JP2014530657A - 過電流状態を緩和するための外科手術用ジェネレータおよび関連方法 - Google Patents
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Abstract
過電流状態を緩和するための外科手術用ジェネレータおよび関連方法が、提供される。外科手術用ジェネレータは、電力供給源、無線周波数出力ステージ、割り込み回路と動作通信する過電流検出回路、およびプロセッサを含む。電力供給源は、電力信号を生成し、電力信号を無線周波数出力ステージに供給する。無線周波数出力ステージは、電力信号から無線周波数信号を生成する。過電流検出回路は、電力信号の過電流および／または無線周波数信号の過電流を検出する。割り込み回路は、検出された過電流に応答して、割り込み信号を提供する。プロセッサは、割り込み信号を受信し、パルス幅変調信号を電力供給源に供給し、割り込み信号に応答して、パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に減少させる。無線周波数出力ステージは、検出された過電流に応答して、無効にされてもよい。
Description
本開示は、外科手術用ジェネレータに関する。より具体的には、本開示は、過電流状態を緩和するための外科手術用ジェネレータおよび関連方法に関する。
エネルギーに基づいた組織治療が、当技術分野において公知である。種々の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、レーザ等）は、外科手術治療のために、組織に印加される。電気外科手術は、高無線周波数電流（例えば、電気外科手術用エネルギー）を外科手術部位に印加することにより、組織を切断、切除、凝固、または封止することを伴う。
双極性電気外科手術では、典型的には、手持式器具上に配置された２つの電極が存在する。手持式器具の電極の一方が、活性電極として機能し、他方が、戻り電極として機能する。戻り電極は、電気回路が、２つの電極（例えば、電気外科手術用鉗子）間に形成されるように、活性電極に非常に近接して配置される。双極性電気外科手術技法および器具を使用して、血管または組織（例えば、肺、脳、および腸等の軟組織構造）を凝固させることができる。電極間および組織を通して印加される電気外科手術用エネルギーの強度、周波数、および持続時間を制御することによって、外科医は、組織を焼灼、凝固、乾燥、封止、または組織の出血を単に低減あるいは緩和させることができる。外科手術部位において、組織の望ましくない炭化を生じさせることなく、または熱拡散からの隣接する組織への付随的損傷を生じさせることなく、これらの所望の外科手術効果のうちの１つを達成するために、電力、波形、電圧、電流、パルスレート等の電気外科手術用ジェネレータからの出力が、制御される。
単極性電気外科手術では、活性電極は、典型的には、外科医によって保持される外科手術器具上に配置され、１つ以上の戻り電極を有する患者戻りパッドは、活性電極から遠隔に配置され、電流をジェネレータに戻し、活性電極によって印加された電流を安全に消散させる。戻り電極は、通常、大きな患者接触表面積を有し、その部位における組織加熱を最小限にする。加熱は、表面積に直接的に依存する高電流密度によって生じる。表面接触面積が大きいほど、局所加熱強度が低くなる。戻り電極のサイズは、特定の外科手術手技の間に利用される最大電流およびデューティサイクル（すなわち、ジェネレータがオンである時間の割合）の推定に基づいて、選定される。
別のタイプのエネルギーに基づいた組織の治療は、マイクロ波エネルギーに基づいた治療である。いくつかのタイプのマイクロ波外科手術器具（すなわち、マイクロ波プローブ）が使用されており、例えば、モノポール、ダイポール、およびヘリカルである。モノポールアンテナプローブは、プローブの端部において暴露された単一の伸長マイクロ波導体から成る。誘電外筒が、典型的には、モノポールアンテナプローブを囲繞する。一般に使用される、第２のタイプのマイクロ波プローブは、ダイポールアンテナプローブであり、ダイポールアンテナプローブは、内側導体の一部を分離する誘電接点を有する、内側導体および外側導体を有する同軸構造から成る。内側導体は、第１のダイポール放射部分に対応する部分に結合されてもよく、外側導体の一部は、第２のダイポール放射部分に結合されてもよい。ダイポール放射部分は、一方の放射部分が、誘電接点の近位に位置し、他方の部分が、誘電接点の遠位に位置するように構成されてもよい。モノポールおよびダイポールアンテナプローブでは、マイクロ波エネルギーは、概して、導体の軸から垂直に放射する。
本開示のある側面によると、過電流を緩和するための方法が、提供される。本方法は、パルス幅変調信号を電力供給源（例えば、ＤＣ−ＤＣ電力供給源）に供給するステップと、パルス幅変調信号に応答して、電力供給源内で電力信号を生成するステップと、電力信号を無線周波数出力ステージに供給するステップと、無線周波数出力ステージ内で無線周波数信号を電力信号から生成するステップと、無線周波数信号を負荷に供給するステップと、電力信号および／または無線周波数信号の過電流を検出するステップと、検出された過電流に応答して、割り込み信号をプロセッサに送信するステップと、検出された過電流に応答して、無線周波数出力ステージを無効にするステップと、割り込み信号に応答して、プロセッサを介して、パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に減少させるステップとを含む。無線周波数信号は、組織に印加されてもよい（例えば、電気外科手術用エネルギーが、組織に印加される）。
本開示のある側面によると、割り込み信号は、プロセッサに、割り込みサービスルーチンを実行させ、かつ／または回復状態に入らせることができる。そのうえ、または代替として、プロセッサは、過電流に応答して、例えば、割り込みサービスルーチンおよび／または回復状態の間、無線周波数出力ステージを無効にすることができる。そのうえ、または代替として、カットオフ回路は、過電流に応答して、無線周波数出力ステージを無効にすることができる。
本開示のある側面によると、無線周波数出力ステージは、プッシュ−プル構成において、変圧器に結合された２つの駆動トランジスタを含む。無線周波数出力ステージを無効にするステップは、２つの駆動トランジスタへの駆動信号を無効にするステップを含んでもよい。
側面のいずれかにおいて、本方法はさらに、検出された過電流に応答して、ｄｚ／ｄｔアルゴリズムを一時停止するステップと、少なくとも所定の時間の間、プロセッサによって、パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持するステップと、所定の時間後、無線周波数出力ステージを有効にするステップと、所定の時間後、プロセッサによって、パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に増加させるステップとを含む。
本開示のある側面によると、プロセッサは、電力供給源を制御するための制御システムと、割り込みサービスルーチンとを定義する１つ以上のプログラミング命令を含む。割り込みサービスルーチンは、少なくとも所定の時間の間、パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持するために、制御システムの設定値を設定するための１つ以上のプログラミング命令を含んでもよい。
本開示の別の側面によると、外科手術用ジェネレータは、電力供給源、無線周波数出力ステージ、過電流検出回路、割り込み回路、およびプロセッサを含む。外科手術用ジェネレータは、電気外科手術用ジェネレータ、外科手術用マイクロ波ジェネレータ、外科手術用超音波ジェネレータ、または同等物であってもよい。電力供給源は、電力信号を生成し、電力信号を無線周波数出力ステージに供給する。無線周波数出力ステージは、電力信号から無線周波数信号を生成する。過電流検出回路は、電力信号の過電流および／または無線周波数信号の過電流を検出する。割り込み回路は、過電流検出回路と動作通信し、検出された過電流に応答して、割り込み信号を提供する。プロセッサは、割り込み信号を割り込み回路から受信する。プロセッサは、パルス幅変調信号を電力供給源に供給し、割り込み信号に応答して、パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に減少させる。無線周波数出力ステージは、検出された過電流に応答して、無効にされてもよい。
本開示の別の側面によると、外科手術用ジェネレータは、カットオフ回路を含む。カットオフ回路は、過電流検出回路と動作通信する。カットオフ回路は、過電流検出回路からの検出された過電流に応答して、電力供給源を無効にする。そのうえ、または代替として、プロセッサは、割り込み信号に応答して、電力供給源を無効にする。カットオフ回路および／またはプロセッサは、プッシュ−プル構成において、変圧器に結合された２つの駆動トランジスタへの駆動信号を無効にすることによって、電力供給源を無効にすることができる。
側面のいずれかにおいて、プロセッサは、少なくとも所定の時間の間、パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持してもよい。そのうえ、または代替として、プロセッサは、所定の時間後、パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に増加させ、所定の時間後、無線周波数出力ステージを再び有効にする。
本開示の別の側面によると、プロセッサは、電力供給源を制御するための制御システムと、割り込み信号によって起動される割り込みサービスルーチンとを定義する１つ以上のプログラミング命令を含む。割り込みサービスルーチンは、少なくとも所定の時間の間、パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持するために、制御システムの設定値を設定するための１つ以上のプログラミング命令を含む。割り込みサービスルーチンはまた、割り込みに応答して、ｄｚ／ｄｔアルゴリズムを一時停止するための１つ以上のプログラミング命令を含んでもよい。
過電流状態を緩和するための現在開示されている外科手術用ジェネレータならびに関連方法の目的および特徴は、その種々の実施形態の説明が、付随の図面を参照して熟読されることによって、当業者に明白となる。
図１は、本開示のある実施形態による、過電流状態を緩和するための電気外科手術用システムを示す。
図２は、本開示のある実施形態による、過電流状態を緩和するための図１の電気外科手術用ジェネレータのブロック図を示す。
図３Ａは、本開示のある実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータの無線周波数出力ステージの概略図を示す。
図３Ｂは、本開示のある実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータの過電流検出回路の概略図を示す。
図３Ｃは、図２の電気外科手術用ジェネレータの割り込み回路およびカットオフ回路によって使用されるバッファの概略図を示す。
図４は、本開示のある実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータのための制御システムのブロック図を示す。
図５Ａおよび５Ｂは、本開示のある実施形態による、過電流状態を緩和するための方法を図示する、フローチャートを示す。
図５Ａおよび５Ｂは、本開示のある実施形態による、過電流状態を緩和するための方法を図示する、フローチャートを示す。
以下、本開示の過電流状態を緩和するための外科手術用ジェネレータおよび関連方法の実施形態が、付随の図面を参照して説明される。類似参照番号は、図の説明全体を通して、類似または同じ要素を指し得る。以下の説明では、公知の機能または構造は、本開示を不必要な詳細において曖昧化することを回避するために、詳細に説明されない。
図１は、本開示のある実施形態による、電気外科手術用システム１００を示す。電気外科手術用システム１００は、電気外科手術用ジェネレータ１０２と、電気外科手術用鉗子１０４と、単極性電気外科手術器具１０６と、電流を単極性電気外科手術器具１０６から電気外科手術用ジェネレータ１０２に戻すための戻りパッド１０８とを含む。電気外科手術用ジェネレータ１０２は、以下により詳細に説明されるように、内部の過電流状態を緩和するように構成される。
実施形態のいくつかでは、電気外科手術用ジェネレータ１０２は、電気外科手術用ジェネレータとして説明される。しかしながら、マイクロ波外科手術用ジェネレータまたは超音波外科手術用ジェネレータが、本明細書に開示される種々の実施形態において、必要に応じて、電気外科手術用ジェネレータ１０２として使用されてもよいことを理解されたい。
電気外科手術用ジェネレータ１０２は、電気外科手術器具（例えば、電気外科手術用鉗子１０４、単極性電気外科手術器具１０６、フットスイッチ（図示せず）等）のような種々の外科手術器具とインターフェースをとるための複数の出力を含む。さらに、電気外科手術用ジェネレータ１０２は、電気外科手術モード（例えば、切断、混成、分割等）および手技（例えば、単極性、双極性、脈管封止）等の種々のエネルギーに基づいた外科手術手技に特に好適な無線周波数信号を生成するように構成された電子回路を含む。例えば、電気外科手術用ジェネレータ１０２は、電気外科手術用鉗子１０４を使用して、脈管封止のために、組織に印加するための電気外科手術用エネルギーを供給する。
電気外科手術用システム１００は、患者の組織を治療するために、１つ以上の電極１０８（例えば、電気外科手術用切断プローブ、切除電極（単数または複数）等）を有する１つ以上の単極性電気外科手術器具１０６を含む。単極性電気外科手術器具１０６は、供給ライン１１２を含むケーブル１１０に結合される。電気外科手術用ジェネレータ１０２は、供給ライン１１２を通して、電気外科手術用エネルギーを単極性電気外科手術器具１０６に供給する。単極性電気外科手術器具１０６は、供給ライン１１２を介して、電気外科手術用ジェネレータ１０２の活性端子１１４に接続された活性電極１０８を含み、単極性電気外科手術器具１０６が、凝固、切除、および／または別様に組織を治療することを可能にする。電気外科手術用エネルギーは、戻りパッド１０８を通して、戻りライン１１６を介して、電気外科手術用ジェネレータ１０２の戻り端子１１８において、電気外科手術用ジェネレータ１０２に戻される。
戻りパッド１０８は、患者との全体的接触面積を最大限にすることによって、望ましくない組織加熱の機会を最小限にするように配列された複数の戻り電極１２０を含んでもよい。そのうえ、電気外科手術用ジェネレータ１０２および戻りパッド１０８は、いわゆる「組織−患者」接触を監視し、十分な接触が、その間に存在することを保証し、組織損傷の機会をさらに最小限にするように構成されてもよい。
電気外科手術用システム１００はまた、患者の組織を治療するための電気外科手術用鉗子１０４を含む。電気外科手術用鉗子１０４は、対向する顎部材１２２、１２４を含み、顎部材１２２は、中に活性電極１２６を配置され、顎部材１２４は、中に戻り電極１２８を配置される。活性電極１２６および戻り電極１２８は、活性端子１１４に結合された供給ライン１３２および戻り端子１１８に結合された戻りライン１３４を含むケーブル１３０を通して、電気外科手術用ジェネレータ１０２に接続される。電気外科手術用鉗子１０４は、ケーブル１３０の端部に配置されたプラグを介して、活性端子１１４および戻り端子１１８（例えば、ピン）への接続を有するコネクタにおいて、電気外科手術用ジェネレータ１０２に結合され、プラグは、供給ライン１３２および戻りライン１３４からの接点を含む。
図２は、本開示のある実施形態による、過電流状態を緩和するように構成された図１の電気外科手術用ジェネレータ１０２のブロック図を示す。電気外科手術用ジェネレータ１０２は、コントローラ２０２、電力供給源２０４、無線周波数（「ＲＦ」）出力ステージ２０６、センサ２０８、過電流検出回路２１０、割り込み回路１２１、カットオフ回路２１４、およびスイッチ２１６を含む。
電力供給源２０４は、交流（「ＡＣ」）源（例えば、壁コンセント）に接続され、電力信号をＲＦ出力ステージ２０６に提供する。そのうえ、または代替として、ＡＣ源は、電力供給源２０４への供給に先立って、整流されてもよい。電力供給源２０４によって供給される電力信号は、典型的には、直流信号である。ＲＦ出力ステージ２０６は、電力信号を、活性端子１１４によって提供される無線周波数信号（例えば、電気外科手術用エネルギー）に変換する。電気外科手術用エネルギーは、戻り端子１１８を介して、ＲＦ出力ステージ２０６に戻され、例えば、電気外科手術用エネルギーは、戻りパッド（図１参照）を通して戻されてもよい。特に、ＲＦ出力ステージ２０６は、高エネルギー正弦波波形を有する電気外科手術用エネルギーを生成する。ＲＦ出力ステージ２０６は、複数のモードで動作するように構成され、その間、電気外科手術用ジェネレータ１０２は、特定のデューティサイクル、ピーク電圧、波高因子等を有する、対応する波形を有する電気外科手術用エネルギーを出力する。
電力供給源２０４は、降圧型電力供給源、昇圧型電力供給源、降圧−昇圧型電力供給源、または他の好適な切替モード電力供給源等のＤＣ−ＤＣ電力供給源を含んでもよい。電力供給源２０４は、パルス幅変調（「ＰＷＭ」）波形をコントローラ２０２から受信する。ＰＷＭのデューティサイクルは、電力供給源２０４を制御し、順に、ＲＦ出力ステージ２０６に供給される電力信号の生成を制御する。
ＲＦ出力ステージ２０６は、２つのＰＷＭ信号をコントローラ２０２から受信する。具体的には、コントローラ２０２は、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２をＲＦ出力ステージ２０６に供給し、電気外科手術用エネルギーの生成を制御する。ＰＷＭ１およびＰＷＭ２信号は、５０％デューティサイクルを有してもよく、相互に対して１８０°位相がずれた方形波であってもよい。ＰＷＭ１およびＰＷＭ２信号は、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２信号をＲＦ出力ステージ２０６に結合するか、または信号をＲＦ出力ステージ２０６から隔離するかのいずれかであるように構成されたスイッチ２１６を通過する。
図３Ａは、本開示のある実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータの無線周波数出力ステージ２０６の概略図を示す。無線周波数出力ステージ２０６は、変圧器３００と、トランジスタ３０２、３０４と、タンク回路３０６とを含む。変圧器３００およびトランジスタ２０３、３０４は、プッシュ−プル構成にある。ＰＷＭ１信号は、トランジスタ３０２の切替を制御し、ＰＷＭ２信号は、トランジスタ３０４の切替を制御する。電力信号は、変圧器３００の一次側３０８の中心タップ３０６にフィードされる。電力信号は、変圧器３００の二次側３１０で電気外科手術用エネルギーに変換される。タンク回路３０６は、電気外科手術用エネルギーの標的周波数バンド外の周波数をフィルタリング除去する。すなわち、タンク回路３０６は、電気外科手術用エネルギーの所定の範囲の周波数が、活性端子１１４へと通過することを可能にする、バンドパスフィルタである。
再び、図２を参照すると、電気外科手術用ジェネレータ１０２はまた、センサ２０８を含む。電気外科手術用ジェネレータ１０２は、フィードバックを１つ以上のセンサ２０８から受信し、閉ループ制御システム２１８（以下に説明される）をコントローラ２０２内に形成する。１つ以上のセンサ２０８は、種々の組織および／またはエネルギー特性（例えば、組織インピーダンス、組織温度、出力電流および／または電圧等）を測定し、フィードバックをコントローラ２０２に提供する。そのようなセンサは、電気外科手術用ジェネレータ２０３の活性および戻り端子１１４、１１８に結合された電圧および電流センサを含んでもよい。１つ以上のセンサ２０８からのセンサ信号に応答して、コントローラ２０２は、電力供給源２０４および／またはＲＦ出力ステージ２０６を制御し、次いで、電力供給源２０４は、電力信号を調節し、かつ／またはＲＦ出力ステージ２０６は、電気外科手術用エネルギーを調節する。コントローラ２０２はまた、入力信号を電気外科手術用ジェネレータ１０２、器具１０６、または鉗子１０４（図１参照）の入力制御部から受信する。コントローラ２０２は、入力信号を利用して、電気外科手術用ジェネレータ１０２によって活性および戻り端子１１４、１１８に供給される電気外科手術用エネルギーを調節し、かつ／またはそれに関する他の制御機能を行なう。
センサ２０８は、過電流検出回路２１０にも結合される。過電流検出回路２１０は、電気外科手術用エネルギー電流に対応する電流信号を受信する。そのうえ、または代替として、過電流検出回路２１０は、感知抵抗器２２８に結合され、電力供給源２０４からの電力信号の電流を測定する。過電流検出回路２１０は、感知抵抗器２２８を横切る電圧を測定することによって、感知抵抗器３２８を通って流動する電流を決定することができる。感知抵抗器２２８を横切る電圧は、感知抵抗器２２８の抵抗が、既知であるかまたは決定されると、オームの法則を使用して、感知抵抗器２２８を通って流動する電流と相互に関係づけられ得る。例えば、過電流検出回路２１０は、所定の定数によって乗算されると、活性端子１１４に供給される電気外科手術用エネルギーの瞬間電流に等しい電圧信号を受信する。所定の定数は、感知抵抗器２２８の抵抗の逆数、すなわち、感知抵抗器２２８のコンダクタンスであってもよい。
過電流検出回路２１０は、電気外科手術用エネルギーの電流が基準値を超え、かつ電力信号の電流が別の基準値を超える場合を検出する。過電流検出回路２１０は、過電流状態が存在するとき、信号を割り込み回路２１２およびカットオフ回路２１４に送信する。過電流検出回路２１０からの信号に応答して、割り込み回路２１２は、割り込み信号をコントローラ２０４に送信する。同様に、カットオフ回路２１４は、信号をスイッチ２１６に送信し、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２信号をコントローラ２０２から切断し、それによって、ＲＦ出力ステージ２０６を無効にする。
次に、図２、図３Ｂ、図３Ｃを参照する。図３Ｂは、本開示のある実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータの過電流検出回路２１０の概略図を示す。過電流検出回路２１０は、電気外科手術用エネルギーの電流または電力信号の電流を表す信号を受信し、コンパレータ３１４を使用して、その信号を基準と比較する。コンパレータ３１４の出力は、シュミットトリガ３１６にフィードされ、シュミットトリガ３１６は、順に、単安定マルチバイブレータ３１８に、所定の期間の間、パルスを生成させる。単安定マルチバイブレータ３１８の出力は、割り込み回路２１２およびカットオフ回路２１４にフィードされる。図３Ｃは、バッファ３２０を示す。バッファ３２０は、割り込み回路２１２および／またはカットオフ回路２１４であってもよい。
再び、図２を参照すると、過電流検出回路２１０が、過電流を検出すると、信号は、カットオフ回路２１４に送信され、それに応答して、カットオフ回路２１４は、信号をＯＲゲート２２０の入力ピンに送信する。ＯＲゲート２２０の出力は、信号をスイッチ２１６に送信し、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２信号をＲＦ出力ステージ２０６から切断する。
割り込み回路２１２は、割り込み信号をコントローラ２０２に送信し、コントローラ２０２は、割り込みサービスルーチン２２２（「ＩＳＲ」）を以下に説明されるように実行させる。そのうえ、または代替として、割り込みは、コントローラ２０２を回復状態に入らせてもよい（例えば、１つ以上の他のプロセッサをリセット状態に保持してもよい）。
いくつかの実施形態では、システムが、過電流事象から回復するために、ソフトウェア電流限界が、ハードウェアのサイクル単位電流限界より低いレベルに設定されなければならない。そうでなければ、過電流を生じさせる状態が残っている場合、絶えず、過電流状態機械に再び戻り得る。
コントローラ２０２は、揮発性タイプメモリ（例えば、ＲＡＭ）および／または不揮発性タイプメモリ（例えば、フラッシュ媒体、ディスク媒体等）であり得るメモリ２２６と動作可能通信状態にある、マイクロプロセッサ２２４を含む。メモリ２２６は、ＩＳＲ２２２および制御システム２１８を含む、１つ以上の命令を含む。
前述のように、マイクロプロセッサ２２４は、電力供給源２０４およびＲＦ出力ステージ２０６に動作可能に接続された出力ポートを含み、マイクロプロセッサ２２４が、開または閉制御ループ方式のいずれかに従って、電気外科手術用ジェネレータ１０２の出力を制御することを可能にする。代替として、マイクロプロセッサ２２４は、本明細書で論じられる計算を行なうように適合された他のプロセッサ（例えば、制御回路）で代用されてもよい。そのうえ、または代替として、制御システム２１８は、電力供給源２０４およびＲＦ出力ステージ２０６を制御するための１つ以上のＰＩＤ制御ループを含んでもよい。
図４は、本開示のある実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータ１０２を制御するためのコントローラ２０２の制御システム２１８のブロック図を示す。制御システム２１８は、加算器４００と、ＰＩＤ伝達関数４０２と、ＰＷＭドライバ４０４と、フィードバック４０６と、設定値４０８とを含む。
加算器４００と、ＰＩＤ伝達関数３０４と、ＰＩＤ伝達関数４０２と、フィードバック４０６と、設定値４０８とは、少なくとも１つのプロセッサ２２４（図２参照）によって実行されるように構成されたメモリ２２６内に、プロセッサ実行可能命令の動作可能な組によって実装されてもよい。メモリ２２６は、非一過性コンピュータ読み取り可能な（すなわち、マイクロプロセッサ２２４によって読み取り可能な）媒体である。他の実施形態では、加算器４００、ＰＩＤ伝達関数４０２、フィードバック４０６、および設定値４０８は、ソフトウェア、ハードウェア、実行中ソフトウェア、ファームウェア、バイトコード、マイクロコード、ＰＬＤ、ＦＰＧＡ、ＰＡＬ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、またはそれらのいくつかの組み合わせ内に実装されてもよい。
設定値４０８は、標的電圧、電力信号の標的電流、電気外科手術用エネルギーの標的電流、電力信号の標的電圧、または電気外科手術用エネルギーの標的電圧であってもよい（図２参照）。電力信号の電流は、感知抵抗器２２８を使用して感知されてもよい。
設定値４０８は、設定値４０８とフィードバック４０６とを比較する加算器４００に提供される。すなわち、設定値４０８は、所望または標的値であり、フィードバック４０６は、送達される実際の値を提供する。フィードバック４０６は、設定値４０８に対応する。例えば、設定値４０８が、標的電力信号電流である場合、フィードバック４０６は、感知抵抗器２２８を使用して測定されるような電力信号の電流の信号を提供する。
加算器４００は、設定値４０８とフィードバック４０６とを比較して、誤差信号を生成する。誤差信号は、設定値４０８とフィードバック４０６との間の差分である。典型的には、加算器は、フィードバック４０６を設定値４０８から減算する（また、負のフィードバックとも呼ばれる）。誤差信号は、ＰＩＤ伝達関数４０２にフィードされる。
ＰＩＤ伝達関数４０２は、比例項、積分項、および微分項をともに加算し、ＰＩＤ伝達関数４０２は、その結果をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭドライバ４０４にその結果を出力する。ＰＷＭドライバ４０４は、ＰＷＭ信号を電力供給源２０４に提供する。各項は、係数を含む。具体的には、比例項は、比例係数によって乗算された誤差信号であり、積分項は、積分係数によって乗算された誤差信号の積分であり、微分項は、微分係数によって乗算された誤差信号の微分である。前述のように、比例項、積分項、および微分項は、ともに加算され、ＰＷＭドライバ４０４に送信される。図４は、ＰＷＭドライバ４０４に直接的に送信され、ＰＷＭ信号を生成するようなＰＩＤ伝達関数４０２の出力を示すが、種々の他のドライバ回路が、使用されてもよい（例えば、アナログ−デジタルコンバータ（明示的に図示せず）等）。
次に、図２、図５Ａ、図５Ｂを参照する。図５Ａおよび図５Ｂは、本開示のある実施形態による、過電流状態を緩和するための方法５００を図示する、フローチャートを示す。方法５００は、本開示の一実施形態による、電気外科手術用ジェネレータ１０２によって行なわれてもよい。方法５００は、ステップ５０２〜５３２および決定５３４〜５３６を含む。
ステップ５０２は、パルス幅変調信号を電力供給源に供給する（例えば、コントローラ２０２が、電力供給源２０４に、パルス幅変調信号を供給する）。ステップ５０４は、パルス幅変調信号に応答して、電力供給源内に、電力信号を生成する。ステップ５０６は、電力信号を無線周波数出力ステージに供給する。例えば、電力供給源２０４は、図２に示されるように、電力信号を無線周波数出力ステージに供給する。
ステップ５０８は、無線周波数出力ステージ内に、無線周波数信号（例えば、電気外科手術用エネルギー）を電力信号から生成する。ステップ５１０は、無線周波数信号を負荷に供給する（例えば、ステップ５１０は、電気外科手術用エネルギーまたはマイクロ波エネルギーを組織に供給する）。
ステップ５１２は、電力信号または無線周波数信号の過電流を検出する。例えば、過電流検出回路２１０は、電力供給源２０４からの電力信号の過電流、またはＲＦ出力ステージ２０６からの電気外科手術用エネルギーの過電流を検出する。
ステップ５１４は、検出された過電流に応答して、割り込み信号をプロセッサに送信し、ステップ５１６において、プロセッサは、図２のＩＳＲ２２２等の割り込みサービスルーチンに入る。ステップ５１８は、カットオフ回路を使用して、検出された過電流に応答して、無線周波数出力ステージを無効にするか、またはプロセッサが、無線周波数出力ステージを無効にする（図２のＯＲゲート２２０参照）。
ステップ５２０は、検出された過電流に応答して、ｄｚ／ｄｔアルゴリズムを一時停止する。電気外科手術用ジェネレータ１０２は、電気外科手術用エネルギーを提供し、ｄｔで割った組織インピーダンスの導関数を制御する。ｄｚ／ｄｔアルゴリズムの説明は、本発明の譲受人に譲渡されたＲｏｂｅｒｔ Ｈ．Ｗｈａｍらの米国特許第７，９７２，３２８号に見出され得、その開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
ステップ５２２は、割り込み信号に応答して、プロセッサを介して、電力供給源へのパルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に減少させる。例えば、電気外科手術用ジェネレータ１０２が、過電流を検出すると、ＲＦ出力ステージ２０６は、スイッチ２１６が、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２信号を切断するため、迅速に無効にされてもよい。その直後、または同時に、コントローラ２０２は、電力供給源２０４へのＰＷＭ信号を徐々に減少させる。例えば、コントローラ２０２は、所定数のパルスが電力供給源２０４に送信された後または所定の時間後、デューティサイクルを１０％減少させてもよい。
決定ステップ５３４では、方法５００は、低デューティサイクルが達成されたかどうかを決定する。低デューティサイクルは、事前に決定されてもよい。例えば、低デューティサイクルは、ＲＦ出力ステージ２０６が、センサ２０８が電気外科手術用エネルギーを測定するために十分な電気外科手術用エネルギーを供給することができるように、電力供給源２０４からの電力信号が、閾値を若干超える、デューティサイクルであってもよい。そのうえ、または代替として、低デューティサイクルは、電力信号の電圧、電流、および／または電力が、過電流検出回路２１０によって測定され得るように、必要な量を若干上回ってもよい。
低デューティサイクルが達成されると、ステップ５２４は、プロセッサを介して、パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持する。決定ステップ５３６は、所定の時間が経過したかどうかを決定する。決定ステップ５３６において、所定の時間が経過した後、ステップ５２６は、無線周波数出力ステージを有効にする。ステップ５２８は、プロセッサを介して、パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に増加させる。ステップ５３０は、ｄｚ／ｄｔアルゴリズムを再開する。ステップ５３２は、割り込みサービスルーチンを終了する。
実施形態が、例証および説明の目的のために、付随の図面を参照して、詳細に説明されたが、本発明のプロセスおよび装置は、それによって限定されるものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。前述の実施形態への種々の修正が、本開示の範囲から、逸脱することなく、行なわれてもよいことは、当業者に明白となる。
Claims (20)
- 過電流状態を緩和するための方法であって、
パルス幅変調信号を電力供給源に供給するステップと、
前記パルス幅変調信号に応答して、前記電力供給源内で電力信号を生成するステップと、
前記電力信号を無線周波数出力ステージに供給するステップと、
前記無線周波数出力ステージ内で無線周波数信号を前記電力信号から生成するステップと、
前記無線周波数信号を負荷に供給するステップと、
前記電力信号および前記無線周波数信号のうちの少なくとも１つの過電流を検出するステップと、
前記検出された過電流に応答して、割り込み信号をプロセッサに送信するステップと、
前記検出された過電流に応答して、前記無線周波数出力ステージを無効にするステップと、
前記割り込み信号に応答して、前記プロセッサを介して、前記電力供給源への前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に減少させるステップと
を含む、方法。 - 前記プロセッサが、前記過電流に応答して、前記無線周波数出力ステージを無効にする、請求項１に記載の方法。
- カットオフ回路が、前記過電流に応答して、前記無線周波数出力ステージを無効にする、請求項１に記載の方法。
- 少なくとも所定の時間の間、前記プロセッサによって、前記パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記所定の時間後、前記無線周波数出力ステージを有効にするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
- 前記所定の時間後、前記プロセッサを介して、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に増加させるステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
- 前記プロセッサは、前記電力供給源を制御するための制御システムを定義する１つ以上のプログラミング命令を含み、割り込みサービスルーチンは、少なくとも所定の時間の間、前記パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持するために、前記制御システムの設定値を設定するための１つ以上のプログラミング命令を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記割り込み信号は、前記プロセッサに、回復状態に入らせるか、または割り込みサービスルーチンを実行させる、請求項１に記載の方法。
- 前記無線周波数出力ステージは、プッシュ−プル構成において、変圧器に結合された２つの駆動トランジスタを含み、前記無線周波数出力ステージを無効にするステップは、前記２つの駆動トランジスタへの駆動信号を無効にするステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記検出された過電流に応答して、ｄｚ／ｄｔアルゴリズムを一時停止するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 外科手術用ジェネレータであって、
電力信号を生成するように構成された電力供給源と、
前記電力信号を受信して、無線周波数信号を前記電力信号から生成するように構成された無線周波数出力ステージと、
前記電力信号の過電流および前記無線周波数信号の過電流のうちの１つを検出するように構成された過電流検出回路と、
前記過電流検出回路と結合された割り込み回路であって、前記過電流検出回路は、前記割り込み回路と動作通信し、前記割り込み回路は、検出された過電流に応答して、割り込み信号を提供する、割り込み回路と、
前記割り込み回路から前記割り込み信号を受信するように前記割り込み回路と動作通信し、パルス幅変調信号を前記電力供給源に供給するように構成されたプロセッサであって、前記プロセッサは、前記割り込み信号に応答して、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に減少させる、プロセッサと
を備える、外科手術用ジェネレータ。 - 前記過電流検出回路と動作通信するカットオフ回路をさらに備え、前記カットオフ回路は、前記過電流検出回路からの検出された過電流に応答して、前記電力供給源を無効にするように構成されている、請求項１１に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記無線周波数出力ステージは、プッシュ−プル構成において、変圧器に結合された２つの駆動トランジスタを含み、前記カットオフ回路は、前記２つの駆動トランジスタへの駆動信号を無効にすることによって、前記電力供給源を無効にする、請求項１２に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記プロセッサは、前記割り込み信号に応答して、前記電力供給源を無効にする、請求項１１に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記無線周波数出力ステージは、プッシュ−プル構成において、変圧器に結合された２つの駆動トランジスタを含み、前記プロセッサは、前記２つの駆動トランジスタへの駆動信号を無効にすることによって、前記電力供給源を無効にする、請求項１４に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記プロセッサは、少なくとも所定の時間の間、前記パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持する、請求項１１に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記プロセッサは、前記所定の時間後、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを徐々に増加させる、請求項１６に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記プロセッサは、前記所定の時間後、前記無線周波数出力ステージを再び有効にする、請求項１７に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記プロセッサは、前記電力供給源を制御するための制御システムと、前記割り込み信号によって起動される割り込みサービスルーチンとを定義する１つ以上のプログラミング命令を含み、前記割り込みサービスルーチンは、少なくとも所定の時間の間、前記パルス幅変調信号の低デューティサイクルを維持するために、前記制御システムの設定値を設定するための１つ以上のプログラミング命令を含む、請求項１１に記載の外科手術用ジェネレータ。
- 前記プロセッサは、前記電力供給源を制御するための制御システムと、前記割り込み信号によって起動される割り込みサービスルーチンとを定義する１つ以上のプログラミング命令を含み、前記割り込みサービスルーチンは、前記割り込みに応答して、ｄｚ／ｄｔアルゴリズムを一時停止するための１つ以上のプログラミング命令を備える、請求項１１に記載の外科手術用ジェネレータ。
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