JP6321085B2 - 神経筋刺激を最小にするための電気外科手術用ジェネレータ - Google Patents

Description

本開示は、神経筋刺激を最小にするための電気外科手術用装置および方法に関する。より具体的には、本開示は、神経筋刺激を最小にするように、電気外科手術用ジェネレータによって生成される電気外科手術用波形の周波数を調節するための方法および装置に関する。

電気外科手術は、組織を切断し、熱的または非熱的に切除し、もしくは凝固させるための外科手術部位への高周波電流の印加を伴う。単極電気外科手術では、供給源または活性電極が、電気外科手術用ジェネレータから標的組織に高周波交流電流を送達する。患者帰還電極が、電流をジェネレータに戻して伝導するように、活性電極から遠隔に留置される。

双極電気外科手術では、帰還電極および活性電極は、（例えば、電気外科手術用鉗子の場合に）電気回路が２つの電極の間に形成されるように、相互に近接近して留置される。このように、印加される電流は、電極間に位置付けられる身体組織に限定される。したがって、双極電気外科手術は、概して、器具、例えば、鉗子または同等物上に位置付けられた２つの電極間で電気外科手術用エネルギーの集中送達を達成することが望ましい、器具の使用を伴う。

電気外科手術用エネルギーが生成されるとき、周波数成分が、生成された電気外科手術用波形に含まれる。大量の電気外科手術用エネルギーが約１００キロヘルツ（ｋＨｚ）またはそれを下回る低い周波数において存在する場合、電気外科手術用波形は、筋肉組織および／または神経を刺激し得る。筋肉および神経刺激は、神経筋遮断薬（ＮＭＢＡ）を採用することによって防止されてもよく、またはそのような刺激は、神経筋刺激薬（ＮＭＳＡ）を使用することによって、筋肉もしくは神経を識別するために使用されてもよい。しかしながら、ＮＭＳＡまたはＮＭＢＡの使用は、これらの作用物質がアレルギー反応を生じ得る、そして／または患者の筋肉ならびに／もしくは神経の不十分なまたは過度に侵攻性の麻痺をもたらし得るため、望ましくない。したがって、ＮＭＳＡおよびＮＭＢＡの必要性を最小にする、電気外科手術用ジェネレータの必要性がある。

本開示は、大量の電気外科手術用エネルギーが、筋肉および神経を刺激し得る周波数よりも高い、調節された周波数において存在するように、電気外科手術用エネルギーの周波数成分を調節する、電気外科手術用装置を提供する。これは、上記で説明されるように潜在的に有害であり得る、ＮＭＳＡおよびＮＭＢＡの必要性を低減させることを可能にする。

実施形態では、神経筋刺激を最小にするためのシステムは、コンバータと、インバータと、コントローラとを含む。コンバータは、ｄｃ波形を出力するように構成され、第１のデューティサイクルにおいて操作される、少なくとも１つの第１の切替要素を含む。インバータは、コンバータに連結され、第２のデューティサイクルにおいて操作される、少なくとも１つの第２の切替要素を含む。インバータは、ＤＣ波形を反転させて電気外科手術用パルス波形を生成するように構成される。コントローラは、コンバータおよびインバータに連結され、電気外科手術用パルス波形の大きさを調節するよう第１のデューティサイクルと、電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節するよう第２のデューティサイクルとを制御するように構成される。

一側面では、電気外科手術用パルス波形は、神経筋刺激を引き起こすように単相性であり、少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む。コントローラはさらに、約１００ｋＨｚを上回るよう単相性電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数を調節するように構成される。別の側面では、コントローラはさらに、約２マイクロ秒未満になるよう電気外科手術用パルス波形のパルス幅期間を調節するように構成される。

別の側面では、電気外科手術用パルス波形は、ＮＭＢＡの量を低減させるように二相性であり、少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む。コントローラはさらに、約１００ｋＨｚを上回るよう二相性電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数を調節するように構成される。別の側面では、コントローラはさらに、二相性電気外科手術用パルス波形の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で約５００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚに存在するように、二相性電気外科手術用パルス波形の各サイクルのパルス幅期間を調節するように構成される。

さらに別の側面では、コンバータは、降圧型コンバータであり、またはインバータは、昇圧型コンバータである。

別の実施形態では、神経筋刺激を最小にするように電気外科手術用ジェネレータを制御するための方法は、ＤＣ波形を出力するように、第１のデューティサイクルにおいて電気外科手術用ジェネレータのコンバータの少なくとも１つの第１の切替要素を操作するステップと、ＤＣ波形を変換して電気外科手術用パルス波形を生成するように、第２のデューティサイクルにおいて電気外科手術用ジェネレータのインバータの少なくとも１つの第２の切替要素を操作するステップと、電気外科手術用パルス波形の大きさを調節するように第１のデューティサイクルと、電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節するように第２のデューティサイクルとを制御するステップとを含む。

一側面では、電気外科手術用パルス波形は、神経筋刺激を引き起こすように単相性であり、少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む。単相性電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数は、約１００ｋＨｚを上回る。別の側面では、パルス幅期間は、単相性電気外科手術用パルス波形の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で約５００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚに存在するように調節される。

別の側面では、電気外科手術用パルス波形は、ＮＭＢＡの量を低減させるように二相性であり、少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む。二相性電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数は、約１００ｋＨｚを上回る。別の側面では、二相性電気外科手術用パルス波形の各サイクルのパルス幅期間は、約２マイクロ秒未満になるように調節される。

さらに別の側面では、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制御するステップはさらに、組織特性またはエネルギー特性のうちの少なくとも１つを測定するステップと、組織特性またはエネルギー特性のうちの少なくとも１つに応答して、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制御するステップとを含む。
例えば、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
ＤＣ波形を出力するように構成される、コンバータであって、第１のデューティサイクルにおいて操作される、少なくとも１つの第１の切替要素を含む、コンバータと、
上記コンバータに連結され、第２のデューティサイクルにおいて操作される、少なくとも１つの第２の切替要素を含む、インバータであって、上記ＤＣ波形を反転させて電気外科手術用パルス波形を生成するように構成される、インバータと、
上記コンバータおよび上記インバータに連結され、上記電気外科手術用パルス波形の大きさを調節するよう上記第１のデューティサイクルと、上記電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節するよう上記第２のデューティサイクルとを制御するように構成される、コントローラと、
を備える、神経筋刺激を最小にするための電気外科手術用ジェネレータ。
（項目２）
上記電気外科手術用パルス波形は、神経筋刺激を引き起こすように単相性であり、
上記少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む、
上記項目に記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目３）
上記コントローラは、約１００ｋＨｚを上回るよう上記単相性電気外科手術用パルス波形の上記繰り返し周波数を調節するように構成される、上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目４）
上記コントローラは、約２マイクロ秒未満になるよう上記電気外科手術用パルス波形の上記パルス幅期間を調節するように構成される、上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目５）
上記電気外科手術用パルス波形は、神経筋遮断薬の量を低減させるように二相性であり、
上記少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む、
上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目６）
上記コントローラは、約１００ｋＨｚを上回るよう上記二相性電気外科手術用パルス波形の上記繰り返し周波数を調節するように構成される、上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目７）
上記コントローラは、上記二相性電気外科手術用パルス波形の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で約５００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚに存在するように、上記二相性電気外科手術用パルス波形の各サイクルの上記パルス幅期間を調節するように構成される、上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目８）
上記コンバータは、降圧型コンバータである、上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目９）
上記インバータは、昇圧型コンバータである、上記項目のいずれかに記載の電気外科手術用ジェネレータ。
（項目１０）
神経筋刺激を最小にするように電気外科手術用ジェネレータを制御するための方法であって、
ＤＣ波形を出力するように、第１のデューティサイクルにおいて上記電気外科手術用ジェネレータのコンバータの少なくとも１つの第１の切替要素を操作するステップと、
上記ＤＣ波形を変換して電気外科手術用パルス波形を生成するように、第２のデューティサイクルにおいて上記電気外科手術用ジェネレータのインバータの少なくとも１つの第２の切替要素を操作するステップと、
上記電気外科手術用パルス波形の大きさを調節するように上記第１のデューティサイクルを、および上記電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節するように上記第２のデューティサイクルを制御するステップと、
を含む、方法。
（項目１１）
上記電気外科手術用パルス波形は、単相性であり、
上記少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む、
上記項目に記載の方法。
（項目１２）
約１００ｋＨｚを上回るよう上記単相性電気外科手術用パルス波形の上記繰り返し周波数を調節する、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１３）
上記単相性電気外科手術用パルス波形の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で約５００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚに存在するように、上記単相性電気外科手術用パルス波形の各パルスの上記パルス幅期間を調節する、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１４）
上記電気外科手術用パルス波形は、二相性であり、
上記少なくとも１つの特性は、繰り返し周波数またはパルス幅期間のうちの少なくとも１つを含む、
上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１５）
約１００ｋＨｚを上回るよう上記二相性電気外科手術用パルス波形の上記繰り返し周波数を調節することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
約２マイクロ秒未満になるよう上記二相性電気外科手術用パルス波形の各サイクルの上記パルス幅期間を調節することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１７）
上記第１および第２のデューティサイクルを制御するステップはさらに、
組織特性またはエネルギー特性のうちの少なくとも１つを測定するステップと、
上記組織特性またはエネルギー特性のうちの少なくとも１つに応答して、上記第１および第２のデューティサイクルを制御するステップと、
を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（摘要）
神経筋刺激を最小にするためのシステムは、コンバータと、インバータと、コントローラとを含む。コンバータは、ｄｃ波形を出力するように構成され、第１のデューティサイクルにおいて操作される、少なくとも１つの第１の切替要素を含む。インバータは、コンバータに連結され、第２のデューティサイクルにおいて操作される、少なくとも１つの第２の切替要素を含む。インバータは、ＤＣ波形を反転させて、電気外科手術用パルス波形を生成するように構成される。コントローラは、コンバータおよびインバータに連結され、神経筋刺激を最小にするために、電気外科手術用パルス波形の大きさを調節するよう第１のデューティサイクルと、電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節するよう第２のデューティサイクルとを制御するように構成される。

本開示は、後続の詳細な説明と併せて考慮されたときに、添付の図面を参照することによって理解され得る。

図１は、本開示の実施形態による、電気外科手術用システムの斜視図である。 図２は、本開示の実施形態による、図１の電気外科手術用ジェネレータの正面図である。 図３は、本開示の実施形態による、図２の電気外科手術用ジェネレータの概略ブロック図である。 図４は、本開示の実施形態による、図１の電気外科手術用ジェネレータのＤＣ−ＤＣコンバータおよびＤＣ−ＡＣインバータの概略ブロック図である。 図５Ａおよび５Ｂは、本開示の実施形態による、図１の電気外科手術用ジェネレータによって生成された、電気外科手術用パルス波形のグラフ表現である。 図６Ａおよび６Ｂは、本開示の実施形態による、図１の電気外科手術用ジェネレータによって生成された、電気外科手術用パルス波形のグラフ表現である。 図７は、本開示の実施形態による、図１の電気外科手術用ジェネレータを制御するためのフローチャートである。

本開示の特定の実施形態が、添付の図面を参照して、本明細書で以下に記載される。以下の説明では、周知の機能または構造は、本開示を不必要な詳細で曖昧化することを回避するために、詳細に説明されない。

本開示によるジェネレータは、切断、凝固、切除、および脈管封止手技を含むが、それらに限定されない、単極および／または双極電気外科手術用手技を行ってもよい。ジェネレータは、種々の電気外科手術用器具（例えば、切除用の単極または多極器具（例えば、針またはカテーテル、帰還電極、双極電気外科手術用鉗子、フットスイッチ等）とインターフェースをとるための複数の出力を含んでもよい。さらに、ジェネレータは、種々の電気外科手術用モード（例えば、切断、混合、凝固、熱的または非熱的切除、止血を用いた分割、高周波療法、噴霧等）および手技（例えば、単極、双極、脈管封止、病変の処置、除神経等）に特に適した高周波エネルギーを発生するように構成される、電子回路を含む。実施形態では、ジェネレータは、電気外科手術用器具に埋め込まれ、統合され、または別様に連結され、一体型（ａｌｌ−ｉｎ−ｏｎｅ）電気外科手術用装置を提供してもよい。

図１は、本開示による、双極および単極電気外科手術用システム１０の一例証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に、１つまたはそれを上回る活性電極２３（例えば、電気外科手術用切断プローブ、切除用電極（単数または複数）等）を有する、１つまたはそれを上回る単極電気外科手術用器具２０を含んでもよい。電気外科手術用交流電流は、ジェネレータ２００の活性端子２３０（図３）に接続される供給ライン２４を介して、ジェネレータ２００によって器具２０に供給され、器具２０が、組織を切断する、凝固させる、熱的または非熱的に切除する、そして／または別様に処置することを可能にする。交流電流は、ジェネレータ２００の帰還端子２３２（図３）における帰還ライン２８を介して、帰還電極パッド２６を通してジェネレータ２００に戻される。単極動作に関して、システム１０は、患者との全体的接触面積を最大にすることによって、組織損傷の機会を最小にするように、使用時に患者上に配置される、複数の帰還電極パッド２６を含んでもよい。加えて、ジェネレータ２００および帰還電極パッド２６は、十分な接触がそれらの間に存在することを確実にするように、組織／患者接触を監視するために構成されてもよい。

システム１０はまた、１つまたはそれを上回る双極電気外科手術用器具、例えば、患者の組織を処置するための１つまたはそれを上回る電極を有する、双極電気外科手術用鉗子３０を含んでもよい。電気外科手術用鉗子３０は、筐体３１と、シャフト３２の遠位端に配置される対向する顎部材３３および３５とを含む。顎部材３３および３５は、それぞれ、その中に配置される、１つまたはそれを上回る活性電極３４および帰還電極３６を有する。活性電極３４および帰還電極３６は、それぞれ、活性端子および帰還端子２３０、２３２（図３）に連結される供給ラインおよび帰還ライン２４、２８を含む、ケーブル３８を通して、ジェネレータ２００に接続される。電気外科手術用鉗子３０は、ケーブル３８の端部に配置されるプラグを介して、活性端子および帰還端子２３０および２３２への接続を有するコネクタ（例えば、ピン）において、ジェネレータ２００に連結され、プラグは、以下でさらに詳細に説明されるように、供給ラインおよび帰還ライン２４、２８からの接点を含む。

図２を参照すると、ジェネレータ２００の正面２４０が示されている。ジェネレータ２００は、任意の好適なタイプ（例えば、電気外科手術用、マイクロ波等）であってもよく、種々のタイプの電気外科手術用器具（例えば、電気外科手術用鉗子３０等）に適応するように複数のコネクタ２５０−２６２を含んでもよい。

ジェネレータ２００は、ユーザに種々の出力情報（例えば、強度設定、処置完了インジケータ等）を提供するための１つまたはそれを上回るディスプレイ画面もしくは情報パネル２４２、２４４、２４６を有する、ユーザインターフェース２４１を含む。画面２４２、２４４、２４６のそれぞれは、対応するコネクタ２５０−２６２と関連付けられる。ジェネレータ２００は、ジェネレータ２００を制御するための好適な入力制御（例えば、ボタン、起動装置、スイッチ、タッチスクリーン等）を含む。情報パネル２４２、２４４、２４６の画面はまた、電気外科手術用器具（例えば、電気外科手術用鉗子３０等）のための対応するメニューを表示する、タッチスクリーンとして構成される。ユーザは、次いで、対応するメニュー選択肢に単に触れることによって、入力を調節する。

画面２４２は、単極出力およびコネクタ２５０ならびに２５２に接続されたデバイスを制御する。コネクタ２５０は、単極電気外科手術用器具（例えば、電気外科手術用器具２０）に連結するように構成され、コネクタ２５２は、フットスイッチ（図示せず）に連結するように構成される。フットスイッチは、付加的入力（例えば、ジェネレータ２００の入力を再現する）を提供する。画面２４４は、単極および双極出力ならびにコネクタ２５６および２５８に接続されたデバイスを制御する。コネクタ２５６は、他の単極器具に連結するように構成される。コネクタ２５８は、双極器具（図示せず）に連結するように構成される。

画面２４６は、コネクタ２６０および２６２に差し込まれ得る、電気外科手術用鉗子３０によって行われる双極封止手技を制御する。ジェネレータ２００は、コネクタ２６０および２６２を通して、電気外科手術用鉗子３０によって把持される組織を封止するために好適なエネルギーを出力する。特に、画面２４６は、ユーザがユーザ定義強度設定を入力することを可能にする、ユーザインターフェースを出力する。ユーザ定義設定は、ユーザが、電力、電流、電圧、エネルギー等の１つまたはそれを上回るエネルギー送達パラメータ、もしくはエネルギー速度リミッタ、封止持続時間等の封止パラメータを調節することを可能にする、任意の設定であってもよい。ユーザ定義設定は、コントローラ２２４に伝送され、設定は、メモリ２２６内に保存されてもよい。実施形態では、強度設定は、例えば、１から１０または１から５等の数値尺度であってもよい。実施形態では、強度設定は、ジェネレータ２００の出力曲線と関連付けられてもよい。強度設定は、種々の器具が、電気外科手術用鉗子３０に対応する具体的強度尺度をユーザに提供するように、利用されている各電気外科手術用鉗子３０に特異的であり得る。

図３は、電気外科手術用エネルギーを出力するように構成される、ジェネレータ２００の概略ブロック図を示す。ジェネレータ２００は、コントローラ２２４と、電力供給源２２７と、高周波（ＲＦ）増幅器２２８とを含む。電力供給源２２７は、ＡＣ供給源（例えば、ライン電圧）に接続される、高電圧ＤＣ電力供給源であってもよく、導線２２７ａおよび２２７ｂを介して高電圧ＤＣ電力をＲＦ増幅器２２８に提供し、これは、次いで、高電圧ＤＣ電力を処置エネルギー（例えば、電気外科手術用、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、帰還端子２３２を介して、そこに戻される。活性端子および帰還端子２３０および２３２は、絶縁変圧器２２９を通してＲＦ増幅器２２８に連結される。ＲＦ増幅器２２８は、複数のモードで動作するように構成され、その間、ジェネレータ２００は、特定のデューティサイクル、ピーク電圧、波高率等を有する、対応する波形を出力する。他の実施形態では、ジェネレータ２００は、他のタイプの好適な電力供給源トポロジに基づき得ることが想定される。ＲＦ増幅器２２８は、非共振ＲＦ増幅器であってもよい。本明細書で使用されるような非共振ＲＦ増幅器は、ＲＦインバータと負荷との間に配置される、任意の同調構成要素、すなわち、導体、コンデンサ等が欠けている、増幅器を表す。

コントローラ２２４は、一過性タイプメモリ（例えば、ＲＡＭ）および／または非一過性タイプメモリ（例えば、フラッシュ媒体、ディスク媒体等）を含み得る、メモリ２２６に動作可能に接続される、プロセッサ２２５を含む。プロセッサ２２５は、電力供給源２２７および／またはＲＦ増幅器２２８に動作可能に接続され、プロセッサ２２５が、開および／または閉制御ループ方式のいずれかに従って、ジェネレータ２００の出力を制御することを可能にする、出力ポートを含む。閉ループ制御方式は、複数のセンサが、種々の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、出力電力、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２２４に提供する、フィードバック制御ループである。コントローラ２２４は、次いで、それぞれ、ＤＣおよび／または電力供給源を調節する、電力供給源２２７ならびに／もしくはＲＦ増幅器２２８を制御する。当業者は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、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、本明細書に説明される計算および／または命令のセットを行うように適合される、任意の論理プロセッサ（例えば、制御回路）を使用することによって、プロセッサ２２５が代用され得ることを理解し得る。

本開示によるジェネレータ２００は、複数のセンサ２８０、例えば、ＲＦ電流センサ２８０ａと、ＲＦ電圧センサ２８０ｂとを含む。ジェネレータ２００の種々の構成要素、すなわち、ＲＦ増幅器２２８、ＲＦ電流センサおよび電圧センサ２８０ａおよび２８０ｂは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置されてもよい。ＲＦ電流センサ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電流の測定を提供する。ＲＦ電圧センサ２８０ｂは、活性端子および帰還端子２３０および２３２に連結され、ＲＦ増幅器２２８によって供給されるＲＦ電圧の測定を提供する。実施形態では、ＲＦ電流センサおよび電圧センサ２８０ａおよび２８０ｂは、それぞれ、活性および帰還端子２３０ならびに２３２をＲＦ増幅器２２８に相互接続する、活性および帰還導線２２８ａならびに２２８ｂに連結されてもよい。

ＲＦ電流センサおよび電圧センサ２８０ａおよび２８０ｂは、それぞれ、検知されたＲＦ電圧および電流信号をコントローラ２２４に提供し、これは、次いで、検知されたＲＦ電圧信号および電流信号に応答して、電力供給源２２７および／またはＲＦ増幅器２２８の出力を調節してもよい。コントローラ２２４はまた、ジェネレータ２００、器具２０、および／または電気外科手術用鉗子３０の入力制御から入力信号を受信する。コントローラ２２４は、ジェネレータ２００によって出力される電力を調節するために入力信号を利用し、そして／またはその上で他の制御機能を果たす。

図４に示される概略図を参照すると、ジェネレータ２００は、ＤＣ−ＤＣ降圧型コンバータ１０１と、ＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２と、インダクタ１０３と、変圧器１０４と、コントローラ２２４とを含む。実施形態では、ＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２は、ＲＦ増幅器２２８ａ、２２８ｂのそれぞれの一部である。したがって、簡単にするために、ＲＦ増幅器２２８ａ、２２８ｂのうちの１つのみが、以下で本明細書に議論される。例示的実施形態では、電力供給源２２７等のＤＣ電圧源Ｖｇが、ＤＣ−ＤＣ降圧型コンバータ１０１に接続される。さらに、インダクタ１０３は、ＤＣ−ＤＣ降圧型コンバータ１０１とＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２との間に電気的に連結される。ＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２の出力は、負荷Ｚ（例えば、処置されている組織）まで変圧器１０４の二次巻線を通過する電力を変圧器１０４の一次巻線に伝送する。

ＤＣ−ＤＣ降圧型コンバータ１０１は、切替要素１０１ａを含み、ＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２は、Ｈブリッジトポロジに配列される複数の切替要素１０２ａ−１０２ｄを含む。実施形態では、ＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２は、ハーフブリッジ、フルブリッジ、プッシュプル、および同等物を含むが、それらに限定されない、任意の好適なトポロジに従って構成されてもよい。好適な切替要素は、トランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、それらの組み合わせ、および同等物等の電圧制御されたデバイスを含む。例示的実施形態では、コントローラ２２４は、ＤＣ−ＤＣ降圧型コンバータ１０１およびＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２の両方、具体的には、それぞれ、切替要素１０１ａおよび１０２ａ−１０２ｄと通信している。コントローラ２２４は、その内容全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、Ｊｏｈｎｓｏｎらによって２０１３年１２月４日に出願された、ＣＯＮＳＴＡＮＴ ＰＯＷＥＲ ＩＶＥＲＴＥＲ ＷＩＴＨ ＣＲＥＳＴ ＦＡＣＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬと題され、米国特許出願公開第２０１４／０２５４２２１号として公開された同時継続出願でさらに詳細に説明されるように、パルス幅変調信号であり得る制御信号を切替要素１０１ａおよび１０２ａ−１０２ｄに出力するように構成される。具体的には、コントローラ２２４は、ＤＣ−ＤＣ降圧型コンバータ１０１の切替要素１０１ａに供給される制御信号のデューティサイクルｄ_１と、ＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２の切替要素１０２ａ−１０２ｄに供給される制御信号のデューティサイクルｄ_２とを制御するように構成される。加えて、コントローラ２２４は、ジェネレータ２００の電力特性を測定し、少なくとも部分的に、測定された電力特性に基づいて、ジェネレータ２００を制御するように構成される。測定された電力特性の実施例は、インダクタ１０３を通した電流およびＤＣ−ＡＣ昇圧型コンバータ１０２の出力における電圧を含む。例示的実施形態では、コントローラ２２４は、サイクル毎にインダクタ電流および非線形搬送制御電流の比較に基づいて、デューティサイクルｄ_１を生成することによって、降圧型コンバータ１０１を制御する。

実施形態では、ジェネレータ２００は、図５Ａ−６Ｂに示されるように実質的に四角形である電気外科手術用パルス波形を生成してもよい。本開示による非共振ＲＦ増幅器２２８は、ＲＦ増幅器２２８に不在である共振ネットワークによって生成される正弦波形ではなく、その非共振トポロジに起因する四角形波形を生成するように構成される。図５Ａ−６Ｂの電気外科手術用パルス波形は、本開示の実施形態によると、異なる繰り返し周波数および／または異なるパルス幅周波数においてジェネレータ２００のＲＦ増幅器２２８によって生成される。

図５Ａおよび５Ｂは両方とも、約２０ｋＨｚ未満である低い繰り返し周波数を有する、電気外科手術用パルス波形を示す。具体的には、図５Ａは、単相性電気外科手術用パルス波形５２０および５３０を示し、図５Ｂは、二相性電気外科手術用パルス波形５６０ａ−５７０ｂを示す。単相性電気外科手術用パルス波形５２０および５３０がＤＣ成分を含むため、単相性電気外科手術用パルス波形５２０および５３０は、筋肉および神経を刺激するため、または電気外科手技の間に神経および筋肉を識別して場所を特定するようにＮＭＳＡとしての役割を果たすために使用されてもよく、二相性電気外科手術用パルス波形５６０ａ−５７０ｂは、ＮＭＳＡおよびＮＭＢＡの量を低減させるために使用されてもよい。したがって、単相性電気外科手術用パルス波形は、ＮＭＳＡの必要性を排除してもよい。

垂直軸５０５は、電圧の振幅を表し、水平軸５１０は、時間を表す。繰り返し時間Ｔ_ｒは、電気外科手術用パルス波形の１つの完全サイクルの繰り返しの持続時間を示す。つまり、単相性電気外科手術用パルス波形５２０の１つのサイクルは、１つのパルスを含み、二相性電気外科手術用パルス波形のサイクルは、一方のパルス（例えば、パルス５６０ａ）が上向きであり、他方のパルス（例えば、パルス５６０ｂ）が下向きである、２つのパルス５６０ａおよび５６０ｂを含む。繰り返し周波数ｆ_ｒは、繰り返し時間Ｔ_ｒと等価である周波数である。パルス幅期間Ｔ_ｗは、電気外科手術用パルス波形がオンであるか、または電圧を維持している間の持続時間を示し、パルス幅周波数ｆ_ｗは、パルス幅期間Ｔ_ｗと等価である周波数である。

電気外科手術用パルス波形は、制御信号ｄ_１およびｄ_２に基づいてジェネレータ２００によって生成される。制御信号ｄ_１は、電気外科手術用パルス波形の大きさを制御する。具体的には、制御信号ｄ_１は、コンバータ１０１へのＰＷＭ信号のデューティサイクルを制御する。したがって、電気外科手術用パルス波形の大きさが予期されるより低い場合、制御信号ｄ_１は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを増加させる。逆に、電気外科手術用パルス波形の大きさが予期されるより高い場合、制御信号ｄ_１は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを減少させる。

制御信号ｄ_２は、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルならびにＰＷＭ制御信号の他の特性を制御する。実施形態では、制御信号ｄ_２は、スイッチ１０２ａ−１０２ｄのスイッチング周波数および各スイッチ１０２ａ−１０２ｄがその状態を保持する持続時間を制御してもよい。スイッチング周波数は、繰り返し周波数ｆ_ｒに関係付けられ、持続時間は、パルス幅期間Ｔ_ｗに関係付けられる。

図５Ａおよび５Ｂに示されるように、繰り返し周波数ｆ_ｒは、約２０ｋＨｚ未満であり、パルス幅期間Ｔ_ｗは、約５マイクロ秒（μｓ）を上回る。５マイクロ秒のパルス幅期間に関連付けられる周波数は、２００ｋＨｚである。したがって、電気外科手術用エネルギーは、約２００ｋＨｚより高い高周波数においてよりも、約２０ｋＨｚ未満である低周波数において多く存在する。

ＮＭＳＡは、その間に神経および筋肉の場所を特定するか、またはそれらを刺激することが望ましい、電気外科手術手技の間に採用されている。筋肉または神経が低い周波数において刺激されるため、筋肉および神経はまた、より多くのエネルギーが低い周波数（例えば、約１００ｋＨｚを下回る周波数）において存在する、単相性または二相性電気外科手術用パルス波形を使用することによって、識別または刺激されることもできる。このようにして、単相性電気外科手術用パルス波形は、単相性電気外科手術用パルス波形がＤＣ成分を有するため、神経の場所を特定するか、または筋肉を刺激するＮＭＳＡの必要性を排除してもよく、二相性電気外科手術用パルス波形は、ＮＭＳＡおよびＮＭＢＡの量を低減させるために使用されてもよい。

図６Ａおよび６Ｂは、筋肉および神経刺激を回避し、したがって、ＮＭＢＡの必要性を低減させる、約１００ｋＨｚを上回る周波数においてより多くのエネルギーを有する、電気外科手術用パルス波形を図示する。図６Ａは、単相性電気外科手術用パルス波形６２０を示し、図６Ｂは、二相性電気外科手術用パルス波形６６０ａ−６６０ｂを示す。図６Ａおよび６Ｂの両方では、繰り返し周波数ｆ_ｒは、約１００ｋＨｚを上回り、パルス幅期間Ｔ_ｗは、約１マイクロ秒未満である。パルス幅期間は、上向きおよび下向きのパルスの完全サイクルの期間である。実施形態では、繰り返し周波数ｆ_ｒは、約１００ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚであってもよく、パルス幅期間Ｔ_ｗは、そのエネルギースペクトル内の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で約５００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚに存在するように、約０．２マイクロ秒〜２マイクロ秒であるよう調節されてもよい。

電気外科手術用エネルギーは、約１００ｋＨｚを上回る繰り返し周波数ｆ_ｒにおいて存在し、したがって、電気外科手術用パルス波形は、神経および／または筋肉刺激を引き起こさない。二相性電気外科手術用パルス波形は、ＮＭＢＡの必要性が低減させられるように、筋肉およびニューロン間の通信に割り込む、割り込み信号としての役割を果たしてもよい。

実施形態では、パルス幅期間Ｔ_ｗは、所望の処置効果または目的を得るために十分なエネルギーを提供するように調節されてもよい。さらに、コンバータ１０１およびインバータ１０２は、所望の周波数において電気外科手術用波形の十分なエネルギーを提供するように制御される。

図７は、本開示の実施形態による、図１の電気外科手術用ジェネレータ２００を制御するための方法７００を図示する、フローチャートを示す。方法７００は、電気外科手術用ジェネレータ２００のソフトウェアおよび／またはハードウェアに組み込まれてもよい。実施形態では、コントローラ２２４は、本開示による、電気外科手術用ジェネレータ２００の動作および電気外科手術用波形の生成を制御するように構成される。さらなる実施形態では、ソフトウェアは、メモリ２２４に記憶され、マイクロプロセッサ２２５によって実行可能である、命令を含んでもよい。

方法７００は、コンバータ１０１の少なくとも１つの切替要素が、ＤＣ波形を出力するように第１のデューティサイクルにおいて操作され、コンバータ１０１が、第１のデューティサイクルに基づいて所望の大きさを伴うＤＣ電力を生成する、ステップ７１０から始まる。ステップ７２０では、ＤＣ波形の振幅が測定され、ステップ７３０では、ジェネレータ２００が、測定された振幅が所望の範囲内であるかどうかを判定する。

実施形態では、測定された振幅は、電気外科手術用動作のモード（例えば、それぞれ、定電圧限界モード、定電流限界モード、定電力モード）に基づく、電流、電圧、または電力の振幅であってもよい。別の実施形態では、電気外科手術用動作のモードは、所定の範囲を判定してもよい。さらなる実施形態では、定電圧限界モードの所定の範囲は、定電流限界モードの範囲とは異なる大きさを有してもよい。

測定された振幅が所定の範囲内ではないことがステップ７３０において判定されるとき、コンバータ１０１の第１のデューティサイクルがステップ７４０において調節される。実施形態では、測定された振幅が所定の範囲を上回るとき、デューティサイクルは、測定された振幅がそれに従って低下させられるように低下させられる。逆に、測定された振幅が所定の範囲を下回るとき、デューティサイクルは、測定された振幅がそれに従って増加させられるように上昇させられる。

測定された振幅が所定の範囲内であることがステップ７３０において判定されるとき、インバータ１０２の少なくとも１つの第２の切替要素が、ステップ７５０において、ＤＣ波形を電気外科手術用パルス波形に変換するように第２のデューティサイクルにおいて操作される。電気外科手術用パルス波形のエネルギーは、繰り返し速度およびパルス幅周波数によって制御または調節されることができる、いくつかの周波数において分配される。実施形態では、制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）は、図５Ａ−６Ｂに関して上記で説明されるように、電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数およびパルス幅周波数を調節して所望の波形を得るために使用されてもよい。

ステップ７６０では、電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数が第１の閾値未満であるかどうかが判定される。図６Ａおよび６Ｂに示されるように、繰り返し周波数は、電気外科手術用パルス波形が筋肉および／または神経を刺激し得ないように、約１００ｋＨｚを上回ってもよい。繰り返し周波数が第１の閾値未満であるとき、ＰＷＭ信号は、繰り返し周波数がステップ７９０の第１の閾値を上回るように調節される。

繰り返し周波数が第１の閾値を上回ることがステップ７６０において判定されるとき、ステップ７７０において電気外科手術用パルス波形が二相性であるかどうかも判定される。

ステップ７７０におけるように、電気外科手術用パルス波形が二相性であることが判定される場合において、ステップ７８０のように、パルス幅期間が第２の閾値を下回るかどうかも判定される。パルス幅期間は、十分な電気外科手術用エネルギーが電気外科手術用動作モードのために提供されることを示してもよい。具体的には、パルス幅期間が低いほど、電気外科手術用パルス波形のそれぞれを用いて送達される電気外科手術用エネルギーが低い。実施形態では、パルス幅期間と等価である周波数は、繰り返し周波数を上回るように調節され、同様に、第２の閾値と等価である周波数は、第１の閾値を上回るようにプログラムされる。実施形態では、繰り返し周波数は、約１００ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚであってもよく、パルス幅期間は、そのエネルギースペクトル内の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で約５００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚに存在するように調節されてもよい。

パルス幅期間が第２の閾値を上回ることがステップ７８０において判定されるとき、ＰＷＭ信号は、パルス幅期間が第２の閾値未満またはそれと等しくなるように、ステップ７９０において調節される。このようにして、ＰＷＭ信号は、繰り返し周波数が第１の閾値を上回り、パルス幅期間が第２の閾値未満であるまで、ステップ７６０−７９０を実施することによって調節される。

繰り返し周波数を増加させること、および／またはパルス幅期間を減少させることによって、電気外科手術用波形のデューティサイクルが低下させられる。逆に、繰り返し周波数を減少させること、および／またはパルス幅期間を増加させることによって、電気外科手術用波形のデューティサイクルが増加させられる。

パルス幅期間が第２の閾値未満であることがステップ７８０において判定されるとき、方法７００は、完了する。このようにして、電気外科手術用パルス波形は、ＮＭＳＡの量を低減させるよう、筋肉および神経の刺激を引き起こすことができ、電気外科手術用パルス波形の周波数を制御することによって、ＮＭＳＡまたはＮＭＢＡの量を低減させることができる。

本開示のいくつかの実施形態が、図面において示されるか、および／または本明細書に説明されているが、本開示がそれらに限定されることは意図されておらず、本開示は、当分野が許容する限り範囲が広いことを意図しており、明細書も同様に読まれることが意図される。そのため、上記の説明は、限定ではなく、特定の実施形態の単なる例示として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付の請求項の範囲および精神内で他の修正も想定し得る。

Claims (11)

1. 神経筋刺激を最小にするための電気外科手術用ジェネレータであって、
   ＤＣ波形を出力するように構成されたコンバータであって、前記コンバータは、第１のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を介して操作される少なくとも１つの第１の切替要素を含む、コンバータと、
   前記コンバータに結合されたインバータであって、前記インバータは、第２のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を介して操作される少なくとも１つの第２の切替要素を含み、前記インバータは、前記ＤＣ波形を反転させることにより、電気外科手術用パルス波形を生成するように構成されている、インバータと、
   前記コンバータと前記インバータとに結合されたコントローラであって、前記コントローラは、
   前記第１のＰＷＭ信号のデューティサイクルを制御することにより、前記電気外科手術用パルス波形の大きさを調節することと、
   前記第２のＰＷＭ信号の繰り返し周波数が第１の閾値よりも大きいかどうかを決定することと、
   前記第２のＰＷＭ信号の繰り返し周波数が前記第１の閾値よりも大きいと決定された場合には、前記電気外科手術用パルス波形が二相性であるかどうかを決定することと、
   前記電気外科手術用パルス波形が二相性であると決定された場合には、前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間が第２の閾値よりも大きいかどうかを決定することと、
   前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間が前記第２の閾値よりも大きい場合には、前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間が前記第２の閾値未満またはそれと等しくなるように前記第２のＰＷＭ信号を調節することにより、前記電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節することと
   を行うように構成されている、コントローラと
   を備える、電気外科手術用ジェネレータ。
2. 前記電気外科手術用パルス波形は、神経筋遮断薬の量を低減させるように二相性であり、
   前記少なくとも１つの特性は、前記二相性の電気外科手術用パルス波形のパルス幅期間を含む、請求項１に記載の電気外科手術用ジェネレータ。
3. 前記コントローラは、前記二相性の電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数が１００ｋＨｚよりも大きいように前記第２のＰＷＭ信号の繰り返し周波数を調節するように構成されている、請求項２に記載の電気外科手術用ジェネレータ。
4. 前記コントローラは、前記二相性の電気外科手術用パルス波形の最高振幅ピークが周波数ドメイン内で５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚに存在するように、前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間を調節するように構成されている、請求項２に記載の電気外科手術用ジェネレータ。
5. 前記コンバータは、降圧型コンバータである、請求項１に記載の電気外科手術用ジェネレータ。
6. 前記インバータは、昇圧型コンバータである、請求項１に記載の電気外科手術用ジェネレータ。
7. 神経筋刺激を最小にするように電気外科手術用ジェネレータを制御するための方法であって、前記電気外科手術用ジェネレータは、コントローラを含み、前記方法は、
   前記コントローラが、第１のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を介して前記電気外科手術用ジェネレータのコンバータの少なくとも１つの第１の切替要素を操作することにより、ＤＣ波形を出力することと、
   前記コントローラが、第２のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を介して前記電気外科手術用ジェネレータのインバータの少なくとも１つの第２の切替要素を操作することにより、前記ＤＣ波形を変換することにより電気外科手術用パルス波形を生成することと、
   前記コントローラが、前記第１のＰＷＭ信号のデューティサイクルを制御することにより、前記電気外科手術用パルス波形の大きさを調節することと、
   前記コントローラが、前記第２のＰＷＭ信号の繰り返し周波数が第１の閾値よりも大きいかどうかを決定することと、
   前記第２のＰＷＭ信号の繰り返し周波数が前記第１の閾値よりも大きいと決定された場合には、前記コントローラが、前記電気外科手術用パルス波形が二相性であるかどうかを決定することと、
   前記電気外科手術用パルス波形が二相性であると決定された場合には、前記コントローラが、前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間が第２の閾値よりも大きいかどうかを決定することと、
   前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間が前記第２の閾値よりも大きいと決定された場合には、前記コントローラが、前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間が前記第２の閾値未満またはそれと等しくなるように前記第２のＰＷＭ信号を調節することにより、前記電気外科手術用パルス波形の少なくとも１つの特性を調節することと
   を含む、方法。
8. 前記電気外科手術用パルス波形は、二相性であり、
   前記少なくとも１つの特性は、前記二相性の電気外科手術用パルス波形のパルス幅期間を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記コントローラが、前記二相性の電気外科手術用パルス波形の繰り返し周波数が１００ｋＨｚよりも大きいように前記第２のＰＷＭ信号の繰り返し周波数を調節することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記コントローラが、前記二相性の電気外科手術用パルス波形の各サイクルのパルス幅期間が２マイクロ秒未満であるように前記第２のＰＷＭ信号のパルス幅期間を調節することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記コントローラが、組織特性またはエネルギー特性のうちの少なくとも１つを測定することと、
    前記コントローラが、前記組織特性または前記エネルギー特性のうちの少なくとも１つに応答して前記第１のＰＷＭ信号および前記第２のＰＷＭ信号を調節することと
    をさらに含む、請求項７に記載の方法。