一种射频发生器及利用该射频器产生射频能量的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种射频发生器及利用该射频器产生射频能量的方法。
【背景技术】
[0002]医用射频发生器，是高频类手术设备的硬件核心部件。又称其为医用高频发生器。高频类手术设备，广泛用于对目标组织的消融、凝血、切割。目前，高频类手术设备，已经成为外科手术或微创肿瘤治疗不可或缺的医用电子设备。
[0003]目前市面上的各类、各品牌的高频类手术设备，其高频发生器可分为两大类:一类是以高频电刀为代表的设备。另一类是以射频消融系统为代表的设备。
[0004]以高频电刀为代表的设备，没有功率放大器单元，利用高频功率振荡器直接将输入电源转换为所需频率和功率的结构。其中，高频功率振荡器主要有三种形式:火花式振荡器、电子管式振荡器、固体振荡器。高频电刀的基本结构如图1所示。由于没有高频功率放大器单元，是通过振荡间隙时间来调整输出功率大小的。高频电刀的特点是:(I)输出电压高，最大开路峰峰电压值Vp-p可达数千伏。(2)能适应的负载阻抗范围大，负载从30 Ω-1500 Ω皆能获得预期的输出功率。高频电刀的设定功率随负载变化曲线如图5-1所示。(3)应用科室广泛，几乎所有科室都可以用于对其相应的目标组织的切割和凝血。(4)但并不适合与对目标组织的消融和治疗，包括心脏消融、肝脏肿瘤消融、甲状腺消融和治疗等。其原因在于:
(I)输出电压一直处于很高的状态且其电压值是相对固定的，输出功率的大小仅与其间隙时间大小有关。高频电刀在不同功率设置下，负载为100 Ω时的输出波形如图7-1、图7-2和图7-3所示。无论是心脏消融还是肝脏肿瘤消融，其病灶组织的阻抗主要集中在低阻区域，上述那么高的电压注入病灶时，极短的时间内就会令电极周围组织碳化，能量无法继续注入病灶，不能达到预期的消融范围，且伴有剧烈的电火花，潜在的风险巨大。(2)为了调整输出功率大小，除主载频率(200ΚΗζ-1000ΚΗζ)外，还包括频率为f = 1/(TQN+TQFF)的低频调制波，该频率大都选在10KHz-30KHz范围，这个频段的电流对人体肌肉和神经有一定的刺激作用。
[0005]以射频消融系统为代表的设备，利用功率放大器单元将输入电源转换为所需频率和功率的结构。高频功率放大器单元主要有四种形式:A类、B类、AB类、C类。射频消融仪的基本结构如图2所示。现有射频消融设备的特点是:(I)为减少对肌肉和神经的刺激，以及减少或避免对治疗电极临近组织的碳化程度，必须以恒功率方式输出连续高频等幅度波。因此，高频电刀的功率调整方式并不适合于用于消融或治疗的射频设备。(2)功率放大器单元为模拟放大器，即功率放大管犹如一个可变电阻，高频驱动信号幅度越大，功率放大管打开得更多，导通电阻越小，流过的输出电流越大，则负载获得的功率越大;高频驱动信号幅度越小，功率放大管打开得更小，导通电阻越大，流过的输出电流越小，则负载获得的功率越小。由于功放管自身损耗较大，需要采用较大的散热器、散热风机等散热措施。(3)输出电压低，最大开路峰峰电压值Vp-p—般在800V以下。由于射频消融系统主要工作在低阻区域，输出电压不能太高，若电压过高，达不到对病灶的消融或治疗的目的。(4)恒功率区域的负载阻抗范围小，且集中在低阻区域。以肝脏射频消融设备为例，其恒功率的负载范围为10 Ω-150Ω。若要增加恒定功率的负载范围的上限值，则必须增加功率放大器单元的直流输入电压，则当工作在低阻抗区域时，模拟功率放大器单元的功放管需要承受更高的管压降，功耗增加，可靠性进一步降低。(5)用于不同科室的射频产品的恒功率区域的负载阻抗范围差别巨大。肝脏射频消融的设定功率随负载变化曲线如图5-2所示。(6)特别适合对其相应的目标组织的消融或治疗。(7)由于最大输出电压较低，阻抗上升后，输出功率急剧下降，在高阻抗区的负载所能获得的功率很少，无法对目标组织进行切割作用。
[0006]综上所述，高频电刀的负载从30Ω-1500 Ω皆能获得预期的输出功率，应用科室广泛，几乎所有科室都可以用于对其相应的目标组织的切割和凝血，但不适合与对目标组织的消融和治疗。而射频消融设备的恒功率的负载区间较窄，主要工作在低阻等特定的阻抗区域，特别适合对其相应的目标组织的消融或治疗，但又无法对目标组织进行切割作用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种射频发生器及利用该射频器产生射频能量的方法，其既可以作用于目标组织的切割和凝血，又可以作用于目标组织的消融或治疗。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种射频发生器，包括依次连接的输入电压单元、智能电源单元、电压采集单元、功率放大单元、输出单元和负载单元;电压采集单元与智能电源单元之间连接有处理器单元；功率放大器单元与处理器单元之间设有电流采集单元;其中，输入电压单元，用于为智能电源单元提供直流电压;智能电源单元，用于为功率放大器单元提供可变的直流电压；电压采集单元，用于采集智能电源单元的实际输出电压；电流采集单元，用于采集智能电源单元的实际输出电流;处理器单元，用于根据采集到的实际输出电压和实际输出电流得出智能电源单元的实际输出功率和负载单元的实际阻抗和获得的实际功率，将智能电源单元的实际输出功率和负载单元的实际阻抗与预设值分别进行，并根据比较结果调节智能电源单元的输出电压或输出功率，使智能电源单元的实际输出功率与预设功率保持一致，使负载单元获得预期的射频能量；以及信号发送与驱动单元，与功率放大器单元的驱动端连接，用于产生高频驱动信号驱动功率放大器单元工作。
[0009]进一步地，智能电源单元的输出电压值、输出电流值和输出功率值不是固定的，而是根据外部的不同需要，可以自由调节的。
[0010]进一步地，智能电源单元为开关电源变换器，其包括依次并联连接的第一电容C21、第一晶体管Q21、第二电感L22、第三电容C23;第一电容C21的正极性端与第一晶体管Q21的漏极之间串联有第一电感L21，且第一电感L21的同名端与第一电容C21的正极性端连接;第一晶体管Q21的栅极与处理器单元的Pmi端连接;第二电感L22的异名端与第三电容C23之间依次串联有第二电容C22和二极管D21，且二极管D21的阴极与第三电容C23的正极性端连接，第二电容C22的正极性端与第二电感L22的异名端连接。
[0011]进一步地，电压采集单元包括串联后并联连接在第三电容C23的两端的第一电阻R31和第二电阻R32，第一电阻R31和第二电阻R32的连接节点连接至处理器单元的电压采集端口。
[0012]进一步地，电流采集单元包括与功率放大器单元连接的第三电阻R41，第三电阻R41与功率放大器单元的连接节点连接至处理器单元的电流采集端口。
[0013]进一步地，输出单元包括高频隔离变压器、辅助电极和治疗电极监测、控制单元。
[0014]进一步地，射频发生器还包括与处理器单元连接的用于输入控制命令的输入控制单元。
[0015]—种利用上述射频发生器产生射频能量的方法，包括以下步骤:
[0016]S1:通过智能电源单元为功率放大器提供直流电源，并对智能电源单元的实际输出电压和实际输出电流进行采集，根据采集到的信息得出智能电源单元的实际输出功率和实时等效阻抗，以及计算出负载单元的实际阻抗和获得的实际功率；
[0017]S2:将智能电源单元的实际输出功率与预设功率进行比较，根据比较结果调节智能电源单元的占空比，使智能电源单元的输出功率恒定于预设功率；
[0018]S3:比较负载单元的实际阻抗与预设阻抗的阈值大小，根据比较结果，自动控制射频能量继续输出或停止输出。
[0019]进一步地，步骤SI具体包括以下步骤:
[0020]Sll:通过智能电源单元为功率放大器提供直流电源，并对智能电源单元的实际输出电压和实际输出电流进行采集，得到智能电源单元的实际输出电压和实际输出电流；
[0021]S12:根据P2Q = V* I计算得出智能电源单元的实际输出功率;根据R2Q = V/1计算得出智能电源单元的实际阻抗；
[0022]S13:根据负载单元获得的实际功率Po = P2q—(功率放大器损耗+输出单元损耗)，而功率放大器和输出单元的损耗是可知的，且很小，由智能电源单元的实际输出功率计算得出负载单元获得的实际功率。
[0023]S14:根据输出单元中的高频隔离变压器的初级、次级绕组比例关系，由智能电源单元的实际阻抗计算得出负载单元的实际阻抗。
[0024]进一步地，步骤S2具体操