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技術 RF生成器における漏れ電流を低減する電力監視回路および方法

出願人 メドトロニック・アドヴァンスド・エナジー・エルエルシー
発明者 スミス,ジェシー・エイフベルバンク,デーヴィッドリューム,ジェフリー・エス
出願日 2015年10月30日 (3年10ヶ月経過) 出願番号 2017-523351
公開日 2017年12月7日 (1年9ヶ月経過) 公開番号 2017-536170
状態 特許登録済
技術分野 手術用機器
主要キーワード 電力監視回路 電力出力回路 ピーク出力電圧 直流基準電圧 出力推定値 アナログ比較器 期間パラメータ RFモード
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図面 (7)

課題・解決手段

電気手術装置における漏れ電流を低減する電力監視回路を含む電気手術装置。電気手術装置は、直流電流を生成するように構成された電源と、直流電流をRF信号に変換するように構成されたRF波形生成器と、RF波形生成器への直流入力電圧を測定するように構成された電圧検出器と、出力電流フィードバックを測定するように構成された電流検出器と、プロセッサとを含む。プロセッサは、少なくとも測定された直流入力電圧と測定された出力電流フィードバックとに基づいて、出力電圧フィードバック推定し、RF波形生成器への直流入力電圧を制御する制御信号を出力するように構成され、制御信号は、少なくとも推定された出力電圧と出力電流フィードバックとに基づく。

概要

背景

無線周波(「RF」:radiofrequency)治療システムでは、RF生成器により生成されるすべての単極治療エネルギーは、理論上は、患者帰還電極を介して生成器に戻らなければならない。治療経路は、典型的には、RF生成器から、アクティブ付属品へ、対象すなわち患者へ、帰還電極へと流れ、そしてRF生成器に戻るように流れる。しかし、RF生成器と伝達装置との間でRFエネルギーの供給を絶縁するように機能する絶縁バリアにおける変圧器キャパシタンスに起因して、RFエネルギーの形態の迷走漏れが、RF生成器から、治療経路の一部としてRF生成器に戻る代わりにグランドに流れることがある。RF漏れは、患者、執刀医、または患者に接触している他の医療関係者入り得る危険な量の電流であるので、ユーザーにとって心配の種である。

RF生成器の設計者は、RF治療システムにおける患者と機器との間の接続が、正常なシステム動作時と異常状態時との両方で漏れ電流を最小化することを確実にするという課題に直面する。設計者は、さらに、医療システムの安全および電磁コンプライアンス(「EMC」:electromagnetic compliance)を規定する規格IEC60601の絶縁および漏れ電流要求を満たすという課題に直面する。

RF生成器の設計者が直面する他の課題は、規格IEC60601、特に、システムが単一のどのような異常状態中においても安全動作を維持することと、IEC60601規格により規定される電力出力制限値を上回らないこととを要求する規格に準拠した生成器の設計である。フィードバックに基づいて出力電力を制御するソフトウェアが存在する一方で、ソフトウェア障害単独では、危険状態が存在することは可能にならないため、他の有効な非ソフトウェア実装が必要とされる。

典型的なRF生成器は、RF漏れを防ぐためグランドから絶縁された出力を含む。しかし、絶縁された出力回路だけでは、RF漏れを完全に防ぐには十分ではない。開回路を検出して、それに伴って、それらのピーク出力電圧下げることができる性能を備えるように設計されたRF生成器がある。これは、いくつかの性能上の問題をもたらす。ピーク出力電圧は、適切な凝固効果に必要なスパークを開始するので、漏れ電流を最小化するためにピーク出力電圧を下げることは、RF生成器の性能を劣化させ得る。さらに、開回路状態を検出するために生成器により必要とされる期間は、RF漏れを発生させ得る瞬間的な電圧スパイクを引き起こし得る。

他の種類の断定生成器は、許容できない漏れレベルが検出されたときに絞りスキームを導入する。これらの絞りスキームは、制御システムに望ましくない複雑さを与えるので、不適切であることが実証されている。

図1は、RF治療システムにおける使用のための典型的なフィードバック推定システム回路図を示す。回路10は、トランジスタ12のPWM制御により電圧バック型調節器内に伝達される直流電圧を生成する直流(「DC」:direct current)電源11を含む。トランジスタ12からのPWM出力波形は、対象患者18の処置に使用される電気手術装置(図示せず)に印加されるRF波形の形態のRFエネルギーに変換されるHブリッジF波生成器16を通る低減された直流電圧を生成するために、フィルタ14を通してフィルタ処理される。

図1に示す従来技術の迂遠に関して続けると、RF出力回路は、電気手術装置からRFエネルギーの供給を絶縁するように機能する絶縁バリア17にまたがる高巻き数変圧器22を含み得る。電圧検出器28は、分圧器20と、結合した高巻き数変圧器24とを含み、回路10内の位置(1)においてRMS出力電圧フィードバックを測定する。電流検出器30は、結合を含む変圧器26をさらに含み、回路10内の位置(2)においてRMS出力電流フィードバックを測定するように構成される。したがって、回路10は、絶縁バリア17にまたがる3つの誘導結合22、24、および26を含む。マイクロプロセッサ32は、交流RMS出力電圧フィードバックとRMS出力電流フィードバックとに基づいて、推定された出力電圧電力とを計算し、位置(4)において出力される制御出力パルス幅変調(「PWM」:Pulse Width Modulation)信号を調節することにより、HブリッジRF波生成器16への電圧入力を制御して、その出力を所望のレベルに維持する。しかし、絶縁バリア17における多数のインダクタンス結合が、過剰なキャパシタンスをもたらし、最終的には過度高レベルな漏れ電流をもたらす。したがって、異なるRFフィードバック推定回路が望まれる。

概要

電気手術装置における漏れ電流を低減する電力監視回路を含む電気手術装置。電気手術装置は、直流電流を生成するように構成された電源と、直流電流をRF信号に変換するように構成されたRF波形生成器と、RF波形生成器への直流入力電圧を測定するように構成された電圧検出器と、出力電流フィードバックを測定するように構成された電流検出器と、プロセッサとを含む。プロセッサは、少なくとも測定された直流入力電圧と測定された出力電流フィードバックとに基づいて、出力電圧フィードバックを推定し、RF波形生成器への直流入力電圧を制御する制御信号を出力するように構成され、制御信号は、少なくとも推定された出力電圧と出力電流フィードバックとに基づく。

目的

本開示は、漏れ電流を低減する回路を含む電気手術装置を有益に提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

直流電流を生成するように構成された電源と、前記直流電流をRF信号に変換するように構成された無線周波(RF)波形生成器と、前記RF波形生成器への直流入力電圧を測定するように構成された電圧検出器と、出力電流フィードバックを測定するように構成された電流検出器と、プロセッサであって、少なくとも前記測定された直流入力電圧と前記測定された出力電流フィードバックとに基づいて出力電圧フィードバック推定し、前記RF波形生成器への前記直流入力電圧を制御する制御信号を出力するように構成されたプロセッサとを備え、前記制御信号が、少なくとも前記推定された出力電圧と前記出力電流フィードバックとに基づく、電気手術装置

請求項2

請求項1に記載の電気手術装置において、前記RF波形生成器が、前記プロセッサにより調節された前記直流入力電圧から前記RF信号を生成するように構成されたブリッジ回路を備える、電気手術装置。

請求項3

請求項2に記載の電気手術装置において、前記電圧検出器が、前記ブリッジ回路への前記直流入力電圧を測定する、電気手術装置。

請求項4

請求項1に記載の電気手術装置において、前記RF波形生成器と電気的に通信する絶縁バリアをさらに備える、電気手術装置。

請求項5

請求項4に記載の電気手術装置において、前記出力電圧フィードバックを測定するのではなく前記出力電圧フィードバックを推定する結果、前記絶縁バリアにまたがるキャパシタンスが低減する、電気手術装置。

請求項6

請求項1に記載の電気手術装置において、前記プロセッサが、統計分析法を使用して前記出力電圧を推定する、電気手術装置。

請求項7

請求項6に記載の電気手術装置において、前記統計分析法が、重線回帰分析であり、前記測定された直流入力電圧に対するADC測定値と、前記測定された出力電流フィードバックに対する交流MS測定値とが、独立変数として使用される、電気手術装置。

請求項8

請求項1に記載の電気手術装置において、前記RF波形生成器への前記直流入力電圧を制御する前記制御信号が、測定された出力電圧フィードバックに基づかない、電気手術装置。

請求項9

RFシステム電力を制御する方法であって、RF波形生成器への直流入力電圧を測定するステップと、出力電流フィードバックを測定するステップと、少なくとも前記測定された直流入力電圧と前記測定された出力電流フィードバックとに基づいて、出力電圧フィードバックを推定するステップと、前記RF波形生成器への前記直流入力電圧を制御する制御信号を出力するステップであって、前記制御信号が、少なくとも前記推定された出力電圧と前記出力電流フィードバックとに基づく、出力するステップと、を含む、方法。

請求項10

請求項9に記載の方法において、前記出力電圧フィードバックを推定するステップが、統計分析法を使用するステップを含む、方法。

請求項11

請求項10に記載の方法において、前記統計分析法が、重線形回帰分析であり、前記測定された直流入力電圧に対するADC測定値と前記測定された交流RMS出力電流フィードバックとが、独立変数として使用される、方法。

請求項12

請求項11に記載の方法において、前記測定された出力電流フィードバックを使用して、推定された出力電圧フィードバックにおける非線形挙動補償するステップ、をさらに含む、方法。

請求項13

請求項9に記載の方法において、前記RF波形生成器への前記直流入力電圧を制御する前記制御信号が、測定された出力電圧フィードバックに基づかない、方法。

請求項14

電気手術装置であって、直流電源電流直流電圧とを供給するように構成された直流電源と、電力制限設定を受信してパルス幅変調(PWM)信号を出力するように構成されたプログラム可能論理装置であって、前記PWM信号が、前記電力制限設定に対応する、前記プログラム可能論理装置と、前記PWM信号を閾値電圧に変換するように構成されたバッファと、比較器であって、前記直流電源電流と前記直流電圧との乗算値を前記閾値電圧と比較し、前記プログラム可能論理装置に有効化信号を出力するように構成された比較器と、を備え、RFエネルギーの出力を前記電気手術装置が前記電力制限設定未満に制御することを可能にするPWM信号を前記プログラム可能論理装置が出力することを、前記有効化信号が有効化する、電気手術装置。

請求項15

請求項14に記載の電気手術装置において、前記直流電源電流と前記直流電圧とを乗算するアナログ乗算器をさらに備える、電気手術装置。

請求項16

請求項14に記載の電気手術回路において、前記プログラム可能論理装置が、遅延論理回路をさらに備え、前記遅延論理回路が、異常期間に等しい期間にわたって、前記プログラム可能論理装置からの前記PWM信号の出力を遅延させるように構成された、電気手術回路。

請求項17

請求項14に記載の電気手術装置において、前記プログラム可能論理装置が、RF有効化信号を受信するようにさらに構成され、RFエネルギーの出力を前記電力制限設定未満に制御する前記PWM信号を前記プログラム可能論理装置が出力することを、前記RF有効化信号と前記比較器からの前記有効化信号とが可能にする、電気手術装置。

請求項18

請求項14に記載の電気手術装置において、前記プログラム可能論理装置が、フィールドプログラマブルゲートアレイである、電気手術装置。

請求項19

請求項14に記載の電気手術装置において、前記プログラム可能論理装置が、複合プログラマブル論理装置である、電気手術装置。

請求項20

請求項14に記載の電気手術装置において、前記電力制限設定が、規格IEC60601に適合する、電気手術装置。

請求項21

請求項14に記載の電気手術装置において、前記プログラム可能論理装置が、RF生成器によるRFエネルギーの出力を前記電気手術装置が前記電力制限設定未満に制御することを可能にする前記PWM信号を出力する、電気手術装置。

技術分野

0001

本開示は、無線周波生成器を含む電気手術装置に関し、特に、電力出力を管理し、電気手術装置からの漏れ電流を低減する方法およびシステムに関する。

背景技術

0002

無線周波(「RF」:radiofrequency)治療システムでは、RF生成器により生成されるすべての単極治療エネルギーは、理論上は、患者帰還電極を介して生成器に戻らなければならない。治療経路は、典型的には、RF生成器から、アクティブ付属品へ、対象すなわち患者へ、帰還電極へと流れ、そしてRF生成器に戻るように流れる。しかし、RF生成器と伝達装置との間でRFエネルギーの供給を絶縁するように機能する絶縁バリアにおける変圧器キャパシタンスに起因して、RFエネルギーの形態の迷走漏れが、RF生成器から、治療経路の一部としてRF生成器に戻る代わりにグランドに流れることがある。RF漏れは、患者、執刀医、または患者に接触している他の医療関係者入り得る危険な量の電流であるので、ユーザーにとって心配の種である。

0003

RF生成器の設計者は、RF治療システムにおける患者と機器との間の接続が、正常なシステム動作時と異常状態時との両方で漏れ電流を最小化することを確実にするという課題に直面する。設計者は、さらに、医療システムの安全および電磁コンプライアンス(「EMC」:electromagnetic compliance)を規定する規格IEC60601の絶縁および漏れ電流要求を満たすという課題に直面する。

0004

RF生成器の設計者が直面する他の課題は、規格IEC60601、特に、システムが単一のどのような異常状態中においても安全動作を維持することと、IEC60601規格により規定される電力出力制限値を上回らないこととを要求する規格に準拠した生成器の設計である。フィードバックに基づいて出力電力を制御するソフトウェアが存在する一方で、ソフトウェア障害単独では、危険状態が存在することは可能にならないため、他の有効な非ソフトウェア実装が必要とされる。

0005

典型的なRF生成器は、RF漏れを防ぐためグランドから絶縁された出力を含む。しかし、絶縁された出力回路だけでは、RF漏れを完全に防ぐには十分ではない。開回路を検出して、それに伴って、それらのピーク出力電圧下げることができる性能を備えるように設計されたRF生成器がある。これは、いくつかの性能上の問題をもたらす。ピーク出力電圧は、適切な凝固効果に必要なスパークを開始するので、漏れ電流を最小化するためにピーク出力電圧を下げることは、RF生成器の性能を劣化させ得る。さらに、開回路状態を検出するために生成器により必要とされる期間は、RF漏れを発生させ得る瞬間的な電圧スパイクを引き起こし得る。

0006

他の種類の断定生成器は、許容できない漏れレベルが検出されたときに絞りスキームを導入する。これらの絞りスキームは、制御システムに望ましくない複雑さを与えるので、不適切であることが実証されている。

0007

図1は、RF治療システムにおける使用のための典型的なフィードバック推定システム回路図を示す。回路10は、トランジスタ12のPWM制御により電圧バック型調節器内に伝達される直流電圧を生成する直流(「DC」:direct current)電源11を含む。トランジスタ12からのPWM出力波形は、対象患者18の処置に使用される電気手術装置(図示せず)に印加されるRF波形の形態のRFエネルギーに変換されるHブリッジF波生成器16を通る低減された直流電圧を生成するために、フィルタ14を通してフィルタ処理される。

0008

図1に示す従来技術の迂遠に関して続けると、RF出力回路は、電気手術装置からRFエネルギーの供給を絶縁するように機能する絶縁バリア17にまたがる高巻き数変圧器22を含み得る。電圧検出器28は、分圧器20と、結合した高巻き数変圧器24とを含み、回路10内の位置(1)においてRMS出力電圧フィードバックを測定する。電流検出器30は、結合を含む変圧器26をさらに含み、回路10内の位置(2)においてRMS出力電流フィードバックを測定するように構成される。したがって、回路10は、絶縁バリア17にまたがる3つの誘導結合22、24、および26を含む。マイクロプロセッサ32は、交流RMS出力電圧フィードバックとRMS出力電流フィードバックとに基づいて、推定された出力電圧電力とを計算し、位置(4)において出力される制御出力パルス幅変調(「PWM」:Pulse Width Modulation)信号を調節することにより、HブリッジRF波生成器16への電圧入力を制御して、その出力を所望のレベルに維持する。しかし、絶縁バリア17における多数のインダクタンス結合が、過剰なキャパシタンスをもたらし、最終的には過度高レベルな漏れ電流をもたらす。したがって、異なるRFフィードバック推定回路が望まれる。

課題を解決するための手段

0009

本開示は、漏れ電流を低減する回路を含む電気手術装置を有益に提供する。一実施形態において、電気手術装置は、直流電流を生成するように構成された電源と、直流電流をRF信号に変換するように構成されたRF波形生成器と、RF波形生成器への直流入力電圧を測定するように構成された電圧検出器と、出力電流フィードバックを測定するように構成された電流検出器と、を含む。電気手術装置は、少なくとも測定された直流入力電圧と測定された出力電流フィードバックとに基づいて出力電圧フィードバックを推定して、RF波形生成器への直流入力電圧を制御する制御信号であって、少なくとも推定された出力電圧と出力電流フィードバックとに基づく制御信号を出力するように構成されたプロセッサをさらに含む。

0010

他の一実施形態において、RFシステムの電力を制御する方法が提供される。本方法は、RF波形生成器への直流入力電圧を測定するステップと、出力電流フィードバックを測定するステップと、少なくとも測定された直流入力電圧と測定された出力電流フィードバックとに基づいて、出力電圧フィードバックを推定するステップと、RF波形生成器への直流入力電圧を制御する制御信号を出力するステップであって、制御信号が、少なくとも推定された出力電圧と出力電流フィードバックとに基づく、出力するステップと、を含む。

0011

他の一実施形態において、電気手術装置は、直流電源電流と直流電圧とを供給するように構成された直流電源と、電力制限設定を受信してPWM信号を出力するように構成されたプログラム可能論理装置であって、PWM信号が電力制限設定に対応する、プログラム可能論理装置と、PWM信号を閾値電圧に変換するように構成されたバッファと、比較器と、を含む。比較器は、直流電源電流と直流電圧との乗算値を閾値電圧と比較して、プログラム可能論理装置に有効化信号を出力するように構成され、RFエネルギーの出力を電気手術装置が電力制限設定未満に制御することを可能にするPWM信号をプログラム可能論理装置が出力することを有効化信号が有効化する。

0012

本開示と、それに付随する利点と特徴とのより完全な理解は、添付図面をあわせて考慮しながら以下の詳細な説明を参照することで、より容易に理解される。

図面の簡単な説明

0013

従来技術のフィードバック推定回路を示す図である。
本開示の原理にしたがって構築された電気手術ハンドピースと電気手術装置との正面斜視図である。
本開示の一実施形態にしたがった漏れ電流を低減するフィードバック推定回路を示す図である。
図3に示す実施形態の処理手順を示す図である。
本開示の他の一実施形態にしたがった電力出力制限回路を示す図である。
図5に示す実施形態の処理手順を示す図である。

実施例

0014

本明細書で説明する実施形態は、RF生成器により生成されるRFエネルギーが安全規格により禁止される過剰な電力レベルを上回らないように制御され得るように、電気手術装置内で使用され得る回路に関する。さらに、本明細書で説明する例示的な回路は、過度に大きな電力および/または電流の状態についてRF波形生成器の出力電圧と出力電流とを間接的に監視することにより、規格IE60601−2−2などの規格により規定された過剰電力状態に対する二次的で冗長な軽減を達成する。

0015

ここで、同様な参照符号が同様な要素を指す図面を参照すると、図2に、全体が「34」と表記された、本出願の原理にしたがって構築された例示的な電気手術装置(「ESU」:electrosurgical unit)を示す。ESU34は、ESU34の構成要素を収容するように構成されたRF生成器36を含み得、(RFと筐体との間の電気的な絶縁を維持しながら)RF生成器36に物理的に結合した1つまたは複数の電気手術ハンドピースに対するエネルギー出力を設定し、処置の進捗と、測定値、例えば、インピーダンスとを表示し、ESU34に電気的に結合された1つまたは複数の電気手術ハンドピースの無線周波エネルギーと流量との供給を開始および/または終了するタッチ操作表示装置38をさらに含み得る。例示的な構成において、ESU34は、第1のソケット40を含み、第1のソケット40は、組織双極無線周波エネルギーを伝達するように構成された第1の電気手術ハンドピース42を受け入れて、第1の電気手術ハンドピース42と電気結合するように構成された3ピンコネクタであり得る。ESU34は、単極無線周波エネルギー、または双極無線周波エネルギーと単極無線周波エネルギーとの組合せの少なくとも1つを伝達するように構成された第2の電気手術ハンドピース46を受け入れて、第2の電気手術ハンドピース46に電気的に結合するように構成された第2のソケット44、例えば、7ピンソケットをさらに含み得る。

0016

図3は、間接的なフィードバック推定値を提供するため、および、回路部品の数を減らし、高価なRMS変換器と変圧器との使用を減らし、絶縁バリア48にまたがるインダクタンス結合の数を減らすこと(これが、キャパシタンスと漏れ電流とを減らす)によってESU34における漏れ電流を制限するためのESU34内の回路46を示す。絶縁バリア48は、RF生成器36と1つまたは複数の電気手術伝送装置(図示せず)との間でRFエネルギーの供給を絶縁するように構成された1つまたは複数の変圧器を含む。回路46の設計は、絶縁バリア48にまたがるキャパシタンスの低減と、それによる、患者における漏れ電流の低減とをもたらす。回路46は、RF生成器36の電力出力を制御するため、出力にかかる検出されたRMSフィードバック電圧ではなく、電圧検出器56により測定された直流電圧入力を使用する間接的なフィードバック推定回路である。回路46は、トランジスタ52のPWM制御により電圧バック型調節器内に伝達される直流電流を生成するように構成された直流電源50を含む。回路46は、PWM波形をフィルタ処理して、低減された直流電圧にするフィルタ54と、回路46内の位置(1)に位置する電圧検出器56とを含む。電圧検出器56は、RF波形生成器60への信号の直流入力電圧を測定する。RF波形生成器60は、マイクロプロセッサ62により調節された直流入力電圧からRF信号を生成するように構成されたブリッジ回路を含み得る。

0017

直流入力電圧フィードバックは、従属変数RMS出力電圧を推定するために使用され得る2つの独立説明変数の1つである。使用される他方の独立説明変数は、回路46内の位置(2)において電流検出器58により測定された交流RMS出力電流である。有益には、回路46は、図1の従来技術の回路に示される出力電圧フィードバックの測定を必要としない。したがって、出力電圧フィードバックを測定するために必要な構成要素、すなわち、絶縁バリア48にまたがる変圧器は、必要とされない。絶縁バリア48にまたがるインダクタンス結合の低減(この場合、図1に示す3つの結合から図3に示す2つに低減される)は、絶縁バリア48における全体的なキャパシタンスを低減し、したがって、ESU34における全体的な漏れ電流を低減する。さらに、電流フィードバックは、直流電圧入力フィードバックからの交流RF電圧出力推定値における非線形性補償するために使用される。同様に、直流電圧入力フィードバックは、交流電流フィードバック推定値を改善するために使用される。直流電圧フィードバック値は、各RFモードに対して計算された定数乗算され、交流電流フィードバック推定値に加算される。

0018

図3の回路46が図1の従来技術の回路10と比較されると、回路46における構成要素の数が減らされていることが明らかである。回路46は、より少ない数の構成要素を含み、高価なRMS変換器と変圧器とを必要とせず、その設計が、絶縁バリア48にまたがる全体的なキャパシタンスの低減をもたらす。その結果、漏れ電流を低減した、費用効率のより高いフィードバック推定回路が得られる。図3に示す回路46は、マイクロプロセッサ62を含む。マイクロプロセッサ62は、メモリに記憶されたアルゴリズムを実行するようにプログラム可能であり得、アルゴリズムは、RMS出力電圧を推定し、RF生成器の電力出力を制御する位置(4)における制御PWM信号64を提供する。マイクロプロセッサ62は、位置(1)において電圧検出器56により測定された直流入力電圧フィードバックを表す信号66と、位置(2)において電流検出器58により測定された出力電流を表す信号68との2つの入力信号を受信する。マイクロプロセッサ62は、入力信号66と68とを使用してRMS出力電圧を較正する較正技術を使用し得る。一実施形態において、独立説明変数として直流入力電圧と出力電流とを使用して、従属変数RMS出力電圧を推定するために重線回帰分析が使用され得る。適切な制御範囲較正点とを使用して、RMS出力電圧の正確な推定値が取得され得る。前述のとおり、実際の出力電圧フィードバックが測定されるのではなく推定されるので、回路46は、従来技術の回路により必要とされる追加的な変圧器とRMS変換器とを必要としない。RMS出力電圧の推定値が取得されると、マイクロプロセッサ62は、RF波形生成器60への直流入力電圧と、ESU34により患者に伝達される電力とを所望のレベルに制御するため、推定RMS出力電圧と測定された出力電流とを使用して、PWM制御信号64を出力し得る。

0019

本開示は、RF生成器36の電力出力を制御するために、電圧出力フィードバックを測定する必要性をなくすRF生成器回路46を含むESU34を有益に提供し、それにより、出力電圧フィードバックを測定するために必要な高価なRMS変換器と変圧器との数を減らす。その代わり、回路46は、入力電圧を表す入力信号と測定された交流電流フィードバックとをマイクロプロセッサ62に提供し、マイクロプロセッサ62は、回帰分析などの較正技術を実行して出力電圧フィードバックを推定する。マイクロプロセッサ62は、RF波形生成器60への直流電圧入力を制御するため、および、ESU34により伝達される全体的な電力を制御するため、推定された出力電圧フィードバックと測定された電流フィードバックとに基づいて、電力を推定して、それにしたがってPWM信号64を調節し得る。結果として、低減された数の変圧器と内部インダクタンス結合とを含むことにより漏れ電流の可能性を最小化しながら、患者への過剰なRFエネルギーの伝達を防ぐため、改善された正確なフィードバック推定システムを含むと共にRFエネルギー制御を調節するESU34が得られる。

0020

図4は、本開示の一実施形態の処理手順を示す。ステップ70において、RF信号の直流入力電圧成分が、電圧検出器56により測定される。ステップ72において、出力電流フィードバックが、電流検出器58により測定される。ステップ74において、出力電圧フィードバックは、測定されるのではなく推定され、推定された出力電圧は、少なくとも、直流入力電圧と測定された出力電流フィードバックとに基づく。ステップ76において、マイクロプロセッサ62は、制御PWM信号64を出力し、制御信号は、少なくとも、推定された出力電圧と測定された出力電流フィードバックとに基づく。

0021

図5は、本開示の他の一実施形態を示す。図5に、ハードウェア型の電力出力回路78を含むESU34を示す。回路78は、正常状態中と異常状態中とにおいて治療エネルギー伝達システムが安全動作を維持することを要求するIEC60601などの規格に準拠するため、患者に伝達されるRFエネルギーを制限する。

0022

回路78は、特定用途向け集積回路(「ASIC」:application specific integrated circuit)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(「FPGA」:field programmable gate array)、または、複合プログラマブル論理装置(「CPLD」:complex programmable logic device)などのプログラム可能論理装置80を含む。本開示にわたってCPLDという用語が使用されるが、本開示は、特定の種類のプログラム可能論理装置に限定されない。閾論理回路82を使用して、CPLD80が、出力波形と、要求される電力設定84とを受信し、電力設定が、特定の電力限界値に基づく。CPLD80に入力される電力限界値は、例えば、IEC60601において規定された電力閾値などの、安全動作を維持するためESU34が上回ってはならない特定の電力閾値に基づき得る。電力設定を使用して、CPLD80は、そのPWM信号86に対応する特定の電力限界値に比例するPWM信号86を出力する。PWM信号86は、電力制限閾値を表す。PWM信号86は、PWM信号86を対応する直流基準電圧に変換するため、バッファおよび低域通過フィルタ88と、または他の同様のフィルタ回路によりフィルタ処理される。

0023

回路78は、アナログ乗算器90をさらに含む。アナログ乗算器90は、RF生成器回路(図6に示さない)に入力されるフィルタ処理された直流電源電圧92と直流電源電流94とを受信する。アナログ乗算器90は、電力信号の形態で直流電源電圧と直流電源電流との乗算値を出力する。アナログ比較器96は、アナログ乗算器90からの電力信号出力を、バッファおよび低域通過フィルタ88による電圧閾値出力(電力制限値を表す)と比較する。電力信号の直流電圧成分が、電圧閾値未満である場合、有効化信号98がCPLD80に入力される。論理積回路100は、有効化信号98を、マイクロプロセッサ(図示せず)から受信されるRF有効化信号102と結合して、波形とPWM信号とをPWM生成器104が出力することを有効化し、PWM信号は、RF生成ステージ106においてRFエネルギー出力を生成するために使用される。したがって、このようにして、患者に伝達されるRFエネルギーが特定の制限値を上回らず、安全規格、例えば、単一の異常状態の軽減に関するIEC60601−2−2にしたがった安全動作が生じ得る。

0024

アナログ比較器96がアナログ乗算器90からの電力信号出力をバッファおよび低域通過フィルタ88による電圧閾値出力と比較して、電力信号の直流電圧成分が電圧閾値を上回ったことを判定した場合、RF信号生成の妨害の開始と停止とをフィルタ処理するため、有効化信号98が遅延され得る。インターロック遅延論理回路108は、所定の期間にわたって有効化信号の除去を遅延させ、それにより、RF生成ステージ106へのPWM制御信号の生成の妨害を遅延させる。信号98により示される過剰電力状態が開始遅延を上回ると、論理積回路100への有効化が、遅延論理回路108により制御される最小遅延期間にわたって妨害され、RF信号生成を防ぐ。したがって、遅延論理回路108は、異常期間に等しい期間にわたってCPLD80からのPWM制御信号の出力を遅延させるように構成され得る。

0025

図6においてインターロック遅延論理回路108に対して示される期間は例示にすぎず、本明細書で説明する遅延論理回路は、あらゆる期間パラメータを使用するように調節され得る。ステップ110において、インターロック遅延論理回路108により実行される例示的な一連のステップにおいて、まず、異常状態が存在するか否かと、存在する場合、所定の期間内に異常が発生したか否かと、が判定される。ステップ112において、例えば、直前の320ミリ秒内に異常が発生したと判定された場合、所定の期間、すなわち20ミリ秒にわたって異常が発生した後まで、出力を無効化することが遅延される。ステップ114において、直前の320ミリ秒内に異常が発生しなかった場合、320ミリ秒にわたって異常が発生した後まで、出力を無効化することが遅延される。次に、ステップ116において、出力信号を無効化することが、ある期間、すなわち90ミリ秒にわたって継続される。したがって、インターロック遅延論理回路108は、比較器96からの有効化信号98が異常状態の期間に応じて決まることを可能に、または禁止し得る。有効化信号98を遅延または禁止することにより、論理積回路100の結果が「0」となり、それにより、異常状態中にRF生成ステージ106へのPWM制御信号の生成を遅延させる。

0026

図6は、本開示の一実施形態にしたがった回路78の処理手順を示す。ステップ118において、直流電源電圧と直流電源電流とが受信され、ステップ120において、乗算されて乗算器出力を生成する。ステップ122において、乗算器出力の直流電圧成分が、電圧閾値と比較される。上述のように、電圧閾値は、要求される電力設定84に基づくCPLD80により出力されるPWMに基づく。乗算器出力の直流成分が閾値電圧以下である場合、有効化信号は、CPLD80に送信されて、ステップ124において、RF生成ステージ106において使用されるようにRFエネルギーの出力をCPLD80が電力制限設定未満に制御することを有効化する。乗算器出力の直流電圧成分が電圧閾値より大きい場合、遅延論理回路108は、CPLD80の無効化と再有効化とを遅延させ、それにより、ステップ126において、例えば、異常状態中に波形出力を防ぐ。ステップ128において、異常がもはや発生しなくなったと判定された場合、上述のようにCPLD80は有効化され得る。

0027

上述のように本明細書で特に提示および説明されるものに本開示が限定されないことを当業者が理解すると考えられる。加えて、それに反する記載がない限り、すべての添付図面が一定の縮尺であるとは限らないことに注意が必要である。上記の教示を考慮に入れて、後述の請求項によってのみ限定される本開示の範囲と趣旨とから逸脱することなく、種々の変更と変形とが可能である。

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