JP2015020065A - 継続しておよび恣意的に可変の波高因子を有する電気外科用発電機 - Google Patents

継続しておよび恣意的に可変の波高因子を有する電気外科用発電機 Download PDF

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Abstract

【課題】ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよびＤＣ−ＡＣブーストコンバーターを有する電気外科用発電機によって発生させられる電気外科波形の波高因子を調整するシステム、方法、および装置を提供する。【解決手段】電気外科用発電機２００であって、電気外科用発電機は、実質的に矩形の電気外科波形を出力するようにＤＣ−ＤＣバックコンバータを含んで構成されている非共振無線周波数出力ステージと、非共振無線周波数出力ステージに連結されているコントローラーとを含み、コントローラーは、実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で、調整するように構成されている。【選択図】図１

Description

背景
技術分野
本開示は、電気外科用発電機を動作させる電気外科システムおよび方法に関する。より詳しくは、本開示は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよびＤＣ−ＡＣブーストコンバーターを有する電気外科用発電機によって発生させられる電気外科波形の波高因子を調整するシステム、方法、および装置に関する。
関連技術の背景
電気外科は、組織を切断、切除、または凝固させるために、外科部位への高無線周波数電流の印加を含む。単極（ｍｏｎｏｐｏｌａｒ）電気外科において、ソース電極または活性電極は、無線周波数交流を電気外科用発電機から標的組織に送達する。患者のリターン電極は、電流を発電機に導き戻すために活性電極から離れて置かれる。
双極（ｂｉｐｏｌａｒ）電気外科において、リターン電極および活性電極は、２つの電極（例えば、電気外科用鉗子の場合）間に電気回路が形成されるように互いに極めて接近して置かれる。この態様において、印加される電流は、電極間に位置決めされる身体組織に限定される。従って、双極電気外科は、一般に、器具の使用を含み、器具（例えば、鉗子など）に位置決めされている２つの電極間での電気外科用エネルギーの集中した送達を達成することが所望される。鉗子は、脈管または組織を把持し、締め付け、圧縮するために、その顎の間の機械的作用に依存するプライヤー様の器具である。電気外科用鉗子（開放または内視鏡）は、締め付けられた組織における止血を達成するために、機械的締め付け動作および電気エネルギーを利用する。鉗子は、電気外科用エネルギーを締め付けられた組織に印加する電気外科用伝導性表面を含む。伝導性プレートを通して組織に印加される電気外科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、組織を凝固、焼灼、および／または密封することができる。しかし、上の例は、例示目的のためのみであり、他の多くの公知の双極電気外科用器具が存在し、それらは、本開示の範囲内である。
上に概説された電気外科手順は、フィードバックベースの制御システムにおいて様々な組織パラメーターおよびエネルギーパラメーターを利用し得る。組織へのエネルギーの送達を改善する引き続きの必要性が存在する。
概要
１つの実施形態に従って、本開示は、電気外科用発電機を提供する。電気外科用発電機は、実質的に矩形の電気外科波形を出力するように構成されている非共振無線周波数出力ステージと、非共振無線周波数出力ステージに連結されているコントローラーとを含み、コントローラーは、実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するように構成されている。
上記実施形態の１つの局面に従って、非共振無線周波数出力ステージは、ＤＣ波形を出力するように構成されているＤＣ−ＤＣバックコンバーターをさらに含み、このＤＣ−ＤＣバックコンバーターは、第１のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第１の切換え要素を含む。
上記実施形態の１つの局面に従って、非共振無線周波数出力ステージは、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターをさらに含み、このＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、第２のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第２の切換え要素を含み、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、ＤＣ波形を変換して、実質的に矩形の電気外科波形を発生させるように構成されている。
上記実施形態の１つの局面に従って、コントローラーは、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよびＤＣ−ＡＣブーストコンバーターに連結され、コントローラーは、実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整するために、第１のデューティサイクルおよび第２のデューティサイクルを調整するようにさらに構成されている。
上記実施形態の１つの局面に従って、第１のデューティサイクルは、実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルのピーク電圧を調整する。
上記実施形態の１つの局面に従って、第２のデューティサイクルは、実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整する。
上記実施形態の１つの局面に従って、発電機は、所望の波高因子を選択するためのユーザー入力を含み、コントローラーは、所望の波高因子に応答して、第１および第２のデューティサイクルを調整するように構成されている。
別の実施形態に従って、本開示は、電気外科用発電機を提供する。電気外科用発電機は、ＤＣ波形を出力するように構成されているＤＣ−ＤＣバックコンバーターであって、このＤＣ−ＤＣバックコンバーターは、第１のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第１の切換え要素を含む、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターと、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターであって、このＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、第２のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第２の切換え要素を含み、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、ＤＣ波形を変換して、実質的に矩形の電気外科波形を発生させるように構成されている、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターと、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよびＤＣ−ＡＣブーストコンバーターに連結されているコントローラーとを含み、このコントローラーは、実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するために、第１のデューティサイクルおよび第２のデューティサイクルを調整するように構成されている。
上記実施形態の１つの局面に従って、第１のデューティサイクルは、実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルの電圧を調整する。
上記実施形態の１つの局面に従って、第２のデューティサイクルは、実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整する。
上記実施形態の１つの局面に従って、発電機は、所望の波高因子を選択するためのユーザー入力を含み、コントローラーは、所望の波高因子に応答して、第１および第２のデューティサイクルを調整するように構成されている。
さらなる実施形態に従って、本開示は、電気外科用発電機を制御する方法を提供する。上記方法は、第１のデューティサイクルにおいて、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターの少なくとも１つの第１の切換え要素を動作させて、ＤＣ波形を出力することと、第２のデューティサイクルにおいて、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターの少なくとも１つの第２の切換え要素を動作させて、ＤＣ波形を変換することにより、実質的に矩形の電気外科波形を発生させることと、実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するために、第１のデューティサイクルおよび第２のデューティサイクルを調整して、少なくとも１つの電気外科波形を操作することとを含む。
上記実施形態の１つの局面に従って、上記方法は、実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルのピーク電圧を調整するために、第１のデューティサイクルを制御することをさらに含む。
上記実施形態の１つの局面に従って、上記方法は、実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整するために、第２のデューティサイクルを制御することをさらに含む。
上記実施形態の１つの局面に従って、上記方法は、所望の波高因子を選択することと、所望の波高因子に応答して、第１および第２のデューティサイクルを調整することとをさらに含む。
上記実施形態の１つの局面に従って、上記方法は、組織またはエネルギー特性の少なくとも１つを測定することと、測定された組織またはエネルギー特性に応答して、第１および第２のデューティサイクルを調整することとをさらに含む。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
実質的に矩形の電気外科波形を出力するように構成されている非共振無線周波数出力ステージと、
該非共振無線周波数出力ステージに連結されているコントローラーと
を含み、該コントローラーは、該実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するように構成されている、電気外科用発電機。
（項目２）
上記非共振無線周波数出力ステージは、
ＤＣ波形を出力するように構成されているＤＣ−ＤＣバックコンバーターをさらに含み、該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターは、第１のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第１の切換え要素を含む、上記項目に記載の電気外科用発電機。
（項目３）
上記非共振無線周波数出力ステージは、
上記ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターをさらに含み、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、第２のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第２の切換え要素を含み、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、上記ＤＣ波形を変換して、上記実質的に矩形の電気外科波形を発生させるように構成されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目４）
上記コントローラーは、上記ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよび上記ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターに連結され、該コントローラーは、上記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整するために、上記第１のデューティサイクルおよび上記第２のデューティサイクルを調整するようにさらに構成されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目５）
上記第１のデューティサイクルは、上記実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルのピーク電圧を調整する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目６）
上記第２のデューティサイクルは、上記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目７）
上記発電機は、所望の波高因子を選択するためのユーザー入力を含み、上記コントローラーは、該所望の波高因子に応答して、上記第１および第２のデューティサイクルを調整するように構成されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目８）
電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
ＤＣ波形を出力するように構成されているＤＣ−ＤＣバックコンバーターであって、該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターは、第１のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第１の切換え要素を含む、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターと、
該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターであって、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、第２のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第２の切換え要素を含み、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、該ＤＣ波形を変換して、実質的に矩形の電気外科波形を発生させるように構成されている、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターと、
該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよび該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターに連結されているコントローラーと
を含み、該コントローラーは、該実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するために、該第１のデューティサイクルおよび該第２のデューティサイクルを調整するように構成されている、電気外科用発電機。
（項目９）
上記第１のデューティサイクルは、上記実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルの電圧を調整する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目１０）
上記第２のデューティサイクルは、上記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目１１）
上記発電機は、所望の波高因子を選択するためのユーザー入力を含み、上記コントローラーは、該所望の波高因子に応答して、上記第１および第２のデューティサイクルを調整するように構成されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目１２）
電気外科用発電機を制御する方法であって、該方法は、
第１のデューティサイクルにおいて、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターの少なくとも１つの第１の切換え要素を動作させて、ＤＣ波形を出力することと、
第２のデューティサイクルにおいて、該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターの少なくとも１つの第２の切換え要素を動作させて、該ＤＣ波形を変換することにより、実質的に矩形の電気外科波形を発生させることと、
該実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するために、該第１のデューティサイクルおよび該第２のデューティサイクルを調整して、該少なくとも１つの電気外科波形を操作することと
を含む、方法。
（項目１３）
上記実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルのピーク電圧を調整するために、上記第１のデューティサイクルを制御することをさらに含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
上記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整するために、上記第２のデューティサイクルを制御することをさらに含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
所望の波高因子を選択することと、
該所望の波高因子に応答して、上記第１および第２のデューティサイクルを調整することと
をさらに含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）
組織またはエネルギー特性の少なくとも１つを測定することと、
測定された組織またはエネルギー特性に応答して、上記第１および第２のデューティサイクルを調整することと
をさらに含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の方法。
（摘要）
電気外科用発電機が提供される。電気外科用発電機は、実質的に矩形の電気外科波形を出力するように構成されている非共振無線周波数出力ステージと、非共振無線周波数出力ステージに連結されているコントローラーとを含み、コントローラーは、実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するように構成されている。
本開示の様々な実施形態は、本明細書中で図面を参照して記載される。
図１は、本開示に従う、電気外科システムの１つの例示的実施形態の構成要素の斜視図である。 図２は、本開示に従う、電気外科用発電機の１つの実施形態の正面図である。 図３は、本開示に従う、図２の電気外科用発電機の実施形態の概略的ブロック線図である。 図４は、本開示に従う、図２の電気外科用発電機のＤＣ−ＤＣコンバーターおよびＤＣ−ＡＣインバーターの概略的ブロック線図である。 図５は、本開示に従う、所望の出力特徴の図式描写である。 図６は、共振回路を有する先行技術の電気外科用発電機の概略的ブロック線図である。 図７は、先行技術の正弦電気外科波形の図式描写である。 図８は、変調されたデューティサイクルを有する先行技術の正弦電気外科波形の図式描写である。 図９は、本開示に従う、図２の電気外科用発電機によって出力される矩形の電気外科波形の図式描写である。 図１０は、本開示に従う、図２の電気外科用発電機によって出力される、均一な波高因子を有する矩形の電気外科波形の図式描写である。 図１１は、本開示に従う、図２の電気外科用発電機によって出力される、様々な波高因子を有する矩形の電気外科波形の図式描写である。
詳細な説明
本開示の特定の実施形態は、添付の図面を参照して、本明細書中で以下に記載される。以下の記載において、周知の機能または構築は、本開示を不必要な詳細で不明瞭にすることを避けるために詳細に記載されない。
本開示に従う発電機は、単極電気外科手順および／または双極電気外科手順（例えば、切断、凝固、切除、および脈管密封の手順が挙げられる）を実施し得る。発電機は、様々な電気外科用器具（例えば、単極器具、リターン電極、双極電気外科用鉗子、フットスイッチなど）との相互作用のための複数の出力を含み得る。さらに、発電機は、電子回路網を含み、この電子回路網は、様々な電気外科用モード（例えば、切断、ブレンド、凝固、止血を伴う分割、高周波療法、スプレーなど）および手順（例えば、単極、双極、脈管密封）に特に適している無線周波数エネルギーを発生させるように構成されている。実施形態において、発電機は、埋め込まれ得るか、統合され得るか、または他の方法で電気外科用器具に連結され得、オールインワンの電気外科用装置を提供する。
図１は、本開示に従う、双極および単極電気外科システム１０の１つの例示的実施形態の構成要素の斜視図である。システム１０は、患者の組織を処置するための１つ以上の活性電極２３（例えば、電気外科用切断プローブ、切除電極（複数可）など）を有する１つ以上の単極電気外科用器具２０を含み得る。電気外科用交流は、発電機２００の活性端子２３０（図３）に接続されている供給ライン２４を介して、発電機２００によって器具２０に供給され、器具２０が、組織を切断、凝固、切除および／または他の方法で処置することを可能にする。交流は、発電機２００のリターン端子２３２（図３）において、リターンライン２８を介して、リターン電極パッド２６を通って発電機２００に戻る。単極動作について、システム１０は、複数のリターン電極パッド２６を含み得、複数のリターン電極パッド２６は、患者との全体の接触領域を最大にすることにより組織損傷の可能性を最小にするために、使用において、患者に配置される。さらに、発電機２００およびリターン電極パッド２６は、組織と患者との間に十分な接触が存在することを確実にするために、組織対患者の接触をモニタリングするために構成され得る。
システム１０は、１つ以上の双極電気外科用器具（例えば、双極電気外科用鉗子３０）も含み得、１つ以上の双極電気外科用器具は、患者の組織を処置するための１つ以上の電極を有する。電気外科用鉗子３０は、ハウジング３１と、シャフト３２の遠位端に配置されている対向する顎部材３３および３５とを含む。顎部材３３および３５は、それらの中にそれぞれ配置されている１つ以上の活性電極３４およびリターン電極３６を有する。活性電極３４およびリターン電極３６は、ケーブル３８を通して発電機２００に接続され、このケーブル３８は、活性端子２３０およびリターン端子２３２（図３）にそれぞれ連結されている供給ライン２４およびリターンライン２８を含む。電気外科用鉗子３０は、コネクターにおいて発電機２００に連結されており、このコネクターは、ケーブル３８の端に配置されているプラグを介して活性端子２３０およびリターン端子２３２（例えば、ピン）への接続を有し、プラグは、より詳細に下に記載されるように、供給ライン２４およびリターンライン２８からの接点を含む。
図２を参照すると、発電機２００の正面２４０が示されている。発電機２００は、任意の適切なタイプ（例えば、電気外科用、マイクロ波など）であり得、様々なタイプの電気外科用器具（例えば、電気外科用鉗子３０など）を適応させるために、複数のコネクター２５０〜２６２を含み得る。
発電機２００は、ユーザーに多様な出力情報（例えば、強度設定、処置完了インジケーターなど）を提供するために、１つ以上のディスプレースクリーンまたは情報パネル２４２、２４４、２４６を有するユーザーインターフェイス２４１を含む。スクリーン２４２、２４４、２４６の各々は、対応するコネクター２５０〜２６２に関連付けられている。発電機２００は、発電機２００を制御するために、適切な入力制御装置（例えば、ボタン、アクチベータ、スイッチ、タッチスクリーンなど）を含む。ディスプレースクリーン２４２、２４４、２４６は、電気外科用器具（例えば、電気外科用鉗子３０など）について、対応するメニューを表示するタッチスクリーンとしても構成されている。ユーザーは、次に、対応するメニューオプションを単にタッチすることによって、入力を調整する。
スクリーン２４２は、単極出力、ならびにコネクター２５０および２５２に接続されているデバイスを制御する。コネクター２５０は、単極電気外科用器具（例えば、電気外科用器具２０）に連結するように構成され、コネクター２５２は、フットスイッチ（示されない）に連結するように構成されている。フットスイッチは、さらなる入力（例えば、発電機２００の複製入力）を提供する。スクリーン２４４は、単極および双極出力、ならびにコネクター２５６および２５８に接続されているデバイスを制御する。コネクター２５６は、他の単極器具に連結するように構成されている。コネクター２５８は、双極器具（示されない）に連結するように構成されている。
スクリーン２４６は、コネクター２６０および２６２に差し込まれ得る鉗子３０によって実施される双極密封手順を制御する。発電機２００は、コネクター２６０および２６２を通して、鉗子３０によって把持される組織を密封するのに適したエネルギーを出力する。特に、スクリーン２４６は、ユーザーがユーザー定義の強度設定を入力することを可能にするユーザーインターフェイスを出力する。ユーザー定義の設定は、ユーザーが１つ以上のエネルギー送達パラメーター（例えば、電力、電流、電圧、エネルギーなど）、または密封パラメーター（例えば、エネルギー率リミッター、密封持続時間など）を調整することを可能にする任意の設定であり得る。ユーザー定義の設定は、コントローラー２２４に伝送され、このコントローラー２２４において、設定がメモリー２２６に記録され得る。実施形態において、強度設定は、数目盛であり得る（例えば、１〜１０または１〜５など）。実施形態において、強度設定は、発電機２００の出力曲線と関連付けられ得る。強度設定は、利用される各鉗子３０に特定的であり得、その結果、様々な器具は、鉗子３０に対応する特定の強度目盛をユーザーに提供する。
図３は、電気外科用エネルギーを出力するように構成されている発電機２００の概略的ブロック線図を示している。発電機２００は、コントローラー２２４と、電源２２７と、無線周波数（ＲＦ）増幅器２２８とを含む。電源２２７は、ＡＣ源（例えば、線間電圧）に接続されている高電圧ＤＣ電源であり得、電源２２７は、高電圧ＤＣ電力を、リード２２７ａおよび２２７ｂを介してＲＦ増幅器２２８に提供し、ＲＦ増幅器２２８は、次に、高電圧ＤＣ電力を処置エネルギー（例えば、電気外科用、またはマイクロ波）に変換し、エネルギーを活性端子２３０に送達する。エネルギーは、リターン端子２３２を介してそこに戻される。活性端子２３０およびリターン端子２３２は、絶縁変圧器２２９を通ってＲＦ増幅器２２８に連結されている。ＲＦ増幅器２２８は、複数のモードにおいて動作するように構成され、その間、発電機２００は、特定のデューティサイクル、ピーク電圧、波高因子などを有する対応する波形を出力する。他の実施形態において、発電機２００が、他のタイプの適切な電源トポロジーに基づく場合があることが想定される。
コントローラー２２４は、メモリー２２６に動作可能に連結されているプロセッサー２２５を含み、このメモリー２２６は、一時的なタイプのメモリー（例えば、ＲＡＭ）および／または一時的ではないタイプのメモリー（例えば、フラッシュ媒体、ディスク媒体など）を含み得る。プロセッサー２２５は、電源２２７および／またはＲＦ増幅器２２８に動作可能に連結されている出力ポートを含み、プロセッサー２２５が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、発電機２００の出力を制御することを可能にする。閉ループ制御スキームは、複数のセンサーが、多様な組織およびエネルギー特性（例えば、組織インピーダンス、組織温度、出力パワー、電流、および／または電圧など）を測定するフィードバック制御ループであり、コントローラー２２４にフィードバックを提供する。コントローラー２２４は、次に、電源２２７および／またはＲＦ増幅器２２８に信号を送り、電源２２７および／またはＲＦ増幅器２２８は、それぞれ、ＤＣおよび／または電源を調整する。当業者は、プロセッサー２２５が、本明細書中に記載される計算および／または一連の命令を実施するように適合されている任意の論理プロセッサー（例えば、制御回路）を用いることによって、取って代わられ得ることを認識し、それには、現場でプログラム可能なゲートアレイ、デジタル信号プロセッサー、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
本開示に従う発電機２００は、複数のセンサー２８０（例えば、ＲＦ電流センサー２８０ａ、およびＲＦ電圧センサー２８０ｂ）を含む。発電機２００の様々な構成要素、すなわち、ＲＦ増幅器２２８、ＲＦ電流センサー２８０ａ、およびＲＦ電圧センサー２８０ｂは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置され得る。ＲＦ電流センサー２８０ａは、活性端子２３０に連結され、ＲＦ増幅器２２８によって供給されるＲＦ電流の測定値を提供する。ＲＦ電圧センサー２８０ｂは、活性端子２３０およびリターン端子２３２に連結され、ＲＦ増幅器２２８によって供給されるＲＦ電圧の測定値を提供する。実施形態において、ＲＦ電流センサー２８０ａおよびＲＦ電圧センサー２８０ｂは、活性リード２２８ａおよびリターンリード２２８ｂに連結され得、活性リード２２８ａおよびリターンリード２２８ｂは、それぞれ、活性端子２３０およびリターン端子２３２をＲＦ増幅器２２８に相互接続する。
ＲＦ電流センサー２８０ａおよびＲＦ電圧センサー２８０ｂは、それぞれ、感知されたＲＦ電圧信号およびＲＦ電流信号をコントローラー２２４に提供し、コントローラー２２４は、次に、感知されたＲＦ電圧信号およびＲＦ電流信号に応答して電源２２７および／またはＲＦ増幅器２２８の出力を調整し得る。コントローラー２２４はまた、発電機２００、器具２０および／または鉗子３０の入力制御装置からの入力信号を受け取る。コントローラー２２４は、入力信号を利用して、発電機２００によって出力される電力を調整し、および／または発電機２００における他の制御機能を実施する。
図４は、発電機２００の別の実施形態を示しており、この発電機２００は、発電機２００の所望のＡＣ出力を維持するために、近デッドビート制御で動作するように構成されている。本明細書中で用いられる場合、用語「デッドビート」または「近デッドビート」は、波形の約１サイクル〜約１００サイクル、実施形態において、約１０サイクル〜約２５サイクルを出力するために、発電機２００によってなされる調整を指す。サイクルという用語は、正および負の半周期を有する電気外科の交互する波形の一周期を指す。本開示に従う発電機２００は、約１００ｋＨｚ〜約１，０００ｋＨｚ、特定の実施形態において、約２００ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚの動作周波数を有し得、従って、１００ｋＨｚの所定の周波数において動作する発電機２００は、１秒当たり１００，０００サイクルを有する波形を出力する。出力に対する調整は、同じ周波数（例えば、電気外科波形の１サイクル）、または約０．１の倍数（例えば、電気外科波形１０サイクル毎）でなされ得る。例示的実施形態に従って、近デッドビート制御は、所望の量の電力のみが電気外科用器具に送達されることを確実にすることによって、故意でない炭化を最小にする。先行技術の発電機において、負荷インピーダンスの変化に対するコンバーターの遅い過渡的応答は、５００サイクル以上について検出されない場合がある電力の過度な送達をもたらし得る。
発電機２００はまた、一定の電圧制限モード、一定の電流制限モード、一定の電力モード、およびそれらの組み合わせのうちの任意のものにおいて動作するように構成されている。モード選択は、一般に、切断される組織と関連付けられるインピーダンスに基づく。異なるタイプの組織（例えば、筋肉および脂肪）は、異なるインピーダンスを有する。電気外科手術に関して、一定の電力出力は、組織を均一に蒸発させる傾向があり、清潔な切開をもたらす。一定の電圧出力が、組織を爆発的に蒸発させるか、または炭化させる（「黒い凝固」）傾向にある一方で、一定の電流出力は、蒸発させることなく、組織を熱により凝固させる（「白い凝固」）傾向にある。炭化は、外科医が表面組織を迅速に壊すことを望む場合、外科手術的に有用であり、熱凝固は、肝臓またはリンパの管を密封して閉じるために、機械的圧力といつも合わされる。しかし、外科医は、一般に、一定の電力出力を用いて操作することを望み、重要なことには、偏りが存在する場合、できるだけ速く一定の電力出力を用いることに戻ることを望む。
発電機２００のＡＣ出力に関して、例示的実施形態において、「一定の電力」は、各切換えサイクルにおいて送達される平均電力が実質的に一定であることを意味するように定義される。同様に、「一定の電圧」および「一定の電流」は、ＡＣ電圧または電流の平方自乗平均（ＲＭＳ）値が実質的に固定された値によってそれぞれ調節されているモードとして定義される。所望の出力特徴の例示的図式描写は、図５に例示されている。例示的実施形態において、負荷インピーダンスが増大する場合、電圧が増大し、対応する出力電圧の増大は、領域Ａとして示されている一定の電流モードから、領域Ｂとして示されている一定の電力モードおよび領域Ｃとして示されている一定の電圧モードへの遷移を引き起こす。同様に、例示的実施形態において、負荷インピーダンスが減少し、電流が増大する場合、対応する出力電圧の減少は、一定の電圧領域Ｃから一定の電力領域Ｂへ、および一定の電流領域Ａへの逆の遷移を引き起こす。
図４に示される概略図を参照すると、発電機２００は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１と、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２と、インダクター１０３と、変圧器１０４と、コントローラー２２４とを含む。実施形態において、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１およびＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、ＲＦ出力ステージ２２８の一部である。例示的実施形態において、ＤＣ電圧源Ｖｇ（例えば、電源２２７）は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１に接続されている。さらに、インダクター１０３は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１とＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２との間に電気的に連結されている。ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の出力は、変圧器１０４の一次巻線に電力を伝送し、それは、変圧器１０４の二次巻線を通って負荷Ｚ（例えば、処置される組織）に伝わる。
ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１は、切換え要素１０１ａを含み、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、Ｈ−ブリッジトポロジーにおいて配置されている複数の切換え要素１０２ａ〜１０２ｄを含む。実施形態において、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、任意の適切なトポロジーに従って構成され得、それには、半ブリッジ、フルブリッジ、プッシュプルなどが挙げられるが、これらに限定されない。適切な切換え要素は、電圧制御型デバイス（例えば、トランジスター、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）、それらの組み合わせなど）を含む。例示的実施形態において、コントローラー２２４は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１およびＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２（特に、切換え要素１０１ａおよび１０２ａ〜１０２ｄ）の両方とそれぞれ通信している。コントローラー２２４は、電圧モードコントローラー１１２に関してさらに詳細に下に記載されるように、パルス幅変調信号であり得る制御信号を、切換え要素１０１ａおよび１０２ａ〜１０２ｄに出力するように構成されている。特に、コントローラー２２４は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１の切換え要素１０１ａに供給される制御信号のデューティサイクルｄ１、およびＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の切換え要素１０２ａ〜１０２ｄに供給される制御信号のデューティサイクルｄ２を制御するように構成されている。さらに、コントローラー２２４は、発電機２００の電力特徴を測定し、測定される電力特徴に少なくとも部分的に基づいて、発電機２００を制御するように構成されている。測定される電力特徴の例は、インダクター１０３を通る電流およびＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の出力における電圧を含む。例示的実施形態において、コントローラー２２４は、各サイクルについて、インダクター電流と非線形搬送制御電流との比較に基づいて、デューティサイクルｄ１を生み出すことによって、バックコンバーター１０１を制御する。
例示的実施形態に従って、コントローラー２２４は、電流モードコントローラー１１１と、電圧モードコントローラー１１２と、モード選択機１１３と、舵取り論理１１４とを含む。モード選択機１１３は、発電機２００の所望の動作モードを決定するために、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）とインダクター電流ｉＬ（ｔ）とを比較して制限を設定する。動作モードは、図５に例示されるように、一定（または最大）の電流Ｉｍａｘ（例えば、一定の電流領域Ａ）、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１からの一定の電力Ｐ１、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２からの一定の電力Ｐ２（例えば、一定の電力領域Ｂ）、もしくは一定（または最大）の電圧Ｖｍａｘ（例えば、一定の電圧領域Ｃ）の動作モード、またはそれらの組み合わせであり得る。モード選択機１１３の出力選択は、舵取り論理１１４に通信される。例示的実施形態において、舵取り論理１１４は、電流モードコントローラー１１１および電圧モードコントローラー１１２のうちの少なくとも１つのうちのどれが使用可能にされるかを制御する。さらに、舵取り論理１１４は、どの変換ステージが電流モードコントローラー１１１および／または電圧モードコントローラー１１２の出力を受け取るかを選択する。
１つの例示的実施形態において、舵取り論理１１４は、所望の出力特徴のどの部分が生じさせられるかに依存して、一定の電力のために、電流モード制御により、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１の動作またはＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の動作のいずれかに切換える。電圧モードコントローラー１１２および／または電流モードコントローラー１１１は、電流モード制御に対して、デューティサイクルｄ１および／またはｄ２を調整する。さらに、舵取り論理１１４は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１および／またはＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の各々が受け取るデューティサイクルを選択する。
電流モードコントローラー１１１は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）を非線形搬送制御電流ｉＣ（ｔ）（例えば、所望の設定点電流）と比較する。例示的実施形態において、非線形搬送制御電流ｉＣは、Ｐｓｅｔ（例えば、所望の電力設定点）の選択によって設定され、それはユーザーによってなされ得るか、またはルックアップ表によって提供され得る。例示的実施形態において、電流モードコントローラー１１１は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）を電流制限信号（Ｉ）または電力制限信号（Ｐ１）のいずれかと比較するために、ラッチ回路を使用する。ラッチ回路のための制御信号は、舵取り論理１１４から通信されるモード信号である。ラッチ回路の入力は、クロック信号、および電流制限信号（Ｉ）または電力制限信号（Ｐ１）のいずれかである。電流モードコントローラー１１１の出力の選択は、発電機２００の電流モードに応答するものである。発電機２００の動作モードは、モード選択機１１３によって通信され得る。例示的実施形態において、切換え波形ｄ（ｔ）は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）が非線形搬送制御電流ｉＣ（ｔ）よりも低い場合、切換え期間の開始において、「高」に切換えられる。さらに、例示的実施形態において、切換え波形ｄ（ｔ）は、非線形搬送制御電流ｉＣ（ｔ）を超えるインダクター電流ｉＬ（ｔ）に応答して「低」に切換えられる。換言すると、非線形搬送制御電流ｉＣ（ｔ）に対するインダクター電流ｉＬ（ｔ）の比較は、前に記載されるように、バックコンバーター１０１のデューティサイクルｄ１のパルス持続時間を調整することを容易にする。
一定の電流を発電機２００から発生させ、制御するために、インダクター電流ｉＬ（ｔ）の平均値は、固定された制御電流制限Ｋ＊Ｐｓｅｔと実質的に等しいものであるように設定される。小さいインダクター電流リップル、換言するとΔｉＬ＜＜ＩＬについて、電流モードコントローラーは、インダクター電流ｉＬ（ｔ）をおおよそ一定の値に調節し、それは、固定された制御電流制限と実質的に等しい。例示的実施形態に従って、電流モードコントローラー１１１は、約１サイクル〜約１００サイクル内、実施形態において、約２サイクル〜約２０サイクル内、さらなる実施形態において、約３サイクル〜約１０サイクル内に電流を調整することによって、おおよそ一定の値のインダクター電流ｉＬ（ｔ）を維持することをができる。この低サイクル調整は、上に記載されるように、近デッドビートまたはデッドビート制御を提供する。
例示的実施形態において、および図４を引き続き参照すると、コントローラー２２４の電圧モードコントローラー１１２は、コンパレーター１２１と、補償器１２２と、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１２３とを含む。例示的実施形態において、電圧モードコントローラー１１２は、コンパレーター１２１において、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）を参照電圧Ｖｍａｘと比較する。コンパレーター１２１の出力は、補償器１２２に通信され、補償器１２２は、次に、ＰＷＭ１２３を駆動するエラー信号を出力する。例示的実施形態において、補償器１２２の出力は、ＰＷＭ１２３を通過し、それは、特定のモードにおける信号のデューティサイクルｄ２を設定する。
さらに、例示的実施形態において、モード選択機１１３は、エンコーダーを含み、複数の比較を実施する。図５に関して、モード選択機１１３は、発電機２００が一定の電流出力領域（Ａ）、一定の電力出力領域（Ｂ）の領域Ｐ１、一定の電力出力領域（Ｂ）の領域Ｐ２、または一定の電圧出力領域（Ｃ）において動作しているかどうかを決定するために、電圧比較信号および電流比較信号を使用する。さらに、モード選択機１１３からの出力モード信号は、舵取り論理１１４におけるスイッチ位置を制御する。出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が第１の電圧制限Ｖｌｉｍｉｔ＿１、第２の電圧制限Ｖｌｉｍｉｔ＿２、および第３の電圧制限Ｖｌｉｍｉｔ＿３を超える場合、エンコーダーは、一定の電圧モードを選択する。モード選択機１１３からの一定の電圧モード信号は、舵取り論理１１４のスイッチの位置を、図４および下の表１に例示されるような「Ｖ」位置にし、表１は、動作モードによるＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１およびＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２のデューティサイクルを示している。表１において、値「１」は、１００％より下の任意の固定されたデューティサイクルに設定され得る。
様々な代替の実施形態において、動作モードの選択は、デューティサイクルに部分的に基づく。例えば、発電機２００がＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１を用いて一定の電力モードで動作し、デューティサイクルが１００％活性に到達する場合、コントローラー２２４は、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２を用いて、一定の電力領域Ａに切換えるように構成され得る。ブーストコンバーターへの切換えは、発電機２００がより高い範囲のインピーダンスにわたって動作することを可能にする。
一定の電力出力モードに関して、一定のＡＣ電力出力は、デューティサイクルｄ１およびデューティサイクルｄ２のうちの一方または両方を所望の値に設定することによって達成される。さらに、発電機２００は、第１の一定の電力領域Ｐ１または第２の一定の電力領域Ｐ２のいずれかにおいて、一定のＡＣ電力出力で動作する。様々な実施形態において、舵取り論理１１４のコンバーターのスイッチは、負荷のインピーダンスに依存して、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１またはＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２を用いて、一定の電力を発生させる。さらに、様々な実施形態において、発電機２００は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１および／またはＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の両方を同時に動作させ得、それは、高電圧および低電力を有する一定の電力出力をもたらす。
定常状態において、および第１の一定の電力領域Ｐ１における動作において、インダクター電流ｉＬ（ｔ）は、電流モードコントローラー１１１において、非線形搬送制御電流ｉＣ（ｔ）と比較される。ＤＣ−ＤＣバックコンバーターのデューティサイクルｄ１のパルス持続時間は、電流モードコントローラー１１１を用いて変化させられる。デューティサイクルの様々なパルス持続時間は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）を制御し、それは、バックコンバーターと接触している負荷に対して応答的である。負荷のインピーダンスが変化する場合、インダクター１０３にわたる電圧、およびインダクター１０３を通る電流も変化する。前に記載されるように、デューティサイクルの開始時に、デューティサイクルの活性部分が開始させられる。非線形搬送制御電流を超えるインダクターフィードバック信号に応答して、デューティサイクルは、非活性部分に切換わる。デューティサイクルは、デューティサイクルの終わりまで非活性部分にとどまり、その際に、活性部分において、次のデューティサイクルが始まる。代替の実施形態において、インダクターフィードバック信号と非線形搬送制御電流との比較中、制御電流がインダクター電流を超えると、デューティサイクルは、活性部分に切換わる。例示的実施形態に従って、発電機２００は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１を用いて一定の電力を発生させる。
定常状態において、および第２の一定の電力領域Ｐ２における動作において、Ｖ１（ｔ）の平均電圧は、一定の入力電圧Ｖｇに応答して一定であり、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１はまた、インダクター１０３にわたって電圧が存在しないので、使用不可能にされる。電流プログラムモード制御の使用は、ｉＬ（ｔ）の平均電流をもたらし、ｉＬ（ｔ）の平均電流は、デッドビートまたは近デッドビート制御を用いて、おおよそ固定された値に調節される。ｉＬ（ｔ）を調節するために、デューティサイクルｄ２は、ｉＬ（ｔ）を固定された値に維持するように、電流モードコントローラーによって変化させられる。固定された電圧および電流を考慮すると、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の入力における電力も一定である。例示的実施形態において、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、ほとんど損失がなく、入力電力とおおよそ等しい出力電力をもたらす。入力電力は、一定であるので、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の出力電力も一定である。
一定の電圧出力モードに関して、一定の電圧出力は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１のデューティサイクルｄ１を固定された値に設定することによって達成され、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２のデューティサイクルｄ２は、電圧モード制御される。例示的実施形態において、電圧モード制御は、センサーネットワークを用いてＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の出力電圧を測定することを含み、感知された出力電圧を電圧モードコントローラー１１２における制御ループに供給し、測定された出力電圧と参照出力電圧との間の相対的な差に基づいて、コンバーターのデューティサイクルコマンドを調整する。換言すると、デューティサイクルｄ２は、Ｖｌｉｍｉｔに一致するように、出力電圧を増大または減少させるように設定される。例示的実施形態において、Ｖｌｉｍｉｔは、ユーザーによって、またはルックアップ表中の値に基づいて設定され得る。代替の実施形態において、ブーストインバーターは、出力電圧のフィードバックなしで、固定されたデューティサイクルにおいて運転させられる。
一定の電流出力モードに関して、一定の電流出力は、固定されたデューティサイクルｄ２でＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２を動作させ、電流モード制御のＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１を動作させることによって達成させられる。例示的実施形態において、電流モード制御は、バックコンバーター１０１の出力が一定の電流であるように、平均インダクター電流を正確に制御する。１つの一定の電流の実施形態において、電流モードコントローラー１１１は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）を、Ｋ＊Ｐｓｅｔによって設定される一定の電流ｉｃと比較し、Ｋ＊Ｐｓｅｔは、使用中にユーザーによって設定される一定の電流である。様々な実施形態において、Ｐｓｅｔは、設計段階中に設定される。
換言すると、コントローラー２２４は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）を固定された値に維持するために、デューティサイクルｄ１を変化させるように構成されている。結果として、一定の電流出力モードは、その大きさが、近デッドビートスピードで調節されたＡＣ出力電流を生じる。例示的実施形態において、一定の電力、一定の電圧、または一定の電流の３つのモードを実装している発電機２００は、ＡＣ出力特徴の非常に速い、非常に正確な調節を生じる。様々なモードは、モニタリングされた特徴によって影響され、一方で、他のモードは、同じモニタリングされた特徴に応答する必要はない。特に、コントローラー２２４は、モニタリングされた特徴（例えば、インダクター電流および電圧）に部分的に基づいて、動作モード間で切換えられ得る。換言すると、電流モード制御に対してコンバーターのどのステージを選択するかは、出力の無関係な測定値、平均、またはフィードバックを必要とすることなく、最小限のフィードバックで達成される。また、前に言及されたように、コントローラー２２４は、インダクター電流を参照電流と等しいおおよそ一定の値に調節することによって、近デッドビート制御を実施する。
３つのモード間での遷移は、例示的実施形態において、変圧器１０４の一次巻線の電圧およびインダクター電流をモニタリングすることによって決定される。さらに、モード間の遷移の決定は、インダクター１０３の電圧および電流にも基づく。コントローラー２２４は、出力電圧が増大する場合、モードを、一定の電流から一定の電力、そして一定の電圧に遷移させる。特に、例示的実施形態において、発電機２００は、出力電圧が第１の電圧制限（Ｖｌｉｍｉｔ＿１）よりも小さい場合、一定の電流モードにおいて動作する。出力電圧が第１の電圧制限を超える場合、発電機２００は、第１の一定の電力モード（ＰＩ）に遷移する。出力電圧が第２の電圧制限（Ｖｌｉｍｉｔ＿２）を超える場合、発電機２００は、第２の一定の電力モード（Ｐ２）に遷移する。出力電圧が第３の電圧制限（Ｖｌｉｍｉｔ＿３）を超える場合、発電機２００は、一定の電圧モードに遷移し、ここで、出力電圧は、制限され、一定に保たれる。例示的実施形態において、第１の電圧制限（Ｖｌｉｍｉｔ＿１）、第２の電圧制限（Ｖｌｉｍｉｔ＿２）、および第３の電圧制限（Ｖｌｉｍｉｔ＿３）は、ユーザーによって、または発電機２００（例えば、ルックアップ表から）によって設定される。
同様に、例示的コントローラー２２４は、インダクター電流ｉＬ（ｔ）が増大する場合、一定の電圧モードから一定の電力モード、そして一定の電流モードに遷移する。特に、例示的実施形態において、発電機２００は、インダクター電流が第１の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿１）を超える場合、一定の電圧モードにおいて動作する。インダクター電流が第１の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿１）を超えない場合、モードは、第２の一定の電力モード（Ｐ２）に遷移する。インダクター電流が第２の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿２）を超える場合、モードは、第１の一定の電力モード（Ｐ１）に遷移する。インダクター電流が第３の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿３）を超える場合、発電機２００は、一定の電流モードに遷移し、ここで、インダクター電流は、制限され、一定に保たれる。例示的実施形態において、第１の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿１）、第２の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿２）、および第３の電流制限（Ｉｌｉｍｉｔ＿３）は、ユーザーによって、または発電機（例えば、ルックアップ表から）によって設定される。
上に記載されるように、一定の電流領域Ａを達成するために、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１は、電流プログラムモード（ＣＰＭ）において制御され、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、約１００％のデューティサイクルｄ２において固定される。一定の電力領域Ｂを達成するために、１つの実施形態において、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１は、非線形搬送制御（ＮＬＣ）モードにおいて制御され、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、約１００％のデューティサイクルｄ２において固定される。別の実施形態において、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１は、約１００％のデューティサイクルｄ１において固定され、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、ＣＰＭにおいて制御される。一定の電圧領域Ｂを達成するために、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１は、約１００％のデューティサイクルｄ１において固定され、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２は、所定のデューティサイクルｄ２において固定され、この所定のデューティサイクルｄ２は、１００％よりも小さい場合がある。
図６〜図８を参照すると、特定の従来の電気外科用は、米国特許第５，４３８，３０２号に開示されるように、正弦波形を発生させる共振ネットワークを含み、上記米国特許の内容全体は、本明細書中で参考として援用される。
図６を参照すると、先行技術の電気外科用発電機３００は、ＭＯＳＦＥＴ発振器デバイス３１０を有する発振器を含み、このＭＯＳＦＥＴ発振器デバイス３１０は、正電圧供給レールＶ＋と接地との間で、直列で共振出力ネットワーク３１２と連結されている。共振ネットワーク３１２は、単巻変圧器３１４として構成されているインダクターを有し、平行同調キャパシタンス３１６は、図７に示されるように、完全な巻線にわたって、および電気外科負荷３２４（例えば、組織）に接続されている１対の出力端子３１８ａ、３１８ｂにわたって連結されている。端子３１８ａは、直列連結コンデンサー３２０によって、変圧器３１４および平行コンデンサー３１６から絶縁されている。変圧器二次巻線の１つの部分は、一次巻線３１４ｐとして働き、この一次巻線３１４ｐは、供給Ｖ＋とＭＯＳＦＥＴ３１０のドレイン端子との間に連結されている。フィードバック回路３２２は、二次巻線の一方の端をＭＯＳＦＥＴ３１０のゲート端子３１０ｇにつなげる。発電機３００は、フィードバック電圧をゲート端子３１０ｇに提供するコンデンサーも含む。ＭＯＳＦＥＴ３１０のゲート端子３１０ｇに印加される電圧は、共振ネットワーク３１２が二次巻線にわたって正弦波形を発生させるように、完全に「オン」の状態と完全に「オフ」の状態との間でＭＯＳＦＥＴ３１０を駆動する。ＭＯＳＦＥＴ３１０に印加される電圧は、可変の波高因子を有する波形を発生させるように変調させられ得る。
本明細書中で用いられる場合、用語「波高因子」は、ＲＭＳ電圧に対するピーク電圧の比を示す。波高因子は、組織に適用される組織作用に直接関係している。より高い波高因子は、組織に適用される長い高エネルギーアークをもたらし、それは、凝固作用を増大させる。低波高因子は、切断作用の増大において有用なより低いエネルギーアークをもたらす。ゲート端子３１０ｇに印加される電圧は、固定された搬送周波数の電圧であり、固定された搬送周波数は、所望の波高因子設定を達成するために変調させられる。従って、固定された搬送周波数は、所望のデューティサイクル／波高因子を有する波形を達成するために、第２の変調周波数において変調させられる。
固定された搬送周波数は、約１００ｋＨｚ〜約１，０００ｋＨｚ、および特定の実施形態において、約２００ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚであり得る。変調周波数は、約５ｋＨｚ〜約５０ｋＨｚ、および特定の実施形態において、約１０ｋＨｚ〜約４０ｋＨｚであり得る。特に、デューティサイクルを変化させることは、ＲＭＳを変化させ、それは、次に、波高因子に影響を与えるので、固定された搬送周波数信号のデューティサイクルは、所望の波高因子を得るように調整される。図８を参照すると、固定された搬送信号の変調が例示され、それは、デューティサイクルを減らすことによって、より高い波高因子波形を有する変調された波形を示している（例えば、２サイクルオン、３サイクルオフ）。
このアプローチに関して多くの欠点が存在する。変調周波数の比較的低い周波数は、筋肉組織を刺激する能力がある。従って、この作用を防止するために、麻酔が必要とされるが、「筋肉捕捉（ｍｕｓｃｌｅ ｃａｐｔｕｒｅ）」、例えば、電気外科用発電機による筋肉の刺激は、それでもしばしば存在する。さらに、固定された搬送信号を変調することは、高調波を生じ、それは、電気雑音抑制、フィルタリング、他のシステムとの干渉（例えば、リターン電極モニタリングなど）に関連付けられる著しい設計および製造の改変を必要とする。さらに、従来の発電機は、個別の数の固定された波高因子設定のみを含み、個別の数の固定された波高因子設定は、予め設定された電気外科用モードと関連付けられ、予め設定された電気外科用モードは、所望の組織作用を提供する「最適な」設定を有する。しかし、個別の数の固定された波高因子設定は、利用可能な組織作用を制限し、「最適な」設定が発電機にプログラムされることを必要とする。
本開示に従う発電機２００は、波形が、サイクルごとの基準で調整され得る無限に可変の波高因子を有するように、任意のユーザー設定可能な波高因子を有する電気外科波形を出力する能力がある。実施形態において、デューティサイクルは、さらに詳細に下に記載されるように、エネルギー送達フィードバックまたは任意の他の適切なパラメーター（例えば、時間）に応答して、例えば、ユーザーによって手動で、または例えば、発電機２００によって自動的に調整され得る。
上で議論されるように、発電機２００は、変圧器１０４に直接連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２を含み、変圧器１０４は、次に、電気外科用器具２０および／または鉗子３０を介して、患者に直接連結される。発電機２００は、ブーストコンバーター１０２と変圧器１０４との間に連結されるどんな共振回路も含まず、それは、図９〜図１１に示されるように、矩形の電気外科波形の発生を可能にする。
図９を参照すると、発電機２００は、平方自乗平均電圧を維持しながら、様々なサイクル長（例えば、デューティサイクル）を有する複数のサイクルとピーク電圧とを有する波形を発生させ、従って、供給される電力が変化しないように構成されている。サイクルの各々のピーク電圧における変化はまた、サイクルの各々に対する波高因子を変化させ、サイクルごとの波高因子調整を可能にする。ピーク電圧に対する調整は、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１によって達成され、すなわち、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１の切換え要素１０１ａに供給される制御信号のデューティサイクルｄ１を調整することによって達成される。ＲＦサイクルの長さに対する調整は、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２において達成される。特に、コントローラー２２４は、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２の切換え要素１０２ａ〜１０２ｄに供給される制御信号のデューティサイクルｄ２を調整する。
得られた波形のサイクルのデューティサイクルおよびピーク電圧は、任意の恣意的な間隔に変化し得るので、波形の波高因子も、任意の恣意的な値に変化し得る。従って、任意の望ましい波高因子を有する波形は、継続して調整可能である波高因子の値で生じさせられ得る（例えば、図１０および図１１に示されるもの）。
実施形態において、発電機２００は、個別の波高因子設定を含み得、それは、ユーザーインターフェイス２４１を介して入力され得る。図１０を参照すると、個別の波高因子を有する変調されていない電気外科波形が示されている。さらなる実施形態において、発電機２００は、継続して波高因子を変化させるための入力を含み得る。ユーザーインターフェイス２４１は、波高因子を調整する設定を含み得る。さらなる実施形態において、電気外科用器具２０および／または鉗子３０または他の入力デバイス（例えば、フットスイッチ）は、波高因子を調整する入力を含み得る。さらなる実施形態において、波高因子は、エネルギーおよび／または組織特性（例えば、インピーダンス）の変化に基づいて、コントローラー２２４によって自動的に調整され得る。特に、発電機２００は、センサー２８０を用いて、任意の適切なエネルギーおよび／または組織パラメーター（電圧、電流、位相、インピーダンス、アーク光度、アーク長、温度、器具に及ぼされる力、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない）を測定し得、この測定値に応答して、波高因子を自動的に調整し得る。図１１は、様々な波高因子入力に基づくピーク電圧の変化に起因して、同じ電力を維持しながら、様々なサイクル幅を有し、それにより波高因子を変化させる電気外科波形を示している。
より高い波高因子を達成するために、変調された波形よりも連続した波形を用いることは、電気外科用エネルギー中に生じさせられる筋肉刺激の低減を可能にする。さらに、フィルタリングおよび変調プロセスを通して発生させられる電気雑音と関連付けられる設計および製造の課題は、著しく低減される。最終的に、電気外科波形の波高因子を恣意的に、継続して調整する能力は、新たな新組織作用を達成するための機会を示し、外科医制御を改善し、所望の組織結果を達成する。
本開示のいつくかの実施形態が図面に示され、および／または本明細書中に記載されてきたが、本開示は当該分野が許容するのと同じくらい範囲が広いこと、および本明細書が同様に読まれることが意図されるので、本開示はそれらの実施形態に限定されることが意図されない。従って、上の記載は、限定するものではなく、単に特定の実施形態の例証と解釈されるべきである。当業者は、ここに添付される特許請求の範囲の趣旨および範囲内の他の改変を想定する。
２００ 発電機
２２４ コントローラー

Claims (16)

  1. 電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
    実質的に矩形の電気外科波形を出力するように構成されている非共振無線周波数出力ステージと、
    該非共振無線周波数出力ステージに連結されているコントローラーと
    を含み、該コントローラーは、該実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するように構成されている、電気外科用発電機。
  2. 前記非共振無線周波数出力ステージは、
    ＤＣ波形を出力するように構成されているＤＣ−ＤＣバックコンバーターをさらに含み、該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターは、第１のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第１の切換え要素を含む、請求項１に記載の電気外科用発電機。
  3. 前記非共振無線周波数出力ステージは、
    前記ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターをさらに含み、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、第２のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第２の切換え要素を含み、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、前記ＤＣ波形を変換して、前記実質的に矩形の電気外科波形を発生させるように構成されている、請求項１に記載の電気外科用発電機。
  4. 前記コントローラーは、前記ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよび前記ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターに連結され、該コントローラーは、前記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整するために、前記第１のデューティサイクルおよび前記第２のデューティサイクルを調整するようにさらに構成されている、請求項３に記載の電気外科用発電機。
  5. 前記第１のデューティサイクルは、前記実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルのピーク電圧を調整する、請求項４に記載の電気外科用発電機。
  6. 前記第２のデューティサイクルは、前記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整する、請求項５に記載の電気外科用発電機。
  7. 前記発電機は、所望の波高因子を選択するためのユーザー入力を含み、前記コントローラーは、該所望の波高因子に応答して、前記第１および第２のデューティサイクルを調整するように構成されている、請求項６に記載の電気外科用発電機。
  8. 電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
    ＤＣ波形を出力するように構成されているＤＣ−ＤＣバックコンバーターであって、該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターは、第１のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第１の切換え要素を含む、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターと、
    該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターであって、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、第２のデューティサイクルにおいて動作させられる少なくとも１つの第２の切換え要素を含み、該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターは、該ＤＣ波形を変換して、実質的に矩形の電気外科波形を発生させるように構成されている、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターと、
    該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターおよび該ＤＣ−ＡＣブーストコンバーターに連結されているコントローラーと
    を含み、該コントローラーは、該実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するために、該第１のデューティサイクルおよび該第２のデューティサイクルを調整するように構成されている、電気外科用発電機。
  9. 前記第１のデューティサイクルは、前記実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルの電圧を調整する、請求項８に記載の電気外科用発電機。
  10. 前記第２のデューティサイクルは、前記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整する、請求項９に記載の電気外科用発電機。
  11. 前記発電機は、所望の波高因子を選択するためのユーザー入力を含み、前記コントローラーは、該所望の波高因子に応答して、前記第１および第２のデューティサイクルを調整するように構成されている、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
  12. 電気外科用発電機を制御する方法であって、該方法は、
    第１のデューティサイクルにおいて、ＤＣ−ＤＣバックコンバーターの少なくとも１つの第１の切換え要素を動作させて、ＤＣ波形を出力することと、
    第２のデューティサイクルにおいて、該ＤＣ−ＤＣバックコンバーターに連結されているＤＣ−ＡＣブーストコンバーターの少なくとも１つの第２の切換え要素を動作させて、該ＤＣ波形を変換することにより、実質的に矩形の電気外科波形を発生させることと、
    該実質的に矩形の電気外科波形の波高因子をサイクルごとの基準で調整するために、該第１のデューティサイクルおよび該第２のデューティサイクルを調整して、該少なくとも１つの電気外科波形を操作することと
    を含む、方法。
  13. 前記実質的に矩形の電気外科波形の各サイクルのピーク電圧を調整するために、前記第１のデューティサイクルを制御することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記実質的に矩形の電気外科波形のデューティサイクルを調整するために、前記第２のデューティサイクルを制御することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 所望の波高因子を選択することと、
    該所望の波高因子に応答して、前記第１および第２のデューティサイクルを調整することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  16. 組織またはエネルギー特性の少なくとも１つを測定することと、
    測定された組織またはエネルギー特性に応答して、前記第１および第２のデューティサイクルを調整することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
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