特表 2015-506729 外科手術器具への電力供給を制御するシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2015-506729(P2015-506729A)

(43)【公表日】2015年3月5日

(54)【発明の名称】外科手術器具への電力供給を制御するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 18/12 20060101AFI20150206BHJP

【ＦＩ】

   A61B17/39

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-546035(P2014-546035)

(86)(22)【出願日】2012年12月5日

(85)【翻訳文提出日】2014年8月5日

(86)【国際出願番号】US2012068027

(87)【国際公開番号】WO2013086045

(87)【国際公開日】20130613

(31)【優先権主張番号】61/669,671

(32)【優先日】2012年7月10日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/567,603

(32)【優先日】2011年12月6日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC

(71)【出願人】

【識別番号】511248973

【氏名又は名称】ドメイン・サージカル，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(72)【発明者】

【氏名】デニス，スコット

(72)【発明者】

【氏名】マンワーイング，キム

(72)【発明者】

【氏名】エッガーズ，フィル

(72)【発明者】

【氏名】マンワーイング，プレストン

【テーマコード（参考）】

4C160

【Ｆターム（参考）】

4C160KK03

4C160KK04

4C160KK13

4C160KK16

4C160KK24

4C160KK25

4C160KK36

4C160KK53

(57)【要約】

熱外科手術器具は、チップ上に配置された活性要素へのエネルギー源からの電力の供給を制御するためのシステムを有する。チップへの供給を制御するためのシステムは、チップ電流、ＳＷＲなどの一つ以上の計測を使用し、悪影響を及ぼす切断効果を必要とせずにそして外科医によって気づかないように電力を管理するために反映された電力に迅速に変化させる制御アルゴリズム含む。システムは、チップがある現在の環境を画定するために状態マシンを利用する。チップに供給される電力は、固定電力指標又は繰り返し的に実行される電力プロファイルに応じて選択的に管理される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科手術器具であって、
本体と、
本体上に配置されると共に振動電気エネルギーを受け取るように構成された熱要素と、
熱要素の構成パラメータに対して情報を記憶する情報記憶装置と、を備える、外科手術器具。

【請求項2】

請求項１記載の外科手術器具において、
熱要素が導電体の少なくとも一部分を覆う強磁性材を有する導電体を備え、強磁性材が加熱されるときに強磁性材の破砕を引き起こすことなく、空気と液体との間で移動可能である、外科手術器具。

【請求項3】

請求項１記載の外科手術器具において、
情報記憶装置は、熱要素の構成パラメータに関連する情報がアクセスされて振動電気エネルギーの熱要素への供給を制御するために使用されるように、振動電気エネルギーを供給するように構成された電源と連通して配置されている、外科手術器具。

【請求項4】

請求項３記載の外科手術器具において、
情報記憶装置は、ＥＥＰＲＯＭである、外科手術器具。

【請求項5】

請求項３記載の外科手術器具において、
熱要素が電源に接続され、電源は、情報記録部に記録された構成パラメータに基づいて熱要素に振動電気エネルギーを供給するように構成される、外科手術器具。

【請求項6】

請求項２記載の外科手術器具において、
本体は、ハンドピースである、外科手術器具。

【請求項7】

請求項６記載の外科手術器具において、
ハンドピースは、熱要素を取り外し可能に受け入れるように構成される、外科手術器具。

【請求項8】

請求項２記載の外科手術器具において、
本体は、その上に配置された熱要素を有する切断及び密閉器具である、外科手術器具。

【請求項9】

請求項１記載の外科手術器具において、
熱要素は、固体強磁性加熱要素を備える、外科手術器具。

【請求項10】

請求項１記載の外科手術器具において、
要素が、絶縁された導電体上に配置された強磁性スリーブを備える、外科手術器具。

【請求項11】

熱外科手術器具システムであって、
本体と、
本体上に配置されると共に振動電気エネルギーを受け取るように及び振動電気エネルギーの受け取りに応じて加熱するように構成された熱要素であって、熱要素の温度変化に応じて変化するインピーダンスを有する熱要素と、
熱活性要素のインピーダンスの変化を感知すると共に熱活性要素に受け入れられた振動電気エネルギーを調整するために信号を発生するように構成された熱活性要素と連通して配置された回路と、を備える、熱外科手術器具システム。

【請求項12】

請求項１１記載の熱外科手術器具システムにおいて、
実質的に連続的した基盤上の回路からの信号を受け入れるためのマイクロコントローラを更に備える、熱外科手術器具システム。

【請求項13】

請求項１２記載の熱外科手術器具システムにおいて、
信号に応じて熱活性要素に所望の電力を一貫して提供するように構成された電力制御アルゴリズムを備えた電力制御システムを更に備える、熱外科手術器具システム。

【請求項14】

請求項１３記載の熱外科手術器具システムにおいて、
熱要素は、キュリー温度を有し、電力制御システムは、そのキュリー温度を超えるのを防止するために電力制御アルゴリズムを使用するように構成される、熱外科手術器具システム。

【請求項15】

請求項１３記載の熱外科手術器具システムにおいて、
電力制御システムは、所望以外の位置で外科手術器具の過熱を防止するために電力制御アルゴリズムを使用するように構成される、熱外科手術器具システム。

【請求項16】

請求項１３記載の熱外科手術器具システムにおいて、
電力制御システムは、摂氏約＋３０度乃至−３０度の範囲にある実質的に特定の温度まで熱要素を加熱することを制御するために電力制御アルゴリズムを使用するように構成される、熱外科手術器具システム。

【請求項17】

熱外科手術器具システムであって、
本体と、
本体に取り付け可能であると共に振動電気エネルギーを受け取るように構成された熱要素と、
熱要素の構成パラメータに対して情報を記憶する情報記憶装置と、
熱要素の動作特性を検知するために熱要素と連通して配置された検知回路と、
熱要素によって受け入れられた振動電気エネルギーの調整を行うための電力制御システムと、を備え、
電力制御システムは、熱活性要素の構成パラメータ及び熱要素の温度を調節するために熱要素の検知された動作特性に関連する情報を使用するために構成される、熱外科手術器具システム。

【請求項18】

請求項１７記載の熱外科手術器具システムにおいて、
電力制御システムは、制御ループフィードバック機構を備える、熱外科手術器具システム。

【請求項19】

請求項１８記載の熱外科手術器具システムにおいて、
制御ループフィードバック機構は、ＰＩＤコントローラである、熱外科手術器具システム。

【請求項20】

請求項１８記載の熱外科手術器具システムにおいて、
制御ループフィードバック機構は、縦接続されたＰＩＤコントローラである、熱外科手術器具システム。

【請求項21】

請求項１７記載の熱外科手術器具システムにおいて、
電力制御システムは、熱要素の温度を調節するために可変ステージ状態マシンを実装するためにソフトウェアを使用する、熱外科手術器具システム。

【請求項22】

熱切断又は凝固器具を制御する方法であって、
熱要素に振動電気エネルギーを供給するステップと、
熱要素と関連した動作特性を検知するステップと、
熱要素の検知された動作特性に応じて振動電気エネルギーの供給を調整するステップと、を備える、熱切断又は凝固器具を制御する方法。

【請求項23】

請求項２２記載の熱切断又は凝固器具を制御する方法において、
熱要素と関連した動作特性は、インピーダンス、電流及び定在波比の少なくとも一つを備える、熱切断又は凝固器具を制御する方法。

【請求項24】

請求項２２記載の熱切断又は凝固器具を制御する方法において、
検知された動作特性は、熱要素のインピーダンスであり、
前記方法は、熱要素の温度を制御するために検知されたインピーダンスに応じて振動電気エネルギーの供給を調整するステップを備える、熱切断又は凝固器具を制御する方法。

【請求項25】

請求項２２記載の熱切断又は凝固器具を制御する方法において、
熱要素に対して増加したパルスを検知し、熱要素の動作特性上の増加した電力のパルスの影響を監視するステップを更に備える、熱切断又は凝固器具を制御する方法。

【請求項26】

請求項２２記載の熱切断又は凝固器具を制御する方法において、
熱要素の温度を周期的に増加するために熱要素に供給される電力を断続的に増加するステップを更に備える、熱切断又は凝固器具を制御する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気外科的及び／又は熱的外科手術器具に関する。より具体的には、本発明は、エネルギー源から外科手術器具への電力供給を制御するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

このようなデバイスは、一般的な医療デバイスの利益を提供できるので、手術中の電気外科的及び／又は熱的デバイスを使用することが一般的になってきている。例えば、電気外科的及び／又は熱的デバイスは、外科医が、制限された血液の損失で正確な切開を行うことを許容する。それらの利点のため、電気外科的及び／又は熱的デバイスは、ちょうど少し例を挙げれば、皮膚科の、婦人科の、心臓の、形成外科の、眼球の、脊椎の、耳鼻咽喉科の、顎顔面の、整形外科の、泌尿器科の、神経学的の、及び、一般的な外科的の、手術、並びに特定の歯科処置に使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

外科手術は、一般に、組織または他の物質を切断、修復及び／又は除去することを含む。電気外科的及び／又は熱的外科手術器具は、所望の温度まで組織または他の物質を加熱するために電気外科的及び／又は熱的外科手術器具を使用することによって、これらの処置の各々を実行するために使用される。しかしながら、組織は、異なる温度で異なる反応を得る。電気外科的及び／又は熱的外科手術器具の温度が適切に制御されない場合には、患者にとって有害な結果をもたらす望ましくない結果が生じる可能性がある。

【0004】

さらに、外科医は、所定の処置の間、長時間にわたって電気外科的及び／又は熱的外科手術器具を使用することを必要とされる。この時間の間、電気外科的及び／又は熱的外科手術器具が患者の体の一部と接触したり離れたり断続的に移動される。これは、デバイス内の熱管理だけでなく電気外科的及び／又は熱的外科手術器具の加熱された外科手術チップの熱管理に関する問題につながる。電気外科的及び／又は熱的外科手術器具が患者の組織、例えば、体液などの一部と接触しないとき、電気外科的及び／又は熱的外科手術器具は、患者の体の上の空気に保持され、加熱が望ましくないあるいは有害である器具の領域への熱の伝達を最小限にするために器具に供給される電力を制限することが重要である。例えば、外科医によって把持された電気外科的及び／又は熱的外科手術器具の一部分への熱伝達が適切に制御されていない場合、デバイスは非常に熱くなり、外科医は、処置を完了するのに必要な時間その器具を扱うことができない。

【0005】

さらに、熱要素などの、電気外科的及び／又は熱的外科手術器具の作用（アクティブ）部分が、過熱され、又は、過剰な熱応力にさらされ、熱要素は、破損してしまう可能性がある。

【0006】

従って、電気外科的及び／又は熱的外科手術器具及び／又は加熱される外科手術チップの過熱を防止するために、エネルギー源から電気外科的及び／又は熱的外科手術器具への電力供給を制御する改善されたシステム及び方法が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

改善された電気外科的及び／又は熱的外科手術器具を提供することが本発明の目的である。

【0008】

本発明の一態様によれば、その器具は、エネルギー源から器具への電力供給を管理するソフトウェア及びハードウェアを含む。

【0009】

本発明の別の態様によれば、電気外科的手術器具への電力供給を制御することは、電気外科的手術器具の作用（アクティブ）要素への電力供給を変化させるアルゴリズムを使用することを含み、従って、作用要素の環境（例えば、作用要素が組織治療のために使用されているか空気中に保持されているかなど）に応じて器具の動作特性を変化させることを含む。アルゴリズムは、約５Ｗ乃至１２５Ｗの固定された電力指標で管理され、そして、一貫した方法で電気外科的及び／又は熱的外科手術器具に所望の電力を供給するのに使用され、その器具の作用要素がキュリー点を超えるのを防止し、及び／又は作用要素が空気中にあるときにその器具の過熱を防止する。

【0010】

制御アルゴリズムは、外科医が、所望の組織効果のための最適温度を使用するのを許容し、また、外科医が、これらの異なる外科手術チップを使用するときに所望の制御を提供しながら異なる構成を有する外科手術チップを選択するのを許容する。

【0011】

本発明の別の態様によれば、電気外科的手術器具への電力供給を制御することは、順方向電力又は正味電力のための単一あるいは縦接続の比例積分微分コントローラ（“ＰＩＤ”）、ＰＩＤチップ電流制限制御、定在波比（“ＳＷＲ”）閾値制限、及び／又はロード／空気検出を使用することを含む。

【0012】

本発明の別の態様によれば、熱的外科手術器具は、電流検出、温度検出、インピーダンス検出などに応答できるハンドピースを含む。

【0013】

本発明の別の態様によれば、ハンドピース又は熱的外科手術器具の他の部分によって検出される、電流データ、温度データ、インピーダンスデータなどは、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどを含む制御コンソールに送られることができる。

【0014】

本発明の別の態様によれば、電流データ、温度データ、インピーダンスデータなどは、実質的に連続的な基準で制御コンソールに送られることができる。例えば、データは、約１０ミリ秒の間隔で制御コンソールに送られることができる。

【0015】

本発明の別の態様によれば、外科手術器具は、熱的要素を含む。熱的要素は、例えば、その上にメッキされた強磁性材料を有する導体、固体強磁性加熱素子、強磁性スリーブの加熱が実質的に純粋に誘導性であるように絶縁導体上に配置された強磁性スリーブなどを含む。

【0016】

本発明の別の態様によれば、熱的外科手術器具の熱的要素は、様々な熱的要素がハンドピースで使用されるようにハンドピースによって取り外し可能に受け入れられることができる。

【0017】

本発明の別の態様によれば、外科手術器具は、熱的要素（例えば、ブレード、ループ、スネア、鉗子、鋏、低侵襲手術器具、プローブ、カテーテルなど）の形状、寸法又は構成に応じて異なる、熱要素の電力出力を管理するのに必要な情報を含む。例えば、その情報は、ハンドピースに配置された単一の記録装置（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュデバイス、レーザＲＯＭ又フラムなど）又は本発明の外科手術器具システムの様々な場所に配置された複数の記録装置に格納される。

【0018】

本発明の別の態様によれば、外科手術器具は、熱的要素の電力出力を管理するのに必要な以下の情報、電流制限；許容電力の設定；電力レベルによるＳＷＲの制限；シリアル番号；キャリブレーション定数；チップ識別；タイミング定数（例えば、クールダウンなど）；などを含むことができる。

【0019】

本発明の別の態様によれば、熱的外科手術器具は、ソフトウェアを含む。ソフトウェアは、可変ステージ状態マシンを実装するために熱的外科手術器具から受信された情報を使用できる。例えば、ソフトウェアは、５段階の状態マシンを実装するために熱的外科手術器具のハンドピース、チップ及び／又は電力測定器からの情報を受信できる。状態マシンのステージは、ＲＦオン（例えば、ＲＦ電力がちょうどスイッチを入れられる）、空気（外科手術器具の熱的要素は空気中にある）、遷移（熱的要素は、組織から空気に遷移することが推測される）及びロード（チップは組織内にあることが確認される）を含む。

【0020】

本発明のさらに別の態様によれば、熱的外科手術器具への電力供給を制御することは、電気外科的手術器具のチップに供給される電力を断続的に増加させるために、一群の開始／終了期間セグメントを含む電力プロファイル制御アルゴリズムを含むことができる。従って、低温で動作されるチップで組織を治療するために上記器具を使用することが望まれるとき、例えば、組織を凝固させるとき、電力制御アルゴリズムは、チップが治療される組織に対して固着するのを防止するようにチップに供給される電力を断続的に増加させることができる。

【0021】

本発明のさらに別の態様によれば、本発明の熱的外科手術器具は、固定電力指標又は繰り返し的に実行される電力プロファイルに応じて外科手術チップへの電力供給を選択的に管理するための一つ以上の制御を有することができる。

【0022】

本発明のこれらの及び他の態様は、以下の図面及び関連する説明に示され記載された熱的に調整可能な外科手術器具で実現される。

【0023】

本発明の様々な実施形態が番号が付された図面を参照して示され記載される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の原理による熱外科手術ツールシステムの斜視図を示す。

【図2】図２は、その温度が増加したときの熱要素のインピーダンスのグラフ表示を示す。

【図3】図３は、その温度が増加したときの熱要素の定在波比のグラフ表示を示す。

【図4】図４は、本発明の熱外科手術器具のブロック図を示す。

【図5】図５は、本発明の一つの熱要素の拡大断面図を示す。

【図6A】図６Ａは、切開ループを形成する熱要素の側面図を示す。

【図6B】図６Ｂは、切除ループを形成する熱要素の側面図を示す。

【図7A】図７Ａは、本発明の原理による別の熱外科手術ツールシステムの斜視図を示す。

【図7B】図７Ｂは、熱要素がその上に配置された鉗子の斜視図を示す。

【図7C】図７Ｃは、熱要素がその上に配置された外科用メスの側面図を示す。

【図8】図８は、縦接続されたＰＩＤコントローラのブロック図を示す。

【図9】図９は、本発明の原理による縦接続されたＰＩＤコントローラを使用するときに、電流制限効果の一例のグラフを示す。

【図10】図１０は、本発明の原理による５段階の状態マシンの図を示す。

【図11】図１１は、本発明の原理による電気外科的手術器具のチップに供給される電力を断続的に増加させるための一群の開始／終了期間セグメントのグラフ表示を示す。

【図12】図１２は、本発明の電力プロファイル制御アルゴリズムを例示するフローチャートを示す。

【図13】図１３は、本発明の原理による熱的外科的手術器具の状態管理の一例のグラフを示す。

【図14】図１４は、本発明のチップの作動に基づく図９のグラフ表示の拡大図を示す。

【図15】図１５は、ロード状態から空気状態に戻って移行するチップの図９のグラフ表示の拡大図を示す。

【図16】図１６は、組織への影響に関連した熱スペクトルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面は例示であり、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものではないことが理解されるであろう。図示の実施形態は、本発明の種々の態様および目的を達成する。単一の図では、本発明の各要素および態様を明白に示すことは不可能であり、多数の図面が、より明白に本発明の様々な詳細を個々に説明するために提示される
ことが理解される。同様に、全ての実施形態は、本発明のすべての利点を達成する必要はない。

【0026】

本発明及び添付の図面は、当業者が本発明を実施することができるようにそれらに提供された符号を参考にして述べられる。図面及び説明は、本発明の種々の態様の例示であり、添付の特許請求の範囲を狭めることを意図するものではない。

【0027】

本明細書に使用されるように、用語“強磁性の”、“強磁性体”及び“強磁性”は、鉄、ニッケル、コバルト等の物質及び高透磁率、飽和点特性、および磁気ヒステリシスを示す種々の合金を指す。
本発明は、複数の異なる実施形態およびアプリケーションを含むことができることを理解されるであろう。一態様では、外科手術器具は、本体と、本体上に配置されると共に振動電気エネルギーを受け取るように構成された熱要素と、熱要素の構成パラメータに対して情報を記憶する情報記憶装置と、を含む。また、器具は、次の一つ以上を含む。すなわち、器具は、本体がハンドピースであること；ハンドピースが熱要素を取り外し可能に受け入れるように構成されていること；本体がその上に配置された熱要素を有する切断及び密閉器具であること；熱要素が導電体の少なくとも一部分を覆う強磁性材を有する導電体を備え、強磁性材が加熱されるときに強磁性材の破砕を引き起こすことなく、空気と液体との間で移動可能であること；熱要素が電力供給に結合され、電力供給が情報記録部に記録された構成パラメータに基づいて熱要素に振動電気エネルギーを供給するように構成されること；熱要素が固体強磁性加熱要素を備えること；その要素が絶縁された導電体上に配置された強磁性スリーブを備えること；情報記録デバイスが熱要素の構成パラメータに関連する情報がアクセスされて振動電気エネルギーの熱要素への供給を制御するために使用されるように、振動電気エネルギーを供給するように構成された電源と連通して配置されていること；情報記録デバイスがＥＥＰＲＯＭを備えること；及び、それらの組み合わせ、の一つ以上を含む。
本発明の別の態様では、熱外科手術器具システムは、本体と、本体上に配置されると共に振動電気エネルギーを受け取るように及び振動電気エネルギーの受け取りに応じて加熱するように構成された熱要素であって、熱要素の温度変化に応じて変化するインピーダンスを有する熱要素と、熱活性要素のインピーダンスの変化を感知すると共に熱活性要素に受け入れられた振動電気エネルギーを調整するために信号を発生するように構成された熱活性要素と連通して配置された回路と、を含む。熱外科手術器具は、さらに、次の一つ以上を含む。すなわち、器具は、実質的に連続的した基盤上の回路からの信号を受け入れるためのマイクロコントローラ；信号に応じて熱活性要素に所望の電力を一貫して提供するように構成された電力制御アルゴリズムを備えた電力制御システム；キュリー温度を有する熱要素、及び、外科手術器具の熱要素がそのキュリー温度を超えるのを防止するために電力制御アルゴリズムを使用するように構成された電力制御システム；所望以外の位置で外科手術器具の過熱を防止するために電力制御アルゴリズムを使用するように構成された電力制御システム；摂氏約＋３０度乃至−３０度の範囲にある実質的に特定の温度まで熱要素を加熱することを制御するために電力制御アルゴリズムを使用するように構成された電力制御システム；及び、その組み合わせ、の一つ以上を含む。
本発明の別の態様では、熱外科手術器具システムは、本体と、本体に取り付け可能であると共に振動電気エネルギーを受け取るように構成された熱要素と、熱要素の構成パラメータに対して情報を記憶する情報記憶装置と、熱要素の動作特性を検知するために熱要素と連通して配置された検知回路と、熱要素によって受け入れられた振動電気エネルギーの調整を行うための電力制御システムと、を含み、電力制御システムは、熱活性要素の構成パラメータ及び熱要素の温度を調節するために熱要素の検知された動作特性に関連する情報を使用するために構成される。システムは、また、次の一つ以上を含む。すなわち、システムは、制御ループフィードバック機構を備える電力制御システム；ＰＩＤコントローラまたは縦接続されたＰＩＤコントローラを備える制御ループフィードバック機構；熱要素の温度を調節するために可変ステージ状態マシンを実装するためにソフトウェアを使用する電力制御システム；又は、それらの組み合わせ、の一つ以上を含む。
別の態様では、本発明は、熱切断又は凝固器具を制御する方法に関し、方法は、熱要素に振動電気エネルギーを供給するステップと、熱要素と関連した動作特性を検知するステップと、熱要素の検知された動作特性に応じて振動電気エネルギーの供給を調整するステップとを含む。方法は、例えば、次の一つ以上を含む。すなわち、方法は、インピーダンス、電流及び定在波比の少なくとも一つを備える熱要素と関連した動作特性；検知された動作特性は、熱要素のインピーダンスを備え、その方法は、熱要素の温度を制御するために検知されたインピーダンスに応じて振動電気エネルギーの供給を調整するステップを備える；熱要素に対して増加したパルスを検知し、熱要素の動作特性上の増加した電力のパルスの影響を監視するステップ；熱要素の温度を周期的に増加するために熱要素に供給される電力を断続的に増加するステップ；又は、それらの組み合わせ、の一つ以上を含む。
図１乃至図３を参照すると、図１は、概ね符号１０で示された熱外科手術器具のシステムの斜視図を示す。以下にさらに詳細に説明されるように、熱外科手術器具のシステムは、好ましくは、組織を治療又は破壊（例えば、内皮組織の溶接、動的平衡性、除去など）する強磁性材と関連された導体を使用する。
熱外科手術器具システム１０は、従来の外科用メスなどに関する鋭利な縁部を使用しないで組織を切開するために熱を使用する。本発明の実施形態は、切刃を形成するように、比較的鋭利な縁部で行われるが、本明細書中に記載された熱コーティングが切断刃又は鋭利な縁部を必要とせずに組織を分離するのでそのようなことは必要としない。しかしながら、便宜上、用語の切断は、組織を分離することを述べるときに使用される。
本発明の一態様によれば、熱外科手術器具システム１０は、電源３０によって生成される出力エネルギーを制御するために一つ以上のフットペダル２０などの一つ以上の制御機構を含む。電源３０からのエネルギーは、無線周波数（ＲＦ）または振動電気エネルギーを介してケーブル４０に沿って、導電体６６と関連された強磁性体６５などの熱要素６０を有するハンドピースなどの本体５０に送られる。図１に示されるように、導電体６６は、磁性体コーティング６５で外周が被覆された又はメッキされる。磁性体コーティング６５は、熱が電気導体６６上に配置された強磁性材６５の全面又は“強磁性領域”に沿って実質的に均一であるように電気エネルギーを利用できる熱エネルギーに変える。
ＲＦエネルギーは、“表皮効果”として周知なように導体６６の表面に沿って移動する。表皮効果は、電流密度が導電体６６の表面近傍で最も大きく、導電体６６の大きな深さと共に減少するように、導電体６６内に分布となる交流電流の傾向である。電流は、外面と表皮深さと呼ばれるレベルとの間の導電体６６の“表皮”で主に流れる。表皮効果は、導電体６６の実効抵抗を表皮深さが小さいほど高い周波数で増大させ、従って、導電体６６の実効断面積を減少させる。表皮効果は、交流から生じる変化する磁場によって誘導される渦電流に起因する。表皮深さは、電気抵抗、電流を導電する材料の透磁率、及び印加されるＲＦ交流電流の周波数の関数である。例えば、銅の６０Ｈｚで、表皮深さは、約８．５ｍｍである。高周波数での表皮深さははるかに小さくなる。
電流の９８％以上は、表面からの表皮深さの４倍の層内で流れ、最初の５表皮深さ内に事実上電流の全てがある。この現象は、通常、導体６６の横断面にわたって均一に分布される直流電流のものとは異なる。導体６６の表皮深さは次式で表すことができる。

【0028】

【数1】

【0029】

ここで、δ＝表皮深さ（または侵入深さ）
ρ＝導体の抵抗率
ω＝電流の角周波数
μ＝導体の絶対透磁率
σ＝導体の伝導率
ｆ＝周波数
導体６６の電流密度は、次式で表すことができる。

【0030】

【数2】

【0031】

ここで、Jｓ＝導体の表面での電流
δ＝表皮深さ（または侵入深さ）
ｄ＝導体の表面からの深さ
導体６６を通る電流の流れは、（オープンヒステリシスループとも呼ばれる）オープンループのＢ−Ｈ曲線を有する強磁性材６５で作用することができる磁界を生成し、ヒステリシス損失が得られ、結果として熱エネルギーを生成する。例えば、パーマロイ（商標登録）のようなニッケル鉄コーティングのような電着膜は、任意に整合された微結晶の配列を形成し、高周波電流が導体６６を通過するときに互いがオープンループのヒステリシス曲線を有する任意に整合されたドメインを生じる。

【0032】

ドメインが電流の各振動と再整合すると、強磁性材６５は、強磁性材６５のヒステリシス損失のせいで加熱する。ヒステリシス損失による強磁性材６５の加熱は、以下に詳細に説明されるように材料はその磁性特性を失うためにそのキュリー点以上で止まる。さらに、強磁性材６５の比透磁率は、温度に応じて変化し、関連される表皮深さも変化し、従って、皮膚層を介する通電量は、キュリー点付近で転移を受ける。従って、抵抗加熱による強磁性材６５の加熱は、キュリー点に近づくにつれて低減する。
上述のように、強磁性材６５は、キュリー温度を有する。キュリー温度は、コーティングの磁気特性が失われるように、材料が常磁性になる温度である。材料は常磁性になると、強磁性の加熱を大幅に低減あるいは停止することもできる。理論的に、これは、十分な電力がキュリー温度に達するように設けられている場合、キュリー温度付近で安定化する強磁性材６５の温度を生じさせる。しかしながら、強磁性材６５の温度が一定の動作条件の下で、その算出されたキュリー温度を超えることが分かった。十分な電力が印加された場合には、チップ温度は、導体全体の加熱に抵抗することにより上昇し続け、チップが潜在的にキュリー温度を超えることが観察されている。これが発生すると、一定の電力レベルで動作しながら、電流の増加が観察される。これは、少なくとも部分的に表皮深さの増加及びキュリー温度以上で得られたインピーダンスの低下に起因し得ると考えられている。増加は、順番に固定された電力レベルの電流レベルを上昇させる強磁性被覆落下の抵抗に起因し得る。増加電流は、導体の非強磁性部分でより抵抗加熱を引き起こす。これにより、高い導電性を有する下地導体を使用することが好ましい。
従って、導体６６の面を通る交流電気エネルギーの通過は熱要素６０に沿って（オーム加熱や抵抗加熱とも呼ばれる）ジュール加熱を引き起こす。交流電気エネルギーが強磁性領域に通過すると、電流は、導体上に配置された強磁性材６５にジャンプする。このように、強磁性材６５で作成された熱エネルギーのかなりの部分は、ジュール加熱に起因し得る。また、ＲＦエネルギーは、強磁性材６５のヒステリシス損失のせいで強磁性領域において熱エネルギーに変換することができる。
強磁性材６５は、約５倍の皮膚の深さに相当する厚さを有するように構成され、導体６６を流れる交流電気エネルギーの実質的に全てが、強磁性被覆６５にジャンプする。皮膚の深さは、導体６６及び／又は強磁性被覆６５を流れる交流電気エネルギーの周波数の関数であるため、約５倍の皮膚の深さを達成するために必要な強磁性材６５の厚さは、導体６６に送達される交流電気エネルギーの周波数に応じて変化し得る。例えば、導体６６への電気エネルギーの高周波交流の提供により、強磁性材６５の薄層は、強磁性材６５にジャンプする交流電流の実質的に全てを提供するのに十分である。本発明の一態様によれば、熱要素６０は、それに配置されたパーマロイ（商標登録）の１０μｍの層を有する０．５ｍｍの直径で構成され、４０．６８ＭＨｚの周波数を有する交流電流を導体に供給することは、交流電流の実質的にすべてをパーマロイ（商標登録）の層にジャンプさせる。
チップを含め最大信号源からのＲＦ導体は（同調回路としても知られる）特定の周波数で共鳴回路を形成してもよい。従って、交流電流が導体６６に供給されるときに、回路の定在波比（「ＳＷＲ」）は、室温で約１である。熱要素６０が加熱されると、熱要素６０のインピーダンスは、変化し、それによって、全体の回路のインピーダンスを変化させる。直接的にあるいは間接的に図２に示された回路のインピーダンスの監視は、熱要素６０の温度に関する情報を提供する。従って、回路のインピーダンスの監視は、熱要素６０の温度を制御するために使用することができる。さらに、回路内のインピーダンス変化は、反射電力の量に影響を与え、従って、ＳＷＲの変化はまた、（図３に示すように）監視され、熱要素６０の温度を制御するために使用することができる。従って、例えば、熱要素６０の温度は、摂氏約＋３０度乃至−３０度の範囲にある特定の温度、好ましくは摂氏約＋２０度乃至−２０度の範囲にある温度、より好ましくは摂氏約＋１０度乃至−１０度の範囲にある温度、さらに好ましくは摂氏約＋５度乃至−５度の範囲にある温度に制御される。強磁性加熱することによって達成一つの利点は、強磁性体６５が急速に切断温度に加熱することができることである。いくつかの例では、強磁性材６５は、秒（例えば１００ミリ秒などと短い）の小画分で加熱することができる。さらに、強磁性材６５の比較的低質量、導体６６の小さな熱質量、および、本体５０の構成による小さな領域における加熱の局在のため、材料は、（例えば、いくつかの例では約二分の一秒で）非常に急速に冷却する。これは、熱器具が活性化されていないとき、組織に触れることによって生じる偶発的な組織の損傷を低減しつつ、正確な熱器具を外科医に提供する。
熱要素６０を加熱し冷却するのに必要な時間は、導体６６と強磁性被覆６５の相対的な寸法および外科用器具の構造の熱容量に部分的に依存することが理解されるであろう。例えば、熱素子の加熱および冷却のための上記の例示的な期間は、約０．３７５ｍｍの直径を有するタングステン導体及び約０．０１０ミリメートルの厚さ及び二センチメートルの長さのタングステン導体の周りの（ウェストヘーヴンのEnthone,Inc.から入手可能なNIRON（商標登録）などの）ニッケル鉄合金の強磁性体のコーティングで達成される。
本発明の１つの利点は、鋭いエッジが必要とされないことである。電源が外科手術器具に供給されていないときは、落下や取り扱いを誤った場合でも、器具が誤って患者のまたは外科医の組織を切断しない。電力が導体６６と強磁性体６５に供給されていない場合、器具の「切断」部分は、損傷のリスクなしにタッチされる。これは、取り扱いを誤った場合に患者または外科医を傷つける鋭利な切断刃とは対照的である。
外科用器具１０は、適用されている電力の指標を含み、さらに電力を制御するための機構を含むことができることを理解すべきである。したがって、例えば、一連のディスプレイ５２は、電力レベル、または、スイッチ、回転ダイヤル、ボタンのセット、電力を調整するために電源３０に連通し組織に可変な効果を持つために強磁性材６５の温度に影響を与えるタッチパッド又はスライド５４を含む、ハンドピースのような本体５０を示すために使用することができる。例えば、制御ダイヤル３２などの制御部は、電源３０に含まれ、あるいは、リモートコントロールなどの別々の制御器具に含まれる。その他の追加は、ハンドピース５０、電源３０、リモートコントロールなどの様々な場所に配置される。
強磁性材６５の温度の調節は、手術器具の使用によって達成され得る組織効果の正確な制御を外科医に提供することができる。切断、止血、組織溶接、組織気化および組織炭化などの組織効果は異なる温度で生じる。電力出力を調整するためのユーザ制御を含むことによって、外科医（または他の医師など）は、強磁性材６５に供給される電力を調整し、その結果、所望の結果を達成するために組織効果を制御することができる。
さらに、熱本体５０への電力供給は、電源３０またはハンドピース５０で制御するフットペダルによって受け入れられる入力によって達成することができる強磁性被覆導体を駆動する定在波を達成するために、振幅、周波数または交流電流波形のデューティサイクル又は交流電流を変えることによって制御することができる。
さらに、より詳細に以下に述べるように、外科用器具１０は、熱要素６０を取り外し可能に受け入れることができるハンドピース５０で構成することができる。例えば、様々な取り外し可能に取り付ける外科用チップ５８は、それに関連した異なる熱要素６０（例えば、サイズや形状が異なる等）を有する。したがって、様々な構成の熱要素６０は、ハンドピース５０と共に使用することができる。
図４を参照すると、本発明の熱外科手術器具１０のブロック図が示されている。ハンドピース５０は、電流感知、温度感知、インピーダンス感知などに応答可能である。熱要素６０から収集されたデータは、実質的に連続的した基盤の電源３０に送ることができる。例えば、データは、約１０ミリ秒の短い間隔でマイクロプロセッサを供給するために送信されてもよい。
一つ以上の感知回路は、使用中に、どのくらいの電流が熱要素６０に供給されているか、回路等のインピーダンス、又は熱要素６０の動作特性の組み合わせなどの熱要素６０の種々の動作特性を監視するために使用することができる。例えば、ピーク検出装置１００は、（例えば、チップの回路基板トレース又はハンドピースまたは電源の対応する抵抗器などの）抵抗器１０４の両端の電圧降下を測定することにより、チップ６０に供給される電流を決定することができ、それは、チップに流れる電流と直接的に一致する。電圧降下は、オームの法則（Ｖ＝ＩＲ）による回路のブランチにおける電流に正比例する。電圧が高いほど、より多くの電流が分岐を通って流れる。抵抗器１０４の両端の電圧は、その動作範囲内で、４０．６８ＭＨｚ信号のピークなどの信号のピークを追跡するためにピーク検出回路を通って通過させることができる。
また、センシング回路は熱要素の温度に関するフィードバックを提供する、熱要素６０のインピーダンスを検出することができる（図２および３）。回路の出力は、ＤＣ、マイクロコントローラ、デジタル変換器等（「ＤＡＣ」）、マイクロプロセッサ、アナログなどの変換器１０８に供給される電圧及びデジタル化することができる。このデータは、電源３０に実質的に連続的に送られてもよいし、電力制御アルゴリズムで使用することができる。それは、一つ以上の感知回路は、制御卓等、ハンドピース、取り外し可能な外科用チップ、遠隔に位置する単位として、本発明の熱外科用器具システムの様々な位置に配置されてもよいことが理解されるであろう。
熱要素６０の種々の特性を感知するため、チップ６０上の強磁性材６５の高透磁率（高μ）の性質が必要であり得る。これは、現在考えられている、すなわち、通常の動作中に、電流の流れの大部分が強磁性材６５を通って表皮効果に起因し得る。現在のあまりに多くが、強磁性材６５が流れると、キュリー温度に達することがあり、強磁性材６５の透過性が劇的に低下することがあります。その結果、電流が熱要素６０の抵抗を、低減導体６６を介して、より顕著に流れ始める。抵抗が一定の電力レベルで減少すると、電流が増加すると、検出抵抗１０４の両端の電圧も増加する。したがって、現在、キュリー温度に達する又は表皮深さが増加すると、加熱されたチップ６０の抵抗の低下に寄与する。それは電流の増加は、キュリー温度として起こることが観察されたことを超過するように超えていると考えられている。

【0033】

図５を参照する。本発明の一態様によれば、このような導線の導体６６を有する外科用チップの一部分の断面図が示されている。これは、組織内の正確なカット、又は他の材料となるように導体６６が比較的小さい直径または断面を有することが望ましい場合がある。しかし、それはまた、導体６６は、比較的剛性であり、組織に遭遇したとき、曲げに抵抗することが望ましい場合がある。この特性を有する金属の例は、タングステン、チタン、ステンレス鋼、ハイネス１８８、ハイネス２５を含んでいてもよい。
導体６６に用いられる材料の他の特性が重要であり得る。これらの特性は、材料の抵抗率は、材料の熱的および電気伝導率、材料の熱容量、熱膨張係数の材料、材料のアニーリング温度、及び材料を含む、第２の材料をめっきする能力を含んでいてもよい。

【0034】

導体６６として使用する材料を選択する際に、そのような材料による抵抗加熱に導体６６の加熱を最小限に抑えるために低い抵抗率を有しながら、曲げに対する抵抗の最大量を有することが重要であり得る。さらに、それはまた、熱をこのように使用されていない場合に外科手術用チップは、急速に冷却する。導体６６に記憶されないように、材料は、低熱容量を有することが重要であり得る。これは制限を助け、手術部位の隣接構造への巻き添え被害を防ぐことができます。

【0035】

また、導体６６は、十分に高いアニール温度を有する材料で構成されることが望ましい。時々、外科用チップは、約摂氏４００度と５００摂氏度の間、温度で動作させることができる。このように、導体６６の特性の変化を避けるために、導体として使用される材料のアニーリング温度は、外科用チップの予想動作範囲よりも十分に高くあるべきである。

【0036】

また、支持体７０は、強磁性のめっきを容易にするような強磁性被覆７８の強磁性材６５の熱膨張係数に近い熱膨張係数の値を有する材料で構成されることが望ましいかもしれない。一部の構成では、導体６６に７８をコーティングする。

【0037】

これは、外科用チップの通常動作中（ヤング率）曲げに対する十分な耐性を有するいくつかの材料は、十分なめっき整合性のためには低すぎる熱膨張係数を有することができることが観察されている。したがって、１つまたは複数の介在層７４は、熱膨張係数を有する中間体が導体６６上にメッキされてもよい。
導体６６に用いられる材料に関する別の重要な要因は、電気を伝導する能力であってもよい。そこに十分な支持を提供する複数の材料があるが、十分に導電性ではない。導体６６の任意の望ましくない性質又は特性を最小にするようにこのように導体６６は、異なる材料の複数の層から構成されてもよい。

【0038】

例えば、導体６６を有していてもよい１つ以上の導電層を、銅、銀、など、または他の導電性材料７４としてその上に配置する。介在層７４は、エネルギーはチップがより急速に冷却することができように、かなりの抵抗を加熱せずに通過することができます。（図５の断面図は正確な縮尺である必要はなく、支持体が本明細書に記載の他の層の厚みよりも直径がはるかに大きくてもよいことが理解されるであろう。）また、当然のことながら、導電性介在層７４は、導体６６の全長を延長することができる。

【0039】

図５はまた、強磁性層または介在層７４に隣接して配置された被覆を示している。強磁性層またはコーティング７８は、介在層７４上にめっきすることができる。強磁性被覆７８が規定の位置で導体６６の一部に沿って配置することができるのみ加熱が所望される領域における外科チップに沿って局所的な加熱を提供するようになっている。例えば、強磁性層またはコーティング７８は、所望の領域における局所加熱を提供するように導体６６の長さなど、約９０％、５０％、１０％未満に沿って配置されてもよい。換言すれば、強磁性材料が延びる長さは、導体６６の長さより小さくてもよい。強磁性被覆７８を容易にする高い透過性を有していてもよい。強磁性コーティング７８は、急熱の冷却を容易にするために、比較的高い熱伝導性と低熱容量を有することができる。

【0040】

強磁性被覆７８が露出していてもよい又は強磁性被覆７８と患者の組織との間の反応がないことを保証するために、生体適合性材料から作られた外部被覆８０で覆われていてもよい。外部コーティング８０はまた、外科チップに生物学的組織の付着を低減することによって処置されている外科手術用チップ部と組織との間の潤滑剤として作用し得る。例えば、外部コーティング８０は、窒化チタン（またはその変異体の１つ）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）または他の生体適合性材料のホストであってもよい。

【0041】

外側層８０は、強磁性体６５と介在層７４、および／または支持体７０の層の酸化を防止するための酸素障壁として作用することができ、例えば、それが支持体７０の酸化が生じる可能性があることが観察されている。これは、外側層８０は、そのように実質的に強磁性材料を被覆する強磁性被覆７８を覆うように、全体の導体６６は、また、外側層は、導体６６上に配置することができるような導体６６の上に配置されてもよいことが理解されるであろう。

【0042】

本発明の一態様によれば、熱要素６０は約２−５皮膚の深さに対応する断面厚さおよび断面厚さも約２に対応する強磁性層を有する中間層を有する導体を含むことができる。例えば、図１に示すような４０．６８ＭＨｚの周波数を有する振動電気エネルギーを受信することは、約５００−７５０μｍの直径を有する導体６６を含んでもよい。
なお、本発明の熱伝導要素は、５より大きい皮膚の深さに対応する断面厚さを有する強磁性層を含んでもよいことが理解されるであろう。感熱素子の温度を制御することは、感熱素子は、温度が制限されなかった場合は、感熱素子が経験するより極端な熱サイクルに比べて、対象となる温度範囲を減少させることができる。熱素子の温度を制御するような極端な熱サイクルを減少させるので、本発明の原理に従って使用される熱素子は、良好な構造的完全性を有していてもよい。従って、導体上にプレーティングし、強磁性材６５の薄い層に加えて、強磁性体スリーブ及び固体強磁性加熱素子を用いてもよい。

【0043】

熱要素６０（あるいはチップ）が着脱可能にハンドピース５０で受信されるように構成することができるシュラウド５８（図１）に結合することができる。チップ６０はまた、コンピュータの記憶装置を含むことができるような電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ、特にチップ６０に関連する特定の構成パラメータを格納し、手術用ハンドピース５０又は電力制御システム３０内のマイクロプロセッサに、それらの設定パラメータを送信する。電力導体６６に配信されると、強磁性材６５は、供給される電力に応じて加熱することができる。電流が導体６６を介して指示されると非常に迅速に加熱し、素早くクールダウンも停止する。
それは、種々の熱要素６０は異なる熱要素は、特定の外科処置における使用のために、異なる大きさ、形状等を有し、および／または特定の外科用デバイスに関連して使用される構成であるように構築されてもよいことが理解されるであろう。

【0044】

例えば図６（ａ）は、解剖ループを示し、図６（ｂ）は、切除ループを示しています。図６Ａおよび６Ｂは、本発明の熱要素の異なる形状およびサイズを説明するために示されており、本発明の範囲を限定するものではない。さらに、図６は、解剖ループは導体上に配置された強磁性材６５の長さと比較して、導体６０上に配置された強磁性被覆の短い長さを有することができるように、強磁性材６５は、様々な長さの導体６０に沿って延びることができることを示している。

【0045】

また、本発明の熱要素６０に配置されてもよいし、あるいはむしろスタンドアロン構成に比べて、外科用器具の表面に埋め込まれる。例えば、熱要素６０は、図２に示すように、器具１５を切断するとともに使用するために構築されてもよい。使用時には、シーリングおよび／または器具１５の切断は、チップ部２０Ａの周囲に配置されてもよい。チップ部２０Ａおよび２０Ｂは、ユーザの手に保持されているアーム３０Ａ、３０Ｂの端部に配置されてもよい。ダクトまたは組織への圧力を提供するために、ヒント２０Ａ、２０Ｂを引き起こし、器具の３０Ｂを絞ることがあります。電気エネルギーは、その後、加熱した。能動素子で発生した熱は、ダクトまたは組織が密封させるために、ダクト又は組織に適用される。本発明の一態様によれば、第２のエネルギーレベルが離れてダクト又は組織を切断するのに十分に第２の熱要素６０を加熱するために第２のサーマル素子６０に印加されてもよい。
一つ以上の感熱要素６０は、その表面上に配置さを有する。図７Ｂは、熱要素６０に配置された鉗子を示し、図７Ｃは、メスに配置された熱要素６０を示す。一つ以上の熱要素６０は、熱要素６０で発生した熱と手術部位の組織を治療するための提供するために示されていない他の手術器具上に配置することができることが理解されるであろう。

【0046】

さらに、熱要素６０の各クラス（例えば２ミリメートルループ（図６Ａ）は、４ｍｍのループ（図６Ｂ）切除シール等の要素（図７Ａ）を切断する）の下でその挙動で特徴付けられる。以下の情報は、サーマル素子６０の各クラスについて、収集され、電力制御アルゴリズムの定数、またはコンフィギュレーションパラメータを作成するために使用される。
チップの構成パラメータや定数は、次のものがある。

【0047】

【表1】

【0048】

前述のパラメータの１つまたは複数は、一貫した方法で器具に所望の電力を供給するため、外科用器具の熱要素６０がキュリー点を超えるのを防止するため、および／または熱外科手術器具の過熱及び所望の位置以外の器具の加熱を防止するために、電力制御システムによって使用されてもよい。電力制御システムは、電力制御アルゴリズムモジュールおよび／または器具への電力供給を制御するために、単独または組み合わせて使用することができるハードウェアを有するソフトウェアを含んでもよい。

【0049】

一貫性のある電力供給は、制御ループフィードバック機構を用いて達成することができる。フィードバック機構は、一つ以上の比例積分微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）を含むことができる。図８は、カスケード接続されたＰＩＤコントローラのブロック図を示す。内側ＰＩＤコントローラ１００は、その入力にフィードバックパラメータとして（矢印１０５によって示される）順方向電力を使用し、対照として（矢印１０６で示す）バイアス電圧を出力することができる。内側ＰＩＤコントローラ１００は、電力レベルによって調整することができ、（すなわち、コントローラ１００はＰＩ制御器であってもよい）誘導体定数の使用を必要としなくてもよい。外側ＰＩＤコントローラ１１０は、その入力にフィードバックし、出力内側ＰＩＤ１００にレベル（矢印１１８で示す）目標パワーとして（矢印１１５で示す）のチップ電流を使用することができる。（ＰＩＤコントローラは比例定数のみを使用することができる）。これらのコントローラの組み合わせは、最大チップ電流を超えることなく、ターゲット電力で一貫性のある制御を提供することができる。

【0050】

図４は、主に、順方向電力に基づいて、外科用チップ部の温度の制御を示し、チップ温度はまた、反射電力、定在波比、または正味の電力を測定し、制御することによって順方向電力マイナス反射電力を監視することによって制御することができる。本発明の一態様によれば、熱素子の温度が素子はキュリー温度を超えないように熱素子に供給される電力の量を調節することによって制御することができる。本発明の別の態様によれば、熱素子の温度は、要素が、実質的にユーザが所望するより具体的な温度を維持するように熱素子に供給される電力の量を調節することによって制御することができる。

【0051】

図９は、本発明の原理によるＰＩＤコントローラを使用してカスケード接続された電流制限効果の一例を示すグラフである。進行波電力（ＦＷＤ）１３０は、実質的に（右軸上４５００）４５Ｗのセットポイントを超えていない間に、現在の（ＨＰ−Ｉ）１２０は、一定であることに留意する。また、電力の制御は、実質的に４５Ｗに維持することができる。また、チップを防止することもあり得る。所望に応じて、チップ電流が所定の限度を超えないように、チップが実行してもよい。

【0052】

さらに、チップ部６０（図１）の加熱は、図１に関連して以下に説明するように状態機械を使用して管理されてもよい。簡単に言うと、発生した熱は、主にそのロード中に放散することができる。チップ電流が直ちに増加する負荷から除去され、熱がシュラウド５８、続いて、ハンドピース５０に戻されてもよい。しかし、制御アルゴリズムは、熱要素６０が空気走行中である時間の量を最小化することができる。装置は、組織を治療するために使用されていないときに、外科用熱要素６０の電力出力を最小限に抑えることがハンドピース５０への熱伝達を最小にし、外科医のための装置をより快適になる。さらに、熱要素６０の過熱を防止し、装置は、組織を治療するために使用されていない場合でも、熱素子の温度を低下させることが強磁性体６５への損傷を防止する。

【0053】

上述したように、状態マシンは、空気中にあるとき熱要素６０に供給される電力の量を最小限に抑えながら、強磁性材６５が、組織中を加熱する所望の電力を提供するように設計されてもよい。これは提示することができる特定の課題は、物理的に、たとえば、空気と組織間を移動する器具の適切な対応である。この課題を克服するために、ソフトウェアは、例えば、（高いＳＷＲ空気を示し、低ＳＷＲは負荷を示す）チップの状態を判定するためのトリガとしてＳＷＲを使用することができる。

【0054】

本発明の一態様によれば、熱要素６０の手術環境を定期的に熱の挙動特性に熱影響を与える要素に増加電力のパルスを送信し、監視するなどして、決定することができる（インピーダンス、ＳＷＲなど）。サーマル素子６０がウェル組織に結合されている場合などは、熱要素６０の温度が（等電流、インピーダンス、ＳＷＲの変化、すなわち、比較的低い速度）を適度に上昇する。しかしながら、熱要素６０が不十分に結合される場合（すなわち、熱素子が空中にある）場合、等電流、インピーダンス、ＳＷＲの変化率は、高い熱伝導素子が急速に加熱されていることを示す。電流、インピーダンス、ＳＷＲなどにおける変化率が検出される場合には、電力制御システムは、大幅に熱要素６０および／または過熱の過熱を防止するために、熱要素６０に供給される電力の量を制限することができる。

【0055】

大きな温度差および／または極端な熱サイクルにさらされたとき熱素子が損傷する可能性があるため、過熱を防ぐため、熱要素６０に供給される電力の量を制限することも重要であり得る。例えば、大きな温度差による熱要素を供してずっと涼しい組織または液体と接触させること、次いで空気中で熱素子を加熱する場合は、特に、骨折への熱素子を構成する材料を引き起こす可能性がある。例えば、空気及び液体を移行する際にこのように、熱要素６０に電力供給を制限し、それによって熱素子に達する温度を制限することによって、それが壊れにくくすることができる。

【0056】

次に図１０は、本発明の原理による図５の段階状態機械が示されている。追従状態機械の説明は、所与の状態に滞在の長さを決定するための「カウント」を利用することができる。これらのカウントは、内部ＳＷＲ計からそれぞれの新しいサンプリングインクリメントされてもよい。これらのサンプリングは、利用可能である。負荷状態２５０で、有効な電力制御を確実にするために、ソフトウェアは、定期的に内部電力測定値を検査し、ＳＷＲ計から読み出された値を比較することができる。かなりの誤差には、電源アラームが表示され、ＲＦ無効（約５Ｗまたは電力の２０％のいずれか大きい方の差）が存在する。

【0057】

ＲＦは、オンされると、これは、状態２１０が所望の出力レベルに制御電力目標を設定することができる。エントリでＲＦと呼ばれることもある。また、状態２１０でＲＦの間に、ＳＷＲチップ電流のピーク値を監視することができる。この状態の目的は、チップ６０の電力の初期条件を決定することであってもよい。一部の外科医は、空気中のチップ６０を活性化し、次に、組織をタッチし、他の人が組織に触れている間、その後、チップ６０を活性化することができる。したがって、状態２１０でＲＦチップ６０が完全にそうである場合には電力供給されることを可能に組織と接触してオン状態またはチップは、出力電力を制限する電流及び／又は唯一のチップ６０は、待ち状態２１０でＲＦに残存させることのいずれかである。

【0058】

状態２１０上のＲＦから、チップ６０は、エアー状態２２０または負荷状態のいずれかを入力することができる。２５０は、特定の測定されたパラメータによって異なります。ピークＳＷＲやチップ電流が目標電力設定は高すぎる場合など、チップ６０は、エアー状態２２０に入ることができる。例えば、１２５カウント（例えば５００ミリ秒）後、チップが負荷状態２５０に入ることができる、後のピークＳＷＲが目標電力範囲内である代替的にあればそれは、任意の特定の持続時間チップは、本明細書に記載される特定の状態のままであることが理解される。従って、例えば、本発明の一態様に係るチップ６０は、エアー状態２１０から負荷状態２５０に入ることができるピークＳＷＲは２５０カウントの代わりに、１２５カウントの範囲内にある。

【0059】

より具体的には、エアー状態２２０を入力することが可能な組織として十分なヒートシンクに接触していない。チップ加熱を最小限にするエアー状態２２０に入るには、パワーが低く設定してもよい。エアー状態２２０を終了し、２つの主要な方法は、低ＳＷＲや反射電力の急激な減少の検出があります。反射電力の傾斜が安定するまでエアー状態２２０が早期に（出力電力を下げるとき例えば反射電力の急激な減少にも発生する可能性があります）終了していないことを確実にするために、ソフトウェアが最初に待機することがあります。一旦安定した、反射電力のＳＷＲと傾きが（以下でより詳細に説明する）終了条件についてモニターすることができる。

【0060】

空気失速状態になるチップ６０を防止するために（または低電力レベルで）状態を定期的に自動プリロード状態２３０に配信状態２２０から変化してもよく、例えば、チップ部６０がある場合１秒以上の空気状態２２０は、状態をより積極的にチップ部６０の状態をテストするために（以下でより詳細に記載する）プレ負荷状態２３０に変更してもよい。プリロード状態２３０にチップ６０を変更しても、大幅にパワーネット高めるべきではありません（６０Ｗに設定された電力でたとえばチップ６０は、空気中で動作し、このアクティブ試験方法は、約１８．７５Ｗの総電力を供給する）。

【0061】

エアー状態２２０からの予圧状態２３０への終了条件は、例えば安定である反射電力の傾き、５カウント（例えば２０ミリ秒）を含むことができる。

【0062】

プレ負荷状態２３０が安定状態として記述することができ、負荷状態２５０への前提条件として入力することができる。プレ負荷状態２３０へのエントリ時に、電力が目標値とＳＷＲに設定することができる。プレ負荷状態２３０の総持続時間は約３１および６２カウントの間であってもよい。最初の３１カウント（約１２５ミリ秒）の場合、システムは、電力制御が安定しているとき、許容範囲外の簡単な遷移を可能にする。残り３１カウントのため、ＳＷＲが有効性を監視することができる。これにより、チップ部６０が空中にある場合であっても、それだけで約１２５ミリ秒（ならびに現在限定されている）のための目標電力で作動しているであろう。

【0063】

さらに、むしろエアー状態２２０を超えた場合、アルゴリズムは予圧状態２３０が負荷状態２５０に行くことを意図して入力されたという仮定を行い、遷移状態２４０の代わりに移る。

【0064】

プレ負荷状態２３０から、チップ部６０は、特定の測定されたパラメータに応じて、負荷状態２５０または遷移状態２４０のいずれかを入力することができる。ＳＷＲは約６２カウント（約２５０ミリ秒）の範囲にあるときに、例えば、チップ６０は、負荷状態２５０に入ることができる。ＳＷＲは約３１カウント後の目標電力設定の制限を超えた場合に代替的には、チップが遷移状態２４０に入ることができる。特に遷移状態２４０に複数を参照すると、遷移状態２４０は、プリロードのいずれかから入力されてもよい状態２３０または負荷状態２５０、および、チップ６０の現在の状態などを決定するために、中間工程として用いる。遷移状態２４０に入るときに、パワーが大きい５カウントのために最も低いレベル（例えば５Ｗ）に設定してもよいし、ＳＷＲが目標電力ＳＷＲの限度を下回る。

【0065】

そのため、遷移状態２４０を大幅に積極的にチップ６０の現在の状態をチェック、空気からの予圧状態２３０への変更と同様、そのチップ６０に供給される電力を減少させることができる。ＳＷＲが５つの連続試行限界を超え、それ以外の場合は、前の状態（プリロード２３０または負荷２５０のいずれか）がリセットされてもよい、それはチップ６０が空中にあると仮定してもよいし、状態に応じて変更してもよい。１秒以上の負荷状態２５０で費やされたときに電力制御アルゴリズムは、この時点でパワー安定性をとることができるように、あるいは、試行カウンタがリセットされてもよい。

【0066】

遷移状態２４０から、チップ部６０は、特定の測定されたパラメータに応じて、プリロード２３０またはエアー状態２２０に入ることができる。チップ６０は、少なくとも５カウント（２０ｍｓ）のための遷移状態２４０にあり、ＳＷＲが目標電力の限度を下回ったときに、例えば、チップ６０は、プリロード状態２３０に入ることができる。チップ６０は、代わりにエアー状態２２０に入ることがある。

【0067】

判定は、現在の空気／負荷状況を判断しているとき、チップ６０は、電源が安定したと見なされ、ＳＷＲ限界内で動作しているときにプレ負荷状態２３０から負荷状態２５０を入力するか、遷移状態の再入力ができる。チップ６０は、目標電力レベルの制限のＳＷＲが増加するような時まで、例えば、負荷状態２５０のままであってもよい。ＳＷＲが５連続した数（約２０ミリ）の目標電力設定の制限を超えた場合に、より具体的には、負荷状態２５０を終了することがある。制御アルゴリズムは、チップが大気中であることを特定の状態で所望の動作範囲内にチップ６０を維持するように電源装置を動作させるために使用される。したがって、特定のチップのために、構成パラメータは、温度や電源の制限だけでなく、このようなチューニングインピーダンスやリアクタンスと、ＳＷＲ定数などの操作やコントロールパラメータなどの動作特性を決定する。論じたように、チップ自体はＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に記憶されたデータを有しており、チップが外科用ハンドピースに接続された電源にその情報を提供することができる。あるいは、チップ部６０は、値の異なるチップ構成で異なり、特定のチップ構成を識別する抵抗として識別要素を含むことができる。これにより、電源は抵抗の値を感知し、チップ構造は、その固有の抵抗値に対応するテーブルから決定することができる。電源自体が記憶されたチップの異なるタイプの動作パラメータを有し、動作パラメータは、外科用ハンドピースに接続されたチップで使用されるべきかを決定するための識別要素を使用することができる。これは、構成パラメータは、電力供給とは別個のコンピュータまたはデバイスのような別の場所に格納することができることが理解されるであろう。

【0068】

図１１は、間欠的に、本発明の原理に係る電気手術器具のチップ部に供給される電力を増加させるため、一般的に１４０で示される開始／終了期間線分群のグラフィカル表現が示されている。周囲の組織への最小限の巻き添えられた熱損傷で組織を凝固させるために所望より低い温度、例えば、外科手術で器具を操作するとき、チップ６０の部分は、組織に付着する傾向がある。このような状況下では、電力制御アルゴリズム１４０は、実質的に治療される組織に付着するチップ６０を防止するように間欠的にチップ６０に供給される電力を増加させるために使用されてもよい。断続的な電力サージが瞬間的に組織に付着するチップ６０の防止に役立つ強磁性層６５の温度を上昇させることができる。例えば、電力制御アルゴリズムは、約９０ミリ秒の持続時間のためにチップ６０に５Ｗ以下を送達する１０ｍｓの間、約３０Ｗへの電力を増加させる。これは、配信の力を理解されるであろうし、その運搬のそれぞれの期間は変更になる場合がある。

【0069】

本発明の一態様によれば、熱外科用器具は、選択的に、ユーザは、外科用チップへの電力送達は、固定パワー指標またはモードに応じて管理されているモードで器具を操作できるように制御することができる場所への電力供給外科用チップが繰り返し実行パワープロファイルに従って管理される。例えば、電力供給管理を選択的に示すフットペダル２０を作動させることによって制御することができる。

【0070】

本発明の一態様によれば、システムは、選択的に、チップが活性化されるべきモードを制御するためにユーザによって使用することができる少なくとも二つのフットペダル２０を含んでもよい。ユーザは、例えば、組織を切開したい場合にこのように、彼または彼女は、固定パワー指標（例えば、約６０Ｗ−約５Ｗ）に記載のチップに電力を供給するための第一のフットペダル２０を作動させることができる。ユーザは、例えば、組織を凝固したい場合、代わりに、彼または彼女が繰り返し実行される電力プロファイルに従ってチップに電力を供給するために第二のフット・ペダル２０を作動させることができる。

【0071】

図１２は、本発明の電力プロファイル制御アルゴリズムを説明するためのフローチャートが示されている。電力の断続的な増大を提供することによって、熱外科用要素の外科用チップへの電力供給を管理することに加えて、電力プロファイル制御アルゴリズム１４０は、上記と同様の状態機械を用いてチップへの電力供給を管理することができる。

【0072】

図１３に示すように、本発明の原理に係るサーマル外科手術用器具の状態管理の一例のグラフが示されている。

【0073】

図１４は、図のグラフ表示の拡大図を示す。

【0074】

図１５は、図のグラフィカルな表現のクローズアップビューを示す。

【0075】

図１６に示すように、温度スペクトルが開示されている。組織は、（例えば、導体上に配置された強磁性材料のような）組織処置要素と異なる温度で異なる反応があり、したがって、異なる組織に対する処置は、異なる温度範囲で行うことができる。次の温度が有用であることが見出された。血管内皮溶接は摂氏５８−６２度で最適である。粘着なく、組織の止血は、７０−８０度Ｃで達成することができる。より高い温度で、焼け付くような組織および封止をより迅速に生じ得るが、凝塊はビルドアップができる。組織の切開は、縁で組織接着にいくつかのドラッグで、摂氏２００度で達成することができる。組織切除および気化は４００−５００度摂氏の範囲で急激に発生することがあります。特定の組織の治療が患者に有害転帰のリスクを最小化するために起因組織タイプ及び患者の相違を含む不整合が幾分可変であってもよいが、熱的、外科用器具への電力供給の制御が望ましい。

【0076】

改良された電気外科および／または熱的外科用器具および外科器具へのエネルギー源からの電力の送達を制御するためのシステムが開示されている。これは、多数の変更が特許請求の範囲から逸脱することなく本発明に対してなされ得ることが理解されるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【国際調査報告】