JP6018287B2 - マイクロ波焼灼発生器制御システム - Google Patents

Description

本発明は、医療手技を行なうためのシステム、デバイス、および方法に関し、システム、装置、および方法は、マイクロ波エネルギー送達デバイスのハンドピースに送達されるマイクロ波エネルギーに関連する少なくとも１つのパラメータの測定を含む。

マイクロ波焼灼手技の間、マイクロ波エネルギー送達システム（例えば、発生器、マイクロ波エネルギー送達デバイス、発生器からデバイスのハンドピースにマイクロ波エネルギー信号を送達するように構成されている導波路、およびアンテナを含む、システム）の電気性能は、焼灼治療の過程全体を通して変化する。性能の変化は、送達デバイスの変化、組織特性の変化、または送達経路の変化により得る。これらの変化を示すパラメータを観察するための能力は、マイクロ波エネルギーの送達のより優れた制御を提供する。

例えば、アンテナインピーダンスの測定は、アンテナ性能および／またはアンテナ特性の変化を決定するための一般的方法である。マイクロ波システムは、典型的には、例えば、５０オーム等の特性インピーダンスに設計され、発生器、送達システム、焼灼デバイス、および組織のインピーダンスは、特性インピーダンスにほぼ等しい。エネルギー送達の効率は、システムの任意の部分のインピーダンスが変化するとき減少する。

低周波数ＲＦシステムでは、インピーダンスは、既知の電圧で送達された電流を測定すること、および周知のアルゴリズムを用いて組織インピーダンスを算出することにより容易に決定され得る。マイクロ波周波数における組織インピーダンスの正確な測定を得ることは、回路がマイクロ波周波数で異なって挙動するのでより困難である。例えば、ＲＦシステムにおける電極とは異なり、マイクロ波システムにおけるアンテナは、電流を組織に伝導しない。さらに、マイクロ波システム中のその他の構成要素は、アンテナのようにエネルギーを伝送または放射し得るか、または構成要素は、エネルギーを発生器に反射させ得る。したがって、マイクロ波発生器によって生成されたエネルギーの何％が組織に実際に送達されているかを決定することは困難であり、そして組織インピーダンスのための従来のアルゴリズムは、典型的には、不正確である。

したがって、インピーダンスを測定する他の方法が、典型的には、マイクロ波システムにおいて使用される。１つの周知の方法は、順方向電力および逆方向電力の測定を用いる間接法である。これは、一般に認められた方法ではあるが、本方法はまた、成分損失を考慮せず、インピーダンスを計算するために、例えば、方向性結合器からの順方向および逆方向電力測定等の間接測定に依存するので不正確であることが分かっている。加えて、本方法は、アンテナインピーダンスを決定するために重要な構成要素である位相に関連する情報を提供しない。

本開示は、マイクロ波エネルギー送達デバイスのハンドピースに送達されるエネルギーに関連する少なくとも１つのパラメータを測定するように構成されている、マイクロ波エネルギー送達デバイスを含む、マイクロ波エネルギー送達システムについて説明する。

本開示は、医療手技を行なうためのマイクロ波発生器およびマイクロ波エネルギー送達デバイスを含む、マイクロ波エネルギー送達および測定システムに関する。本発明の一側面では、マイクロ波エネルギー送達および測定システムは、マイクロ波エネルギー信号の送達のためのマイクロ波発生器と、マイクロ波エネルギー信号を受信するように構成されている、マイクロ波エネルギー送達デバイスとを含む。マイクロ波発生器は、所定のマイクロ波周波数におけるマイクロ波エネルギー信号の発生および送達を制御するように構成され、マイクロ波エネルギー送達デバイスから、マイクロ波エネルギー信号に関連する１つ以上の測定信号を受信するように構成されている、処理ユニットを含む。マイクロ波発生器はまた、マイクロ波エネルギー信号の順方向電力および／または逆方向電力に関連する１つ以上の発生器測定信号をマイクロ波発生器において発生し、処理ユニットに提供するように構成されている、方向性結合器を含む。マイクロ波エネルギー送達デバイスは、筐体と、筐体に結合され、マイクロ波エネルギー信号を受信し、所定のマイクロ波周波数で共振するように構成されている、マイクロ波アンテナと、遠隔ＲＦセンサと、遠隔感知インターフェースとを含む。遠隔ＲＦセンサは、筐体内に配置され、マイクロ波アンテナに結合され、１つ以上の遠隔測定信号を発生させ、提供するように構成されている。遠隔感知インターフェースは、マイクロ波発生器の処理ユニットと遠隔ＲＦセンサとの間に結合される。遠隔感知インターフェースは、１つ以上の遠隔測定信号を遠隔ＲＦセンサから受信し、遠隔測定信号を処理ユニットに提供するように構成されている。

本開示の他の側面では、遠隔ＲＦセンサは、遠隔方向性結合器を含み得る。さらに、遠隔感知インターフェースからの遠隔測定信号は、遠隔方向性結合器におけるマイクロ波エネルギー信号の順方向電力および／または逆方向電力に関連し得る。

本開示の他の側面では、遠隔感知インターフェースは、マイクロ波エネルギー送達デバイスとマイクロ波発生器との間に結合された１つ以上の導体を含み得、または遠隔感知インターフェースは、マイクロ波エネルギー送達デバイスとマイクロ波発生器との間に無線接続を発生させ得る。

本開示の他の側面では、処理ユニットは、発生器測定信号および／または遠隔測定信号の特性に基づいて、マイクロ波エネルギー信号に関連するパラメータを調節するように構成され得る。処理ユニットは、発生器測定信号および遠隔測定信号の比較に関連する比較器信号を発生させるように構成されている、比較器を含み得る。発生器測定信号および／または遠隔測定信号は、順方向電力および／または逆方向電力に関連し得る。

本開示の他の側面では、遠隔ＲＦセンサは、遠隔方向性結合器および遠隔方向性結合器に接続された中間周波数発生器を含み得る。遠隔方向性結合器は、マイクロ波エネルギー信号に関連する所定の周波数において、無調整測定信号を発生させるように構成され得る。遠隔方向性結合器に接続された中間周波数発生器は、無調整測定信号の各々を搬送波信号と混合し、それによって、遠隔方向性結合器によって発生された各測定信号に関連する中間測定信号を発生させるように構成されている。

本開示の他の側面では、中間周波数発生器は、発振器および電力混合器を含み得る。発振器は、搬送波信号周波数において、搬送波信号を発生させるように構成され得る。電力混合器は、遠隔方向性結合器によって発生される搬送波信号および無調整測定信号を混合することによって、中間測定信号を発生させるように構成され得る。遠隔ＲＦセンサインターフェースによってマイクロ波発生器に提供される遠隔測定信号は、電力混合器によって発生される中間測定信号を含み得る。

本開示の他の側面では、処理ユニットは、電気外科手術発生器処理ユニットおよび遠隔電力結合器処理ユニットを含み得る。電気外科手術発生器処理ユニットは、所定のマイクロ波周波数におけるマイクロ波エネルギー信号の発生および送達を制御するように構成され得る。遠隔電力結合器処理ユニットは、マイクロ波エネルギー信号に関連する遠隔測定信号を受信するように構成され、遠隔測定信号を電気外科手術発生器処理ユニットに提供するように構成され得る。本開示の一側面では、遠隔電力結合器処理ユニットは、電気外科手術発生器内に組み込まれるアドオンデバイスである。

本開示の側面は、マイクロ波エネルギー信号の特性を測定するための軽量方向性結合器を含み得る。軽量方向性結合器は、スルー信号同軸ケーブルおよび結合された同軸ケーブルを含み得、各々、同軸関係において形成された内側導体および外側導体を含み、その長さに沿って互に当接し、平行である。スルー信号同軸ケーブルおよび結合された同軸ケーブルの各々は、第１の長さを有する第１のスロットおよび第２の長さを有する第２のスロットをその中に画定する。第１および第２のスロットは、互に隣接し、スルー信号同軸ケーブルおよび結合された同軸ケーブルを互に動作可能に結合する。

本開示の他の側面では、各スロットは、外側導体の一部を除去し、それによって、各スロットに半円筒開口部を形成することによって形成され得る。第１のスロットおよび第２のスロットの各々のスロット長は、等しくてもよく、長さに沿った第１のスロットと第２のスロットとの間の間隔も、等しくてもよい。第１のスロットと第２のスロットとの間の間隔は、スルー信号同軸ケーブルに提供されるマイクロ波エネルギー信号の波長の４分の１（λ／４）に等しくてもよい。第１のスロット長および第２のスロット長は、１３ｍｍ〜１５ｍｍであり得る。

本開示の種々の側面は、図面を参照して、本明細書に後述される。
図１は、本開示のある実施形態による、マイクロ波エネルギー送達システムの斜視図である。 図２は、典型的電気外科手術発生器の制御回路電気ブロック図である。 図３は、本開示のある実施形態による、マイクロ波エネルギー送達システムの制御回路電気ブロック図である。 図４Ａは、コンパクトな遠隔方向性結合器を含む、マイクロ波エネルギー送達デバイスの斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａのコンパクトな遠隔方向性結合器を含む、マイクロ波エネルギー送達デバイスの分解図である。 図５は、本開示のある実施形態による、遠隔方向性結合器の機能ブロック図である。

本開示の詳細な実施形態が、本明細書に説明される。しかしながら、開示される実施形態は、単に、例示であり、種々の形態で具現化され得ることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される具体的構造および機能詳細は、限定ではなく、単に、請求項の基礎として、かつ事実上任意の適切に詳細な構造に本開示を採用するために、当業者に教示するための代表的基礎として解釈されたい。

以下の図面および説明において、用語「近位」は、従来通り、ユーザにより近い端部を指す一方、用語「遠位」は、ユーザからより遠い端部を指すであろう。

次に、図１を参照すると、本開示のある実施形態による、マイクロ波療法のためのマイクロ波エネルギーを供給するためのシステムが、１０として示される。マイクロ波エネルギー送達システム１０は、制御回路２２を伴う電気外科手術発生器２０であって、制御回路２２は、電気外科手術発生器２０の動作を制御する、電気外科手術発生器２０と、伝送ライン３４を介して電気外科手術発生器２０に結合されたマイクロ波エネルギー送達デバイス３０とを含む。

伝送ライン３４は、同軸ケーブル３４ａ（すなわち、導波路）および補助ケーブル３４ｂを含む。同軸ケーブル３４ａは、電気外科手術発生器２０とマイクロ波エネルギー送達デバイス３０のハンドピース３６との間にマイクロ波エネルギー信号を送達するように構成される。補助ケーブル３４ｂは、ハンドピース３６と電気外科手術発生器２０との間に１つ以上の信号を送達するように構成される。ハンドピース３６と電気外科手術発生器２０との間で送達される１つ以上の信号は、ハンドピース３６内の回路に給電するためのＤＣ電力信号と、ハンドピース３６、シャフト３８（ハンドピース３６から延在する）、および／またはそこから治療用エネルギーを放射するアンテナ３２（マイクロ波エネルギー送達デバイス３０の遠位端上）におけるマイクロ波エネルギー信号の状態および／または品質に関連するリアルタイムまたは履歴情報を含む情報信号とを含み得る。

伝送ライン３４の近位端上に配置される伝送ラインコネクタ２４は、電気外科手術発生器２０上の伝送ライン受信機４６に接続する。伝送ライン３４の遠位端は、マイクロ波エネルギー送達デバイス３０に接続する。

電気外科手術発生器２０は、電気外科手術発生器２０、マイクロ波エネルギー送達デバイス１０に関連するパラメータ、および／またはマイクロ波エネルギーの送達に関連するパラメータを入力するためのキーパッド４２を有する、オペレータインターフェース４０を含み得る。ディスプレイ４４は、マイクロ波エネルギーの送達に関連する１つ以上のパラメータおよび／またはマイクロ波発生器２０、伝送ライン３４、および／またはマイクロ波エネルギー送達デバイス１０に関連する１つ以上のパラメータを表示あるいはグラフ化し得る。

マイクロ波エネルギー送達デバイス３０は、ハンドピース３６、シャフト３８、およびシャフト３８の遠位端上に形成されるアンテナ３２を含む。好適なマイクロ波エネルギー送達デバイス３０の１つは、図１に図示されるように、商標名Ｅｖｉｄｅｎｔ^ＴＭ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｎｔｅｎｎａｓの下、Ｃｏｖｉｄｉｅｎによって販売される組織透過マイクロ波エネルギー送達デバイス３０であるが、本明細書に説明される実施形態は、マイクロ波エネルギー等を送達可能な任意のデバイスに好適であり得る。本明細書に説明される実施形態はまた、以下により詳細に説明されるように、任意の好適なエネルギー送達デバイスに適用され得る。

図２を参照すると、典型的電気外科手術発生器２０の制御回路電気ブロック図が、概して、制御回路１００として指定されて示される。明確にするために、電気外科手術発生器２０の制御回路１００は、典型的マイクロ波発生器２０の制御回路の一般的機能性のみを提供し、マイクロ波発生器２０の全側面を含まない。個々の構成要素の機能性は、組み合わせられるか、または１つ以上の構成要素内に含まれ得、種々の構成要素は、好適なケーブルおよび／またはコネクタを用いて相互接続される。

制御回路１００は、高周波マイクロ波信号を発生させ、増幅器１１０に供給可能な信号発生器１０５を含む。信号発生器１０５は、単一周波数発生器であり得るか、可変周波数能力を含み得るか、または２つ以上の関連周波数を含む信号を提供する能力を含み得、その場合、マイクロ波エネルギー送達デバイス３０（図１参照）は、２つ以上の関連または非関連周波数において共振するように構成される。

増幅器１１０は、信号発生器１０５からの高周波マイクロ波信号を受信し、望ましいエネルギーレベルに増幅する。増幅器１１０は、単一段階または多段階増幅器を含み得、１つ以上の信号調整回路、あるいは、例えば、低域通過フィルタ回路、高域通過フィルタ回路、または帯域通過フィルタ回路等のフィルタ（図示せず）を含み得る。増幅器１１０の利得は、固定であり得るか、または、例えば、監視制御システム（図示せず）、中央処理ユニット１２０（ＣＰＵ）内の制御アルゴリズム等の好適なコントローラによって制御され得るか、あるいは増幅器１１０の利得は、キーパッド４２（図１参照）を通して、臨床医によって手動で調節され得る。

増幅器１１０は、継続な増幅マイクロ波信号をホットスイッチリレー１２５に供給する。ホットスイッチリレー１２５は、ＣＰＵ１２０によって制御され、増幅マイクロ波信号を増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０およびサーキュレータ１３５のうちの１つにスイッチするように構成される。例えば、位置Ａでは、ホットスイッチリレー１２５は、エネルギーをバーンオフ負荷抵抗器１３０に送達し、位置Ｂでは、エネルギーをサーキュレータ１３５に送達する。

ホットスイッチリレー１２５は、高出力マイクロ波エネルギー信号をスイッチすることが可能な任意の適切な固体高出力スイッチであり得る。ホットスイッチリレー１２５は、信号発生器１０５および増幅器１１０から高出力マイクロ波エネルギー信号を受信し、信号発生器１０５または増幅器１１０をパワーダウンすることなく信号を増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０またはサーキュレータ１３５のうちの１つに通す。使用時、ホットスイッチリレー１２５は、電気外科手術発生器２０が、電力信号発生器１０５または増幅器１１０を出力ダウンする必要性を排除することによって増幅器過渡状態を作ることなく、ほぼ瞬時の電力を提供することを可能にする（例えば、超高速オン／オフ能力を伴う、ほぼ継続的電力を提供することができる）。

増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０は、マイクロ波エネルギーを放散する一方、信号発生器１０５の帯域幅にわたって、最小量の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）または反射エネルギーを発生させることが可能である任意の好適な同軸ターミネータであり得る。

サーキュレータ１３５は、ホットスイッチリレー１２５と方向性結合器１４５との間の定在波を排除する、受動３ポートデバイスである。サーキュレータ１３５は、ポートＡで受信された信号をポートＢに通し、ポートＢで受信された信号をポートＣに通し、ポートＣで受信された信号をポートＡに通す。ホットスイッチリレー１２５が位置Ａにあるとき、マイクロ波エネルギー信号は、サーキュレータ１３５のポートＡからポートＢに接続された方向性結合器１４５に通される。ポートＢで受信した方向性結合器１４５（例えば、伝送ライン１３４およびマイクロ波エネルギー送達デバイス１３０に接続された伝送ライン受信機１４６）から反射されたエネルギーは、ポートＣに通され、逆方向エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２を通して放散される。逆方向エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２は、本明細書で前述されたように、増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０と機能が同様である。

方向性結合器１４５は、利用可能な当技術分野において公知のほとんどの従来の方向性結合器と同様に動作するように構成され得る。方向性結合器１４５は、ポート１で受信した高出力マイクロ波エネルギー信号をポート２に最小の挿入損失を伴って通す。エネルギーは、伝送ライン受信機４６を通して反射され（伝送ライン１３４およびマイクロ波エネルギー送達デバイス３０から）、方向性結合器１４５のポート２で受信され、方向性結合器１４５を通して、方向性結合器１４５のポート１からサーキュレータ１３５のポートＢに通される。サーキュレータ１３５は、ポートＢを通して受信されたエネルギーをサーキュレータ１３５のポートＣに通し、エネルギーは、逆方向エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２によって放散される。

方向性結合器１４５は、ポート１およびポート２で受信された信号の各々のわずかな部分をサンプリングし、各信号のわずかな部分をポート３および４にそれぞれ通す。ポート３および４における信号は、それぞれ、順方向および逆方向電力に比例し、ＣＰＵ１２０に提供される。

方向性結合器１４５からの順方向および逆方向電力信号は、信号のサンプルを取得するように構成される、測定システム（例えば、ＣＰＵ１２０内に含まれる）によって測定される。測定は、継続的または周期的に行なわれ、それによって、送達されたエネルギー（すなわち、順方向電力）および反射されたエネルギー（逆方向電力）の間接測定を提供する。マイクロ波発生器２０内に位置付けられる方向性結合器１４５からのこれらの電力測定は、伝送ライン受信機１４６に供給されるマイクロ波エネルギー信号の特性に限定され、マイクロ波エネルギー送達デバイス３０によって受信されるマイクロ波エネルギー信号の同一の特性ではなく、必ずしも、アンテナ３２によって患者組織に送達されるマイクロ波エネルギー信号の同一の特性ではない。

図３は、本開示のある実施形態による、マイクロ波エネルギー送達システムの制御回路ブロック図であり、概して、２００として指定される。明確にするために、電気外科手術発生器２０の制御回路ブロック図２００は、一般的機能性のみを提供し、マイクロ波発生器２０の全側面を含まない。個々の構成要素の機能性は、組み合わせられ、または１つ以上の構成要素内に含まれ得、種々の構成要素は、好適なケーブルおよび／またはコネクタを用いて相互接続される。

制御回路ブロック図２００は、電気外科手術発生器２２０内の構成要素と、伝送ライン２３４を通して接続されたマイクロ波エネルギー送達デバイス２３０内の構成とを含む。伝送ライン２３４の近位端上の伝送ラインコネクタ２２４は、電気外科手術発生器２２０上の伝送ライン受信機２４６に接続し、伝送ライン２３４上の遠位端は、マイクロ波エネルギー送達デバイス２３０に接続する。伝送ライン２３４は、マイクロ波発生器２２０とマイクロ波エネルギー送達デバイス２３０との間にマイクロ波エネルギー信号を伝送するための同軸ケーブル２３４ａ、および補助ケーブル２３４ｂを含む。補助ケーブル２３４ｂは、遠隔ＲＦ電力ケーブル（ＤＣ電力）と、順方向測定信号ケーブルと、逆方向測定信号ケーブルと、マイクロ波エネルギー送達デバイス２３０内のマイクロ波信号の状態および／または品質に関連するリアルタイムまたは履歴情報を伝送するための情報信号ケーブルとを含み得る。

マイクロ波発生器２２０は、所定のマイクロ波周波数におけるマイクロ波エネルギー信号の発生および送達を制御するように構成されている、処理ユニット（ＣＰＵ１２０）を含む。ＣＰＵ１２０はさらに、マイクロ波エネルギー送達システム内の種々の場所におけるマイクロ波エネルギー信号に関連する測定信号を受信するように構成される。例えば、ＣＰＵ１２０は、マイクロ波発生器２２０内に格納された二重方向性結合器１４５から、マイクロ波発生器２２０内のマイクロ波エネルギー信号に関連する測定信号を受信し、また、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂから、マイクロ波エネルギー送達デバイス２３０内のマイクロ波エネルギー信号に関連する測定信号を受信する。ＣＰＵ１２０は、送達経路内の種々の場所におけるマイクロ波エネルギーに関連する情報を受信することによって、システム内の種々の場所におけるエネルギー損失を決定可能であり、受信された情報に基づいて、マイクロ波エネルギー信号に調節を行ない得る。方向性結合器１４５および遠隔ＲＦセンサ２６０ｂによって発生された測定信号は、以下に詳細に論じられるように、順方向電力、逆方向電力、順方向および逆方向電力に関連し得る。

遠隔電力結合器システム２６０の機能ブロックは、電力結合器プロセッサ２６０ａおよび遠隔ＲＦセンサ２６０ｂを含む。遠隔ＲＦセンサ２６０ｂは、マイクロ波エネルギー送達デバイス２３０内に格納され、遠隔方向性結合器２４５、遠隔発振器２６５、遠隔電力スプリッタ２６６、遠隔順方向および逆方向電力混合器２６３、２６４、遠隔順方向および逆方向中間信号送信機２６８、２６９、ならびに順方向および逆方向電力コンバータ２６８、２６９を含む。遠隔ＲＦセンサ２６０ｂの個々の構成要素およびその機能性は、単一デバイスまたは構成要素によって行なわれ得る。遠隔ＲＦセンサ２６０ｂは、伝送ライン２３４とアンテナ２３２との間に位置付けられ、ハンドピース３３６内に格納され（図４ａに図示されるように）、またはシャフト２３８内に格納され得る。

遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａは、電気外科手術発生器２２０内に格納され、および／または直接それに接続され、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂに結合される。遠隔ＲＦセンサ２６０ｂは、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂを通過するマイクロ波エネルギー信号に関連する１つ以上の信号を発生させる。遠隔ＲＦセンサ２６０ｂによって発生される信号は、直接または間接的に、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに提供される（例えば、無線で伝送され、または遠隔感知インターフェースケーブル２３４ｂ内の１つ以上の導体を介して伝送される）。遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａは、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂからの信号および／またはデータを処理し、測定されたマイクロ波エネルギー信号（例えば、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂに提供される信号）に関連する特性、信号、および／または値を電気外科手術発生器２２０内のＣＰＵ１２０に提供する。

一実施形態では、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａは、電気外科手術発生器２２０内に組み込まれ得る、内部あるいは外部プラグインカードおよび／またはアドオンデバイスである。例えば、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａは、例えば、シリアルデータポート、通信ポート、または直接バス接続ポート等のポートに除去可能に接続され得る。別の実施形態では、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａの機能性は、電気外科手術発生器２２０のＣＰＵ１２０内に組み込まれる。

遠隔方向性結合器２４５は、電気外科手術発生器２２０によって発生され、ポート１に提供される順方向電力マイクロ波エネルギー信号をポート３における無調整順方向電力測定信号とポート２における順方向マイクロ波エネルギー信号との間で比例的に分割する。ポート３における順方向電力測定信号は、順方向電力混合器２６３に提供され、ポート２における順方向エネルギー信号は、アンテナ２３２に提供される。無調整順方向電力測定信号は、本明細書で後述されるように、変換、調整され、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに提供される。

ポート２からの順方向マイクロ波エネルギー信号の少なくとも一部は、ポート２および／またはアンテナ２３２間の伝送経路から反射される。反射されたエネルギー（例えば、逆方向信号）は、ポート２に提供され、逆方向信号の一部は、ポート４における無調整逆方向電力測定信号とポート１における逆方向マイクロ波エネルギー信号との間で比例的に分割される。ポート４における無調整逆方向電力測定信号は、本明細書で後述されるように、順方向電力混合器２６４に提供され、変換、調整され、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに提供される。

順方向および逆方向電力混合器２６３および２６４は、発振器２６５によって発生され、電力スプリッタ２６６によって分割された搬送波信号を受信する。順方向および逆方向電力混合器２６３および２６４はまた、それぞれの無調整順方向および逆方向電力測定信号を遠隔方向性結合器２４５から受信する。順方向および逆方向電力混合器２６３、２６４の各々は、搬送波信号とそれぞれの無調整順方向および逆方向電力測定信号を混合し、それによって、無調整順方向および逆方向測定信号をｋＨｚ範囲内の順方向および逆方向中間周波数ＩＦ信号にダウンコンバートする。例えば、図３に図示されるように、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂは、９１５ＭＨｚの搬送波信号を使用して、無調整順方向および逆方向測定信号を９１５ＭＨｚから１００ｋＨｚのＩＦ信号周波数にダウンコンバートするように構成され得る。

混合器２６３および２６４からの順方向および逆方向ＩＦ信号は、それぞれ、順方向および逆方向電力送信機２６８および２６９に提供され、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに伝送される。信号は、遠隔感知インターフェースケーブル２３４ｂ内の１つ以上の導体を介して伝送され得るか、または信号は、順方向および逆方向電力送信機によってデジタル化され、遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに無線で伝送され得る。電力送信機２６８、２８９は、伝送に先立って、順方向および逆方向ＩＦ信号をフィルタ処理および／または増幅することによって、順方向および逆方向ＩＦ信号を調整し得る。電力送信機２６８、２８９は、順方向および逆方向ＩＦ信号に関連する情報（例えば、利得値および搬送波信号に関連する情報）を遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに伝送するように構成され得る。電力送信機２６８、２８９からの情報は、補助ケーブル２３４ｂの一部として含まれる別個の情報信号ケーブルを通して伝達される、順方向および逆方向ＩＦ信号に追加されるか、または遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａに無線で伝送され得る。

遠隔電力結合器プロセッサ２６０ａは、順方向および逆方向ＩＦ信号をデジタル信号に変換し、情報をデジタル信号および／または伝達された情報から抽出し、抽出された情報を電気外科手術発生器２０のＣＰＵ１２０に提供する。抽出される情報は、信号振幅、位相情報、位相関係情報（例えば、順方向信号と反射された信号との間の位相関係）、および／または反射係数を含み得る。

一実施形態では、患者組織へのエネルギーの送達に先立って、測定前較正手技によって遠隔方向性結合器２４５を較正する。測定前較正手技は、種々の負荷および／または無負荷状態（例えば、短絡、開放、および整合負荷状態）下、測定を行なうことを含み得る。測定前較正手技の間の一方または両方の方向性結合器１４５、２４５からの測定は、電気外科手術エネルギー送達アルゴリズムおよび／または制御アルゴリズムにおいて使用され得る。代替として、別の実施形態では、遠隔方向性結合器２４５の較正は、電気外科手術発生器２２０内の方向性結合器１４５が、一時的に、バイパスおよび／または排除されることを可能にし得る。

さらに別の実施形態では、遠隔方向性結合器２４５を較正（または、再較正）する、較正手技は、エネルギー送達手技の間に行われるか、あるいは電気外科手術エネルギー送達制御アルゴリズムおよび／または制御アルゴリズム内のステップとして行なわれる。

電気外科手術発生器２２０は、遠隔電力結合器システム２６０からの１つ以上の測定または値が閾値を超えるか、１つ以上の値間の差異が閾値を超えるか、あるいは値の変化が閾値を超える場合、エネルギー送達を修正、一時停止、もしくは終了させ得る。別の実施形態では、電気外科手術発生器２２０は、例えば、ケーブル３３４の実行可能性、マイクロ波エネルギー送達デバイス３３０の実行可能性、および／またはその１つ以上の構成要素の実行可能性等、電気外科手術システムの１つ以上の構成要素の実行可能性（例えば、有用寿命および／または予想寿命）を決定する。

別の実施形態では、ＣＰＵ１２０は、遠隔電力結合器システム２６０（電力結合器プロセッサ２６０ａおよび／または遠隔ＲＦセンサ２６０ｂ）からの測定、データ、または信号を利用して、エネルギー送達経路の状態の変化および／または標的組織の状態の変化を決定する。例えば、ＣＰＵ１２０は、変化が１つ以上のパラメータにおいて生じたことを決定し得、またはＣＰＵ１２０は、変化率の変化が１つ以上のパラメータにおいて生じたことを決定し得る。変化は、状態を示し得、組織の変化を示し得、組織特性の変化を示し得、および／または状態を事前決定あるいは予測するために使用され得る。ＣＰＵ１２０は、計算された変化または計算された変化率を使用して、動作パラメータを修正し、エネルギー送達パラメータを修正し、および／または電気外科手術システムの１つ以上の構成要素の実行可能性を決定し得る。

別の実施形態では、パラメータの変化、パラメータの変化率、および／または方向性結合器１４５および／または遠隔ＲＦセンサ２６０ｂにおけるパラメータの変化および／または変化率の比較の使用は、遠隔方向性結合器２４５を較正する必要性を排除し得る。なぜなら、実際の値は関係なく、実際の値は変化が生じたかどうかを決定するためにのみ使用されるからである。例えば、エネルギー送達が開始されると、ＣＰＵ１２０は、マイクロ波エネルギー信号の初期スナップショット（例えば、マイクロ波エネルギー信号に関連する種々のパラメータ）を方向性結合器１４５および遠隔ＲＦセンサ２６０ｂに記録し得る。初期スナップショットは、エネルギー送達ベースラインとして使用され、送達されたエネルギーの任意の変化またはエネルギー送達経路の任意の変化を決定し得る。

別の実施形態では、ＣＰＵ１２０は、方向性結合器１４５において測定された順方向電力の変化と、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂにおける順方向電力の変化を比較し、電気外科手術発生器２２０における電力損失または電力損失率が、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂにおける測定から変動しているかどうかを決定する。ＣＰＵ１２０はまた、方向性結合器１４５において測定された逆方向電力の計算された変化と、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂにおいて測定された逆方向電力の計算された変化を比較し得る。比較は、方向性結合器１４５における反射された電力の変化が、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂにおける反射された電力の変化から変動しているかどうかを決定し得る。

別の実施形態では、ＣＰＵ１２０は、遠隔方向性結合器２４５における逆方向電力測定の計算された変化率と、遠隔ＲＦセンサ２６０ｂにおける順方向電力測定の計算された変化率を比較し、組織特性の変化等の急変事象を測定する。組織特性の変化は、方向性結合器１４５および２４５の両方における反射された電力の変化を通して観察されるであろう。比較はまた、状態を予測し、予測に基づいて、エネルギー送達を制御するために使用され得る。変化または変化率を使用することによって、測定の相対的精度は、変化の測定または変化率の測定に関連しない。

別の実施形態では、ＣＰＵ１２０は、遠隔方向性結合器２４５における順方向電力測定と、方向性結合器１４５における順方向電力測定を比較し、ケーブル２３４ａ内の順方向電力損失を決定し、またはケーブル２３４ａ内の順方向電力損失の変化を決定する。加えて、または代替として、ＣＰＵは、遠隔方向性結合器２４５における逆方向電力測定と、方向性結合器１４５における逆方向電力測定を比較し、ケーブル２３４ａ内の逆方向電力損失を決定し、またはケーブル２３４ａ内の逆方向電力損失の変化を決定し得る。

本開示の別の実施形態は、マイクロ波エネルギー送達デバイス２３０のハンドピース３３６内に配置し、使用するために好適な軽量同軸結合器である。ＭＥＣＡ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｄｅｎｖｉｌｌｅ，ＮＪ）によって製造および販売されている、一般に使用される同軸結合器は、最大電力５００Ｗに定格され、方向性２５ｄＢおよび結合性３０ｄＢを有し、重量約１ポンドである。したがって、この一般に使用される同軸結合器は、遠隔方向性結合器のための所望の機能性を提供するが、マイクロ波エネルギー送達デバイス２３０に加わるであろう、一般に使用される同軸結合器の追加のかつ過剰な重量のため、商業的に成功しそうにない。

図４Ａは、本開示の別の実施形態による、軽量遠隔方向性結合器３４５を含む、マイクロ波エネルギー送達デバイス３３０の斜視図であり、図４Ｂは、分解図である。前述の遠隔電力結合器システム２６０の一部である、軽量遠隔方向性結合器３４５は、ハンドピース３３６内に統合される。軽量遠隔方向性結合器３４５の空間要件は、ハンドピース３３６の拡大をわずかしか、または全く要求せず、マイクロ波エネルギー送達デバイス３３０の全体的重量に約１００グラムを追加し、それによって、本明細書で前述される説明される遠隔電力結合器システム２６０の追加を任意のマイクロ波エネルギー送達システムへの実行可能な追加にする。

図４Ｂに図示されるように、軽量遠隔方向性結合器３４５は、スルー信号同軸ケーブル３４５ａおよび結合された同軸ケーブル３４５ｂを含む。スルー信号同軸ケーブル３４５ａは、シャフト３３８の一部であるか、またはそれに接続し、マイクロ波エネルギー信号を伝送ライン３３４の同軸ケーブル３３４ａから受信する。結合された同軸ケーブル３４５ｂは、遠隔順方向および逆方向混合器３６３、３６４に接続する。遠隔順方向および逆方向電力混合器３６３、３６４は、遠隔電力スプリッタ３６６に接続し、遠隔発振器３６５によって発生される搬送波信号をそこから受信する。使用時、軽量遠隔方向性結合器３４５は、順方向電力測定信号および逆方向電力測定信号をそれぞれの混合器３６３および３６４に提供する。混合器３６３および３６４は、搬送波信号を使用して、それぞれの測定信号をダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号は、本明細書で前述されたように、順方向および逆方向電力コンバータ３６８、３６９によって、補助ケーブル３３４ａに提供される。

図５は、本開示のある実施形態による、軽量遠隔方向性結合器３４５の機能ブロック図である。軽量遠隔方向性結合器３４５は、マイクロ波エネルギー信号の１つ以上の特性を測定し、スルー信号同軸ケーブル３４５ａと結合された同軸ケーブル３４５ｂとを含み、各々は、それぞれ、それらの間で同軸関係において形成された内側導体３４４ａ、３４４ｂおよび外側導体３４２ａ、３４２ｂを含む。スルー信号同軸ケーブル３４５ａおよび結合された同軸ケーブル３４５ｂの外側導体３４２ａ、３４２ｂの各々は、その中に形成された第１のスロット３４６ａおよび第２のスロット３４６ｂを含む。第１および第２のスロット３４６ａ、３４６ｂは、２つのケーブル３４５ａ、３４５ｂ間の結合を可能にするために形成される。

各ケーブル３４５ａ、３４５ｂ上に提供されるラベルは、ポート１として示される入力信号、ポート２として示されるスルー信号、ポート３として示される順方向結合信号、およびポート４として示される逆方向結合信号を伴う、方向性結合器のための標準的マークに対応する。したがって、スルー信号同軸ケーブル３４５ａは、ポート１における伝送ライン３３４の同軸ケーブル３３４ａとポート２におけるアンテナ３３２とに接続し、結合された同軸ケーブル３４５ｂは、ポート３における遠隔順方向混合器３６３（順方向結合信号をそこに提供する）とポート４における遠隔逆方向混合器３６４（逆方向結合信号をそこに提供する）と に接続する。

一実施形態では、スロット３４６ａ、３４６ｂが、各ケーブル３４５ａ、３４５ｂ上の外側導体３４２ａ、３４２ｂの一部を取り除くことによって生成される。各スロット３４６ａ、３４６ｂに対して、外側導体３４２ａ、３４２ｂの半分が、除去され、それによって、半円筒開口部を各スロット３４６ａ、３４６ｂに形成する。図５に図示されるように、各スロット３４６ａ、３４６ｂの長さは、スロット長「ＳＬ」によって示され、スロット３４６ａ、３４６ｂ間の間隔は、スロット間隔「ＳＳ」によって示される。

軽量遠隔方向性結合器３４５の性能および／または動作パラメータは、スロット間隔「ＳＳ」およびスロット長「ＳＬ」の関数である。スロット間隔ＳＳは、各スロット３４６ａ、３４６ｂの内側縁間の距離であり、スロット長「ＳＬ」は、各スロット３４６ａ、３４６ｂの開口部幅である。スロット間隔「ＳＳ」は、マイクロ波信号波長の４分の１の長さに関連する。スロット間隔「ＳＳ」を変動させ、かつスロット長「ＳＬ」を変動させながら行なわれたシミュレーションは、スロット間隔「ＳＳ」の修正が方向性における大きな変動をもたらすことを決定した。例えば、あるシミュレーションでは、わずか０．５ｍｍのスロット間隔「ＳＳ」の修正でも、方向性の変化をもたらした。ケーブル３４５ａ、３４５ｂの、いかなる屈曲または位置の再位置付けも防止するために、第１および第２のスロット３４６ａ、３４６ｂを含む区画は、相互およびハンドピース３３６に対して固定される。

図５に図示されるように、スロット３４６ａ、３４６ｂは、波長の約４分の１（λ／４）離れて位置付けられ（例えば、標準的ＲＧ５８ケーブルを使用して９１５ＭＨｚで５．５ｃｍ）、順方向電力信号が、ポート３に同相で加わり、ポート４に位相を異にして加わることを可能にする。同様に、逆方向電力信号は、ポート４に同相で加わり、ポート３に位相を異にして加わるであろう。したがって、順方向結合信号のみ、ポート３に留まり、逆方向結合信号は、ポート４に留まる。

スロット長ＳＬを変動させながら行なわれたシミュレーションは、スロット長約１３ｍｍ〜１５ｍｍに伴って、２５ｄＢ〜４２ｄＢの方向性をもたらした。明らかに、スロット間隔「ＳＳ」およびスロット長「ＳＬ」の変動は、他の変動も提供し得、本開示の範囲内である。

図４Ｂに戻ると、内側導体３４４ａおよび３４４ｂを暴露させることは、本明細書で前述されたように、ハンドピース３３６から望ましくない放射の放出をもたらし得る。したがって、少なくとも、第１および第２のスロット３４６ａ、３４６ｂを包囲するように構成される、金属遮蔽体３７０が、ハンドピース３３６から放出される、いかなる望ましくない放射も低減および／または排除するように追加され得る。一実施形態では、金属遮蔽体３７０は、一緒に接続し、管状の金属遮蔽体３７０を形成する、第１の遮蔽部材３７０ａと第２の遮蔽部材３７０ｂとから形成される。

金属遮蔽体３７０を用いて行なわれたシミュレーションは、約２５ｄＢの方向性の低減、およびスルー信号同軸ケーブル３４５ａと結合された同軸ケーブル３４５ｂとの間の結合係数の低下をもたらした。

別の実施形態では、図３、４Ｂ、および４Ｂに図示され、前述された遠隔ＲＦセンサ２６０ｂの少なくとも一部は、マイクロストリップまたはストリップライン構造とともに形成される。構造は、誘電基板によって分離された伝導性ストリップおよび接地平面を含み得る。マイクロストリップは、遠隔方向性結合器２４５、発振器２６５、電力スプリッタ２６６、混合器２６３、２６４、および電力コンバータ２６８、２６９のうちの任意の１つ以上を含む、本明細書に説明される遠隔ＲＦセンサ２６０ｂ、３６１の任意の部分を含み得る。

マイクロストリップまたはストリップライン構造に作製された方向性結合器の一実施例は、分岐ライン結合器である。分岐ライン結合器は、２つの二次的または分岐ラインによって分流接続された２つの主要伝送ラインによって形成され得る。２つの主要伝送ラインおよび２つの二次的ラインは、４つのポートが、２つの主要伝送ラインの２つの入力ポートと２つの出力ポートとの間に９０度位相差を有するような幾何学形状を形成する。

一実施形態では、ハンドピース３３６内に格納された回路は、マイクロストリップ回路から形成され、伝送ケーブル３３４は、マイクロストリップ回路の近位端に形成された第１の同軸コネクタに接続し、シャフト３３８は、マイクロストリップ回路の遠位端に形成された第２の同軸コネクタに接続する。

種々の変更が、本開示の範囲から逸脱することなく上述の構成になされ得るため、上述に含まれるすべての事項は、例示として解釈され、限定的な意味で解釈されないことが意図されている。以下の請求項の範囲によって定義されるように、本開示のいくつかの目的が達成され、かつ他の有利な結果が達成されることが分かる。

Claims (20)

1. マイクロ波エネルギー送達および測定システムであって、前記システムは、
   マイクロ波発生器であって、
   所定のマイクロ波周波数におけるマイクロ波エネルギー信号の発生および送達を制御するように構成されている処理ユニットであって、前記処理ユニットは、前記マイクロ波エネルギー信号に関連する１つ以上の測定信号を受信するようにさらに構成されている、処理ユニットと、
   前記マイクロ波エネルギー信号の順方向電力および逆方向電力のうちの１つに関連する１つ以上の発生器測定信号を前記マイクロ波発生器において発生させ、前記処理ユニットに提供するように構成されている方向性結合器と
   を含むマイクロ波発生器と、
   前記マイクロ波エネルギー信号を受信するように構成されているマイクロ波エネルギー送達デバイスと
   を備え、
   前記マイクロ波エネルギー送達デバイスは、
   筐体と、
   前記筐体に結合されているマイクロ波アンテナであって、前記マイクロ波アンテナは、前記マイクロ波エネルギー信号を受信し、前記所定のマイクロ波周波数において共振するように構成されている、マイクロ波アンテナと、
   前記筐体内に配置され、前記マイクロ波アンテナに結合されている遠隔ＲＦセンサであって、前記遠隔ＲＦセンサは、１つ以上の遠隔測定信号を発生させ、提供するように構成されている、遠隔ＲＦセンサと、
   前記マイクロ波発生器の処理ユニットと前記遠隔ＲＦセンサとの間に結合されている遠隔感知インターフェースンサであって、前記遠隔感知インターフェースンサは、前記遠隔ＲＦセンサからの前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの少なくとも１つを受信し、前記１つ以上の遠隔測定信号を前記処理ユニットに提供するように構成されている、遠隔感知インターフェースと
   を含む、システム。
2. 前記遠隔ＲＦセンサは、遠隔方向性結合器を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つは、前記遠隔方向性結合器における前記マイクロ波エネルギー信号の順方向電力に関連する、請求項２に記載のシステム
4. 前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つは、前記方向性結合器における前記マイクロ波エネルギー信号の逆方向電力に関連する、請求項２に記載のシステム。
5. 前記遠隔感知インターフェースは、前記マイクロ波エネルギー送達デバイスと前記マイクロ波発生器との間に連結されている１つ以上の導体を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記遠隔感知インターフェースは、前記マイクロ波エネルギー送達デバイスと前記マイクロ波発生器との間に無線接続を発生させる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記処理ユニットは、前記１つ以上の発生器測定信号および前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つの特性に基づいて、前記マイクロ波エネルギー信号に関連するパラメータを調節するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記処理ユニットは、前記１つ以上の発生器測定信号のうちの１つと前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つとを受信するように構成されている比較器をさらに含み、前記比較器は、前記１つ以上の発生器測定信号のうちの１つと前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つとの比較に関連する比較器信号を発生するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記１つ以上の発生器測定信号のうちの１つおよび前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つは、順方向電力に関連する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記１つ以上の発生器測定信号のうちの１つおよび前記１つ以上の遠隔測定信号のうちの１つは、逆方向電力に関連する、請求項８に記載のシステム。
11. 前記遠隔ＲＦセンサは、
    前記マイクロ波エネルギー送達デバイスに提供される前記マイクロ波エネルギー信号に関連する１つ以上の無調整測定信号を前記所定の周波数において発生させるように構成されている遠隔方向性結合器と、
    前記方向性結合器に接続されている中間周波数発生器であって、前記中間周波数発生器は、前記所定の周波数における前記１つ以上の無調整測定信号の各々を搬送波信号と混合し、それによって、前記方向性結合器によって発生される各無調整測定信号に関連する１つ以上の中間測定信号を発生させるように構成されている、中間周波数発生器と
    をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
12. 前記中間周波数発生器は、
    前記搬送波信号を搬送波信号周波数において発生させるように構成されている発振器と、
    前記搬送波信号と、前記遠隔方向性結合器によって発生される前記１つ以上の無調整測定信号のうちの１つとを混合することによって、前記１つ以上の中間測定信号のうちの１つを発生させるように構成されている電力混合器と
    を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記遠隔ＲＦセンサインターフェースによって前記マイクロ波発生器に提供される前記１つ以上の遠隔測定信号は、前記電力混合器によって発生される前記１つ以上の中間測定信号のうちの１つを含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記処理ユニットは、電気外科手術発生器処理ユニットおよび遠隔電力結合器処理ユニットを含み、前記電気外科手術発生器処理ユニットは、前記所定のマイクロ波周波数における前記マイクロ波エネルギー信号の発生および送達を制御するように構成され、前記遠隔電力結合器処理ユニットは、前記マイクロ波エネルギー信号に関連する前記１つ以上の遠隔測定信号を受信し、前記１つ以上の遠隔測定信号を前記電気外科手術発生器処理ユニットに提供するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
15. 前記遠隔電力結合器処理ユニットは、前記マイクロ波発生器内に組み込まれたアドオンデバイスである、請求項１４に記載のシステム。
16. マイクロ波エネルギー信号の１つ以上の特性を測定するための軽量方向性結合器であって、前記軽量方向性結合器は、
    同軸関係において形成されたスルー信号内側導体およびスルー信号外側導体を含むスルー信号同軸ケーブルと、
    同軸関係において形成された結合された内側導体および結合された外側導体を含む結合された同軸ケーブルであって、前記結合された同軸ケーブルと前記スルー信号同軸ケーブルとは、それらの長さに沿って互に当接し、平行である、結合された同軸ケーブルと
    を備え、
    前記スルー信号同軸ケーブルおよび前記結合された同軸ケーブルの各々は、第１の長さを有する第１のスロットおよび第２の長さを有する第２のスロットをその中に画定し、前記第１および第２のスロットは、互に隣接し、前記スルー信号同軸ケーブルと前記結合された同軸ケーブルとを互に動作可能に結合している、軽量方向性結合器。
17. 各スロットは、前記外側導体の一部を除去し、それによって、各スロットに半円筒開口部を形成することによって形成されている、請求項１６に記載の軽量方向性結合器。
18. 前記第１のスロットの第１のスロット長と前記第２のスロットの第２のスロット長とは、等しく、それらの長さに沿った前記第１のスロットと前記第２のスロットとの間の間隔も、等しい、請求項１７に記載の軽量方向性結合器。
19. 前記第１のスロットと前記第２のスロットとの間の前記間隔は、前記スルー信号同軸ケーブルに提供される前記マイクロ波エネルギー信号の波長の４分の１（λ／４）にほぼ等しい、請求項１８に記載の軽量方向性結合器。
20. 前記第１のスロット長および前記第２のスロット長は、１３ｍｍ〜１５ｍｍである、請求項１８に記載の軽量方向性結合器。

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