JP2009082707A - 電気外科発電器におけるリアルタイムのアーク制御 - Google Patents

電気外科発電器におけるリアルタイムのアーク制御 Download PDF

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Abstract

【課題】アーキングの状態を決定し、これらの決定に基づいて出力されるエネルギーを制御するために、組織の特性およびエネルギーの特性を感知するように構成された電気外科発電器を提供すること。
【解決手段】電気外科発電器が開示される。該発電器は、無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形の特性を測定するように構成されたセンサ回路とを含む。発電器はまた、コントローラを含み、該コントローラは、所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形によって移送される全電荷および／または無線周波数波形によって堆積される全エネルギーを決定することにより、アークイベントを決定するように構成されている。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、電気外科装置、システムおよび方法に関する。さらに詳細には、本開示は、１つのアーク毎にエネルギーの出力を制御するように構成された電気外科発電器に関する。発電器は、継続的な波形またはパルス化された波形の中の偏差を検出し、該偏差は、電流の突然の変化を示す。特に、発電器は、電圧の波形と比較して、連続的な正弦波電流の波形またはパルス化された正弦波電流の波形からの偏差をモニタリングする。
エネルギーに基づいた治療は、当該分野において周知である。様々なタイプのエネルギー（例えば、電気、超音波、マイクロ波、極低温、熱、レーザなど）が、組織に印加されることにより、所望の結果を達成する。電気外科手術は、組織を切断、切除、凝固、または密閉するための、出術部位に対する高無線周波数の電流の印加を含む。単極の電気外科手術において、活性電極は、電気外科発電器から組織に無線周波数のエネルギーを送達し、帰電極は、電流を発電器に戻すように伝える。単極の電気外科手術において、活性電極は、一般的に、外科医によって保持された外科器具の一部分であり、そして、治療される組織に当てられる。患者の帰電極は、電流を発電器に戻すように伝えるために活性電極から離れて配置される。
切除は、通常、ガン治療の分野において特に有用な単極の処置であり、該単極の処置においては、１つ以上のＲＦ切除針電極（通常、細長い円筒形の幾何形状を有する）が生体内に挿入され、病気に冒された組織の腫瘍の領域に配置される。かかる針電極の一般的な形態は、絶縁されたシースを組み込み、該絶縁されたシースから、露出された（絶縁されていない）先端が延伸する。ＲＦエネルギーが帰電極と挿入された切除電極との間に提供されるときには、ＲＦ電流が、針電極から体を通って流れる。一般的に、電流の密度は、針電極の先端近くで非常に高くなり、このことが、周囲の組織を加熱し破壊する結果につながる。
双極電気外科手術において、ハンドヘルド器具の電極のうちの一方が活性電極として作用し、他方が帰電極として作用する。帰電極は、活性電極の近くに配置されるので、電気回路が２つの電極（例えば、電気外科鉗子）の間で形成される。このように、印加電流は、電極のすぐ近くに配置された体の組織に限定される。電極が互いから充分に離されているときには、電気回路が開き、その結果として、離された電極のうちのいずれかと体の組織との偶発的な接触は、電流を流れさせない。
電気外科手術処置の間、電気外科発電器によって供給されるような電圧および電流の大きさならびに時間特性が、エネルギー密度、経路および組織の温度を決定する。これは、他のエネルギー特性、例えば、電圧、電流などを変化させながら、送達される全電力を一定に保つことによって達成され得る。これらの構成は、活性電極と組織との間のアーキングの状態を検出および制御するように構成されていない。偶発的な組織の損傷を回避し、かつ、最適な状態を達成するために、半サイクルまたはより短い時間尺度において、制御されていない電気アークの発生と、付随するエネルギーの堆積とを防止することが特に望ましい。したがって、組織特性および電気特性を感知することにより、アーキングの状態を決定し、これらの決定に基づきエネルギー出力を制御するように構成された電気外科発電器に対してとどまることのない必要性がある。
本開示の一局面に従って、電気外科発電器が開示される。該発電器は、無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形の特性を測定するように構成されたセンサ回路とを含む。発電器はまた、コントローラを含み、該コントローラは、所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形によって移送される全電荷および／または無線周波数波形によって堆積される全エネルギーを決定することにより、アークイベントを決定するように構成されている。特に、特に関心のあるアークの継続時間が、電流波形と電圧波形との偏差と、この差の積分とによって決定されることにより、アークにおける全変化を決定するように構成されている。アーキングは、電圧波形と電流波形との間の制御されていない不均衡によって特徴付けられ得、そのときの電流波形は、特徴的な波形と比較して、短い時間の間、かなり大きくなる。コントローラは、さらに、アークイベントと関連付けられる少なくとも１つのパラメータに基づいて電気外科発電器の出力を調節するように構成されている。
電気外科発電器を動作させる方法もまた、本開示によって考えられる。方法は、サンプリングの継続時間を選択するステップと、サンプリング周期の間、電気外科発電器の直列抵抗器にわたる電流波形と電圧波形とを有する無線周波数波形の電圧と電流とを測定するステップと、直列抵抗器にかかる電圧を時間積分することにより、サンプリング周期の間、特に、アークの継続時間の間に無線周波数波形によって組織に堆積される全電荷を決定するステップとを含む。方法はまた、電流波形が電圧波形と異なる時間区間を分離することによって、サンプリング周期の間の少なくとも１つの無線周波数波形の電力を時間積分することにより、サンプリング周期の間に無線周波数波形によって組織に堆積された全エネルギーを決定するステップと、アークイベント毎に組織に堆積されるエネルギーの量を決定するステップとを含む。
本開示のさらなる実施形態に従って、電気外科発電器が開示される。電気外科発電器は、電流波形と電圧波形とを有する無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形の電圧と電流とを測定するように構成されたセンサ回路と、電圧波形と電流波形とを比較し、比較を代表する信号を提供するように構成されたコントローラとを含む。コントローラは、全電荷計算モジュールを含み、該全電荷計算モジュールは、無線周波数波形の電流を時間積分し、特に、電流波形が電圧波形から外れた時間区間の間の電流を時間積分することにより、所定のサンプリング周期およびアークイベントの間に無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されている。コントローラはまた、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、無線周波数波形によって堆積された全電力を積分することにより、無線周波数波形およびアークイベントに対する所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されている。コントローラは、さらに、全電荷と全エネルギーとの関数としてアークイベントを決定し、アークイベントがそれを越えるとアークイベントが消滅させられる閾値エネルギーを設定することによって、所望されない組織の損傷を回避するように決定された場合には、電気外科発電器の出力を調節するように構成されている。
本発明はまた、以下の項目を提供する。
（項目１）
電気外科発電器であって、
電圧波形と電流波形とを有する少なくとも１つの無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、
所定のサンプリング周期の間に該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての少なくとも１つの特性を決定するように構成されたセンサ回路と、
該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての該少なくとも１つの特性を比較することにより、アークイベントを表す、該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての該少なくとも１つの特性の間の少なくとも１つの偏差を決定するように構成されたコントローラであって、該コントローラは、さらに、該少なくとも１つの偏差に基づいて、該アークイベントの全電荷、全エネルギーおよび継続時間のうちの少なくとも１つを決定するように構成されている、コントローラと
を備えている、電気外科発電器。
（項目２）
上記コントローラは、さらに、上記少なくとも１つの偏差に基づいて上記電気外科発電器の出力を調節するように構成されている、項目１に記載の電気外科発電器。
（項目３）
上記コントローラは、全電荷計算モジュールを含み、該全電荷計算モジュールは、少なくとも１つの無線周波数波形の電圧を時間積分することにより、上記所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷を決定するように構成されている、項目２に記載の電気外科発電器。
（項目４）
上記コントローラは、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、上記少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された積分の全電力の形状を比較することにより、上記所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された上記全エネルギーを決定するように構成されている、項目２に記載の電気外科発電器。
（項目５）
上記電気外科発電器の活性端子と帰端子との間に配置された分流コンデンサと直列インダクタとをさらに備えている、項目１に記載の電気外科発電器。
（項目６）
上記コントローラは、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、上記少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷と上記分流コンデンサにかかる電圧との積を積分することにより、所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されている、項目５に記載の電気外科発電器。
（項目７）
上記コントローラは、式Ｅ＝ＣＶ２／２＋ＬＩ２／２に基づいて、アークイベント毎に組織に堆積される所望のエネルギー量を決定するように構成されており、式中、Ｅは、該所望のエネルギーであり、Ｃは、上記分流コンデンサのキャパシタンスであり、Ｌは、直列インダクタのインダクタンスであり、Ｉは、電流であり、Ｖは、該分流コンデンサにかかる測定電圧である、項目５に記載の電気外科発電器。
（項目８）
電気外科発電器を動作させる方法であって、
電圧波形と電流波形とを有する少なくとも１つの無線周波数波形を生成するステップと、
所定のサンプリング周期の間に該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての少なくとも１つの特性を決定するステップと、
該所定のサンプリング周期の間に、該電気外科発電器の直列抵抗器にかかる、少なくとも１つの無線周波数波形の電圧を測定するステップと、
該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての該少なくとも１つの特性を比較することにより、アークイベントを表す、該電圧波形と該電流波形とのそれぞれの該少なくとも１つの特性の間の少なくとも１つの偏差を決定するステップと、
該少なくとも１つの偏差に基づいて、該アークイベントの全電荷、全エネルギー、および継続時間のうちの少なくとも１つを決定するステップと
を包含する、方法。
（項目９）
上記所望のエネルギー量を計算するステップは、式Ｅ＝ＣＶ２／２＋ＬＩ２／２に基づいており、式中、Ｅは、該所望のエネルギーであり、Ｃは、上記分流コンデンサのキャパシタンスであり、Ｌは、直列インダクタのインダクタンスであり、Ｉは、電流であり、Ｖは、該分流コンデンサにかかる測定電圧である、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記直列抵抗器にかかる電圧を時間積分することにより、上記サンプリング周期の間に上記少なくとも１つの無線周波数波形によって組織に堆積された全電荷を決定するステップと、
該サンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形の電力を時間積分することにより、該サンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって組織に堆積された全エネルギーを決定するステップと
をさらに包含する、項目８に記載の方法。
（項目１１）
上記サンプリング周期の間に、上記電気外科発電器の活性端子と帰端子との間に配置された分流コンデンサにかかる電圧を測定するステップと、
全電荷と上記分流コンデンサにかかる電圧との積を時間積分することにより、該サンプリング周期の間に、該少なくとも１つの無線周波数波形によって組織に堆積された全エネルギーを決定するステップと
を包含する、項目９に記載の方法。
（項目１２）
アークイベント毎に組織に堆積される所望の最大のエネルギー量を計算することにより、該アークイベントを制限するステップと、
アークイベント毎に組織に堆積される該所望の最大のエネルギー量に基づいて上記電気外科発電器の出力を調節するステップと
をさらに包含する、項目８に記載の方法。
（項目１３）
電気外科発電器であって、
電流波形と電圧波形とを有する少なくとも１つの無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、
所定のサンプリング周期の間に該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての少なくとも１つの特性を決定するように構成されたセンサ回路と、
該電圧波形と該電流波形とを比較し、該比較を代表する比較信号を提供するように構成されたコントローラであって、該コントローラはまた、全電荷計算モジュールを含み、該全電荷計算モジュールは、該少なくとも１つの無線周波数波形の電圧を時間積分することにより、該所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷を決定するように構成されており、該コントローラは、さらに、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電力を積分することにより、該所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されており、該コントローラは、該比較信号に応答して、該全電荷と該全エネルギーとを決定するように構成されている、コントローラと
を備えている、電気外科発電器。
（項目１４）
上記電気外科発電器の活性端子と帰端子との間に配置された分流コンデンサをさらに備えている、項目１３に記載の電気外科発電器。
（項目１５）
上記コントローラは、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、上記少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷と上記分流コンデンサにかかる電圧との積を積分することにより、所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されている、項目１４に記載の電気外科発電器。
（項目１６）
上記コントローラは、式Ｅ＝ＣＶ２／２に基づいて、アークイベント毎に組織に堆積される所望のエネルギー量を決定するように構成されており、式中、Ｅは、該所望のエネルギーであり、Ｃは、上記分流コンデンサのキャパシタンスであり、Ｖは、該分流コンデンサにかかる測定電圧である、項目１３に記載の電気外科発電器。
（摘要）
電気外科発電器が開示される。発電器は、無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形の特性を測定することにより、アークイベントが発生したか否かを決定するように構成されたセンサ回路とを含む。発電器はまた、コントローラを含み、該コントローラは、アークイベントと関連付けられる所定のサンプリング周期の間に無線周波数波形によって堆積された全電荷および／または全エネルギーを決定するように構成されている。コントローラは、さらに、少なくとも１つのパラメータに基づいて電気外科発電器の出力を調節することにより、アーキングを制限するように構成されている。
本開示の特定の実施形態が、添付の図面を参照して以下で記述される。以下の記述において、周知の機能または周知の構成は、不必要な詳細で本開示を不明確にすることを避けるために、詳細には記述されない。
本開示に従った発電器は、脈管密閉処置を含む単極および双極の電気外科処置を行い得る。発電器は、様々な電気外科器具（例えば、単極の活性電極、帰電極、双極の電気外科鉗子、フットスイッチなど）とインタフェースする複数の出力を含み得る。さらに、発電器は、電子回路を含み、該電子回路は、様々な電気外科モード（例えば、切断、融合、分割など）および電気外科処置（例えば、単極、双極、脈管密閉）に特に適した無線周波数電力を生成するように構成されている。
図１Ａは、本開示の一実施形態に従った単極の電気外科システム１の概略的例示である。システム１は、電気外科器具２を含み、該電気外科器具２は、患者Ｐの組織を治療するための１つ以上の電極を有する。器具２は、１つ以上の活性電極（例えば、電気外科切断プローブ、切除電極など）を含む単極型の器具である。電気外科ＲＦエネルギーが、発電器２０の活性端子３０（図２）に接続された供給線４を経由して発電器２０によって器具２に供給され、器具２が組織を凝固、密閉、切除および／または治療することを可能にする。エネルギーは、発電器２０の帰端子３２（図２）において、帰電極６を通って帰線８を経由して発電器２０に戻される。活性端子３０および帰端子３２は、（明確には示されていない）器具２のプラグおよび帰電極６とインタフェースするように構成されたコネクタであり、該器具２のプラグおよび該帰電極６は、供給線４の端および帰線８の端にそれぞれ配置されている。
システム１は、複数の帰電極６を含み得、該複数の帰電極６は、患者Ｐとの全接触面積を最大にすることによって組織の損傷の可能性を最小にするように配置されている。さらに、発電器２０と帰電極６とは、充分な接触が組織と患者との間に存在することにより、さらに組織の損傷の可能性を最小にすることを確実にするために、所謂「組織と患者」の接触をモニタリングするように構成され得る。一実施形態において、活性電極６は、組織が電解質溶液に浸漬されている液体環境において手術するために使用され得る。
図１Ｂは、本開示に従った双極の電気外科システム３の概略的例示である。システム３は、双極の電気外科鉗子１０を含み、該双極の電気外科鉗子１０は、患者Ｐを治療するための１つ以上の電極を有する。電気外科鉗子１０は、対向する顎部材を含み、該対向する顎部材は、顎部材の間に配置された活性電極１４と帰電極１６とをそれぞれ有する。活性電極１４および帰電極１６は、ケーブル１８を介して発電器２０に接続され、該ケーブル１８は、活性端子３０および帰端子３２（図２）にそれぞれ接続された供給線４と帰線８とを含む。電気外科鉗子１０は、コネクタ２１において発電器２０に接続されており、該コネクタ２１は、ケーブル１８の端に配置されたプラグを経由した、活性端子３０および帰端子３２に対する接続部（例えば、ピン）を有し、プラグは、供給線４および帰線８からの接点を含む。
発電器２０は、発電器２０を制御する適切な入力制御装置（例えば、ボタン、アクティベータ、スイッチ、タッチスクリーンなど）を含む。さらに、発電器２０は、ユーザに様々な出力情報（例えば、強度設定、治療の全インジケータなど）を提供する１つ以上の表示スクリーンを含み得る。制御装置は、ユーザが、ＲＦエネルギーの電力、波形、および可能な最大のアークエネルギーのレベルを調節することを可能にし、該可能な最大のアークエネルギーは、一定の作業（例えば、凝固、組織の密閉、強度設定など）に適した所望の波形を達成するために、所望の組織の効果および他のパラメータに依存して変化する。器具２はまた、複数の入力制御装置を含み、該複数の入力制御装置は、発電器２０の特定の入力制御装置に対して冗長であり得る。器具２に入力制御装置を配置することが、発電器２０との相互作用を必要とすることなく、外科処置の間にＲＦエネルギーパラメータのより容易かつより迅速な修正を可能にする。
図２は、発電器２０の概略的ブロック図を示し、該発電器２０は、コントローラ２４と、高電圧ＤＣ電源２７（「ＨＶＰＳ」）と、ＲＦ出力ステージ２８とを有する。ＨＶＰＳ２７は、従来のＡＣ電源（例えば、壁の電気コンセント）に接続され、高電圧のＤＣ電力をＲＦ出力ステージ２８に供給し、次に、該ＲＦ出力ステージ２８は、高電圧のＤＣ電力をＲＦエネルギーに変換し、ＲＦエネルギーを活性端子３０に送達する。エネルギーは、帰端子３２を経由してＲＦ出力ステージ２８に戻される。
特に、ＲＦ出力ステージ２８は、高ＲＦエネルギーの連続的な正弦波の波形またはパルス化された正弦波の波形のいずれかを生成する。ＲＦ出力ステージ２８は、複数の波形を生成するように構成されており、該複数の波形は、様々なデューティーサイクルと、ピーク電圧と、波高率と、他の適切なパラメータとを有する。一定のタイプの波形が、特定の電気外科モードに適している。例えば、ＲＦ出力ステージ２８は、切断モードにおいて、１００％のデューティーサイクルの正弦波の波形を生成し、該１００％のデューティーサイクルの正弦波の波形は、組織を切除、融合、および切開することに最も適しており、そして、凝固モードにおいて、１％〜２５％のデューティーサイクルの波形を生成し、該１％〜２５％のデューティーサイクルの波形は、組織を焼灼することにより、出血を止めることに最も適している。
無線周波数波形は、電流波形と電圧波形とを有する。本開示は、電圧波形と電流波形とをモニタリングし比較することにより、波形の１．５倍の無線周波数サイクルに実質的に等しい時間尺度における波形間の相違を検出するシステムおよび方法を提供する。
発電器２０は、様々なタイプの電気外科器具（例えば、器具２、電気外科鉗子１０など）を収容する複数のコネクタを含み得る。さらに、発電器２０は、コネクタ間でＲＦエネルギーの供給を切り替える切り替え機構（例えば、中継器）を含むことによって単極モードまたは双極モードで動作し得るので、例えば、器具２が発電器２０に接続されたときに、単極プラグだけがＲＦエネルギーを受け取る。
コントローラ２４は、メモリ２６に動作可能に接続されたマイクロプロセッサ２５を含み、該メモリ２６は、揮発型メモリ（例えば、ＲＡＭ）および／または不揮発型メモリ（例えば、フラッシュ媒体、ディクス媒体など）であり得る。マイクロプロセッサ２５は、出力ポートを含み、該出力ポートは、ＨＶＰＳ２７および／またはＲＦ出力ステージ２８に動作可能に接続され、開制御ループスキームおよび／または閉制御ループスキームのいずれかに従って、マイクロプロセッサ２５が生成器２０の出力を制御することを可能にする。当業者は、マイクロプロセッサ２５が、本明細書において考察される計算を行うように適合された任意の論理プロセッサまたはアナログ回路（例えば、制御回路）に置換され得ることを理解する。
発電器２０は、閉ループの制御スキームおよび／または開ループの制御スキームを実装し得、該閉ループの制御スキームおよび／または該開ループの制御スキームは、センサ回路２２を含み、該センサ回路は、様々な組織およびエネルギーの特性（例えば、組織のインピーダンス、組織の温度、出力電流および／または電圧など）を測定し、フィードバックをコントローラ２４に提供する複数のセンサを有する。電流センサは、活性電流経路または帰電流経路のいずれかに配置され得るか、あるいは活性電流経路または帰電流経路の両方に配置され得、電圧が活性電極において感知され得る。コントローラ２４は、電圧波形と電流波形とを比較することにより、アークイベント、アークイベントの継続時間およびアークイベントの全エネルギーを識別する。次に、コントローラ２４は、適切な信号をＨＶＰＳ２７および／またはＲＦ出力ステージ２８に伝送し、次に、ＨＶＰＳ２７および／またはＲＦ出力ステージ２８は、選択されたモードに従って変化する最大の許容可能なアークエネルギーを使用することによって、ＤＣ電力供給および／またはＲＦ電力供給をそれぞれ調節する。コントローラ２４はまた、発電器２０または器具２の入力制御装置から入力信号を受信する。コントローラ２４は、入力信号を利用することにより、発電器２０によって出力される電力を調節し、および／または発電器２０において他の制御機能を行う。
センサ回路２２は、ＲＦ出力ステージ２８によって供給される電流（Ｉ）と電圧（Ｖ）とをリアルタイムで測定することにより、所定のサンプリング周期の間の、整合している正弦波の継続時間と非正弦波の継続時間との両方の間の電気外科プロセスを特徴付け、正弦波の継続時間は、短い継続時間（例えば、半サイクル）であり、非正弦波の継続時間は、長い継続時間（例えば、１５サイクル）である。これは、動的入力制御変数として使用される測定された電気特性がフィードバック制御を達成することを可能にする。電流および電圧の値はまた、他の電気パラメータ、例えば、電力（Ｐ＝Ｖ＊Ｉ）およびインピーダンス（Ｚ＝Ｖ／Ｉ）を導き出すために使用され得る。センサ回路２２はまた、電流波形および電圧波形の特性を測定し、電流波形および電圧波形の形状を決定する。
さらに詳細には、コントローラ２０は、全電荷計算モジュール４０と全エネルギー計算モジュール４２とを含む。全電荷計算モジュール４０は、平均およびアークイベントの間の両方の、組織に送達される全電荷「ｑ」をクーロン単位で決定するように構成されている。これは、２つの所定のサンプリング周期、すなわち、正弦波の継続時間および非正弦波の継続時間にわたる測定された電流を積分することによって達成される。全エネルギー計算モジュール４２は、治療中に組織に送達される全エネルギー「Ｅ」を決定する。全エネルギー計算モジュール４２は、発電器２０によって送達される電力を決定し、次に、サンプリング周期にわたる電力を積分する。サンプリング周期は、アークの間の電気外科波形の半サイクルのうちのほんのわずかな部分から複数の全サイクルまでの範囲にある。
コントローラ２０はまた、波形を比較することによって、電圧波形の１つ以上の特性と電流波形の１つ以上の特性との間の偏差を決定するように構成されている。上で述べたように、電圧波形と電流波形との間の相違は、アークイベントを表し、これが、コントローラ２０がアークイベント生じたときを決定し、次に、計算器４０および計算器４２を利用することにより、アークイベントの全電荷、全エネルギーおよび継続時間を決定することを可能にする。言い換えると、アークイベントが波形の比較に基づいて検出されると、その後、コントローラ２０は、比較信号を生成し、偏差（アークイベント）に対応する期間の全電荷および全エネルギーの計算を生成する。
発電器２０はまた、直列インダクタンスと、直列抵抗と、分流キャパシタンスとを有する回路５０を含み、該直列インダクタンスと、該直列抵抗と、該分流キャパシタンスとは、概略的に、直列インダクタ４６と、直列抵抗器４８と、分流コンデンサ４９として示されている。インダクタ４６と抵抗器４８とは、活性端子３０に配置され、コンデンサ４９は、活性端子３０と帰端子３２との間に配置されている。これらのコンポーネントのインダクタンスとキャパシタンスとは、負荷要素（例えば、活性電極２および組織）の特性によって決定される。抵抗は、所謂、Ｑ値「Ｑ」に対して選択され、該Ｑ値「Ｑ」は、回路５０の励起に対応している。抵抗と、インダクタンスと、キャパシタンスとはまた、発電器２０と関連付けられるシステムの電気特性および寄生電気特性（例えば、ケーブル４のインダクタンスおよびキャパシタンス）を適合させるように選択される。
全電荷計算モジュール４０は、抵抗器４８にわたる電圧の時間積分によって全電荷「ｑ」を決定する。電荷は、応答コンポーネントに格納されたエネルギーから生じ、該応答コンポーネントは、上で記述されており、かつ、このエネルギーが突然放電されるアークの継続時間の間、利用可能である。センサ回路２２は、所望のサンプリング周期の間、抵抗器４８における電圧を測定し、電圧を電圧波形と比較する。次に、センサ回路２２は、サンプリング周期の電圧、電流および時間の値を全電荷計算モジュール４０に伝送し、その後、該全電荷計算モジュール４０は、その値を積分することにより、「ｑ」を得る。全エネルギー計算モジュール４２は、アークイベントの間の「ｑ」とキャパシタ４９にわたる電圧との積の時間積分によって、全エネルギー「Ｅ」を決定する。特に、コントローラ２４は、全電荷計算モジュール４０と全エネルギー計算モジュール４２による決定の結果を利用することにより、アークのないイベントおよびアークイベントの間の発電器２０の動作を調節するように構成されている。あらゆる検出されたアークイベントに対して、コントローラ２４は、式（１）：
（１） Ｅ＝ＣＶ２／２＋ＬＩ２／２
に基づいて、瞬間のアーク毎の、ＲＦ出力ステージ２８によって送達される最大エネルギーを設定するように構成されている。式（１）において、Ｅは、所望のエネルギーであり、Ｃは、コンデンサ４９のキャパシタンスであり、Ｌは、インダクタ４６のインダクタンスであり、Ｖは、インダクタ４６にかかる測定電圧である。
別の実施形態において、アーキングは、能動フィードバック制御制御装置と共に、または能動フィードバック制御装置の代わりに動作パラメータに制限を加えることによって制御され得る。制限は、媒体の特性（例えば、組織が浸漬される液体の媒体）と、可動な電荷（例えば、電解質）の濃度とに基づく。媒体内の可動な電荷は、正または負のいずれかであり得る。さらに、電荷は、電界毎に速度単位で定義された様々な速度で媒体を通って動く。理想的な動作の間、正の電荷と負の電荷との間のバランスが、式（２）：
（２）（負の電荷の可動性）＊（正の電圧の大きさ）＊（正の電圧の継続時間）＝（正の種の可動性）＊（負の電圧の大きさ）＊（負の電圧の継続時間）
によって表され得る。電荷の間の平衡は、正の電荷と負の電荷とが同じ距離を移動したときに生じるので、比較的速く移動する電荷の蓄積は、活性電極の表面に存在しない。電圧が極性を切り替えたときの比較的速い種の蓄積は、活性電極の先端において、有害な高電荷密度をもたらす。その電荷密度の空間的な勾配は、アーキングをもたらす絶縁破壊を引き起こすのに充分な高い電位を生じさせる。したがって、アーキングが発電器２０の動作パラメータに制限を加えることによって最小にされることにより、各極性の種の電荷の移送を整合または等化する所望の波形を生成し得る。すなわち、発電器２０の電圧、電流および他の出力パラメータが、先の実験における測定または経験に基づいて式（２）の関数として調節されることにより、電圧が極性を切り替えたときの活性電極の先端における比較的速い電荷の量を減少させる。
図３は、アークイベントおよびアークのない時間区間の間の全電荷および全エネルギーの値に応答してアーク毎のエネルギーを調節する方法を例示する。ステップ１００において、コントローラ２４は、サンプリング周期の継続時間を選択し、該サンプリング周期の間に、感知回路２２が電圧、電流、ならびに他の組織の特性および／または波形の特性を測定する。サンプリング周期の長さは、所望の値の幅に依存して、波形のサブサイクル（例えば、半サイクル）または複数のサイクルの継続時間の間であり得る。
ステップ１０２において、センサ回路２２は、サンプリング周期の継続時間の間に、抵抗器４８にかかる電圧を測定する。ステップ１０４において、全電荷計算モジュール１０４は、サンプリング周期の長さに対して、抵抗器４８における電流アークの波形を時間積分し、電圧波形の正弦波特性から偏移することによって、組織に堆積された全電荷を決定する。全電荷の決定に加えて、コントローラ２４はまた、短い継続時間のアークのサンプリング周期の間に堆積された全エネルギーを決定する。これは、ステップ１０６において、サンプリング周期の間にコンデンサ４９にかかる電圧を測定し、電圧波形の偏差を電流波形の偏差と比較することにより、任意のアークイベントの継続時間とアークによって送達されるエネルギーとを決定することによって達成される。特に、コントローラ２４は、電圧波形の形状と電流波形の形状とを比較することにより、アークイベントを表す、電圧波形の形状と電流波形の形状との間の偏差を決定する。ステップ１０８において、全エネルギー計算モジュール４２は、分流キャパシタンスの電圧と、ステップ１０４において計算された全電荷とを乗算することにより、全エネルギーを決定する。
別の実施形態において、ステップ１０７において例示されているように、全エネルギー計算モジュール４２は、組織に供給される電力を決定し、その後、サンプリング周期の間に組織に堆積される電力値を時間積分することによって、アークのない継続時間とアークイベントの間とにおける全エネルギー量を決定する。ステップ１１０において、コントローラ２４は、式（１）を使用することによって、アークイベント毎に組織に堆積される所望のエネルギー量を決定する。ステップ１１２において、コントローラ２４は、アーク毎に所望のエネルギーレベルを出力するようにＲＦ出力ステージ２８に信号を送る。これが、発電器２０が、選択された電気外科モードに依存して、所定の設定点を越えたアーキングを回避するように出力を調整することを可能にする。したがって、アーキングイベントが検出されると、それに応じて組織の損傷を回避するように、出力が調節される。
複数の実施形態において、ステップ１０２およびステップ１０４は、ステップ１０６およびステップ１０８と同時に進行し得るので、全電荷の計算と全エネルギーの計算とが同時に行われ、ステップ１１０において、これらの計算の出力が、同時にコントローラ２４に提供される。
開示のいくつかの実施形態が、図面に示され、かつ／または本明細書において考察されてきたが、開示がそれらに限定されることを意図されていない。なぜならば開示は当該分野が許容する範囲の広さであることと、明細書が同様に読まれることとを意図されているからである。したがって、上の記述は、限定として考えられるべきではなく、特定の実施形態の単なる例示として考えられるべきである。当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲および精神の範囲内で他の改変を想定する。
本開示の様々な実施形態は、図面を参照して本明細書において開示される。
図１Ａ〜図１Ｂは、本開示に従った電気外科システムの概略的ブロック図である。 図１Ａ〜図１Ｂは、本開示に従った電気外科システムの概略的ブロック図である。 図２は、本開示の一実施形態に従った発電器の概略的ブロック図である。 図３は、本開示に従った無線周波数波形のエネルギーと、そのアークイベントとを決定するための方法を例示する流れ図である。

Claims (16)

  1. 電気外科発電器であって、
    電圧波形と電流波形とを有する少なくとも１つの無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、
    所定のサンプリング周期の間に該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての少なくとも１つの特性を決定するように構成されたセンサ回路と、
    該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての該少なくとも１つの特性を比較することにより、アークイベントを表す、該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての該少なくとも１つの特性の間の少なくとも１つの偏差を決定するように構成されたコントローラであって、該コントローラは、さらに、該少なくとも１つの偏差に基づいて、該アークイベントの全電荷、全エネルギーおよび継続時間のうちの少なくとも１つを決定するように構成されている、コントローラと
    を備えている、電気外科発電器。
  2. 前記コントローラは、さらに、前記少なくとも１つの偏差に基づいて前記電気外科発電器の出力を調節するように構成されている、請求項１に記載の電気外科発電器。
  3. 前記コントローラは、全電荷計算モジュールを含み、該全電荷計算モジュールは、少なくとも１つの無線周波数波形の電圧を時間積分することにより、前記所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷を決定するように構成されている、請求項２に記載の電気外科発電器。
  4. 前記コントローラは、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、前記少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された積分の全電力の形状を比較することにより、前記所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された前記全エネルギーを決定するように構成されている、請求項２に記載の電気外科発電器。
  5. 前記電気外科発電器の活性端子と帰端子との間に配置された分流コンデンサと直列インダクタとをさらに備えている、請求項１に記載の電気外科発電器。
  6. 前記コントローラは、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、前記少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷と前記分流コンデンサにかかる電圧との積を積分することにより、所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されている、請求項５に記載の電気外科発電器。
  7. 前記コントローラは、式Ｅ＝ＣＶ２／２＋ＬＩ２／２に基づいて、アークイベント毎に組織に堆積される所望のエネルギー量を決定するように構成されており、式中、Ｅは、該所望のエネルギーであり、Ｃは、前記分流コンデンサのキャパシタンスであり、Ｌは、直列インダクタのインダクタンスであり、Ｉは、電流であり、Ｖは、該分流コンデンサにかかる測定電圧である、請求項５に記載の電気外科発電器。
  8. 電気外科発電器を動作させる方法であって、
    電圧波形と電流波形とを有する少なくとも１つの無線周波数波形を生成するステップと、
    所定のサンプリング周期の間に該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての少なくとも１つの特性を決定するステップと、
    該所定のサンプリング周期の間に、該電気外科発電器の直列抵抗器にかかる、少なくとも１つの無線周波数波形の電圧を測定するステップと、
    該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての該少なくとも１つの特性を比較することにより、アークイベントを表す、該電圧波形と該電流波形とのそれぞれの該少なくとも１つの特性の間の少なくとも１つの偏差を決定するステップと、
    該少なくとも１つの偏差に基づいて、該アークイベントの全電荷、全エネルギー、および継続時間のうちの少なくとも１つを決定するステップと
    を包含する、方法。
  9. 前記所望のエネルギー量を計算するステップは、式Ｅ＝ＣＶ２／２＋ＬＩ２／２に基づいており、式中、Ｅは、該所望のエネルギーであり、Ｃは、前記分流コンデンサのキャパシタンスであり、Ｌは、直列インダクタのインダクタンスであり、Ｉは、電流であり、Ｖは、該分流コンデンサにかかる測定電圧である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記直列抵抗器にかかる電圧を時間積分することにより、前記サンプリング周期の間に前記少なくとも１つの無線周波数波形によって組織に堆積された全電荷を決定するステップと、
    該サンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形の電力を時間積分することにより、該サンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって組織に堆積された全エネルギーを決定するステップと
    をさらに包含する、請求項８に記載の方法。
  11. 前記サンプリング周期の間に、前記電気外科発電器の活性端子と帰端子との間に配置された分流コンデンサにかかる電圧を測定するステップと、
    全電荷と前記分流コンデンサにかかる電圧との積を時間積分することにより、該サンプリング周期の間に、該少なくとも１つの無線周波数波形によって組織に堆積された全エネルギーを決定するステップと
    を包含する、請求項９に記載の方法。
  12. アークイベント毎に組織に堆積される所望の最大のエネルギー量を計算することにより、該アークイベントを制限するステップと、
    アークイベント毎に組織に堆積される該所望の最大のエネルギー量に基づいて前記電気外科発電器の出力を調節するステップと
    をさらに包含する、請求項８に記載の方法。
  13. 電気外科発電器であって、
    電流波形と電圧波形とを有する少なくとも１つの無線周波数波形を生成するように構成された無線周波数出力ステージと、
    所定のサンプリング周期の間に該電圧波形と該電流波形とのそれぞれについての少なくとも１つの特性を決定するように構成されたセンサ回路と、
    該電圧波形と該電流波形とを比較し、該比較を代表する比較信号を提供するように構成されたコントローラであって、該コントローラはまた、全電荷計算モジュールを含み、該全電荷計算モジュールは、該少なくとも１つの無線周波数波形の電圧を時間積分することにより、該所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷を決定するように構成されており、該コントローラは、さらに、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電力を積分することにより、該所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されており、該コントローラは、該比較信号に応答して、該全電荷と該全エネルギーとを決定するように構成されている、コントローラと
    を備えている、電気外科発電器。
  14. 前記電気外科発電器の活性端子と帰端子との間に配置された分流コンデンサをさらに備えている、請求項１３に記載の電気外科発電器。
  15. 前記コントローラは、全エネルギー計算モジュールを含み、該全エネルギー計算モジュールは、前記少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全電荷と前記分流コンデンサにかかる電圧との積を積分することにより、所定のサンプリング周期の間に該少なくとも１つの無線周波数波形によって堆積された全エネルギーを決定するように構成されている、請求項１４に記載の電気外科発電器。
  16. 前記コントローラは、式Ｅ＝ＣＶ２／２に基づいて、アークイベント毎に組織に堆積される所望のエネルギー量を決定するように構成されており、式中、Ｅは、該所望のエネルギーであり、Ｃは、前記分流コンデンサのキャパシタンスであり、Ｖは、該分流コンデンサにかかる測定電圧である、請求項１３に記載の電気外科発電器。
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