２ｎを備える。区分４２２ａ〜４２２ｎは、複数のボイド４２６ａ〜４２６ｎにより画定されている。同様に、第２の導体４２４は複数の区分４２４ａ〜４２４ｎおよび複数のボイド４２８ａ〜４２８ｎを備える。第１の導体４２２および第２の導体４２４は、導電性材料のシートをスタンプで押し区分およびボイドを生成することにより、または任意の他の許容可能な製造プロセスにより製造することができる。第１の導体４２２の区分およびボイドは、第１の導体４２２が第２の導体４２４の上に置かれたときに図９に示されたマトリクスと類似するものが生成されるように、第２の導体４２４の区分およびボイドと位置がずれるように構成されている。

当業者は理解するように、導体部分の構成は図９〜１１に示されるものに制限されない。半絶縁性部分の総表面積および半絶縁性部分の患者が接している部分にかかわらず、患者と対極板との間の接触面積の量を接触クオリティモニタリング回路が決定することを可能にする、導体部分の多様な構成を利用することができる。例えば、患者が対極板の上に置かれたときにモニタリング信号が開口を通じて第１の導体から第２の導体へ流れることができるように、複数の開口を有する第１の導体を、電気的に分離して第２の連続したシート状の導体の上に置くことができる。

ここで図１２を参照すると、複数の膜スイッチ５２２ａ〜５２２ｎを有する導体部分５１４が示されている。膜スイッチは、接触クオリティモニタリング回路と電気的に通信し、モニタリング信号を受信して信号のすべてまたは一部を回路へ戻す。図示の実施形態で、複数の膜スイッチ５２２ａ〜５２２ｎが、患者と対極板との間の接触面積が所与のしきい値またはそれ以下では患者がやけどを負うしきい値水準より小さいかどうかを回路が判定することを可能にするように適合されている。膜スイッチ５２２ａ〜５２２ｎの構成は、対極板の総表面積および対極板の患者が接している部分にかかわらず、接触面積を決定できるようにする。これらに制限されないが、ソフトウェア、デジタル回路、膜スイッチに接続されたインピーダンスなどを含む多様なメカニズムにより、押し下げられている膜スイッチの数を決定することができる。当業者は理解するように、導体部分５１４は複数の膜スイッチ５２２ａ〜５２２ｎを有するように描写されているが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多様なメカニズムを膜スイッチの代わりに利用することができる。例えば、代替的な電気的、機械的、電気機械的、および／または任意の他のメカニズムを導体部分５１４と共に利用して、接触クオリティモニタリング回路が半絶縁性部分の総表面積および半絶縁性部分の患者が接している部分にかかわらず患者と対極板との間の接触面積の量を決定できるように、患者と対極板との間の接触面積の量を示すことができる。

図１３は、図１２の導体部分５１４とともに利用することのできる膜スイッチ５２２の例示的構成要素を示している。図示の実施形態で、膜スイッチは、膜層５８４、触覚（ｔａｃｔｉｌｅ）層５８６、静止層５８８、およびリジッド層５８９を備える。膜層５８４は、接触クオリティモニタリング回路からモニタリング信号または電流を受信するように適合された第１の導体を備え、それに作用する力に応答して変形するように構成されている。触覚層５８６は半球状部分を備え、触覚層５８６に力が加えられ、触覚層５８６が静止層５８８と接するように接触層５８６が変形するまでは、膜層５８４が静止層５８８と電気的に結合することから分離するように構成されている。

静止層５８８は、膜層５８４および触覚層５８６が変形したときに、膜層５８４からモニタリング信号または電流を受信するように構成された第２の導体を備える。静止層５８８は接触クオリティモニタリング回路と電気的に結合してモニタリング経路を完結し、回路１３４（図２）が患者と対極板との間の接触面積を決定することを可能にする。

リジッド層５８９は、基板を提供して静止層５８８の変形を回避し、触覚層５８６が変形したときに膜層５８４と静止層５８８との間の電気的結合を維持するように構成されている。図示の実施形態で、各膜スイッチの膜層５８４は、他のすべての膜スイッチの膜層と平行に電気的に結合し、各膜スイッチの静止層５８８は、他のすべての膜スイッチの膜層と平行に電気的に結合している。

当業者は理解するように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多様な種類および構成の膜スイッチを利用することができる。例えば、一実施形態で、第１の導体を備える単一の静止層が複数の第２の導体を備える複数の膜層と接するように置かれ、患者が対極板の手術界面と接しているときに、モニタリング信号が、第１の導体と、患者と接している対極板の一部に位置する第２の導体のそれぞれとの間を流れることができる。モニタリング信号の特性は、第１の要素へモニタリング信号を流す第２の要素の数とともに変化する。モニタリング信号の特性は、患者と電気手術界面との間の接触面積の量を表す。

本発明を好ましい実施形態を通じて説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく適合形態および変形形態を用いることができることは自明であろう。

本明細書において用いられた用語および表現は、限定ではなく説明の表現として利用してきた。したがって等価物を除外する意図はなく、反対に、本発明の精神および範囲から逸脱することなく用いることのできる、任意およびすべての等価物を範囲に含むことが意図されている。

電気手術用対極板と直列に接続されたインダクタを図示する電気手術システムの斜視図である。 接触面積の関数としてインピーダンスが変化する原理を示す対極板の平面図である。 電気手術用発電機に与えられるインピーダンスおよび電気手術用発電機に直列に結合されたインダクタを示す概略図である。 容量性リアクタンスと、誘導性リアクタンスと、電気手術電流の周波数との関係をグラフ形式で示すチャートである。 対極板の半絶縁性部分と接している代表的患者を示す斜視図である。 対極板の有効インピーダンスと、患者と対極板との間の接触面積と、有効インピーダンスに対するインダクタとの間の影響の関係をグラフ形式で示すチャートである。 本発明による、有効な電気手術を実施することができるリアクティブインピーダンスの望ましい範囲、および、インダクタを利用しない場合の対極板の有効インピーダンスと、患者と対極板との間の接触面積との間の関係をグラフ形式で示すチャートである。 対極板の有効インピーダンスと、患者と対極板との間の接触面積と、有効インピーダンスに対するインダクタの影響との間の関係をグラフ形式で示すチャートである。 調節可能可変インダクタを有する電気手術用電源ユニットを示すブロック図である。 患者と電気手術用対極板との間の接触面積に基づき、可変インダクタを利用してインダクタンス量を変化させる方法を示す流れ図である。 本発明による、接触クオリティモニタリング装置と共に利用される、半絶縁性部分および導体部分を有する電気手術用対極板の斜視図である。 交互にある区分からなるマトリクス状に配置された第１および第２の導体を有する導体部分を示す図である。 格子構造に織り合わされた第１および第２の導体を有する導体部分を示す図である。 導体部分を構成するように作られた第１の導体を示す図である。 導体部分を構成するように作られた第２の導体を示す図である。 複数の膜スイッチを有する導体部分を示す斜視図である。 図１２の導体部分と共に利用することができる膜スイッチの構成要素を示す断面拡大図である。

Claims (58)

1. （ａ）電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分なバルクインピーダンスを有する電気手術用対極板と、
   （ｂ）前記電気手術用対極板および患者の有効インピーダンスの少なくとも一部を打ち消す前記電気手術用対極板に直列に結合されたインダクタと
   を備える電気手術装置。
2. 前記インダクタは、固体インダクタ、電気機械インダクタ、固定インダクタ、可変インダクタ、固体波形整形回路またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の電気手術装置。
3. 前記インダクタは、前記電気手術用対極板、前記患者、および前記インダクタの有効インピーダンスが、選択された群の患者に対して有効な電気手術を実施することができるインピーダンスの範囲に含まれるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の電気手術装置。
4. 前記インピーダンスの範囲の上限は、前記インピーダンスの範囲の下限と実質的に同一の大きさを有することを特徴とする請求項３に記載の電気手術装置。
5. 前記電気手術用対極板の有効インピーダンスは、容量性成分を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気手術装置。
6. 前記電気手術用対極板の有効インピーダンスは、抵抗性成分をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の電気手術装置。
7. 前記電気手術用対極板の有効インピーダンスは、誘導性成分をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の電気手術装置。
8. 前記インダクタは、前記電気手術電流のフローを、前記電気手術用対極板の前記有効インピーダンスの容量性成分を打ち消すことにより最適化することを特徴とする請求項１に記載の電気手術装置。
9. 前記インダクタは、前記対極板および前記患者と関連付けられた前記有効インピーダンスの容量性成分の少なくとも一部を打ち消すことにより、電流のフローを制御することを特徴とする請求項１に記載の電気手術装置。
10. 前記対極板は、普通には成人サイズの患者に対して使用されるサイズであって、前記インダクタは、重さが２５パウンド未満である患者に対する電気手術が有効で安全に実施することができるように、前記対極板と関連付けられた前記有効インピーダンスを打ち消すことを特徴とする請求項９に記載の電気手術装置。
11. 前記インダクタは、前記対極板および前記患者と関連付けられた前記有効インピーダンスの少なくとも一部を打ち消し、前記電気手術用対極板を新生児用途に利用することができるようにすることを特徴とする請求項９に記載の電気手術装置。
12. 前記インダクタにより供給される誘導性リアクタンスは、容量性リアクタンスの一部を打ち消し、前記容量性リアクタンスの前記一部は、前記電気手術電流を安全な水準に制限するのに必要でないことを特徴とする請求項１に記載の電気手術装置。
13. 前記容量性リアクタンスの前記一部は、前記患者と前記対極板との間の接触面積が、前記電流密度を前記バルクインピーダンスなしで安全な水準に制限するのに十分である場合に、前記有効インピーダンスのキャパシタンスより多くないことを特徴とする請求項１２に記載の電気手術装置。
14. 電気手術電流が、細胞の切開および凝固に利用され、望まれない患者のやけどを防止するために前記電気手術電流の密度を安全な水準に制限するように構成されている、電気手術で利用される電気手術装置であって、
    （ａ）電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分なバルクインピーダンスを有する電気手術用対極板であって、前記バルクインピーダンスは容量性成分を備える電気手術用対極板と、
    （ｂ）前記電気手術用対極板と直列に結合されているインダクタであって、前記電気手術用対極板および患者の有効インピーダンスの容量性成分の少なくとも一部を打ち消すことにより、前記電気手術電流のフローを増加させるように構成されたインダクタと
    を備える電気手術装置。
15. 前記インダクタは、複数のインダクタを備えることを特徴とする請求項１４に記載の電気手術装置。
16. 前記複数のインダクタは、可変量のインダクタンスを供給するように適合されていることを特徴とする請求項１５に記載の電気手術装置。
17. 前記インダクタは、可変インダクタを備えることを特徴とする請求項１４に記載の電気手術装置。
18. 前記可変インダクタは、調節可能であることを特徴とする請求項１７に記載の電気手術装置。
19. 前記可変インダクタは、調節可能であり、前記電気手術用対極板と前記患者との間の接触面積が望まれないやけどを防止するのに必要な最小接触面積よりも大きい場合に、総有効インピーダンスが電気手術のために最適化されることを特徴とする請求項１８に記載の電気手術装置。
20. 前記可変インダクタは、調整可能であり、前記接触面積が前記電気手術電流密度を安全な水準に制限するのに十分である場合に、総有効インピーダンスが電気手術のために最適化されることを特徴とする請求項１８に記載の電気手術装置。
21. 前記可変インダクタのインピーダンス水準を調節するためのロジックモジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の電気手術装置。
22. 前記電気手術電流の特性を感知するように適合され、前記電気手術有効インピーダンスの前記容量性成分を決定することができるセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の電気手術装置。
23. 電気手術電流が、細胞を切開および凝固するために利用され、また前記電気手術電流の密度を望まれない患者のやけどを防止するために安全な水準に制限するように利用される、電気手術で利用するための電気手術装置であって、
    （ａ）前記電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分なバルクインピーダンスを有する電気手術用対極板であって、前記バルクインピーダンスの特性および前記患者と前記対極板との間の接触面積から生じる、容量性成分を有する有効インピーダンスを有する電気手術用対極板と、
    （ｂ）前記電気手術用対極板と直列に結合された可変インダクタであって、前記患者と前記電気手術用対極板との間の接触面積の量が電気手術を行うのに十分である場合に、前記電気手術用対極板の前記有効インピーダンスの前記容量性成分を打ち消すことにより前記電気手術電流のフローを増加させるように構成されている可変インダクタと、
    （ｃ）前記電気手術用発電機および前記可変インダクタを備える電気手術経路の容量性リアクタンスの量を識別し、前記可変インダクタを、前記電気手術経路の容量性リアクタンスを最小化することにより、前記電気手術電流のフローを最適化するように調節するように適合されている回路と
    を備える電気手術装置。
24. 電気手術が実施されている間に、前記回路が容量性リアクタンスの量を識別することを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
25. 電気手術が実施されている間に、前記回路が可変インダクタを調節するように適合されていることを特徴とする請求項２４に記載の電気手術装置。
26. 別個のモニタリング回路が、電気手術回路の容量性リアクタンスの量を識別するのに利用されていることを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
27. 前記インダクタは、電気手術用器具内に位置することを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
28. 前記インダクタは、電気手術用発電機内に位置することを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
29. 前記インダクタは、ケーブル内に位置することを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
30. 前記患者と前記電気手術用対極板との間の接触面積が前記電気手術電流を安全な水準に制限するのに十分である場合に、前記インダクタは、前記容量性リアクタンスを打ち消すように調節可能であることを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
31. 前記インダクタは、前記バルクインピーダンスなしでは前記患者と前記電気手術用対極板との間の接触面積が前記電気手術電流を安全な水準に制限するのに不十分である場合に、前記電気手術経路のインピーダンスを、それより下では安全でない電気手術電流密度をもたらす水準よりも大きく維持するように構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の電気手術装置。
32. 電気手術電流が、細胞を切開および凝固するために利用され、また前記電気手術電流の密度を望まれない患者のやけどを防止するために安全な水準に制限するように利用される、電気手術で利用するための電気手術装置であって、
    （ａ）患者と接するように適合された電気手術用対極板であって、前記電極が少なくとも部分的に患者と接しているときに、前記対極板と前記対極板と接している前記患者との組み合わせが、電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分な容量性リアクタンスを構成する電気手術用対極板と、
    （ｂ）前記電極と直列に結合しているインダクタであって、前記インダクタンスの位相角および大きさを利用して前記電気手術電流のフローを増加させ、前記電極の前記容量性リアクタンスを低減するように構成されているインダクタと
    を備える電気手術装置。
33. 前記インダクタンスの特性は、患者が、前記電気手術電流を安全な水準に制限するのに十分に前記電気手術用対極板と接している場合に、前記電極の前記容量性リアクタンスに基づいて選択されることを特徴とする請求項３２に記載の電気手術装置。
34. 前記電気手術用対極板は、約４０００Ω・ｍ以上の有効バルクインピーダンスを有する電気的に伝導性の材料を備えることを特徴とする請求項３２に記載の電気手術装置。
35. 前記電気手術用対極板は、約１００００Ω・ｍ以上の有効バルクインピーダンスを有する電気的に伝導性の材料を備えることを特徴とする請求項３２に記載の電気手術装置。
36. 前記容量性リアクタンスは、前記電気手術電流密度を１平方センチメートル当たり１００ミリアンペア未満に制限するのに十分であることを特徴とする請求項３２に記載の電気手術装置。
37. 患者と半絶縁性要素との間の接触面積が所与のしきい値未満である場合に、患者のやけどを防止するのに十分なバルクインピーダンスを有する半絶縁性要素と、
    前記半絶縁性要素に結合された電気的に伝導性の部分であって、前記患者と前記半絶縁性要素との間の接触面積、および接触面積が所与のしきい値未満かどうかを識別する回路と協同している導電性の部分と、
    前記バルクインピーダンスと直列に結合されたインダクタであって、前記患者と前記電気手術用対極板との接触が制限されている場合に、引き起こされる有効インピーダンスの少なくとも一部と打ち消すように構成されているインダクタと
    を備える、望まれない患者のやけどを制限するように適合された電気手術用対極板。
38. 前記電気的に伝導性の部分はスプリットプレートを備えることを特徴とする請求項３７に記載の対極板。
39. 前記スプリットプレートは、前記半絶縁性要素の総表面積および半絶縁性要素の前記患者が接している部分にかかわらず、前記患者と前記半絶縁性要素との間の接触面積を測定できるように構成されていることを特徴とする請求項３８に記載の対極板。
40. 前記スプリットプレートは、格子構造に織り合わされた第１の導体および第２の導体を有するスプリットプレート部分を備えることを特徴とする請求項３９に記載の対極板。
41. 前記回路は、前記第１の導体と前記第２の導体との間のインピーダンスを測定することを特徴とする請求項４０に記載の対極板。
42. 前記電気的に伝導性の部分は、複数の膜スイッチを備えることを特徴とする請求項３７に記載の対極板。
43. 前記有効インピーダンスの容量性リアクタンス部分を識別するモニタリング回路をさらに備えることを特徴とする請求項３７に記載の対極板。
44. 第１の導体と、
    前記第１の導体と織り合わされ格子構造を生成する第２の導体であって、前記格子構造は、前記対極板の表面上の均一な電流のフローを促進する第２の導体と、
    前記バルクインピーダンスと直列に結合されたインダクタであって、前記患者が前記第１および第２の導体と接している場合に、引き起こされた有効インピーダンスの少なくとも一部を打ち消すように構成されているインダクタと
    を備え、
    前記第１および第２の導体は、患者と前記第１および第２の導体との間の接触面積が所与のしきい値未満である場合に、患者のやけどを防止するのに十分なバルクインピーダンスを備える
    ことを特徴とする患者の上に直接置かれるように適合された表面を有する対極板。
45. 前記インダクタは、固体インダクタ、電気機械インダクタ、固定インダクタ、可変インダクタ、固体波形整形回路またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項４４に記載の対極板。
46. 前記インダクタは、前記有効インピーダンスが、選択された群の患者に対して有効な電気手術を実施することができるインピーダンスの範囲に含まれるように選択されることを特徴とする請求項４４に記載の対極板。
47. 前記インピーダンスの範囲の上限は、前記インピーダンスの範囲の下限と同一の大きさを有することを特徴とする請求項４６に記載の対極板。
48. 前記有効インピーダンスは、容量性成分を備えることを特徴とする請求項４４に記載の対極板。
49. 前記有効インピーダンスは、抵抗性成分をさらに備えることを特徴とする請求項４８に記載の対極板。
50. 前記有効インピーダンスは、誘導性成分をさらに備えることを特徴とする請求項４８に記載の対極板。
51. 前記インダクタは、前記電気手術用対極板の前記有効インピーダンスの容量性成分を打ち消すことを特徴とする請求項４４に記載の対極板。
52. （ａ）電気手術電流の密度を安全な水準に制限するのに十分なバルクインピーダンスを有する電気手術用対極板と、
    （ｂ）前記電気手術用対極板と直列に結合されているリアクタンスであって、患者が前記電気手術用対極板と接している場合に、引き起こされた有効インピーダンスの一部を打ち消すことにより前記電気手術電流のフローを増加させるように構成されているリアクタンスと
    を備える電気手術装置。
53. 前記有効インピーダンスは、誘導生成分を備えることを特徴とする請求５２に記載の電気手術装置。
54. 前記リアクタンスは、前記誘導性成分の少なくとも一部を打ち消すように構成され、前記電気手術用対極板と直列に接続されたキャパシタであることを特徴とする請求５３に記載の電気手術装置。
55. 前記リアクタンスは、前記有効インピーダンスおよび前記リアクタンスの組み合わせが、選択された群の患者に対して有効な電気手術を実施することができるインピーダンスの範囲に含まれるように選択されることを特徴とする請求項５２に記載の電気手術装置。
56. 前記インピーダンスの範囲の上限は、前記インピーダンスの範囲の下限と同一の大きさを有することを特徴とする請求項５５に記載の電気手術装置。
57. 前記有効インピーダンスの前記誘導性成分を識別するためのモニタリング回路をさらに備えることを特徴とする請求項５３に記載の電気手術装置。
58. 前記キャパシタは、前記バルクインピーダンスなしでは前記患者と前記電気手術用対極板との間の接触面積が前記電気手術電流密度を安全な水準に制限するのに不十分である場合に、前記有効インピーダンスおよびリアクタンスの組み合わせを、安全でない電気手術電流密度が可能となる水準まで低減しないように構成されていることを特徴とする請求項５４に記載の電気手術装置。
    

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