JP2015160134A - 熱的および非熱的組織効果のための可変周波数励起プラズマデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】表面処理および組織治療のためのプラズマデバイスおよびプロセスを提供する。
【解決手段】プラズマシステム１０は、中を通る管腔を規定する、細長い本体１２０と、第１の電極および第２の電極とを含む、プラズマ器具１２と、管腔と流体連通し、かつ管腔にイオン性媒体を供給するように構成されたイオン性媒体ソース１６と、プラズマ流入を発生させるために、イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させるために十分なエネルギーを第１および第２の電極に供給するように構成されている、可変周波数エネルギーソースとを含み、エネルギーの周波数は、プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するように調整可能である。
【選択図】図１

Description

（技術分野）
本開示は、表面処理および組織治療のためのプラズマデバイスおよびプロセスに関する。特に、本開示は、化学的に反応性のプラズマで発生された種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を発生させるための双極凝固ハンドピースに関する。

（関連技術の背景）
高密度媒質（例えば、ほぼ大気圧での液体および気体）での放電は、適切な状況の下でプラズマ形成を引き起こし得る。プラズマは、大量の化学種（例えば、イオン、ラジカル、電子、励起状態（例えば、準安定）種、分子フラグメント、光子など）を生成する独特の能力を有する。プラズマ種は、プラズマ電子温度および電子密度を調整することによって様々な内部エネルギー状態または外部運動エネルギー分布で発生され得る。加えて、プラズマの空間、時間および温度の特性を調整することは、プラズマ種および関連付けられた光子流束によって照射される材料の特定の変化を生成する。プラズマはまた、プラズマ光子によって照射される生体および他の材料において光化学および光触媒の反応経路を起こす十分なエネルギーを有する、エネルギー的紫外線光子を含む光子を発生させることが可能である。上述したプラズマの特性を変化させることによって様々な組織効果を提供するために構成されるプラズマデバイスに対するニーズが存在する。

（要約）
プラズマは、広い応用性を有し、産業、科学および医薬の必要性に対して、特に、任意の温度範囲での加工片（例えば、組織）表面治療に対して代替の解決策を提供する。プラズマは、加工片に送達され得、これによって、そのプラズマが衝突する材料の特性に、複数の変化を起こし得る。プラズマは、放射線（例えば、紫外）、イオン、光子、電子、および他の励起状態（例えば、準安定）種の大きなフラックスを生じさせるという、独特の能力を有し、これらのフラックスは、高い空間選択性、材料選択性、および時間制御で、材料特性変化を実施するために適切である。プラズマはまた、加工片の異なる上層を除去し得、その加工片の別の下層に対しては影響をほとんどまたは全く有さず、あるいは特定の組織を混合組織領域から選択的に除去するために、または異なる組織タイプの隣接器官に対する影響を最小にしながら組織を選択的に除去するために使用され得る。

プラズマ種は、表面材料の気化、ガス化または溶解（例えば、エッチング）により、化学結合を切断することによって、または表面に末端を有する種を置換することもしくは置き換えることによって（例えば、表面官能基化）、組織表面の化学的性質を変更することが可能である。適切な技術、材料の選択および条件を用いて、近くにある異なるタイプの組織に影響を与えることなく、１つのタイプの組織を完全に除去することが可能である。プラズマの条件およびパラメータ（Ｓ−パラメータ、Ｖ、Ｉ、およびΘなどが挙げられる）を制御することにより、特定の粒子のセットの選択が可能になり、これにより次に、材料の除去または改変のために化学経路の選択、および所望の組織タイプの除去の選択性の選択が可能になる。

本開示の一実施形態に従って、プラズマシステムが開示される。プラズマシステムは、プラズマ器具であって、その中を通る管腔を規定する細長い本体と、第１の電極および第２の電極とを有する、プラズマ器具と、管腔と流体連通し、かつ管腔にイオン性媒体を供給するように構成されたイオン性媒体ソースと、第１および第２の電極に連結されるように適合された可変周波数エネルギーソースであって、可変周波数エネルギーソースは、プラズマ流入を発生させるために、イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させるために十分なエネルギーを第１および第２の電極に供給するように構成されている、可変周波数エネルギーソースとを含み、エネルギーの周波数は、プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するように調整可能である。

上記実施形態の一局面に従って、可変周波数エネルギーソースおよびプラズマ器具のうちの少なくとも１つは、周波数を調整するための制御を含む。

上記実施形態の別の局面に従って、イオン性媒体ソースは、可変周波数エネルギーソースに連結されるように適合されている。

上記実施形態のさらなる局面に従って、可変周波数エネルギーソースは、イオン性媒体ソースからのイオン性媒体の流速に基づいて周波数を調整するように構成されている。プラズマ器具は、細長い本体の遠位端に連結されたアプリケーター先端部を含み得る。アプリケーター先端部はまた、細長い本体の管腔と流体連通している第２の管腔を規定し得る。第１の電極は、アプリケーター先端部の外側表面上に配置され得る。第２の電極は、細長い本体の管腔または第２の管腔のうちの少なくとも１つ内に配置され得る。

上記実施形態の一局面に従って、周波数は、プラズマ流出が第１の温度にある第１の周波数と、プラズマ流出が第１の温度より高い第２の温度にある、第１の周波数より高い第２の周波数とに調整可能である。

上記実施形態の別の局面に従って、エネルギーソースは、励起波形を出力するように構成された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たコントローラーであって、コントローラーは、サイクルごとの基準で励起波形の周波数を調整するように構成されている、コントローラーとを含む。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たＤＣ−ＤＣバックコンバーターを含み、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。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たＤＣ−ＡＣブーストコンバーターをさらに含み、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、励起波形を発生させるように構成されている。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、励起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調整するようにさらに構成されている。

本開示の別の実施形態に従って、方法が開示される。方法は、イオン性媒体ソースからプラズマ器具にイオン性媒体を供給することであって、プラズマ器具は、その中を通る管腔を規定する細長い本体と、第１および第２の電極とを含む、ことと、可変周波数エネルギーソースから第１および第２の電極に励起波形を供給することにより、イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させて、プラズマ流入を発生させることと、プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するために、励起波形の周波数を調整することとを含む。

上記実施形態の一局面に従って、周波数を調整することは、プラズマ器具上に配置された可変の設定要素を調整することを含む。周波数を調整することは、可変周波数エネルギーソースの周波数ユーザーインターフェイスを用いて所望の周波数を入力することを含む。周波数を調整することは、イオン性媒体ソースからのイオン性媒体の流速に基づいて周波数を入力することを含む。周波数を調整することは、プラズマ流出が第１の温度にある第１の周波数と、プラズマ流出が第１の温度より高い第２の温度にある、第１の周波数より高い第２の周波数とのうちの少なくとも１つに設定することを含む。

上記実施形態の一局面に従って、励起波形を供給することは、デューティサイクルにおいてＤＣ−ＡＣブーストコンバーターの少なくとも１つの切換え要素を動作させ、ＤＣ波形を変換して励起波形を発生させることを含む。周波数を調整することは、デューティサイクルを調整することを含む。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
プラズマシステムであって、
プラズマ器具であって、
細長い本体であって、該細長い本体の中を通る管腔を規定する、細長い本体と、
第１の電極および第２の電極と
を含む、プラズマ器具と、
該管腔と流体連通し、かつ該管腔にイオン性媒体を供給するように構成されたイオン性媒体ソースと、
該第１および第２の電極に連結されるように適合された可変周波数エネルギーソースであって、該可変周波数エネルギーソースは、プラズマ流入を発生させるために、該イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させるために十分なエネルギーを該第１および第２の電極に供給するように構成されている、可変周波数エネルギーソースと
を含み、
該エネルギーの周波数は、プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するように調整可能である、プラズマシステム。
（項目２）
上記可変周波数エネルギーソースおよび上記プラズマ器具のうちの少なくとも１つは、上記周波数を調整するための制御を含む、上記項目に記載のプラズマシステム。
（項目３）
上記イオン性媒体ソースは、上記可変周波数エネルギーソースに連結されるように適合されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目４）
上記可変周波数エネルギーソースは、上記イオン性媒体ソースからの上記イオン性媒体の流速に基づいて上記周波数を調整するように構成されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目５）
上記プラズマ器具は、上記細長い本体の遠位端に連結されたアプリケーター先端部を含む、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目６）
上記アプリケーター先端部は、上記細長い本体の管腔と流体連通している第２の管腔を規定する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目７）
上記第１の電極は、上記アプリケーター先端部の外側表面上に配置されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目８）
上記第２の電極は、上記細長い本体の管腔または上記第２の管腔のうちの少なくとも１つ内に配置されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目９）
上記周波数は、上記プラズマ流出が第１の温度にある第１の周波数と、該プラズマ流出が該第１の温度より高い第２の温度にある、該第１の周波数より高い第２の周波数とに調整可能である、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１０）
上記エネルギーソースは、
励起波形を出力するように構成された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たコントローラーであって、該コントローラーは、サイクルごとの基準で該励起波形の周波数を調整するように構成されている、コントローラーと
を含む、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１１）
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たＤＣ−ＤＣバックコンバーターを含み、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、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１２）
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た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、上記励起波形を発生させるように構成されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１３）
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、上記励起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調整するようにさらに構成されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１４）
方法であって、
イオン性媒体ソースからプラズマ器具にイオン性媒体を供給することであって、該プラズマ器具は、細長い本体であって、該細長い本体の中を通る管腔を規定する細長い本体と、第１および第２の電極とを含む、ことと、
可変周波数エネルギーソースから該第１および第２の電極に励起波形を供給することにより、該イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させて、プラズマ流入を発生させることと、
プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するために、該励起波形の周波数を調整することと
を含む、方法。
（項目１５）
上記周波数を調整することは、上記プラズマ器具上に配置された可変の設定要素を調整することを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
上記周波数を調整することは、上記可変周波数エネルギーソースの周波数ユーザーインターフェイスを用いて所望の周波数を入力することを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１７）
上記周波数を調整することは、上記イオン性媒体ソースからの上記イオン性媒体の流速に基づいて周波数を入力することを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
上記周波数を調整することは、上記プラズマ流出が第１の温度にある第１の周波数と、該プラズマ流出が該第１の温度より高い第２の温度にある、該第１の周波数より高い第２の周波数とのうちの少なくとも１つに設定することを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
上記励起波形を供給することは、デューティサイクルにおいてＤＣ−ＡＣブーストコンバーターの少なくとも１つの切換え要素を動作させ、ＤＣ波形を変換して該励起波形を発生させることを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２０）
上記周波数を調整することは、上記デューティサイクルを調整することを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（摘要）
プラズマシステムが開示される。プラズマシステムは、プラズマ器具であって、その中を通る管腔を規定する細長い本体と、第１の電極および第２の電極とを有する、プラズマ器具と、管腔と流体連通し、かつ管腔にイオン性媒体を供給するように構成されたイオン性媒体ソースと、第１および第２の電極に連結されるように適合された可変周波数エネルギーソースであって、可変周波数エネルギーソースは、プラズマ流入を発生させるために、イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させるために十分なエネルギーを第１および第２の電極に供給するように構成されている、可変周波数エネルギーソースとを含み、エネルギーの周波数は、プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するように調整可能である。

本明細書内に組み込まれ、本明細書の一部分として構成された添付の図面は、本開示の実施形態を例示し、上に提示された本開示の一般的な説明および以下に提示される実施形態の詳細な説明と共に、本開示の原理を説明することに役に立つ。

図１は、本開示に従う、プラズマシステムの斜視図である。 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、図１の実施形態のプラズマ器具の長手方向断面側面図である。 図６は、本開示に従う、図１のプラズマ器具実施形態の細長い本体の（図５に示される）拡大エリア６の部分断面斜視図である。

（詳細な説明）
ここで開示される電気外科用システム、装置および／またはデバイスの実施形態は、図面を参照して詳細に説明される。図面において、同様な参照数字は、いくつかの図面の各々において同一または対応する構成要素を示す。本明細書に使用される用語「遠位」は、ユーザーからより遠い電気外科用システム、装置および／またはデバイス、またはそれらのコンポーネントの部分を指し、その一方で、用語「近位」は、ユーザーにより近い電気外科用システム、装置および／またはデバイス、またはそれらのコンポーネントの部分を指す。

概して、図１を参照すると、本開示は、イオン性媒体のソース１６と、可変周波数でエネルギーを出力するように構成された電気外科用発電機２００とを含む電気外科用プラズマシステム１０を提供する。電気外科用プラズマシステム１０は、イオン性媒体のソース１６および電気外科用発電機２００に連結されるように適合されたプラズマ器具１２も含む。プラズマ器具１２および／または発電機２００は、電気外科用発電機２００の周波数を調整するための制御を含み、その制御は、次いで、プラズマ器具１２によって発生させられたプラズマ流出の１つ以上の特性（例えば、温度）を調整する。これは、所望の組織効果を達成するように、プラズマ流出を調整することを可能にする。実施形態において、周波数は、（検出される、組織および／またはエネルギーの特性、イオン性媒体の流量、およびそれらの組み合わせに応答して発電機２００による）自動入力および／または（１つ以上のオプションモードを選択する）ユーザー入力に応答して調整され得る。

本開示に従うプラズマは、高エネルギープラズマの直接適用を通して組織を凝固し、焼灼し、または他の方法で治療するために使用され得る。特に、プラズマから組織に転送する運動エネルギーは、加熱を引き起こし、従って、出血する組織の熱凝固に影響を与える。実施形態において、プラズマビーム凝固は、電気外科用発電機によってエネルギー化可能な１つ以上の電極を有する携帯用電気外科用器具を用いて完成され得、１つ以上の電極は、イオン性媒体（例えば、不活性気体）を用いてプラズマを形成するために適切な高強度電場を出力する。

本開示に従うプラズマシステム１０は、約６０°〜約３００°（「高温プラズマ」）（実施形態では約２０°〜約６０°（「低温プラズマ」））の温度を有するプラズマを発生させることが可能である。低温プラズマに関するこれらの温度は、平均温度を表し、粒子が熱平衡ではないので、いくつかの粒子は、比較的に高温を有し得、しかしながら、これらの高温粒子は、プラズマの小部分であり、従って平均プラズマ温度は低い。

高温プラズマは、電気アークを通して高温イオン化されたアルゴン気体のストリームを送達することによって、組織における効果を引き起こす。これらの器具の効果は、単に熱的であり、火の態様でプラズマも放出するブタントーチを用いて得られる組織効果と類似する。これらのタイプのプラズマは、組織を凝固し、切断し、蒸発させ、または他の方法で治療することによく適する。

低温プラズマは、コロナ放電を用いて発生させられて、非熱的機構を通して組織に影響を与え得る。コロナ放電を通して生成されたプラズマは、イオン性媒体（例えば、原料気体）の小部分をイオン化し、低い平均温度を有するプラズマを引き起こす。低温プラズマ放電は、エレクトロポレーションおよび反応性種の生成を通して組織に影響を与える。これらのタイプのプラズマは、創傷滅菌、薬物送達、創傷閉鎖、ならびに他の医療および外科手順にもよく適する。実施形態において、低温プラズマは、様々な生物活性剤の適用のために使用され得る。

本開示に従うプラズマは、ＤＣまたはＡＣパルスによって生成され得る。低温プラズマは、低いデューティサイクルで低いＤＣまたはＡＣパルスを器具の電極に適用することによって生成され得る。その一方で、高温プラズマは、高いデューティサイクルで高周波数ＤＣまたはＡＣパルスを適用することによって生成され得る。実施形態において、器具（例えば、電極および他の電気的に連結するコンポーネント）のインピーダンスは、完全に容量性であり、従って、器具においてより低いインピーダンスに遭遇する周波数を増大させて、より多い電力がイオン化プロセスに適用されることを可能にする。イオン化のより高い程度は、プラズマ温度も増大させる。気体流速、パルス幅、および繰り返し率を変化させることはまた、イオン化の量を調整するために使用され得る。

本開示に従うプラズマシステム１０は、非熱的および熱的プラズマの両方の発生を提供する。ここで開示されるプラズマシステム１０の発電機２００は、プラズマ励起波形の周波数の調整を可能にする。発電機２００は、単一装置内にそれらの特徴を組み合わせて、両方のテクノロジー（例えば、熱的および非熱的プラズマ）の実用性を向上させ、両方の適用間のシームレスな遷移を可能にする。

本開示に従うプラズマは、適切な発電機、電極および／またはアンテナを用いて、（無線周波数（「ＲＦ」、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚ）およびマイクロ波（「ＭＷ」約０．１ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚ）バンドを含む）約０．１ヘルツ（Ｈｚ）〜約１００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数で直流（ＤＣ）電気または交流（ＡＣ）電気として送達される電気エネルギーを用いて発生され得る。実施形態において、本開示に従うプラズマの様々な特性は、励起周波数、動作電圧、電流レベル、位相、電子温度および密度、ならびにそれらの組み合わせを調整することによって変更され得る。

続いて図１を参照すると、プラズマシステム１０がここで詳細に説明される。システム１０は、発電機２００に連結されるプラズマ器具１２と、任意の前駆体ソース（示されていない）も含み得るイオン性媒体ソース１６とを含む。発電機２００は、プラズマ器具１２に電力を送達する任意の適切なコンポーネントを含む。発電機２００は、プラズマを発生させるためにイオン性媒体を発火させる電力を生成することが可能な任意の無線周波数発電機または他の適切な電源であり得る。実施形態において、電気外科エネルギーは、発電機２００によって器具ケーブル４を通して器具１２に供給される。ケーブル４は、発電機２００の活性端子２３０（図３）にプラズマ器具１２を接続する供給リード４ａと、発電機２００のリターン端子２３２（図３）に器具１２を接続するリターンリードとを含む。プラズマ器具１２は、組織へのプラズマの適用のための電気外科用ペンシルとして利用され得る。発電機２００は、約１００ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの周波数で電力を器具１２に供給するように適合される電気外科用発電機であり得、実施形態において、周波数は、約２００ｋＨｚ〜約３ＭＨｚであり得、さらなる実施形態において、周波数は、約３００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚであり得る。

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、図１、５および６に示されるプラズマ器具１２に加えて、様々なタイプの電気外科用器具（例えば、電気外科用鉗子、電気外科用ペンシル、切除プローブなど）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、周波数設定、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、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、および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、プラズマ器具１２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、電気外科用ペンシル）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、プラズマおよび双極出力、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、プラズマ器具１２に連結するように構成されている。コネクター２５４は、１つ以上のリターン電極パッド（示されていない）に接続するために使用され得る。スクリーン２４６は、コネクター２６０および２６２に差し込まれ得るプラズマ器具１２によって実施されるプラズマ手順を制御する。

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の様々なコンポーネント、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波形（例えば、イオン性媒体を発火させる励起波形）の一周期を指す。本開示に従う発電機２００は、約１００ｋＨｚ〜約４，０００ｋＨｚ、実施形態において、約２００ｋＨｚ〜約３，０００ｋＨｚの動作周波数を有し得、さらなる実施形態において、周波数は、約３００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲を有し得、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。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、定電圧制限モード、定電流制限モード、定電力モード、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、負荷（例えば、気体の流量）と関連付けられるインピーダンスに基づく。

発電機２００のＡＣ出力に関して、例示的実施形態において、「定電力」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、「定電圧」および「定電流」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。

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、イオン性媒体）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。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の電力特性を測定し、測定される電力特性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。測定される電力特性の例は、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が、それらに限定されない。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とを含み得る。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Ｖ_ｏｕｔ（ｔ）とインダクター電流ｉ_Ｌ（ｔ）とを比較して制限を設定する。動作モードは、一定（または最大）の電流Ｉ_ｍａｘ、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１からの定電力Ｐ_１、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２からの定電力Ｐ_２、もしくは一定（または最大）の電圧Ｖ_ｍａｘ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、所望の出力特性のどの部分が生じさせられるかに依存して、定電力のために、電流モード制御により、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１を動作させるか、またはＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２を動作させるか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ｉ_Ｌ（ｔ）を非線形搬送制御電流ｉ_Ｃ（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ｉ_Ｃ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ｉ_Ｌ（ｔ）を電流制限信号（Ｉ）または電力制限信号（Ｐ_１）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（Ｐ_１）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ｉ_Ｌ（ｔ）が非線形搬送制御電流ｉ_Ｃ（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ｉ_Ｃ（ｔ）を超えるインダクター電流ｉ_Ｌ（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ｉ_Ｃ（ｔ）に対するインダクター電流ｉ_Ｌ（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。

定電流を発電機２００から発生させ、制御するために、インダクター電流ｉ_Ｌ（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Δｉ_Ｌ＜＜Ｉ_Ｌ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ｉ_Ｌ（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ｉ_Ｌ（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Ｖ_ｏｕｔ（ｔ）を参照電圧Ｖ_ｍａｘ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。

定電力出力モードに関して、定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。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、定電力を発生させる。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定電力出力をもたらす。

定常状態において、および第１の定電力レベルにおける動作において、インダクター電流ｉ_Ｌ（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ｉ_Ｃ（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ｉ_Ｌ（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を用いて定電力を発生させる。

定常状態において、および第２の定電力レベルにおける動作において、Ｖ_１（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、ｉ_Ｌ（ｔ）の平均電流をもたらし、ｉ_Ｌ（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。ｉ_Ｌ（ｔ）を調節するために、デューティサイクルｄ２は、ｉ_Ｌ（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。

定電圧出力モードに関して、定電圧出力は、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、Ｖ_{ｌｉｍｉｔ}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、Ｖ_{ｌｉｍｉｔ}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。

定電流出力モードに関して、定電流出力は、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、ＤＣ−ＤＣバックコンバーター１０１を電流モード制御す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の出力が定電流であるように、平均インダクター電流を正確に制御する。１つの定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ｉ_Ｌ（ｔ）を、Ｋ＊Ｐｓｅｔによって設定される定電流ｉ_ｃと比較し、Ｋ＊Ｐｓｅｔは、使用中にユーザーによって設定される定電流である。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ｉ_Ｌ（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、定電流出力モードは、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、定電力、定電圧、または定電流の３つのモードを実装している発電機２００は、ＡＣ出力特性の非常に速い、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性によって影響され、一方で、他のモードは、同じモニタリングされた特性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性（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、定電流から定電力、そして定電圧に遷移させる。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（Ｖ_{ｌｉｍｉｔ＿１}）よりも小さい場合、定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の定電力モード（ＰＩ）に遷移する。出力電圧が第２の電圧制限（Ｖ_{ｌｉｍｉｔ＿２}）を超える場合、発電機２００は、第２の定電力モード（Ｐ２）に遷移する。出力電圧が第３の電圧制限（Ｖ_{ｌｉｍｉｔ＿３}）を超える場合、発電機２００は、定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（Ｖ_{ｌｉｍｉｔ＿１}）、第２の電圧制限（Ｖ_{ｌｉｍｉｔ＿２}）、および第３の電圧制限（Ｖ_{ｌｉｍｉｔ＿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ｉ_Ｌ（ｔ）が増大する場合、定電圧モードから定電力モード、そして定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（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}）を超える場合、定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（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}）を超えない場合、モードは、第２の定電力レベルに遷移する。インダクター電流が第２の電流制限（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}）を超える場合、モードは、第１の定電力レベルに遷移する。インダクター電流が第３の電流制限（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿３}）を超える場合、発電機２００は、定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（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}）、第２の電流制限（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}）、および第３の電流制限（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿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、定電流を達成するために、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。定電力を達成するために、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得、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。定電圧を達成するために、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において固定され得、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。

本開示に従う発電機２００は、波形が、エネルギー発生を終了させることなしに調整され得る無限に可変周波数を有するように、任意のユーザー設定可能な周波数を有するプラズマを発生させるためのエネルギーを出力する能力がある。実施形態において、周波数は、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。周波数に対する調整は、ＤＣ−ＡＣブーストコンバーター１０２において達成され得る。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。

実施形態において、発電機２００は、個別の周波数設定を含み得、それは、ユーザーインターフェイス２４１および／または器具１２を介して入力され得る。さらなる実施形態において、発電機２００は、継続して周波数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、器具１２または他の入力デバイス（例えば、フットスイッチ）は、周波数を調整する入力を含み得る。さらなる実施形態において、周波数は、エネルギー、プラズマ、組織特性（例えば、インピーダンス）、イオン性媒体流速、およびそれらの組み合わせの変化に基づいて、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、プラズマ、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、イオン性媒体流速、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、周波数を自動的に調整し得る。

再び図１を参照すると、システム１０は、器具１２を通してプラズマの流量を加工片（例えば、組織）に提供する。イオン性媒体および任意の前駆体原料を含むプラズマ原料は、イオン性媒体ソース１６によってプラズマ器具１２に供給される。イオン性媒体ソース１６は、器具１２へのイオン性媒体の流量を制御する様々な流速センサーおよびコントローラー（例えば、弁、質量流量コントローラーなど）を含み得る。流速は、層流流速、乱流流速、およびそれらの任意の組み合わせを提供するように調整され得る。動作中、イオン性媒体および／または前駆体原料は、プラズマ器具１２に提供され、プラズマ原料は、イオン、ラジカル、特定の励起種からの光子、および準安定原子を含有するプラズマ流出を形成するように発火させられ、それらは、加工片内に、またはその表面において所望の化学反応を駆動する内部エネルギーを運ぶ。原料は、発火点からの上流またはその途中で（例えば、プラズマ流出の発火点において）混合され得る。

イオン性媒体ソース１６は、格納タンク、ポンプ、および／または流量メーター（明示されていない）を含み得る。イオン性媒体は、液体、または気体（例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、二酸化炭素、窒素、水素、酸素など）、およびそれらの混合物などであり得る。これらおよび他の気体は、最初、液体の形態であり、作動中に気化され得る。前駆体原料は、固体、気体、または液体の形態のいずれかであり得、任意の状態（例えば、固体、液体（例えば、微粒子または液滴）、気体、およびそれらの組み合わせでイオン性媒体と混合され得る。

引き続き図１を参照すると、イオン性媒体ソース１６は、管類１４を介してプラズマ器具１２に連結され得る。管類１４は、イオン性媒体および／または前駆体原料の複数のソースから与えられ得、複数のソースは、その近位端において器具１２にイオン性媒体および前駆体原料の混合物を送達するように特定の管類内に結合され得る。これは、プラズマ原料（例えば、前駆体原料およびイオン性気体）が、プラズマ器具１２の中における混合物の発火の前にプラズマ器具１２に同時に送達されることを可能にする。

イオン性媒体は、器具１２内、または管類１４に沿う任意の箇所、および／またはイオン性媒体ソース１６において配置された気体流量センサー（示されていない）を用いて測定され得る。気体流量センサーは、発電機２００に連結され、流速測定に応答する周波数の調整のために、発電機２００に流速測定を提供する。実施形態において、イオン性媒体の流速は、センサー２８０を用いて、発電機２００におけるインピーダンスおよび他の電気特性を用いて決定され得る。

別の実施形態において、イオン性媒体および前駆体原料は、別個の接続で供給され得ることにより、原料の混合は、プラズマ原料が発火点の近位に混合されるように、発火点から上流で、プラズマ器具１２内で生じる。

さらなる実施形態において、プラズマ原料は、途中（例えば、プラズマ流出の発火点または下流において）、直接的にプラズマに混合され得る。イオン性媒体は、発火点の近位で器具１２に供給され得る一方で、前駆体原料は、発火点においてイオン性媒体と混合されることも予期される。さらなる例示的な実施形態において、イオン性媒体は、混合されない状態で発火させられ得、前駆体は、発火させられたプラズマ内に直接的に混合され得る。混合の前に、プラズマ原料は、個々に発火させられ得る。プラズマ原料は、器具１２を通して媒体の流量を生成するために所定の圧力で供給され得、それは、プラズマ原料の反応を援助し、プラズマ流出を生成する。本開示に従うプラズマは、通常の大気条件の下で大気圧またはその近傍で発生され得る。

１つの実施形態において、これらの前駆体は、発電機２００からの電気エネルギーにより点火される場合、またはイオン性媒体１６から形成された粒子（電子、光子、もしくは制限された選択的化学反応性を有する他のエネルギー保有種）と衝突を起こす場合に、反応性種（例えば、イオン、電子、励起状態（例えば、準安定）種、および分子フラグメント（例えば、ラジカル）など）を形成することが可能な任意の化学種であり得る。より具体的には、これらの前駆体は、様々な反応性官能基（例えば、ハロゲン化アシル、アルコール、アルデヒド、アルカン、アルケン、アミド、アミン、ブチル、カルボン酸、シアネート、イソシアネート、エステル、エーテル、エチル、ハロゲン化物、ハロアルカン、ヒドロキシル、ケトン、メチル、ニトレート、ニトロ、ニトリル、ニトリト、ニトロソ、過酸化物、ヒドロペルオキシド、酸素、水素、窒素、およびこれらの組み合わせ）を含み得る。ある実施形態において、これらの前駆体原料は、水；ハロゲノアルカン（例えば、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、および四フッ化炭素など）；過酸化物（例えば、過酸化水素、アセトンペルオキシド、および過酸化ベンゾイルなど）；アルコール（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール）；アルカリ性物質（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アミン）；アルキル；ならびにアルケンなどであり得る。このような前駆体原料は、実質的に純粋な形態で、または混合された形態で、または可溶性形態で、適用され得る。

図１、５および６を参照すると、器具１２は、近位端１０２と遠位端１０４とを有するハンドルハウジング１００を含む。ハウジング１００は、イオン性媒体ソース１６から気体管類１４に連結された近位端と、ハウジング１００の遠位端１０４において終結する遠位端とを有する、ハウジング内に規定された管腔１０６も含み得る。器具１２は、図６に示されるように、その中に通る管腔１２４を規定するシャフトハウジング１２２を有する細長い本体１２０も含む。シャフトハウジング１２２は、剛性または可撓性であり得る。特に、管腔１０６および１２４は、イオン性媒体ソース１６と気体流通および／または流体流通して、イオン性媒体および前駆体原料の流量が管腔１０６および１２４を通して流れることを可能にする。

図５および６を参照すると、コンダクタ４ａ、４ｂは、それぞれ、電極１０８および１１０（図６）に連結される。コンダクタ４ａ、４ｂは、ハウジング１００および細長い本体１２０のシャフトハウジング１２２を通して延在し、ケーブル４を介して発電機２００に接続される。ケーブル４は、コネクター２５８において発電機２００に器具１２を接続するプラグ（示されていない）を含み得る。コンダクタ４ａは、電極１０８の近位端に連結される。コンダクタ４ｂは、シャフトハウジング１２２内に埋め込まれたリードまたはワイヤであり得、コンダクタ４ｂの遠位部分を露出することによって電極１１０に連結される。

シャフトハウジング１２２は、約２ｍｍ〜約２０ｍｍの直径を有し得、器具１２が、腹腔鏡手順における内視鏡またはアクセスポートの手術ポート、および、低侵襲手順の間、手術サイトにおけるプラズマ流出の適用のための自然の体の開口を通して挿入されることを可能にする。

シャフトハウジング１２２は、熱可塑性物質（例えば、アクリル樹脂、セルロイド、酢酸セルロース、環状オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル、フルオロポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）、イオノマー、ポリオキシメチレン、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカプロラクトン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、塩素化ポリエチレン、ポリイミド、ポリ乳酸、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、スチレン−アクリロニトリル、およびそれらの組み合わせ）を含む任意の適切な誘電材料から形成され得る。

図６を参照すると、器具１２は、その遠位端において細長い本体１２０に連結されたアプリケーター先端部１３０をさらに含む。実施形態において、アプリケーター先端部１３０は、管腔１２４の遠位端内に挿入される。先端部１３０は、プラズマの温度が十分に低い場合に前述の熱可塑性物質を含む任意の適切な誘電材料から、またはセラミック材料を含む任意の他の適切な耐熱誘電材料から形成され得る。適切なセラミック材料は、金属酸化物セラミックス、非酸化物セラミック、セラミック複合材料、およびそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。適切な酸化物セラミックスは、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、シリカ、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化アルミナ、酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、酸化銅、酸化ニッケル、酸化プラセオジム、酸化チタン、酸化エルビウム、酸化ユーロピウム、ホルミウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化バナジウム、酸化コバルト、酸化ネオジムおよびそれらの組み合わせとそれらの複合材料（例えば、繊維複合材料、金属酸化物複合体、非酸化物複合体、アルミナ／ジルコニア複合材料など）を含む。

アプリケーター先端部１３０は、それを通る管腔１３６も含み、管腔１３６は、管腔１２４と流体連通している。管腔１３６は、器具１２によって発生させられるプラズマプルームのサイズおよび／または形状を調整するための任意の適切な形状を有し得る。実施形態において、管腔１２４は、器具１２から出ていく前に、プラズマプルームを成形する（例えば、狭める）ための１つ以上の表面も含み得る。

図６を参照すると、器具１２は、それぞれ、内側電極および外側電極として示される、アプリケーター先端部１３０内に配置された２つ以上の電極１０８、１１０も含む。電極１０８および１１０は、金属（例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、タングステン、および、それらの組み合わせと合金）を含む導電性材料から形成され得る。電極１０８および１１０は、リング、ストラップ、針、メッシュなどを含むが、それらに限定されない、電気エネルギーを伝導し、かつイオン性媒体を発火させるための任意の適切な形状を有し得る。電極１０８および１１０はまた、以下により詳細に説明されるように、イオン性媒体と容量性連結するために、管腔１２４の外側またはその中に配置され得る。任意の前駆体原料と関連するイオン性媒体は、電極１０８および１１０を通るエネルギーの適用によって発火させられ、アプリケーター先端部１３０の開口部１１５を通して出ていくプラズマプルームを形成する。

実施形態において、電極１０８は、図６に示されるように、内側電極として構成され得る。電極１０８は、絶縁層１０８ａ内に取り囲まれ得、スペーサ１１３を用いて管腔の中に支持され得る。電極１１０は、アプリケーター先端部１３０の外側表面１３２上に配置される。電極１１０は、電極１０８と１１０との間の容量性連結を可能にする、アプリケーター先端部１３０の誘電材料によって電極１０８から絶縁される１つ以上の電極を含み得る。

さらなる実施形態において、器具１２は、器具１２の特性に対応する１つ以上の値を格納するように構成される識別子（示されていない）を含み得る。識別子は、ＲＦＩＤ、ＥＥＰＲＯＭ、または、発電機２００によってアクセス可能な任意の他の適切な格納媒体であり得る。識別子の中に格納された値は、電極タイプ／構造、アプリケーター先端部１３０の寸法、管腔１３６の形状／構造、シリアル番号などを含み得るが、それらに限定されない。さらなる実施形態において、格納媒体（例えば、非一時的）識別子は、全体または部分的に再書き込み可能であり得、滅菌カウント、使用カウント、使用された時間などを含む使用データを格納し得る。発電機２００は、識別子１１９と相互作用するように構成された対応するリーダ／ライタを含み得る。発電機２００は、識別子の中に格納されたデータに基づいてその出力を調整するだけではなく、また器具１２が使用された後に使用／滅菌データを反映するように識別子を更新し得る。

図１および５を参照すると、器具１２は、１つ以上の作動スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃも含み、作動スイッチの各々は、ハウジング１００の上半分シェル部分を通して延在する。各作動スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、スイッチプレート１５４上に提供されたそれぞれの触覚要素（例えば、スナップドームスイッチ）上に動作可能に支持される。各作動スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、発電機２００から電極１０８および１１０に供給される電気エネルギーの伝送を制御する。作動スイッチ１５０ａ−１５０ｃは、電圧分配器ネットワーク（ＶＤＮ）または他の回路制御手段を介して、ケーブル４の中の制御リードを通して発電機２００に制御信号を伝送する。ここで目的のために、用語「電圧分配器ネットワーク」は、直列に接続された電源（例えば、２つのインピーダンスのうちの１つ）を横切る出力電圧を決定する任意の既知の形態の抵抗性、容量性または誘導性スイッチ閉合（など）に関連する。ここに使用される「電圧分配器」は、特定の点でタップを提供されて、印加された電圧の固定または可変の割合を利用可能にする、直列に接続された多数の抵抗器に関連する。

戻って図１を参照すると、器具１２は、可変の設定要素（例えば、ハウジング１００内に規定されたガイドチャンネル１６０の中に、ハウジング１００上またはその中に摺動して支持されたスライドスイッチ１５８）をさらに含む。スイッチ１５８は、ＶＤＮにわたってそれに沿って摺動するスライド電位差計として機能するように構成され得る。スイッチ１５８は、最低周波数設定に対応する最近位位置（例えば、ケーブル４に最も近い）での第１の位置と、スイッチ１５８が最高周波数設定に対応する最遠位位置にある第２の位置とを有する。スイッチ１５８は、スイッチ１５８が最遠位位置と最近位位置との間の位置にある複数の中間位置に配置され得、複数の中間位置が、様々な中間周波数設定に対応する。理解され得るように、近位端から遠位端までの周波数設定は、（例えば、高いから低いまで）逆にされ得る。作動スイッチ１５０ａ−１５０ｃおよびスイッチ１５８は、共同に所有された米国特許第７，８７９，０３３号においてさらに詳細に説明され、上記文献の全部の内容は、本明細書において参照することによって援用される。

周波数は、発電機２００および／または器具１２のいずれかを通して制御され得る。図２を参照すると、スクリーン２４４は、コネクター２５６および２５８の出力の制御だけではなく、発電機２００の周波数の制御も可能にするタッチスクリーンであり得る。実施形態において、スクリーン２４４は、他の制御（例えば、キーボード、ボタンなど）によって代替および／または補完され得る。スクリーン２４４は、周波数を調整するための入力ボタンを含む。これは、グラフィックユーザーインターフェイス要素としてスクリーン２４４上に示される様々な制御スキーム（例えば、可変の設定要素（例えば、摺動可能なバー）、所定の増分ボタン、テキストおよび／または数字の入力、およびそれらの組み合わせによって達成され得る。周波数設定は、適切な周波数設定のスライダ、個別の周波数入力、数値入力、または設定周波数のための任意の他の入力として表示され得る。周波数設定は、器具１２によって出力されるプラズマに対して励起エネルギーの所望の周波数を達成するように前述の周波数を調整するために、発電機２００によって使用される。

器具１２は、プラズマビームの様々な特性も制御し得る。作動スイッチ１５０ａ−１５０ｃは、発電機２００を作動させ、および／またはイオン性媒体ソース１６からのイオン性媒体の流量を制御するために使用され得る。スライドスイッチ１５８は、器具１２によって出力されるプラズマの所望の程度の周波数を達成するために、前述の周波数を調整するように構成される。

実施形態において、フットスイッチまたは携帯用キーボードおよび／またはリモートなどの追加の入力デバイスが使用され得る。入力デバイス（例えば、作動スイッチ１５０ａ−１５０ｃ）は、２ステージスイッチであり得、第１のステージの作動中、イオン性媒体およびＲＦエネルギーは、十分なレベルで器具１２に供給されて、非治療的イオン化を開始させるように管腔１０６の中に活性プラズマフィールドを準備する。これは、ユーザーが、非治療的イオン化された気体プルームに対して標的組織を視覚化することを可能にする。発電機２００は、事前のイオン化レベルが必要な最小限のＲＦ電力で達成および維持されることを確実にするフィードバック制御ループを含み得る。実施形態において、単一波スパイクは、事前のイオン化フィールドに送達されるＲＭＳ電力を最小限にすることによって、プラズマ器具を加熱し過ぎることなしに、十分なイオン化されたフィールドを維持するために発生させられ得る。さらなる実施形態において、微量の実質的に電気的負性の組成物は、イオン化された気体の視覚化を向上させるために追加され得る。適切なトレーサー組成物は、化合物（例えば、ナトリウム、ネオン、キセノン、およびそれらの組み合わせなど）を含む。スイッチの第２のステージの閉合は、治療的レベルまでにＲＦ電力を増大させ、それによって標的にされた治療結果を開始させる。

本開示は、様々な周波数を有するプラズマ電気外科用システムを提供し、それは、プラズマビームのリアルタイム調整を可能にし、それによって特定の外科手術の効果を達成することを可能にする。システムは、様々なプラズマ効果を発生させるために使用される単一電気外科用発電機を可能にし、それによって手術室設備のコストを減少させる。特に、単一器具における低温プラズマと高温プラズマの組み合わせは、両方のテクノロジーの実用性を向上させ、新規の外科手術の技術（例えば、熱プラズマを用いる解剖の後に冷プラズマを用いる組織の表面滅菌、または冷プラズマ薬剤送達の後に熱プラズマを用いる解剖）を可能にし得る。

本開示の例示的な実施形態が、添付の図面を参照しながら本明細書中に記載されたが、本開示はこれらの正確な実施形態に限定されないこと、ならびに種々の他の変更および改変が、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、本開示において当業者によりなされ得ることが、理解されるべきである。特に、上で議論されたように、このことは、プラズマ種の相対的な割合を、加工片表面またはその反応性プラズマの体積に対して望ましい特定のプロセスに関する要件に合うように、調整することを可能にする。

Claims (20)

1. プラズマシステムであって、
   プラズマ器具であって、
   細長い本体であって、該細長い本体の中を通る管腔を規定する、細長い本体と、
   第１の電極および第２の電極と
   を含む、プラズマ器具と、
   該管腔と流体連通し、かつ該管腔にイオン性媒体を供給するように構成されたイオン性媒体ソースと、
   該第１および第２の電極に連結されるように適合された可変周波数エネルギーソースであって、該可変周波数エネルギーソースは、プラズマ流入を発生させるために、該イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させるために十分なエネルギーを該第１および第２の電極に供給するように構成されている、可変周波数エネルギーソースと
   を含み、
   該エネルギーの周波数は、プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するように調整可能である、プラズマシステム。
2. 前記可変周波数エネルギーソースおよび前記プラズマ器具のうちの少なくとも１つは、前記周波数を調整するための制御を含む、請求項１に記載のプラズマシステム。
3. 前記イオン性媒体ソースは、前記可変周波数エネルギーソースに連結されるように適合されている、請求項１に記載のプラズマシステム。
4. 前記可変周波数エネルギーソースは、前記イオン性媒体ソースからの前記イオン性媒体の流速に基づいて前記周波数を調整するように構成されている、請求項３に記載のプラズマシステム。
5. 前記プラズマ器具は、前記細長い本体の遠位端に連結されたアプリケーター先端部を含む、請求項１に記載のプラズマシステム。
6. 前記アプリケーター先端部は、前記細長い本体の管腔と流体連通している第２の管腔を規定する、請求項５に記載のプラズマシステム。
7. 前記第１の電極は、前記アプリケーター先端部の外側表面上に配置されている、請求項６に記載のプラズマシステム。
8. 前記第２の電極は、前記細長い本体の管腔または前記第２の管腔のうちの少なくとも１つ内に配置されている、請求項７に記載のプラズマシステム。
9. 前記周波数は、前記プラズマ流出が第１の温度にある第１の周波数と、該プラズマ流出が該第１の温度より高い第２の温度にある、該第１の周波数より高い第２の周波数とに調整可能である、請求項１に記載のプラズマシステム。
10. 前記エネルギーソースは、
    励起波形を出力するように構成された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たコントローラーであって、該コントローラーは、サイクルごとの基準で該励起波形の周波数を調整するように構成されている、コントローラーと
    を含む、請求項１に記載のプラズマシステム。
11. 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たＤＣ−ＤＣバックコンバーターを含み、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１０に記載のプラズマシステム。
12. 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た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、前記励起波形を発生させるように構成されている、請求項１１に記載のプラズマシステム。
13. 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、前記励起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調整するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のプラズマシステム。
14. 方法であって、
    イオン性媒体ソースからプラズマ器具にイオン性媒体を供給することであって、該プラズマ器具は、細長い本体であって、該細長い本体の中を通る管腔を規定する細長い本体と、第１および第２の電極とを含む、ことと、
    可変周波数エネルギーソースから該第１および第２の電極に励起波形を供給することにより、該イオン性媒体ソースによって供給されるイオン性媒体を発火させて、プラズマ流入を発生させることと、
    プラズマ流出の少なくとも１つの特性を変更するために、該励起波形の周波数を調整することと
    を含む、方法。
15. 前記周波数を調整することは、前記プラズマ器具上に配置された可変の設定要素を調整することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記周波数を調整することは、前記可変周波数エネルギーソースの周波数ユーザーインターフェイスを用いて所望の周波数を入力することを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記周波数を調整することは、前記イオン性媒体ソースからの前記イオン性媒体の流速に基づいて周波数を入力することを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記周波数を調整することは、前記プラズマ流出が第１の温度にある第１の周波数と、該プラズマ流出が該第１の温度より高い第２の温度にある、該第１の周波数より高い第２の周波数とのうちの少なくとも１つに設定することを含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記励起波形を供給することは、デューティサイクルにおいてＤＣ−ＡＣブーストコンバーターの少なくとも１つの切換え要素を動作させ、ＤＣ波形を変換して該励起波形を発生させることを含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記周波数を調整することは、前記デューティサイクルを調整することを含む、請求項１９に記載の方法。