(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチ周波数ケーブル補償のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】電気外科発電機１０２であって、電圧センサと、電流センサと、第１中帯域フィルタと、第２中帯域フィルタと、第１狭帯域フィルタと、第２狭帯域フィルタと、信号プロセッサであって、前記第１中帯域フィルタおよび前記第２中帯域フィルタによってフィルタリングされた前記感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、前記狭帯域大きさ値および位相値ならびに前記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、前記組織のインピーダンスを推定することと、前記組織の前記推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、前記電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することとを行うように構成されている、信号プロセッサとを含む、電気外科発電機。【選択図】図１
2015131108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織を処置するためのエネルギーを生成し、かつ、電気外科ケーブルを介して前記組織に前記エネルギーを伝送する電気外科発電機であって、
前記生成されたエネルギーの電圧波形を感知するように構成された電圧センサと、
前記生成されたエネルギーの電流波形を感知するように構成された電流センサと、
調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する前記感知された電圧波形を通過させるように構成された第１中帯域フィルタと、
前記調波周波数を含む周波数の前記第１中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する前記感知された電流波形を通過させるように構成された第２中帯域フィルタと、
周波数の前記第１中帯域範囲内の前記感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第１狭帯域フィルタと、
周波数の前記第１中帯域範囲内の前記感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第２狭帯域フィルタと、
信号プロセッサであって、
前記第１中帯域フィルタおよび前記第２中帯域フィルタによってフィルタリングされた前記感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
前記狭帯域大きさ値および位相値ならびに前記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、前記組織のインピーダンスを推定することと、
前記組織の前記推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、前記電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することと
を行うように構成されている、信号プロセッサと
を含む、電気外科発電機。
【請求項２】
前記電圧波形および前記電流波形は、高調波歪みを含む、請求項１に記載の電気外科発電機。
【請求項３】
第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する前記感知された電圧波形を通過させるように構成された第３中帯域フィルタと、
前記第３調波周波数を含む周波数の前記第２中帯域範囲内の前記感知された電流波形を通過させるように構成された第４中帯域フィルタと、
周波数の前記第２中帯域範囲内の前記感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第３狭帯域フィルタと、
周波数の前記第２中帯域範囲内の前記感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第４狭帯域フィルタと
をさらに含み、
前記調波周波数は、基本周波数である、請求項２に記載の電気外科発電機。
【請求項４】
第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の前記感知された電圧波形を通過させるように構成された第５中帯域フィルタと、
前記第５調波周波数を含む周波数の前記第３中帯域範囲内の前記感知された電流波形を通過させるように構成された第６中帯域フィルタと、
周波数の前記第３中帯域範囲内の前記感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第５狭帯域フィルタと、
周波数の前記第３中帯域範囲内の前記感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第６狭帯域フィルタと
をさらに含む、請求項３に記載の電気外科発電機。
【請求項５】
前記信号プロセッサは、
前記第３中帯域フィルタおよび前記第４中帯域フィルタによってフィルタリングされた前記感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値をさらに決定し、
前記ＲＭＳ電圧値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電圧値を計算し、
前記ＲＭＳ電流値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電流値を計算する、
請求項３に記載の電気外科発電機。
【請求項６】
前記信号プロセッサは、
周波数の前記第１中帯域範囲および前記第２中帯域範囲内から周波数を選択し、
前記狭帯域大きさに基づいて、前記選択された周波数における前記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に対する重さを計算する、
請求項５に記載の電気外科発電機。
【請求項７】
前記重さは、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の前記中帯域ＲＭＳ電圧値と前記全体的なＲＭＳ電圧値との間の比に基づく割合であるか、または、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の前記中帯域ＲＭＳ電流値と全体的なＲＭＳ電流値との間の比に基づく割合である、請求項６に記載の電気外科発電機。
【請求項８】
前記信号プロセッサは、
前記選択された周波数において、重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値を計算し、
前記重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、重み付けされた電力を計算する、
請求項６に記載の電気外科発電機。
【請求項９】
前記ＲＭＳ電圧値および前記ＲＭＳ電流値は、前記電気外科ケーブルの２ポートネットワークモデルを用いることによって計算され、
前記組織によって消費される前記電力は、前記重み付けされた電力を付加することによって計算される、
請求項８に記載の電気外科発電機。
【請求項１０】
前記信号プロセッサは、最高の重みが付けられた大きさを有する選択された周波数において、前記組織のインピーダンスを計算する、請求項６に記載の電気外科発電機。
【請求項１１】
電気外科ケーブル補償のための方法であって、電気外科発電機が、回路網を備え、前記回路網は、前記方法を行い、
前記方法は、
前記電気外科発電機によって生成された電気外科エネルギーの電圧波形および電流波形を感知することと、
調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の前記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の前記第１中帯域範囲内の前記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと、
周波数の前記第１中帯域範囲内の前記通過させられた電圧値および電流値に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
前記狭帯域大きさ値および位相値ならびに前記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、前記組織のインピーダンスを推定することと、
前記組織の前記推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、前記電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することと
を含む、方法。
【請求項１２】
第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する前記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の前記第２中帯域範囲内の前記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと
をさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の前記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の前記第３中帯域範囲内の前記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと
をさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
周波数の前記第２中帯域範囲内の前記通過させられた電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
中帯域ＲＭＳ電圧値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電圧値を計算することと、
中帯域ＲＭＳ電流値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電流値を計算することと、
周波数の前記第１中帯域範囲および前記第２中帯域範囲から周波数を選択することと、
前記狭帯域大きさ値に基づいて、前記選択された周波数における前記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に対する重さを計算することと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記重さは、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の前記中帯域ＲＭＳ電圧値と前記全体的なＲＭＳ電圧値との間の比に基づく割合であるか、または、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の前記中帯域ＲＭＳ電流値と前記全体的なＲＭＳ電流値との間の比に基づく割合である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記選択された周波数に対する重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値を計算することと、
前記組織において消費される電力を得るために、前記重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、重み付けされた電力を計算することと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記組織において消費される前記電力は、前記選択された周波数に対する前記重み付けされた電力を加算することによって計算される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
最高の重みが付けられた大きさを有する選択された周波数において、前記組織のインピーダンスを計算することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
周波数の前記第１中帯域範囲に対する平均電力を得るために、前記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、平均電力を計算することと、
前記電気外科発電機の既知のインピーダンスに基づいて、前記電気外科発電機における電力損失を計算し、前記平均電力から前記電力損失を減算することにより、前記中帯域ＲＭＳ電圧値または電流値を計算することと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
最大の狭帯域大きさを有する周波数において前記組織の狭帯域インピーダンスを計算することと、
前記平均電力から前記電力損失を減算することにより、前記組織において消費される電力を計算することと、
前記組織において消費される前記電力に基づいて、前記組織のインピーダンスを補償することと
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景技術）
（１．技術分野）
本開示は、電気外科手術に関する。より具体的には、本開示は、電気外科エネルギーが基本周波数以外の周波数におけるエネルギーを有する場合に組織に電気外科エネルギーを送達するために用いられるケーブルのインピーダンスを補償するための電気外科用のシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（２．背景技術）
電気外科手術は、電気外科操作の間に生物学的組織を切断または改変するために高周波数電流の適用を伴う。電気外科手術は、電気外科発電機、アクティブ電極、およびリターン電極を用いて実行される。電気外科発電機（電力供給または波形発生器とも呼ばれる）は、交流電流（ＡＣ）を生成し、該交流電流は、アクティブ電極を通して患者の組織に適用され、リターン電極を通して電気外科発電機に戻される。交流電流は、典型的には、筋肉および／または神経の刺激を回避するために、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）超の周波数を有している。
【０００３】
電気外科手術の間に、電気外科発電機によって生成されたＡＣは、アクティブ電極とリターン電極との間に配置された組織を通して導かれる。組織に送達される電気エネルギー（電気外科エネルギーとも称する）は、組織の抵抗性に起因して熱に変換され、該熱は、組織温度を上昇させる。電気外科発電機は、組織に提供された電力（すなわち、時間当たりの電気エネルギー）を制御することによって組織の加熱を制御する。多くのその他の変数が組織の全体的な加熱に影響を与えるが、増加した電流密度および組織の抵抗が、通常は増加した加熱につながる。電気外科エネルギーは、典型的には、組織を切断、切開、切除、凝固、および／または封止するために用いられる。
【０００４】
採用される２つの基本的なタイプの電気外科手術は、単極電気外科手術および双極電気外科手術である。これらのタイプの電気外科手術の両方は、アクティブ電極およびリターン電極を用いる。双極電気外科手術において、外科手術器具は、同一器具上に、または、互いに非常に近接して、アクティブ電極およびリターン電極を含み、これにより、電流が少量の組織を通して流れるようにする。単極電気外科手術において、リターン電極は、患者の身体のどこかの場所に配置され、典型的には、電気外科器具自体の一部分とはならない。単極電気外科手術において、リターン電極は、典型的にリターンパッドと呼ばれるデバイスの一部分である。
【０００５】
電気外科発電機は、所望の臨床効果を達成するように電気外科発電機の出力を制御するために、例えば電力および組織インピーダンスのような量を測定するために電圧センサおよび電流センサを用いる。電圧センサおよび電流センサは、しばしば、外科手術器具の中にセンサを組み込むことに関連するコストを節約するために、電気外科発電機の内部に配置される。
【０００６】
長さが１メートル超であり得るケーブルは、電気外科発電機をアクティブ電極およびリターン電極に接続し、処置される組織に電気外科エネルギーを送達するために用いられる。全てのケーブルは、インダクタンス、キャパシタンス、および抵抗を含むインピーダンスを有している。このインピーダンスは、２つの態様で組織に送達される実際のエネルギーの量を変化させ得る。低負荷インピーダンスに対しては、ケーブルのインダクタンスおよび抵抗は、電流の量に比例して組織に送達される電圧の量を低減し、すなわち、電流が増加すると、ケーブルにわたる電圧降下もまた、増加することになる。高負荷インピーダンスに対しては、電圧が増加すると、ケーブルのキャパシタンスを通して流れる電流の量が増加する。これは、組織に送達される電流の量を低減し、電圧波形および電流波形に対して歪みを付加し、その結果、電圧波形および電流波形は、電気外科手術のために一般に用いられる所望の純粋な正弦波形、矩形波形、鋸歯波形、パルス波形、三角波形、または混合波形から逸脱することになる。
【０００７】
さらに、特定のタイプの波形、例えばパルス波形は、基本周波数以外の周波数において相当量のエネルギーを有する。したがって、より正確に電力およびインピーダンスを測定するために、多くの発電機は、ケーブルインピーダンスを補償する補償アルゴリズムを採用している。これらの補償アルゴリズムは、典型的には、回路ネットワークとし発電機およびケーブルにおけるインピーダンスをモデル化する回路モデル内のマルチプルノードに対するＫｉｒｃｈｈｏｆｆの電流方程式および電圧方程式を解くことを含んでいる。しかしながら、これらの方程式を解くことは、実時間埋め込みソフトウェアシステムによって実装されている場合には、相当量のメモリ能力および処理能力を必要とし得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（概要）
本開示の電気外科システムおよび方法は、電気外科発電機の出力において測定されるマルチプル周波数において複素電流および位相信号を用いることによって電気外科ケーブル内のエネルギー損失を補償することにより、組織に実際に送達されるエネルギーを精密に決定する。
【０００９】
一局面において、本開示は、組織を処置するためのエネルギーを生成し、電気外科ケーブルを介して組織に該エネルギーを伝達する、電気外科発電機を特徴とする。電気外科発電機は、生成されたエネルギーの電圧波形を感知する電圧センサと、生成されたエネルギーの電流波形を感知する電流センサと、調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する感知された電圧波形を通過させる第１中帯域フィルタと、調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する感知された電流波形を通過させる第２中帯域フィルタと、周波数の第１中帯域範囲内の感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第１狭帯域フィルタと、周波数の第１中帯域範囲内の感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第２狭帯域フィルタと、信号プロセッサとを含む。信号プロセッサは、第１中帯域フィルタおよび第２中帯域フィルタによってフィルタリングされた感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定し、狭帯域大きさ値および位相値ならびに中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、組織のインピーダンスを推定し、組織の推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、電気外科発電機を制御するための制御信号を生成する。
【００１０】
電圧波形および電流波形は、正弦波形、方形波形、矩形波形、三角波形、スパイク波形、台形波形、および／または鋸歯波形を含み得る。電圧波形および電流波形は、高調波歪みを含み得る。
【００１１】
電気外科発電機は、第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する感知された電圧波形を通過させる第３中帯域フィルタと、第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する感知された電流波形を通過させる第４中帯域フィルタと、周波数の第２中帯域範囲内の感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第３狭帯域フィルタと、周波数の第２中帯域範囲内の感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第４狭帯域フィルタとを含み得る。調波周波数は、基本周波数であり得る。
【００１２】
電気外科発電機は、第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の周波数を有する感知された電圧波形を通過させる第５中帯域フィルタと、第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の周波数を有する感知された電流波形を通過させる第６中帯域フィルタと、周波数の第３中帯域範囲内の感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第５狭帯域フィルタと、周波数の第３中帯域範囲内の感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第６狭帯域フィルタとを含み得る。
【００１３】
周波数の第１中帯域範囲は、調波周波数および／またはリンギング周波数に対する側波帯を含み得る。
【００１４】
第１狭帯域フィルタおよび第２狭帯域フィルタは、Ｇｏｅｒｔｚｅｌフィルタであり得、第１中帯域フィルタおよび第２中帯域フィルタは、バンドパスフィルタであり得る。
【００１５】
信号プロセッサは、第３中帯域フィルタおよび第４中帯域フィルタによってフィルタリングされる感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値を決定し得、ＲＭＳ電圧値を加算することにより全体的なＲＭＳ電圧値を計算し得、ＲＭＳ電流値を加算することにより全体的なＲＭＳ電流値を計算し得る。信号プロセッサは、周波数の第１中帯域範囲内および第２中帯域範囲内から周波数を選択し得、狭帯域大きさに基づいて選択された周波数の中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に対する重さを計算し得る。重さは、全ての狭帯域大きさの和に対する選択された周波数における狭帯域大きさの割合であり得る。周波数は、その周波数における狭帯域大きさが所定の値よりも大きいかまたはそれと等しい場合に、選択され得る。
【００１６】
重さは、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の中帯域ＲＭＳ電圧値と、全体的なＲＭＳ電圧値との間の比に基づく割合であり得るか、または、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の中帯域ＲＭＳ電流値と、全体的なＲＭＳ電流値との間の比に基づく割合であり得る。
【００１７】
信号プロセッサは、選択された周波数における重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値を計算し得、重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、重み付けされた電力を計算し得る。ＲＭＳ電圧値およびＲＭＳ電流値は、電気外科ケーブルの２ポートネットワークモデルを用いることにより計算され得、組織によって消費される電力は、重み付けされた電力を付加することによって計算され得る。
【００１８】
信号プロセッサは、最高の重みが付けられた大きさを有する選択された周波数において組織のインピーダンスを計算し得る。
【００１９】
別の局面において、本開示は、電気外科ケーブル補償のための方法を特徴とする。方法は、電気外科発電機によって生成された電気外科エネルギーの電圧波形および電流波形を感知することと、調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の周波数を有する感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、周波数の第１中帯域範囲内の感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと、周波数の第１中帯域範囲内の周波数を有する通過させられた電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、狭帯域大きさ値および位相値ならびに中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、組織のインピーダンスを推定することと、組織の推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することとを含む。
【００２０】
電圧波形および電流波形は、高調波歪みを含み得る。周波数の第１中帯域範囲は、調波周波数および／またはリンギング周波数に対する側波帯を含み得る。
【００２１】
方法は、第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、周波数の第２中帯域範囲内の感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることとを含み得る。方法は、第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の周波数を有する感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、周波数の第３中帯域範囲内の感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることとを含み得る。
【００２２】
方法は、周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する通過させられた電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、中帯域ＲＭＳ電圧値を加算することにより全体的なＲＭＳ電圧値を計算することと、中帯域ＲＭＳ電流値を加算することにより全体的なＲＭＳ電流値を計算することと、周波数の第１中帯域範囲内および第２中帯域範囲内から周波数を選択することと、狭帯域大きさ値に基づいて、選択された周波数における中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に対する重さを計算することとを含み得る。
【００２３】
周波数は、その周波数における狭帯域大きさが、所定の値よりも大きいかまたはそれと等しい場合に選択され得る。重さは、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の中帯域ＲＭＳ電圧値と全体的なＲＭＳ電圧値との間の比に基づく割合であり得るか、または、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の中帯域ＲＭＳ電流値と全体的なＲＭＳ電流値との間の比に基づく割合であり得る。
【００２４】
方法は、選択された周波数に対して重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値を計算することと、組織において消費される電力を得るために、重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、重み付けされた電力を計算することとを含み得る。組織において消費される電力は、選択された周波数に対して重み付けされた電力を付加することにより計算され得る。
【００２５】
方法は、最高の重みが付けられた大きさを有する選択された周波数において組織のインピーダンスを計算することを含み得る。
【００２６】
方法は、周波数の第１中帯域範囲に対する平均電力を得るために、中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、平均電力を計算することと、電気外科発電機の既知のインピーダンスに基づいて電気外科発電機における電力損失を計算し、平均電力から電力損失を減算することにより、中帯域ＲＭＳ電圧値または電流値を計算することとを含み得る。方法は、最大の狭帯域大きさを有する周波数において組織の狭帯域インピーダンスを計算することと、平均電力から電力損失を減算することにより、組織において消費される電力を計算することと、組織において消費される電力に基づいて、組織のインピーダンスを補償することとを含み得る。
【００２７】
電圧波形および電流波形は、正弦波形、方形波形、矩形波形、三角波形、スパイク波形、台形波形、および／または鋸歯波形を含み得る。電圧波形および電流波形は、高調波歪みを含み得る。
【００２８】
さらに別の局面において、本開示は、電気外科ケーブルを介して組織を処置するためのエネルギーを生成する電気外科発電機を特徴とする。電気外科発電機は、生成されたエネルギーの電圧波形を感知する電圧センサと、生成されたエネルギーの電流波形を感知する電流センサと、関心のある周波数を含む周波数の広帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する感知された電圧波形を通過させる第１広帯域フィルタと、周波数の広帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する感知された電流波形を通過させる第２広帯域フィルタと、感知された電圧波形および電流波形をサンプリングする複数のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、周波数の広帯域範囲内の感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第１狭帯域フィルタと、周波数の広帯域範囲内の感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得る第２狭帯域フィルタと、信号プロセッサとを含む。信号プロセッサは、広帯域ＲＭＳ電力を得るために、広帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値、ならびに平均電力を、第１広帯域フィルタおよび第２広帯域フィルタによってフィルタリングされた感知された電圧波形および電流波形のサンプル間の積に基づいて決定し、広帯域ＲＭＳの電圧値および電流値ならびに狭帯域大きさ値および位相値に基づいて、組織のインピーダンスを推定し、広帯域ＲＭＳ電力および組織の推定されたインピーダンスに基づいて、組織におけるＲＭＳの電圧値および電流値を計算し、広帯域ＲＭＳの電圧値および電流値、組織における平均電力、ならびに組織の推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、電気外科発電機を制御するための制御信号を生成する。
【００２９】
電気外科発電機における電力損失は、電気外科発電機の既知のインピーダンスおよび広帯域ＲＭＳ電圧値または電流値に基づいて計算され得、信号プロセッサは、平均電力から電力損失を減算することにより、組織において消費される電力を計算し得る。
【００３０】
信号プロセッサは、最大の狭帯域大きさを有する単一周波数における組織の狭帯域インピーダンスを計算し得る。組織にわたるＲＭＳ電圧値Ｖｒｍｓ＿Ｔｉｓｓｕｅおよび組織を通過するＲＭＳ電流値Ｉｒｍｓ＿Ｔｉｓｓｕｅは、以下の方程式にしたがって計算され得る。
【数１】
2015131108.tif 000003
ここに、ＰＴｉｓｓｕｅは、組織において消費される電力であり、ＺＴｉｓｓｕｅは、単一周波数における組織の狭帯域インピーダンスである。
【００３１】
電圧波形および電流波形は、正弦波形、方形波形、矩形波形、三角波形、スパイク波形、台形波形、および／または鋸歯波形を含み得る。
【００３２】
関心のある周波数は、調波周波数を含み得る。調波周波数は、基本周波数および第３調波周波数を含み得る。調波周波数は、第５調波周波数を含み得る。
【００３３】
第１狭帯域フィルタおよび第２狭帯域フィルタは、Ｇｏｅｒｔｚｅｌフィルタであり得、第１広帯域フィルタおよび第２広帯域フィルタは、バンドパスフィルタであり得る。
【００３４】
さらに別の局面において、本開示は、電気外科ケーブル補償のための方法を特徴とする。方法は、電気外科発電機によって生成された電気外科エネルギーの電圧波形および電流波形を感知することと、広帯域フィルタを用いることによって関心のある周波数を含む周波数の広帯域範囲内の周波数を有する感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、通過させられた電圧波形および電流波形をサンプリングすることと、周波数の広帯域範囲内の感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと、周波数の広帯域範囲内の周波数を有する通過させられた電圧波形および電流波形に基づいて、広帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、広帯域フィルタによって通過させられた感知された電圧波形および電流波形のサンプル間の積に基づいて平均電力を決定することと、広帯域ＲＭＳの電圧値および電流値ならびに狭帯域の位相値および大きさ値に基づいて組織のインピーダンスを推定することと、推定されたインピーダンス、広帯域ＲＭＳの電圧値および電流値、ならびに平均電力に基づいて、エネルギーを生成するために、電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することとを含む。
【００３５】
方法は、電気外科発電機の既知のインピーダンスおよび広帯域ＲＭＳ電圧値または電流値に基づいて、電気外科発電機における電力損失を計算することと、平均電力から電力損失を減算することにより、組織において消費される電力を計算することとを含み得る。
【００３６】
方法は、最大の狭帯域大きさを有する単一周波数において組織の狭帯域インピーダンスを計算することを含み得る。
【００３７】
組織にわたるＲＭＳ電圧値Ｖｒｍｓ＿Ｔｉｓｓｕｅおよび組織を通過するＲＭＳ電流値Ｉｒｍｓ＿Ｔｉｓｓｕｅは、以下の方程式にしたがって計算され得る。
【数２】
2015131108.tif 000004
ここに、ＰＴｉｓｓｕｅは、組織において消費される電力であり、ＺＴｉｓｓｕｅは、単一周波数における組織の狭帯域インピーダンスである。
【００３８】
電圧波形および電流波形は、正弦波形、方形波形、矩形波形、三角波形、スパイク波形、台形波形、および／または鋸歯波形を含み得る。
【００３９】
関心のある周波数は、調波周波数を含み得る。調波周波数は、基本周波数および第３調波周波数を含み得る。調波周波数は、第５調波周波数を含み得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
組織を処置するためのエネルギーを生成し、かつ、電気外科ケーブルを介して上記組織に上記エネルギーを伝送する電気外科発電機であって、
上記生成されたエネルギーの電圧波形を感知するように構成された電圧センサと、
上記生成されたエネルギーの電流波形を感知するように構成された電流センサと、
調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する上記感知された電圧波形を通過させるように構成された第１中帯域フィルタと、
上記調波周波数を含む周波数の上記第１中帯域範囲内の少なくとも１つの周波数を有する上記感知された電流波形を通過させるように構成された第２中帯域フィルタと、
周波数の上記第１中帯域範囲内の上記感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第１狭帯域フィルタと、
周波数の上記第１中帯域範囲内の上記感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第２狭帯域フィルタと、
信号プロセッサであって、
上記第１中帯域フィルタおよび上記第２中帯域フィルタによってフィルタリングされた上記感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
上記狭帯域大きさ値および位相値ならびに上記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、上記組織のインピーダンスを推定することと、
上記組織の上記推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、上記電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することと
を行うように構成されている、信号プロセッサと
を含む、電気外科発電機。
（項目２）
上記電圧波形および上記電流波形は、高調波歪みを含む、上記項目に記載の電気外科発電機。
（項目３）
第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する上記感知された電圧波形を通過させるように構成された第３中帯域フィルタと、
上記第３調波周波数を含む周波数の上記第２中帯域範囲内の上記感知された電流波形を通過させるように構成された第４中帯域フィルタと、
周波数の上記第２中帯域範囲内の上記感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第３狭帯域フィルタと、
周波数の上記第２中帯域範囲内の上記感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第４狭帯域フィルタと
をさらに含み、
上記調波周波数は、基本周波数である、上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目４）
第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の上記感知された電圧波形を通過させるように構成された第５中帯域フィルタと、
上記第５調波周波数を含む周波数の上記第３中帯域範囲内の上記感知された電流波形を通過させるように構成された第６中帯域フィルタと、
周波数の上記第３中帯域範囲内の上記感知された電圧波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第５狭帯域フィルタと、
周波数の上記第３中帯域範囲内の上記感知された電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得るように構成された第６狭帯域フィルタと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目５）
上記信号プロセッサは、
上記第３中帯域フィルタおよび上記第４中帯域フィルタによってフィルタリングされた上記感知された電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値をさらに決定し、
上記ＲＭＳ電圧値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電圧値を計算し、
上記ＲＭＳ電流値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電流値を計算する、
上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目６）
上記信号プロセッサは、
周波数の上記第１中帯域範囲および上記第２中帯域範囲内から周波数を選択し、
上記狭帯域大きさに基づいて、上記選択された周波数における上記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に対する重さを計算する、
上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目７）
上記重さは、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の上記中帯域ＲＭＳ電圧値と上記全体的なＲＭＳ電圧値との間の比に基づく割合であるか、または、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の上記中帯域ＲＭＳ電流値と全体的なＲＭＳ電流値との間の比に基づく割合である、上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目８）
上記信号プロセッサは、
上記選択された周波数において、重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値を計算し、
上記重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、重み付けされた電力を計算する、
上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目９）
上記ＲＭＳ電圧値および上記ＲＭＳ電流値は、上記電気外科ケーブルの２ポートネットワークモデルを用いることによって計算され、
上記組織によって消費される上記電力は、上記重み付けされた電力を付加することによって計算される、
上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目１０）
上記信号プロセッサは、最高の重みが付けられた大きさを有する選択された周波数において、上記組織のインピーダンスを計算する、上記項目のいずれかに記載の電気外科発電機。
（項目１１Ａ）
電気外科ケーブル補償のための方法であって、
電気外科発電機によって生成された電気外科エネルギーの電圧波形および電流波形を感知することと、
調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の上記第１中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと、
周波数の上記第１中帯域範囲内の上記通過させられた電圧値および電流値に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
上記狭帯域大きさ値および位相値ならびに上記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、上記組織のインピーダンスを推定することと、
上記組織の上記推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、上記電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することと
を含む、方法。
（項目１１Ｂ）
電気外科ケーブル補償のための方法であって、電気外科発電機が、回路網を備え、上記回路網は、上記方法を行い、
上記方法は、
上記電気外科発電機によって生成された電気外科エネルギーの電圧波形および電流波形を感知することと、
調波周波数を含む周波数の第１中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の上記第１中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと、
周波数の上記第１中帯域範囲内の上記通過させられた電圧値および電流値に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
上記狭帯域大きさ値および位相値ならびに上記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、上記組織のインピーダンスを推定することと、
上記組織の上記推定されたインピーダンスに基づいて、エネルギーを生成するために、上記電気外科発電機を制御するための制御信号を生成することと
を含む、方法。
（項目１２）
第３調波周波数を含む周波数の第２中帯域範囲内の周波数を有する上記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の上記第２中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと
をさらに含む、
上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１３）
第５調波周波数を含む周波数の第３中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形を通過させることと、
周波数の上記第３中帯域範囲内の上記感知された電圧波形および電流波形の少なくとも１つの周波数の狭帯域の位相値および大きさ値を得ることと
をさらに含む、
上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１４）
周波数の上記第２中帯域範囲内の上記通過させられた電圧波形および電流波形に基づいて、中帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値を決定することと、
中帯域ＲＭＳ電圧値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電圧値を計算することと、
中帯域ＲＭＳ電流値を加算することにより、全体的なＲＭＳ電流値を計算することと、
周波数の上記第１中帯域範囲および上記第２中帯域範囲から周波数を選択することと、
上記狭帯域大きさ値に基づいて、上記選択された周波数における上記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に対する重さを計算することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１５）
上記重さは、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の上記中帯域ＲＭＳ電圧値と上記全体的なＲＭＳ電圧値との間の比に基づく割合であるか、または、選択された周波数を含む周波数の中帯域範囲の上記中帯域ＲＭＳ電流値と上記全体的なＲＭＳ電流値との間の比に基づく割合である、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
上記選択された周波数に対する重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値を計算することと、
上記組織において消費される電力を得るために、上記重み付けされたＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、重み付けされた電力を計算することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１７）
上記組織において消費される上記電力は、上記選択された周波数に対する上記重み付けされた電力を加算することによって計算される、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
最高の重みが付けられた大きさを有する選択された周波数において、上記組織のインピーダンスを計算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１９）
周波数の上記第１中帯域範囲に対する平均電力を得るために、上記中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値に基づいて、平均電力を計算することと、
上記電気外科発電機の既知のインピーダンスに基づいて、上記電気外科発電機における電力損失を計算し、上記平均電力から上記電力損失を減算することにより、上記中帯域ＲＭＳ電圧値または電流値を計算することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２０）
最大の狭帯域大きさを有する周波数において上記組織の狭帯域インピーダンスを計算することと、
上記平均電力から上記電力損失を減算することにより、上記組織において消費される電力を計算することと、
上記組織において消費される上記電力に基づいて、上記組織のインピーダンスを補償することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（摘要）
本開示の電気外科システムおよび方法は、電気外科発電機を用いることによってケーブル補償を実行し、該電気外科発電機は、電圧波形および電流波形を感知するように構成された複数のセンサと、複数の中帯域フィルタと、複数の狭帯域フィルタと、信号プロセッサとを含む。複数の中帯域フィルタおよび狭帯域フィルタは、複数の所定の周波数において感知された電圧波形および電流波形を通過させる。信号プロセッサは、複数の中帯域フィルタからの出力を用いることによって中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値を計算し、複数の狭帯域フィルタからの出力を用いることによって狭帯域の位相値および大きさ値を計算し、中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値ならびに狭帯域位相値に基づいて、組織インピーダンスを計算し、計算された組織インピーダンスに基づいて、電気外科発電機によって生成されたエネルギーを制御するための制御信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本開示の様々な実施形態が、添付の図面を参照して記載される。
【００４１】
【図１】図１は、本開示の実施形態にしたがう電気外科システムである。
【００４２】
【図２】図２は、図１の電気外科システムの回路網のブロック図である。
【００４３】
【図３】図３は、本開示の実施形態にしたがう電気外科ケーブルアセンブリのモデルを図示する回路図である。
【００４４】
【図４】図４Ａ−４Ｃは、図２の電気外科発電機によって生成された信号を図示するグラフ図である。
【００４５】
【図５】図５Ａ，５Ｂは、変調パルスによって変調させられた信号を図示するグラフ図である。
【００４６】
【図６】図６は、調波周波数の群およびそれらの側波帯を通過させる中帯域フィルタを図示するグラフ図である。
【００４７】
【図７Ａ】図７Ａは、電気外科信号の電力を決定するための回路網のブロック図である。
【００４８】
【図７Ｂ】図７Ｂは、本開示の実施形態にしたがう電気外科ケーブルアセンブリの２ポートネットワークモデルを図示する回路図である。
【００４９】
【図８】図８は、本開示の実施形態にしたがう電気外科ケーブルのインピーダンスを補償するための方法の流れ図である。
【００５０】
【図９】図９は、本開示の実施形態にしたがう、マルチプル周波数において組織内で散逸させられる電力を決定し、単一周波数において組織インピーダンスを決定するための方法の流れ図である。
【００５１】
【図１０】図１０は、本開示の他の実施形態にしたがう、発電機内で消費される電力に基づいて組織のインピーダンスを決定するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
（詳細な説明）
上述したように、電気外科システムにおける電気外科ケーブルは、電気外科システムの電圧センサおよび電流センサと処置される組織との間にインピーダンス構成要素の回路ネットワークを形成し、これにより、電気外科発電機における不精密な電力測定およびインピーダンス測定がもたらされる。したがって、処置される組織内で散逸させられる電力および該組織のインピーダンスをより精密に測定するために、多くの発電機は、ケーブルアセンブリンの回路ネットワークのインピーダンスを補償する補償アルゴリズムを採用する。これらの補償アルゴリズムは、マルチプルケーブルパラメータの測定および格納を含み、該マルチケーブルパラメータとしては、例えば、直列インダクタンス、シャントキャパシタンス、および抵抗等が挙げられ、これらは、回路ネットワークに対するソリューションにおいて定数として用いられる。これらの補償アルゴリズムはまた、多くの数学的操作を含み得、該数学的操作としては、例えば、実部および虚部を有する複素数上の乗算および加算等が挙げられる。
【００５３】
本開示の電気外科システムおよび方法は、関連周波数の範囲を解析することにより、負荷（例えば、組織）の電圧、電流、電力、および／またはインピーダンスの測定の精度を増加させる。本開示にしたがうシステムおよび方法は、実際の組織インピーダンスを推定するために電気外科ケーブルアセンブリの異なるモデルを採用し得る。ケーブルアセンブリの１つのモデルは、抵抗、キャパシタ（例えば、ＤＣブロッキングキャパシタ）、および組織負荷に直列に接続されたインダクタを有するソースインピーダンスと、組織負荷に並列に接続されたキャパシタを有するシャントインピーダンスとを含む。ケーブルアセンブリのモデルは、直列抵抗を組み込まないことがあり得る。なぜなら、直列抵抗の抵抗は、組織負荷の抵抗と比較して比較的小さいからである。
【００５４】
生成された電気外科エネルギーの基本周波数以外の周波数は、相当量のエネルギーを含み得るので、調波周波数、側波帯、およびリンギング周波数を含むマルチプル周波数が、感知された電流波形および電圧波形に基づいて平均電力を計算するために考慮に入れられる。その後、より高い信号処理精度を達成するために、組織のインピーダンスが、最大の量のエネルギーまたは最大の大きさを有する単一周波数において計算される。代替的に、または、追加的に、組織インピーダンスは、単一のより低い周波数において計算され得、該計算は、より精密であり得る。なぜなら、組織インピーダンスの計算は、より低い周波数においては寄生インピーダンスを浮遊することに比較的免疫があるからである。
【００５５】
実施形態において、本開示の電気外科システムおよび方法は、マルチプル周波数における、そして電流センサおよび電圧センサによって測定される、複雑な電圧波形および電流波形を用いることにより、回路ネットワーク内のエネルギー損失と、処置される組織に送達される実際のエネルギーとを計算する。電気外科発電機によって生成されるマルチプル周波数波形は、狭帯域フィルタ、例えば、Ｆｏｕｒｉｅｒ変換フィルタ、Ｇｏｅｒｔｚｅｌフィルタ、またはその他の周波数変換フィルタによって解析され、その後、各周波数波形に対して個別的にケーブル補償が実行される。このケーブル補償の結果は、その後、処置される組織に送達される実際の電流、電圧、電力、および組織インピーダンスと組み合わされる。
【００５６】
図１は、本開示の実施形態にしたがう電気外科システム１００を図示している。電気外科システム１００は、患者の組織を処置するための電気外科エネルギーを生成する電気外科発電機１０２を含んでいる。電気外科発電機１０２は、操作の選択されたモード（例えば、切断、凝固、切除、または封止）および／または生成された電気外科エネルギーの感知された電圧波形および電流波形に基づいて、電気外科エネルギーの適切なレベルを生成する。電気外科システム１００はまた、様々な電気外科器具に対応する複数の出力コネクタを含み得る。
【００５７】
電気外科システム１００は、患者の組織を処置するための電極（例えば、電気外科切断プローブまたは切除電極）を有する単極電気外科器具１１０とともに、リターンパッド１２０をさらに含む。単極電気外科器具１１０は、複数の出力コネクタのうちの１つを介して電気外科発電機１０２に接続され得る。電気外科発電機１０２は、無線周波数（ＲＦ）エネルギーの形態で電気外科エネルギーを生成し得る。電気外科エネルギーは、単極電気外科器具１１０に供給され、該器具は、電気外科エネルギーを組織に適用する。電気外科エネルギーは、リターンパッド１２０を通して電気外科発電機１０２に戻される。リターンパッド１２０は、患者の組織との十分な接触面積を提供し、これにより、組織に適用される電気外科エネルギーに起因する組織損傷のリスクを最小化する。
【００５８】
電気外科システム１００はまた、双極電気外科器具１３０を含む。双極電気外科器具１３０は、複数の出力コネクタのうちの１つを介して電気外科発電機１０２に接続され得る。電気外科エネルギーは、２つの鉗子のうちの一方に供給され、組織に適用され、そして他方の鉗子を通して電気外科発電機１０２に戻される。
【００５９】
電気外科発電機１０２は、任意の適切なタイプの発電機であり得、様々なタイプの電気外科器具（例えば、単極電気外科器具１１０および双極電気外科器具１３０）に適応するように複数のコネクタを含み得る。電気外科発電機１０２はまた、様々なモード、例えば、切除、切断、凝固、および封止等において動作するように構成され得る。電気外科発電機１０２は、様々な電気外科器具が接続され得るコネクタ間でＲＦエネルギーの供給を切り替えるためのスイッチ機構（例えば、リレー）を含み得る。例えば、単極電気外科器具１１０が電気外科発電機１０２に接続されている場合、スイッチ機構は、ＲＦエネルギーの供給を単極プラグに切り替える。実施形態において、電気外科発電機１０２は、複数の器具に同時にＲＦエネルギーを提供するように構成され得る。
【００６０】
電気外科発電機１０２は、電気外科発電機１０２に制御パラメータを提供するための適切なユーザ制御部（例えば、ボタン、作動部、スイッチ、またはタッチスクリーン）を有するユーザインターフェースを含む。これらの制御は、ユーザが電気外科エネルギーのパラメータ（例えば、出力波形の電力レベルまたは形状）を調節し、これにより、電気外科エネルギーが特定の外科手術手順（例えば、凝固、切除、組織封止、または切断）に対して適切なものとすることを可能にする。電気外科器具１１０、１３０はまた、複数のユーザ制御を含み得る。さらに、電気外科発電機１０２は、電気外科器具１０２の動作に関する様々な情報（例えば、強度設定および処置完了標識）を表示するための１つ以上のディスプレイスクリーンを含み得る。
【００６１】
図２は、図１の電気外科発電機１０２と、組織２９０を処置するための電気外科エネルギーを送達するケーブル２８０との発電機回路網２００のブロック図である。発電機回路網２００は、高電圧電力供給（ＨＶＰＳ）２１０と、無線周波数（ＲＦ）出力ステージ２２０と、複数の電圧センサおよび電流センサ２３０と、フィルタ２３５と、複数のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２４０と、本開示に記載されている複数のフィルタを実行し得る信号プロセッサ２５０と、コントローラ２６０と、ユーザインターフェース２７０とを含む。発電機回路網２００は、ＡＣ電源、例えば電力アウトレット等に接続されるように構成されており、該ＡＣ電源は、低周波数（例えば、２５Ｈｚ、５０Ｈｚ、または６０Ｈｚ）を有するＡＣを発電機回路網２００に提供する。発電機回路網２００は、低周波数ＡＣを、所望の電気外科手順に適切な高周波数ＡＣに変換する。特に、ＨＶＰＳ２１０は、低周波数を有するＡＣを高電圧直流電流（ＤＣ）に変換し、ＲＦ出力ステージ２２０は、高電圧ＤＣを電気外科手順に適切な高周波数（例えば、４７２ｋＨｚ）を有するＡＣに反転させる。
【００６２】
発電機回路網２００によって生成された電気外科エネルギーに対する適切な周波数は、電気外科手順および電気外科手術のモードに基づいて異なり得る。例えば、神経刺激および筋刺激は、毎秒約１００，０００サイクル（１００ｋＨｚ）において中断し、一部の電気外科手順は、１００ｋＨｚ超の無線周波数（ＲＦ）において安全に実行され得る。１００ｋＨｚ超の周波数において、電気外科エネルギーは、最小の神経筋刺激によって標的組織まで患者を通過し得る。例えば、切除は、４７２ｋＨｚの周波数を用いる。その他の電気外科手順は、神経および筋肉を損傷する最小のリスクを伴って、１００ｋＨｚ未満の周波数（例えば、２９．５ｋＨｚまたは１９．７ｋＨｚ）において実行され得る。ＨＶＰＳ２１０およびＲＦ出力ステージ２２０は、様々な電気外科操作に適切な様々な周波数を有するＡＣ信号を選択的に提供し得る。ＲＦ出力ステージ２２０は、ＲＦ出力ステージ２２０においてインピーダンスに整合する共振タンク回路を含み得、これにより、電気外科発電機１０２から組織２９０までの最大または最適な電力移送が存在する。
【００６３】
複数の電圧センサおよび電流センサ２３０は、ＨＶＰＳ２１０およびＲＦ出力ステージ２２０によって生成されるＡＣ電圧波形およびＡＣ電流波形を感知する。特に、電圧センサは、ＲＦ出力ステージ２２０をケーブル２８０に接続するアクティブラインおよびリターンラインにわたる電圧を測定し、電流センサは、アクティブラインおよびリターンラインのうちの一方を通過する電流を測定する。
【００６４】
複数のセンサ２３０は、電圧波形および電流波形の冗長測定を提供する電圧センサおよび電流センサの２つ以上の対または組を含み得る。この冗長性は、ＲＦ出力ステージ２２０の出力における電圧測定および電流測定の信頼性、精度、および安定性を保証する。実施形態において、複数のセンサ２３０は、アプリケーションまたは設計の要件に依存して、電圧センサおよび電流センサのより少ない組またはより多い組を含み得る。
【００６５】
電圧波形および電流波形のデジタルサンプルを得るために、複数のセンサ２３０によって感知された、感知された電圧波形および電流波形は、フィルタ２３５によってフィルタリングされ、複数のＡＤＣ２４０によってサンプリングされる。フィルタ２３５は、アンチエイリアシングフィルタおよび高域通過フィルタを含み得、これらは一緒になって、バンドパスフィルタを形成し得る。複数のＡＤＣ２４０は、ＲＦ出力ステージ２２０によって生成された電圧波形および電流波形の周波数の整数倍である周波数において、感知された電圧波形および電流波形をサンプリングし得る。フィルタのヌルが高調波付近に生じ得るので、サンプルの数は、１サイクル当たり２の累乗、例えば、２、４、８、１６、３２、または６４であり得る。代替的に、サンプルの数は、偶数倍ではないことがあり得る。サンプリングされた電流波形および電圧波形は、サンプリングされた電流波形および電圧波形の二乗平均平方根（ＲＭＳ）の電圧値および電流値、位相、および大きさ（これらは、コントローラ２６０に提供される）を得るために、その後、信号プロセッサ２５０によって処理される。
【００６６】
ＡＤＣ２４０が電圧波形および電流波形をサンプリングする前に、広帯域フィルタは、関心のある広範囲の周波数を通過させ得る。広帯域フィルタは、バンドパスフィルタであり得、これにより、関心のある周波数の外部の低周波数および高周波数は、広帯域フィルタの阻止帯域内にあるようになり得る。このようにして、高周波数ノイズおよび望ましくない低周波数は、サンプリングおよび電力補償の前に除去され得る。関心のある周波数は、ＡＤＣ２４０が扱うことができる周波数範囲内にフィットし得る。
【００６７】
信号プロセッサ２５０は、複数の狭帯域フィルタおよび複数の中帯域フィルタを実装し得る。複数の狭帯域フィルタは、感知された電圧波形および電流波形の間の位相差、ならびに単一周波数における感知された電圧波形および電流波形の大きさに関する情報を提供し得、この情報は、負荷インピーダンスを決定するために用いられ得る。複数の中帯域フィルタは、ＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流、および周波数の組にわたる平均電力を計算するために、電圧および電流のＲＦ波形をフィルタリングし得る。周波数の組は、ＲＦ波形の基本周波数または高調波およびその側波帯を含み得、これらは、パルス反復によって引き起こされる。狭帯域フィルタは、周波数の狭範囲、概して単一周波数を通過させるために用いられる。中帯域フィルタは、狭帯域フィルタよりも広い帯域幅を有しており、周波数の中範囲を選択し得る。例えば、狭帯域フィルタは、１０ｋＨｚの帯域幅を有し得、中帯域フィルタは、１００ｋＨｚの帯域幅を有し得る。
【００６８】
複数の中帯域フィルタの各フィルタは、調波周波数、調波周波数の側波帯周波数、およびリンギング周波数をフィルタリングし得る。複数の狭帯域フィルタの各フィルタは、調波周波数をフィルタリングし得るか、または、中帯域フィルタによってフィルタリングされた周波数の中心周波数をフィルタリングし得る。
【００６９】
コントローラ２６０は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ２６２およびデジタルパルス幅変調器（ＤＰＷＭ）２６４を含む。その他の実施形態において、コントローラ２６０は、ＰＩＤ制御方法の他に、または該ＰＩＤ制御方法に加えて、制御方法を実行し得る。ＰＩＤコントローラ２６２は、信号プロセッサ２５０から出力（該出力は、組織の推定された平均の電力またはインピーダンスであり得る）を受信し、信号プロセッサ２５０からの出力に基づいて、ＰＩＤ制御アルゴリズムを実行する。ＰＩＤコントローラ２６２からの出力は、ＤＷＰＭ２６４に提供され、該ＤＷＰＭは、ＲＦ出力ステージ２２０の出力を制御するための制御信号を生成する。特に、制御信号は、ＲＦ出力ステージ２２０によって生成された出力電力が制御されるように、デューティサイクルを制御し得る。
【００７０】
コントローラ２６０はまた、ＵＩ２７０から入力を受信し、受信された入力に基づいて、制御信号を生成する。ユーザは、電気外科動作モード（例えば、切断、凝固、切除、または封止）ならびに対応する電気外科信号タイプ（例えば、純粋な正弦波形、矩形波形、鋸歯波形、パルス波形、三角波形、または混合波形）を設定し得る。ＵＩ２７０はまた、ユーザが、電気外科手順のタイプ（例えば、単極または双極）を選択すること、または、電気外科手順またはモードのための所望の制御パラメータを入力することを可能にし得る。
【００７１】
図３は、図２のケーブル２８０のインピーダンスのモデル３００の回路図である。上述したように、発電機回路網２００は、ケーブル２８０を介して組織２９０に電気外科エネルギーを送達する。複数のセンサは、電圧ＶＳｅｎ３１０および電流ＩＳｅｎ３２０を感知する。ケーブルモデル３００は、組織負荷抵抗ＲＬｏａｄ３７０と直列のソースインピーダンスＺＳｒｃ３３０（組織インピーダンスは、ほとんど抵抗性なので、抵抗としてモデル化される）と、組織負荷抵抗ＲＬｏａｄ３７０と並列のシャントインピーダンスＺＬｋｇ３４０とを含む。ソースインピーダンスＺＳｒｃ３３０は、ソース抵抗ＲＳｒｃ３３２と、ソースキャパシタンスＣＳｒｃ３３３（ＤＣブロッキングキャパシタ）と、ソースインダクタＬＳｒｃ３３４とを含み、これらは一緒に直列に結合されている。シャントインピーダンスＺＬｋｇ３４０は、漏洩キャパシタンスＣＬｋｇ３４０を含む。
【００７２】
電流ＩＳｅｎ３２０がソース抵抗ＲＳｒｃ３３２を通過すると、感知された電圧ＶＳｅｎ３１０は、ソース抵抗ＲＳｒｃ３３２にわたり降下する。ソースキャパシタＣＳｒｃ３３３は、周波数における増加とともに減少するインピーダンスを有している。したがって、ソースキャパシタＣＳｒｃ３３３は、低周波数においては電流ＩＳｅｎ３２０のＤＣ成分をブロックするが、より高い周波数においては小さなインピーダンスを表し、したがって、小さな電圧降下を表す。その後、電流ＩＳｅｎ３２０は、ＩＬｋｇ３５０およびＩＬｏａｄ３６０に分割される。結果として、感知された電流ＩＳｅｎ３２０は、漏洩キャパシタンスＣＬｋｇ３４０を通した漏洩電流ＩＬｋｇ３５０に起因して、組織負荷抵抗３７０を通過する電流とは異なる。また、感知された電圧ＶＳｅｎ３１０は、ソース抵抗ＲＳｒｃ３３２に起因して、組織負荷抵抗ＲＬｏａｄ３７０にわたる電圧とは異なる。したがって、感知された電圧波形および電流波形から計算される電力は、組織負荷抵抗ＲＬｏａｄ３７０に送達される実際の電力とは異なる。
【００７３】
図４Ａ−４Ｃは、電気外科発電機によって生成される様々な電気外科ＡＣ信号の周波数内容を図示している。
【００７４】
図４Ａは、連続信号のグラフおよびその周波数スペクトルグラフを示している。連続信号は、該連続信号に第３調波周波数またはより高い調波周波数を導入し得る高調波歪みに起因して、純粋な正弦波ではない。したがって、連続信号は、基本周波数および第３調波周波数を含み得、このことは、例えばグラフ４１０において示されており、該グラフは、２つの軸（すなわち、縦軸４１２および横軸４１４）を有しており、縦軸４１２は、処置される組織にわたる電圧を表しており、横軸４１４は、時間を表している。
【００７５】
信号４１６は、約２．１２・１０−６秒の周期で、約０．７ボルトと約−０．７ボルトとの間で振動する電圧を有する正弦波信号である。グラフ４２０は、該グラフにおいて、縦軸４２２は、大きさであり、横軸は、単位をヘルツ（Ｈｚ）とした周波数であり、該グラフは、信号４１６の周波数成分を示している。周波数成分は、第１調波周波数または基本周波数４２６ならびに第３調波周波数４２８を含む。信号４１６の基本周波数ｆ１は、４７２ｋＨｚであり、第３調波周波数ｆ３は、１，４１６ｋＨｚである。
【００７６】
図４Ｂは、変調された連続信号のグラフおよびその周波数スペクトルのグラフを示している。信号４３２は、別の正弦波信号によって変調された図４Ａの連続信号４１６である。変調正弦波信号は、連続信号４１６の基本周波数ｆ１よりも低い周波数ｆｍを有している。周波数情報グラフ４４０に示されているように、基本周波数ｆ１  ４４２は、４７２ｋＨｚであり、変調周波数ｆｍは、側波帯４４４、すなわちｆ１＋ｆｍおよびｆ１−ｆｍとして、グラフ４４０に現れている。第３調波周波数ｆ３もまた、側波帯、すなわちｆ３＋ｆｍおよびｆ３−ｆｍによって包囲されている。
【００７７】
図４Ｃは、別の変調された正弦波信号のグラフおよびその周波数スペクトルのグラフを示している。グラフ４５０は、方形波形によって変調させられた正弦波形を示しており、その結果、搬送信号内に第３高調波歪みを伴わない変調された波形４５２がもたらされている。一般に、方形波形は、マルチプル周波数成分を有する。変調方形波形は、３つの周波数ｆｍ１，ｆｍ２，およびｆｍ３を含む。したがって、図４Ｃの周波数スペクトルグラフ４６０に示されているように、変調された波形４５２は、基本周波数ｆ１  ４６２を含み、該基本周波数は、周波数ｆ１＋ｆｍ１，ｆ１−ｆｍ１，ｆ１＋ｆｍ２，ｆ１−ｆｍ２，ｆ１＋ｆｍ３，およびｆ１−ｆｍ３における側波帯によって包囲されている。
【００７８】
連続信号がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号によって変調させられる場合において、連続信号は、周期の第１部分に対してターンオンされ、周期の第２部分に対してターンオフされる。連続信号がターンオフされる場合、リンギング周波数が現れる。リンギング周波数は、出力ステージの寄生電気成分によって引き起こされ、そして、ＲＦ出力ステージの自然周波数においてリンギングし得る。連続信号がターンオフされる場合、リンギング周波数はまた、エネルギーを負荷に送達し、ＲＦ出力ステージ設計および負荷インピーダンスによって定義される。リンギング周波数は、しかしながら、基本周波数または第３調波周波数に関係していない。したがって、本開示のシステムおよび方法は、連続信号がターンオフされる場合であっても、マルチ周波数補償方法を利用する。
【００７９】
図５Ａは、時間ドメインにおける変調されたＲＦパルス５１０および変調パルスを図示している。変調されたＲＦパルス５１０は、変調パルス５２０によって正弦波形５１５（図示されていない）を変調することによって形成される。したがって、図５Ａに示されているように、変調パルス５２０が第１高レベルを有する場合に、正弦波形５１５の部分が変調ＲＦパルス５１０に現れ、変調パルス５２０が第２低レベルを有する場合に、その他の部分は現れない。変調パルス５２０は、２つの周期を有している。２つの周期のうちの一方は、その間に変調パルスが第１高レベルを有しているパルス幅（ＰＷ）τ  ５３０であり、他方の周期は、その間に変調パルス５２０が繰り返されるパルス反復間隔（ＰＲＩ）Ｔ  ５４０である。
【００８０】
図５Ｂは、変調されたＲＦパルス５１０の周波数スペクトル５５０を図示している。周波数スペクトル５５０は、多数の周波数成分を含んでおり、該多数の周波数成分は、事前変調されたＲＦ波形の基本周波数または第１調波周波数である中心周波数５６０を含む。周波数スペクトル５５０の主要ローブ（中心周波数５６０の周りに集中している）は、２つの時間１／τ（５７０）の幅を有し、その他のローブは、１／τの幅（５８０）を有している。周波数スペクトル５５０は、周波数スペクトルが主要ローブを除いて全ての１／ＰＲＩに大きさゼロを有することを示している。これは、変調パルス５２０が、５０％のデューティサイクルを有する（すなわち、これは、ＰＷ  τ  ５２０とＰＲＩ  Ｔ  ５４０との間の比が１／２であることを意味する）からである。このことから、全ての第３調波周波数は、デューティサイクルが１／３または３３．３３％である場合に大きさゼロを有するということがしたがう。
【００８１】
周波数スペクトル５５０の主要ローブの大きさは、その他のローブの大きさよりも大きい。大きさの絶対値は、対応する周波数において分配された電力である。図５Ｂに示されているように、その他の側波帯ローブの大きさは、徐々に減衰し、すなわち、これは、側波帯に分配される電力もまた、徐々に減衰することを意味する。しかしながら、相当量の電力が側波帯周波数を介して送達される。したがって、本開示のシステムおよび方法は、マルチプル周波数におけるエネルギーを測定するために、複数の中帯域フィルタを採用する。
【００８２】
図６は、調波周波数および側波帯周波数が別個に処理されるように、調波周波数を対応する側波帯周波数から分離するための、電気外科信号の中帯域フィルタリングを図示しているグラフ６００である。中帯域フィルタの通過帯域６１０および６２０は、調波周波数（例えば、基本周波数または中心周波数）および側波帯周波数を通過させる。より具体的には、通過帯域６１０は、基本周波数６１２および側波帯周波数６１４を通過させ、通過帯域６２０は、第３調波周波数および対応する側波帯周波数６２４を通過させる。別の通過帯域は、第５調波周波数および対応する側波帯周波数をさらに通過させ得る。図２に示されているような広帯域フィルタが、図６に示されている全ての関連周波数（すなわち、通過帯域６１０および６２０の周波数の範囲内の全ての周波数）を通過させるために用いられる。中帯域フィルタは、周波数の範囲を通過させ、狭帯域フィルタは、周波数の該範囲内の中心周波数を通過させる。
【００８３】
図６に図示されている電気外科信号波形は、５０％のデューティサイクルを有する変調信号によって変調させられる。デューティサイクルが３３．３３％に変化させられた場合、複数の中帯域フィルタは、５０％のデューティサイクルにおいて通過させられたものとは異なる調波周波数を通過させ得る。したがって、変調信号のデューティサイクルは、どの調波周波数および側波帯周波数が通過させられるかを決定する。また、必要とされる中帯域フィルタの数は、必要とされる精度のレベルに依存する。
【００８４】
マルチ周波数補償を実行するために、狭帯域二乗平均平方根（ＲＭＳ）測定が、基本周波数および関連する高調波の各々に対して行われる。これらの測定は、全体的なＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流、および負荷における平均電力を決定するために組み合わされる。その後、組織インピーダンスが、単一周波数（例えば、基本周波数または調波周波数）において計算される。
【００８５】
図４Ａ−６に示されているように、側波帯は、中心周波数の周りで対称的である。この対称性に起因して、ケーブルのインピーダンス成分は相殺する。例えば、図４Ｃに示されているように、中心周波数ｆ１  ４６２の周りには６つの側波帯４６４、すなわち、ｆ１＋ｆｍ１，ｆ１−ｆｍ１，ｆ１＋ｆｍ２，ｆ１−ｆｍ２，ｆ１＋ｆｍ３，およびｆ１−ｆｍ３が存在する。第１側波帯周波数ｆ１＋ｆｍ１は、基本周波数よりも高い。したがって、基本周波数ｆ１におけるよりも、エネルギーが、第１側波帯周波数ｆ１＋ｆｍ１において、より容易に寄生キャパシタンスを通過する。第２側波帯周波数ｆ１−ｆｍ１は、基本周波数ｆ１よりも低い。したがって、基本周波数ｆ１におけるよりも、より少ないエネルギーが、第２側波帯周波数ｆ１−ｆｍ１において、寄生キャパシタンスを通過する。第１側波帯および第２側波帯が基本周波数ｆ１の両側で均等に離間されているという事実は、寄生キャパシタンスを通過する全体的なエネルギーがあたかも基本周波数ｆ１にあるかのように、第１側波帯周波数および第２側波帯周波数における寄生キャパシタンスを通過する全体的なエネルギーが平均化されることを示唆する。
【００８６】
第３側波帯周波数ｆ１＋ｆｍ２および第４側波帯周波数ｆ１−ｆｍ２、ならびに第５側波帯周波数ｆ１＋ｆｍ３および第６側波帯周波数ｆ１−ｆｍ３は、第１側波帯周波数および第２側波帯周波数と同じ結果を生じる。したがって、第３側波帯周波数および第４側波帯周波数において寄生キャパシタンスを通過する全体的なエネルギーは、全体的なエネルギーがあたかも基本周波数において寄生キャパシタンスを通過するかのように平均化される。同様に、第５側波帯周波数および第６側波帯周波数において寄生キャパシタンスを通過する全体的なエネルギーは、全体的なエネルギーがあたかも基本周波数において寄生キャパシタンスを通過するかのように平均化される。結果として、全ての側波帯周波数において寄生キャパシタンスを通過する総計エネルギーは、基本周波数において寄生キャパシタンスを通過するものとして考えられ得る。これらの理由から、補償は、基本周波数およびその全ての側波帯におけるエネルギーを捕捉する中帯域フィルタの振幅を用いることにより、単一周波数において実行される。
【００８７】
負荷インピーダンス計算に用いられる単一周波数は、該単一周波数における電気外科信号の大きさが、その他の周波数における電気外科信号の大きさよりも大きい場合に、基本周波数または調波周波数の間から選択され得る。
【００８８】
図７は、中帯域フィルタおよび狭帯域フィルタを介した電圧波形および電流波形およびＲＭＳ電力の位相および大きさを計算する信号処理回路のブロック図を示している。信号処理回路は、感知された電圧波形に対する中帯域フィルタ７１０ａと、感知された電流波形に対する中帯域フィルタ７１０ｂと、狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂとを含んでいる。信号処理回路はまた、処置される組織内で散逸させられる全体的な電力を計算するために、ＲＭＳ計算器７３０ａ、７３０ｂと、乗算器７４０ａ−７４０ｃ、７４５ａ−７４５ｃと、ケーブル補償器７５０ａ−７５０ｃと、乗算器７５５ａ−７５５ｃと、加算器７６０とを含んでいる。信号処理回路は、図２の信号プロセッサ２５０によって、または、信号プロセッサ２５０およびコントローラ２６０の組み合わせによって、実装され得る。
【００８９】
感知された電圧波形および電流波形は、複数の中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂのそれぞれによってフィルタリングされる。図４Ａ−６を参照して上述されたように、複数の中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂの各々は、調波周波数およびエネルギーが存在する対応する側波帯またはリンギング周波数を通過させる。例えば、１つの中帯域フィルタは、基本周波数（例えば、周波数６１２）およびその側波帯（例えば、側波帯６１４）を通過させる通過帯域（例えば、図６の通過帯域６１０）を有し得、別の中帯域フィルタは、第３調波周波数（例えば、第３調波周波数６２２）およびその側波帯（例えば、側波帯６２４）を通過させる通過帯域（例えば、通過帯域６２０）を有し得、あるいは、単一の広帯域フィルタが、全ての有意な高調波および側波帯を通過させ得る。
【００９０】
複数の中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂは、複数のＲＭＳ計算器７３０ａ、７３０ｂのそれぞれに接続されており、これにより、複数の中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂによってフィルタリングされた電圧波形および電流波形は、ＲＭＳ計算器７３０ａ、７３０ｂに提供される。ＲＭＳ計算器７３０ａ、７３０ｂは、ＲＭＳの電圧値および電流値を計算し、それらを対応する乗算器７４０ａ−７４０ｃ、７４５ａ−７４５ｃに提供する。ＲＭＳの電圧値および電流値は、以下の式にしたがう２次式において計算され得る。
【数３】
2015131108.tif 000005
ここに、ＩＲＭＳ＿ｎは、複数の周波数の各々におけるＲＭＳ電流値であり、ＶＲＭＳ＿ｎは、複数の周波数の各々におけるＲＭＳ電圧値であり、Ｉｋは、複数の周波数の各々における中帯域フィルタ７１０ｂからの電流値出力であり、Ｖｋは、複数の周波数の各々における中帯域フィルタ７１０ａからの電圧値出力であり、ｎは、ＲＭＳ計算に対する電圧サンプルまたは電流サンプルの数である。
【００９１】
感知された電流波形および電圧波形はまた、複数の狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂに提供される。狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂの選択された周波数において感知された電流波形および電圧波形に対する位相情報および大きさ情報を得るために、複数の狭帯域フィルタ７２０ａは、感知された電圧波形をフィルタリングし、複数の狭帯域フィルタ７２０ｂは、感知された電流波形をフィルタリングする。狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂは、中心周波数、基本周波数、または、調波周波数に整調され、これらは、対応する中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂによってフィルタリングされる複数の周波数の間にある。狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂは、電流波形および電圧波形の周期の整数倍である窓サイズを有する窓化されたＧｏｅｒｔｚｅｌフィルタであり得る。
【００９２】
中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂおよび狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂの数は、電気外科発電機によって生成される信号に関連付けられた高調波、側波帯、および予想されるリンギング周波数の知識に基づいて予め決定される。例えば、図７に図示されているように、中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂならびに狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂの数は、基本周波数、第３調波周波数、および第５調波周波数が通過させられるように、３である。中帯域フィルタ７１０ａ、７１０ｂならびに狭帯域フィルタ７２０ａ、７２０ｂの数はまた、精度の所望のレベルに依存して、増加または減少させられ得る。
【００９３】
複数の乗算器７４０ａ−７４０ｃの各乗算器は、ＲＭＳ電圧および対応する位相を乗算することにより、調波周波数および対応する側波帯の各群に対して、直交形式（すなわち、実部および虚部）の電圧を、極形式（すなわち、大きさおよび位相）に変換する。電圧と電流との間の位相は、狭帯域フィルタ出力から決定され得、これにより、電圧に関連した電圧と電流との間の位相シフトは、ラジアン単位での電圧波形の位相と電流波形の位相との間の差となる。同様に、複数の乗算器７４５ａ−７４５ｃのうちの各乗算器は、ＲＭＳ電流および対応する位相を乗算することにより、調波周波数および対応する側波帯の各群に対して、直交形式における電流値を計算する。これらの操作は、以下に示す方程式によって表される。
【数４】
2015131108.tif 000006
ここに、ＶＲＭＳは、直交形式におけるＲＭＳ電圧であり、ＶＲＭＳ＿ｎは、ＲＭＳ電圧ＶＲＭＳの大きさであり、
【数５】
2015131108.tif 000007
は、単一周波数（例えば、基本周波数または調波周波数）における電圧の位相であり、
ＩＲＭＳは、ＲＭＳ電流であり、ＩＲＭＳ＿ｎは、ＲＭＳ電流ＩＲＭＳの大きさであり、
【数６】
2015131108.tif 000008
は、単一周波数（例えば、基本周波数または調波周波数）における電流の位相である。換言すると、乗算器７４０ａ−７４０ｃ、７４５ａ−７４５ｃからの出力は、直交形式または複素形式における周波数の各群に対してケーブルを介して組織に送達される電気外科発電機によって生成される推定ＲＭＳ電圧および推定ＲＭＳ電流である。
【００９４】
乗算器７４０ａからの複素ＲＭＳ電圧および乗算器７４５ａからの複素ＲＭＳ電流は、ケーブルの寄生を補償するケーブル補償器７５０ａに提供される。同じ態様で、乗算器７４０ｂからの複素ＲＭＳ電圧および乗算器７４５ｂからの複素電流は、ケーブル補償器７５０ｂに提供され、乗算器７４０ｃからの複素ＲＭＳ電圧および乗算器７４５ｃからの複素ＲＭＳ電流は、ケーブル補償器７５０ｃに提供される。ケーブル補償器７５０ａ−７５０ｃは、図７Ｂに示されているケーブルの基本モデルおよび２ポートネットワークシステムを用いてケーブル補償を実行する。
【００９５】
図７Ｂは、ソースインピーダンスＺｓｒｃ７８０およびシャントインピーダンスＺｌｋｇ７９０を含むケーブルの基本モデル７７０を示す。ソースインピーダンスＺｓｒｃ７８０は、ケーブルの抵抗性構成要素および誘導性構成要素を含み、シャントインピーダンスＺｌｋｇ７９０は、ケーブルの容量性構成要素を含む。
【００９６】
図７Ｂはまた、ケーブルの基本モデル７７０のための２ポートネットワークシステムを示している。２ポートネットワークシステムは、２つの入力および２つの出力を含む。２つの入力は、電圧Ｖｉｎ  ７７４および電流Ｉｉｎ  ７７２であり、２つの出力は、電圧Ｖｏｕｔ  ７９４および電流Ｉｏｕｔ  ７９２である。電圧Ｖｉｎ  ７７４は、電気外科発電機によって生成される複素ＲＭＳ電圧を表し、電流Ｉｉｎ  ７７２は、電気外科発電機によって生成される複素ＲＭＳ電流を表す。電圧Ｖｏｕｔ  ７９４は、組織にわたる複素ＲＭＳ電圧を表し、Ｉｏｕｔ  ７９２は、組織を通過する複素ＲＭＳ電流を表す。
【００９７】
２つの入力と２つの出力との間の関係は、下記の２つの１次方程式からなる系によって記述され得る。
【数７】
2015131108.tif 000009
２つの１次方程式からなる系は、以下に示す行列によって表現され得る。
【数８】
2015131108.tif 000010
ここに、
【数９】
2015131108.tif 000011
電気外科発電機によって生成される複素ＲＭＳ電圧および電流は、ケーブルのパラメータが既知の場合に、方程式（７）を用いることにより計算され得る。
【００９８】
ケーブル補償器７５０ａ−７５０ｃは、組織における基本周波数または調波周波数における複素ＲＭＳ電圧および電流を得るために、ケーブルの寄生を補償する。ケーブル補償器７５０ａの２つの出力は、乗算器７５５ａに提供され、該乗算器は、組織内で散逸させられる電力を得るために、組織における補償された複素ＲＭＳ電圧および電流を乗算する。この操作は、以下に示す方程式によって表現され得る。
【数１０】
2015131108.tif 000012
ここに、ＰＣｏｍｐは、調波周波数において組織に送達される電力であり、ＩＣｏｍｐ＊は、ＩＣｏｍｐの複素共役であり、これは、ケーブル補償された複素ＲＭＳ電流であり、ＶＣｏｍｐは、ケーブル補償された複素ＲＭＳ電圧であり、
【数１１】
2015131108.tif 000013
は、ＶＣｏｍｐの位相であり、
【数１２】
2015131108.tif 000014
は、ＩＣｏｍｐの位相である。
組織は、ほとんど抵抗性なので、ＰＣｏｍｐの実部は、組織内で散逸させられる電力である。乗算器７５５ｂ、７５５ｃはまた、２つの調波周波数において組織に送達される電力を計算する。例えば、乗算器７５５ａは、基本周波数における電力を計算し得、乗算器７５５ｂは、第３調波周波数における電力を計算し得、乗算器７５５ｃは、第５調波周波数における電力を計算し得る。
【００９９】
乗算器７５５ａ−７５５ｃは、それらの出力を加算器７６０に提供し、該加算器は、出力どうしを加算する。加算器７６０の結果は、基本周波数および調波周波数の全てに対して組織内で散逸させられる全体的な電力または平均電力の推定である。より具体的には、加算器７６０からの出力の実部は、組織内で散逸させられる電力である。
【０１００】
図７に示されている信号処理回路に対して、組織に送達される全体的な電力を計算するための所定の調波周波数は、基本周波数、第３調波周波数、および第５調波周波数である。実施形態において、図７の信号処理回路は、フィルタ７１０ａ−ｂ，７２０ａ−ｂ，７３０ａ−ｂならびに乗算器７４０ａ−ｃ，７４５ａ−ｃ，および７５５ａ−ｃに、フィルタおよび乗算器を追加するか、または、これらからフィルタおよび乗算器を削除することにより、周波数のより多いまたはより少ない群を用いるように改変され得る。
【０１０１】
図７の信号処理回路はまた、以下に示す方程式にしたがって組織インピーダンスを計算する。
【数１３】
2015131108.tif 000015
ここに、ＺＴｉｓｓｕｅは、組織インピーダンスであり、これは、ほとんど抵抗性であり、ＺＴｉｓｓｕｅの実部は、組織抵抗の推定である。図７の信号処理回路は、マルチプル高調波に対して電流および電圧を決定する。したがって、図７の信号処理回路は、任意の調波周波数に対して組織インピーダンスを計算し得る。図７の信号処理回路は、基本周波数に対して組織インピーダンス値を計算し得る。代替的に、図７の信号処理回路は、最大の大きさを有する調波周波数に対して組織インピーダンスを計算し得る。
【０１０２】
実施形態において、方程式（１０）に示されているように、図７の信号処理回路は、電圧波形の位相と電流波形の位相との間の位相シフトまたは位相差を用い得る。その後、組織内で散逸させられる電力は、以下に示すように、ＶＲＭＳ＿Ｃｏｍｐ，ＩＲＭＳ＿Ｃｏｍｐ，および位相シフトのコサイン値を乗算することにより計算され得る。
【数１４】
2015131108.tif 000016
ここに、ＶＲＭＳ＿Ｃｏｍｐは、ケーブル補償された複素ＲＭＳ電圧ＶＣｏｍｐの大きさであり、ＩＲＭＳ＿Ｃｏｍｐは、ケーブル補償された複素ＲＭＳ電流ＩＣｏｍｐの大きさである。これを行うことにより、３つの複素数の乗算は、１つの実数の減算および２つの実数の乗算に還元される。
【０１０３】
さらに、組織インピーダンスはまた、以下に示すように計算される。
【数１５】
2015131108.tif 000017
方程式（１３）は、実数の計算のみを含んでおり、方程式（１０）と比較して、インピーダンスの実部を取るという付加的なステップを含んでいない。この態様において、計算効率が実質的に向上させられ得る。
【０１０４】
図８は、本開示の実施形態にしたがう電気外科ケーブルのインピーダンスを補償するための方法を図示している流れ図である。この方法は、ＲＭＳ電力情報を計算するために、複数の中帯域フィルタを用い、位相情報および大きさ情報を計算するために、複数の狭帯域フィルタを用いる。
【０１０５】
ステップ８１０において、センサは、電気外科発電機によって生成された電圧波形および電流波形を感知する。ステップ８２０において、周波数の複数の群のそれぞれに整調される複数の中帯域フィルタ、および、周波数の複数の群のそれぞれにおけるそれぞれの中心周波数に整調される複数の狭帯域フィルタは、感知された電圧波形および電流波形をフィルタリングする。複数の周波数の各群は、調波周波数およびその側波帯を含む。各群は、電気外科操作のタイプと、電圧波形および電流波形の関連するタイプとの知識に基づいて予め決定される。生成された電圧波形および電流波形は、組織を処置するために適切な周波数および信号のタイプを有する（例えば、正弦波形、鋸歯波形、矩形波形、三角波形、方形波形、パルス波形、または任意の混合波形）。各中帯域フィルタは、調波周波数およびその側波帯を通過させ、各対応する狭帯域フィルタは、基本周波数、調波周波数、または中心周波数を通過させる。
【０１０６】
ステップ８３０において、図７のＲＭＳ計算器７３０ａ、７３０ｂは、上記方程式（１）、（２）にしたがって、２次式で中帯域ＲＭＳの電圧値および電流値を計算する。ステップ８４０において、複数の狭帯域フィルタは、感知された電圧波形および電流波形の調波周波数の各々に対する位相情報および大きさ情報を出力する。ステップ８５０において、組織内で散逸された電力は、方程式（１０）または（１２）のいずれかにしたがって計算され、組織インピーダンスは、方程式（１１）または（１３）のいずれかにしたがって計算される。
【０１０７】
ステップ８６０において、コントローラは、電力、組織インピーダンス、ＲＭＳ電圧、またはＲＭＳ電流に基づいて、制御信号を生成する。一般に、電気外科発電機は、電気外科操作のための電力プロフィールまたはインピーダンスプロフィールを有している。処置される組織内で散逸させられる全体的な電力は、電力プロフィールと比較され得、コントローラは、電気外科発電機によって生成される電力のレベルを制御するための制御信号を生成する。組織インピーダンスが計算された場合、該組織インピーダンスは、インピーダンスプロフィールと比較され、コントローラは、該比較に基づいて、発電機出力を制御するための制御信号を生成する。
【０１０８】
図９は、処置される組織に送達される電力、ＲＭＳ電圧、およびＲＭＳ電流を推定するための重さの使用を図示する流れ図である。ステップ９１０は、複数の周波数に対する図８のステップ８１０−８４０を含んでいる。周波数ｆｉは、複数の所定の周波数、例えば、調波周波数、リンギング周波数、または基本周波数のうちの１つ以上の周波数を表し、Ｍｉが、対応する周波数ｆｉに対する大きさ値を表す。ステップ９１０において、大きさ値Ｍｉは、周波数ｆｉに対して計算され、これは、複数の所定の周波数のうちの周波数である。
【０１０９】
ステップ９２０において、大きさＭｉは、所定の閾値Ｘと比較される。大きさＭｉが閾値Ｘ以上の場合、ステップ９３０が実行される。大きさＭｉが閾値Ｘ以上ではない場合、ステップ９３０はスキップされ、ステップ９４０が実行される。ステップ９４０は、チェックされるべき任意のさらなる調波周波数が存在するかどうかをチェックする。チェックされるべき別の周波数が存在する場合、方法は、全ての調波周波数がチェックされるまで、ステップ９２０に戻る。ステップ９２０において、大きさＭｉは、複数の狭帯域フィルタによって得られた大きさであり得、そして、ＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流、または計算された電力であり得る。代替として、複数のバンドパスフィルタから得られたＲＭＳ電圧または電流は、周波数を選択するために、閾値と比較され得る。換言すると、調波周波数のＲＭＳ電圧値およびＲＭＳ電流値の両方またはいずれかならびにその側波帯が、閾値以上である場合、周波数が選択され得る。閾値は、全体的な大きさの数値または割合値であり得る。
【０１１０】
周波数は、ＲＭＳの電圧値および電流値を、２次式において、またはストレートパーセンテージ（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）において、選択された周波数において、全体的なエネルギーの割合値として表現し、そして、結果として得られる割合値を割合の閾値と比較することにより、選択され得る。２次式における割合値は、以下に示すように、ＲＭＳの電圧値および電流値に対して計算される。
【数１６】
2015131108.tif 000018
ここに、ＶＱＰｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ｉは、ｉ番目のＲＭＳ電圧値の２次式における割合であり、Ｖｉは、ｉ番目のＲＭＳ電圧値であり、
【数１７】
2015131108.tif 000019
は、全てのＲＭＳ電圧値の平方の和であり、ＩＱＰｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ｉは、ｉ番目のＲＭＳ電流値の２次式における割合であり、Ｉｉは、ｉ番目のＲＭＳ電流値であり、
【数１８】
2015131108.tif 000020
は、全てのＲＭＳ電流値の平方の和であり、ｎは、選択された周波数の数である。ストレートパーセンテージにおける割合値は、以下に示すように、ＲＭＳの電圧値および電流値に対して計算される。
【数１９】
2015131108.tif 000021
ここに、ＶＰｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ｉは、ｉ番目のＲＭＳ電圧値のストレートパーセンテージにおける割合であり、
【数２０】
2015131108.tif 000022
は、全てのＲＭＳ電圧値の和であり、ＩＰｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ｉは、ｉ番目のＲＭＳ電流値のストレートパーセンテージにおける割合であり、
【数２１】
2015131108.tif 000023
は、全てのＲＭＳ電流値の和である。ストレートパーセンテージにおける割合値と２次式における割合値との間の差は、２次式の割合が差を拡大させ、これにより、周波数を分離するために適切なものとなり得るような傾向があるものである。
【０１１１】
ステップ９３０において、周波数ｆｉの大きさＭｉが、閾値Ｘ以上である場合、周波数ｆｉが選択される。ステップ９４０において、その他の周波数成分が存在しない場合、ステップ９５０が実行される。ステップ９５０において、各選択された周波数の大きさに対する重さが計算される。重さは、２次式またはストレートパーセンテージにおける割合値であり得る。重み付けされたＲＭＳ電圧は、対応する全体的な広帯域ＲＭＳ電圧によって重みを乗算することによって計算され、重み付けされたＲＭＳ電流は、対応する全体的な広帯域ＲＭＳ電流によって重みを乗算することによって計算される。選択されない周波数はゼロ重さを有し、これは、周波数がＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流、および電力を有しないことを意味する。この態様で、重み付けされたマルチ周波数ケーブル補償が、十分なエネルギーを有する周波数上で実行される。重み付けされたマルチ周波数ケーブル補償の結果は、処置される組織に送達される全体的なＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流、および電力の推定である。
【０１１２】
ステップ９６０において、組織インピーダンスは、単一周波数に基づいて計算される。単一周波数は、ＲＦ波形の大きさおよび周波数に基づいて選択され得る。例えば、単一周波数は、低周波数においてＲＦ波形の大きな大きさを達成するように選択され得る。別の例として、単一周波数は、低周波数以外の周波数（例えば、高周波数）においてＲＦ波形の大きな大きさを達成するように選択され得る。低周波数が選択された場合、組織インピーダンス計算は、計算された位相情報を用いて方程式（１１）または（１３）を用いることによって実行される。低周波数は、低周波数がより精密であり得るという理由で、選択され得る。低周波数においては、高周波数におけるよりも少ないノイズが存在する。他方、高周波数は、高周波数がそれによって作動するためのより多くの信号を有し得、そして、信号処理または量子化という課題についての問題性が低くなるという理由で、選択され得る。したがって、ＲＦ波形の大きさが十分に大きくなるように、十分に低い周波数が選択され得る。計算された組織インピーダンスは、電気外科発電機からの出力電力のレベルを制御するための制御信号を生成するために用いられる。
【０１１３】
図１０は、本開示の別の実施形態にしたがって電気外科発電機における電力損失を補償することにより、組織における電力、ＲＭＳ電圧、およびＲＭＳ電流を計算するための方法の流れ図である。この方法は、図７Ｂに図示されているケーブルモデルを用いる。一般に、電力は、回路の抵抗性要素において散逸させられる。したがって、電気外科発電機によって生成された電力は、ソース抵抗Ｒｓｒｃ３３２によって消費された電力と、負荷抵抗Ｒｌｏａｄ３７０によって消費された電力との和である。したがって、処置される組織において消費される電力は、電気外科発電機によって生成される電力からソース抵抗Ｒｓｒｃ３３２によって消費される電力を減算することによって計算され得る。
【０１１４】
ステップ１０１０において、複数のセンサが、電気外科発電機によって生成された電圧波形および電流波形を感知する。ステップ１０２０において、感知された電圧波形および電流波形は、広帯域フィルタおよび複数の狭帯域フィルタによってフィルタリングされる。広帯域フィルタは、高調波の所定の群および対応する側波帯および／または関心のあるリンギング周波数の全てを通過させる。特に、広帯域フィルタによってフィルタリングされる電圧および波形は、その後、ＡＤＣによってサンプリングされ、この方法の残りの全てのステップは、デジタル的に実行される。
【０１１５】
ステップ１０３０において、広帯域フィルタによってフィルタリングされる電圧波形および電流波形は、関心のある周波数スペクトル全体にわたって広帯域電力を計算するために、サンプルごとに互いに乗算される。さらに、ＲＭＳ電圧およびＲＭＳ電流はまた、関心のある周波数スペクトル全体にわたって決定される。広帯域電力、ＲＭＳ電圧、およびＲＭＳ電流は、その後、ノイズをフィルタリングするために、低域通過フィルタを通過させられる。平均ＲＭＳ電圧および電流は、ＲＭＳ電圧ＶＲＭＳおよびＲＭＳ電流ＩＲＭＳと呼ばれる。
【０１１６】
ステップ１０４０において、複数の狭帯域フィルタが、周波数の群（すなわち、基本周波数、調波周波数、またはリンギング周波数）における位相情報および大きさ情報を得るために、広帯域フィルタによって遮断された電圧波形および電流波形に適用される。大きさ情報は、関心のある周波数のうちの各周波数ｆｉにおけるＲＭＳ電圧Ｖｍａｇ＿ｉおよびＲＭＳ電流Ｉｍａｇ＿ｉであり、位相情報は、関心のある周波数のうちの各周波数ｆｉにおける電圧位相
【数２２】
2015131108.tif 000024
および電流位相
【数２３】
2015131108.tif 000025
である。
【０１１７】
ステップ１０５０において、ケーブル補償が、上述された２ポートネットワークシステムを用いることによって実行される。図７Ｂに関連して上述されたように、ＲＭＳ電圧Ｖｍａｇ＿ｉおよびＲＭＳ電流Ｉｍａｇ＿ｉは、組織におけるＲＭＳ電圧および電流を得るために、方程式（３）、（４）を用いることによって直交形式に変換される。ケーブル補償は、単一周波数において実行され得る。単一周波数は、ＲＭＳ電圧または電流の大きさを比較することによって選択され得る。換言すると、選択された周波数は、最大のＲＭＳ電圧の大きさまたは最大のＲＭＳ電流の大きさを有し得る。
【０１１８】
ステップ１０６０において、処置される組織によって消費される電力が計算される。これは、平均電力から電力損失を減算することにより実行される。電力損失は、以下のように計算される。
【数２４】
2015131108.tif 000026
ここに、ＰＬｏｓｓは、発電機における電力損失であり、ＩＲＭＳは、発電機のインピーダンスを通過するＲＭＳ電流であり、Ｒｅ（ＺＳｒｃ）は、ソースインピーダンスの実部または単にソース抵抗ＲＳｒｃの抵抗値である。組織において消費される電力が、その後、以下のように計算される。
【数２５】
2015131108.tif 000027
ここに、ＰＴｉｓｓｕｅ  は、組織において消費される電力であり、Ｐａｖｅは、平均電力である。
【０１１９】
ステップ１０７０において、組織のインピーダンスが、上述したケーブル補償プロセスにしたがって単一周波数において計算され得る。単一周波数は、最も大きい大きさを有する周波数として選択される。単一周波数は、基本周波数、調波周波数、またはリンギング周波数であり得る。組織インピーダンスは、方程式（１３）を用いることによって計算される。組織インピーダンスが計算された場合、組織にわたるＲＭＳ電圧および組織を通過するＲＭＳ電流は、以下に示す方程式にしたがって計算される。
【数２６】
2015131108.tif 000028
ここに、ＶＲＭＳ＿Ｔｉｓｓｕｅは、組織にわたるＲＭＳ電圧であり、｜ＺＴｉｓｓｕｅ｜は、組織インピーダンスの大きさであり、ＩＲＭＳ＿Ｔｉｓｓｕｅは、組織を通過するＲＭＳ電流である。
【０１２０】
実施形態において、組織負荷がゼロまたは無限大の近くである場合、中帯域電力はゼロになり得、これは、ＶＲＭＳ＿ｔｉｓｓｕｅまたはＩＲＭＳ＿ｔｉｓｓｕｅの測定がもはや正確ではないことを意味する。これは、狭帯域インピーダンスが低閾値未満であるか、または、高閾値よりも大きい場合、ＶＲＭＳ＿ｔｉｓｓｕｅおよびＩＲＭＳ＿ｔｉｓｓｕｅが、補償されていないＲＭＳ電圧ＶＲＭＳおよび電流ＩＲＭＳ（これらは、センサにおいて測定される）によって置換されるような、切り替えによって対処され得る。
【０１２１】
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てきたが、開示はこれらの特定の実施形態に限定されるものではないことと、開示の範囲または精神から逸脱することなしに、当業者によって様々なその他の変更および改変が本明細書中にもたらされ得ることとが理解されるべきである。
【図１】
2015131108.tif 000029
【図２】
2015131108.tif 000030
【図３】
2015131108.tif 000031
【図４】
2015131108.tif 000032
【図５】
2015131108.tif 000033
【図６】
2015131108.tif 000034
【図７Ａ】
2015131108.tif 000035
【図７Ｂ】
2015131108.tif 000036
【図８】
2015131108.tif 000037
【図９】
2015131108.tif 000038
【図１０】
2015131108.tif 000039