用于通过电外科电缆测量组织阻抗的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于通过电外科电缆测量组织阻抗的系统和方法。本公开的电外科系统和方法包括组织电阻测量系统，其补偿将电外科发生器连接到电外科器械的电缆中的电容寄生效应以估计组织负载的真实电阻。电外科发生器包括耦合到电能量源并且生成电外科能量的输出级。电外科发生器包括感测电外科能量的电压和电流的多个传感器和控制输出级的控制器。控制器包括：计算器，其基于被感测电压和电流计算阻抗的实部；估计器，其使用作为阻抗的实部的函数的二次方程的解估计组织的电阻；以及控制信号发生器，其配置成基于组织的电阻生成用于输出级的控制信号。
【专利说明】用于通过电外科电缆测量组织阻抗的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及电外科手术。更特别地，本公开涉及用于通过电外科电缆测量组织阻 抗的电外科系统和方法。
【背景技术】
[0002] 电外科手术包括在电外科程序期间施加高频电流以切割或改变生物组织。使用电 外科发生器、有源电极和返回电极执行电外科手术。电外科发生器（也称为电源或波形发 生器）生成交流电流（AC)，所述交流电流通过有源电极施加到患者的组织并且通过返回电 极返回到电外科发生器。交流电流典型地具有高于100千赫（kHz)的频率以避免肌肉和/ 或神经刺激。
[0003] 在电外科手术期间，由电外科发生器生成的AC传导通过布置在有源和返回电极 之间的组织。组织的阻抗将与AC关联的电能（也称为电外科能量）转换成导致组织温度 上升的热。电外科发生器通过控制提供给组织的电功率（即，单位时间的电能）控制组织 的加热。尽管许多其它变量影响组织的总加热，但是增加的电流密度通常导致增加的加热。 电外科能量典型地用于切割、剖切、消融、凝固和/或闭合组织。
[0004] 所使用的电外科手术的两种基本类型是单极和双极电外科手术。这些类型的电外 科手术都使用有源电极和返回电极。在双极电外科手术中，外科器械包括在相同器械上或 彼此很接近的有源电极和返回电极，其导致电流流动通过少量组织。在单极电外科手术中， 返回电极位于患者的身体上的其它位置并且典型地不是电外科器械自身的一部分。在单极 电外科手术中，返回电极是典型地称为返回垫的装置的一部分。
[0005] 电外科发生器使用电压和电流传感器来测量诸如功率和组织阻抗的量以便控制 电外科发生器的输出以获得期望临床效果。电压和电流传感器常常位于电外科发生器的内 部以节约与将传感器包含到外科器械中关联的成本。在长度上可以超过一米的电缆将电外 科发生器连接到有源和返回电极并且用于将电外科能量输送到正在治疗的组织。
[0006] 电缆产生电压和电流传感器与正在治疗的组织之间的电路网络，其导致不精确的 功率和阻抗测量。因此，为了更精确地测量功率和阻抗，许多发生器使用解释电缆的电路网 络的阻抗的补偿算法。这些补偿算法典型地包括求解建模电缆的电路网络的电路模型中的 多个节点的基尔霍夫电流和电压方程。然而，当由实时嵌入式软件系统执行时，这些方程的 解可能需要相当大的存储量和处理能力。
【发明内容】
[0007] 本公开的电外科系统和方法通过使用基于AC滤波器的阻抗方程减小精确地测量 功率和组织阻抗所需的存储量和处理能力。
[0008] 在一方面，本公开的特征在于经由电外科电缆和电外科器械将电外科能量输送到 组织的另一种电外科发生器。所述电外科发生器包括：输出级，所述输出级生成用于所述电 外科器械的电外科能量；多个传感器，所述多个传感器感测生成的电外科能量的电压波形 和电流波形；以及控制器，所述控制器控制所述输出级以生成期望水平的电外科能量。所述 控制器包括：计算器，所述计算器基于被感测电压和电流波形计算阻抗的实部；阻抗补偿 器，所述阻抗补偿器使用建模所述电外科电缆的电抗部件的二次方程的解修正目标阻抗曲 线；以及控制信号发生器，所述控制信号发生器生成控制信号以控制所述输出级使得阻抗 的被计算实部遵循经修正的目标阻抗曲线。
[0009] 所述二次方程的解可以）
【权利要求】
1. 一种经由电外科电缆和电外科器械将电外科能量输送到组织的电外科发生器，所述 电外科发生器包括： 输出级，所述输出级耦合到电能量源并且配置成生成到达所述电外科器械的电外科能 量； 多个传感器，所述多个传感器配置成感测所生成的电外科能量的电压波形和电流波 形；以及 控制器，所述控制器配置成控制所述输出级以生成期望水平的电外科能量，所述控制 器包括： 计算器，所述计算器配置成基于所感测的电压和电流波形计算阻抗的实部； 阻抗补偿器，所述阻抗补偿器配置成使用建模所述电外科电缆的电抗部件的二次方程 的解修正目标阻抗曲线；以及 控制信号发生器，所述控制信号发生器配置成生成控制信号以控制所述输出级使得阻 抗的被计算实部遵循经修正的目标阻抗曲线。
2. 根据权利要求1所述的电外科发生器，其中所述二次方程的解是
其中Rltjad是组织的电阻，《是所生成的电外科能量的 频率，Ccable是将所述电外科发生器连接到电外科器械的电缆的并联电容，并且Re⑵是阻 抗的实部。
3. 根据权利要求2所述的电外科发生器，其中，当所述电压波形和所述电流波形之间 的相位差小于或等于-45度时，组织的电阻是所述二次方程的较大解，或者，当所述相位差 大于-45度时，组织的电阻是较小解。
4. 根据权利要求1所述的电外科发生器，其中所述电外科电缆的电抗部件的模型包括 与组织串联的电感器和与组织并联的并联电容器。
5. 根据权利要求1所述的电外科发生器，其还包括电感器，所述电感器耦合到所述输 出级并且被调谐以适应所述电缆的并联电容和串联电感使得阻抗的被计算实部是充分电 阻性的。
6. 根据权利要求5所述的电外科发生器，其中所述电缆的并联电容是当器械的电极不 与组织接触时测量的电容值。
7. 根据权利要求5所述的电外科发生器，其中所述电感器的电感值等于
其中《是所生成的电外科能量的频率，Ccable是将所述电外科发生 器连接到电外科器械的电缆的并联电容，RlMd是组织的电阻，并且Lm&是所述电缆的串联 电感。
8. 根据权利要求5所述的电外科发生器，其中所述电感器的电感值等于
，其中《是所生成的电外科能量的频率，CMble是将所述电外科发生器连接到 电外科器械的电缆的并联电容，并且LMble是所述电缆的串联电感。
9. 一种控制电外科发生器的方法，所述电外科发生器经由电外科电缆和电外科器械将 电外科能量输送到组织，所述方法包括： 感测生成的电外科能量的电压波形和电流波形； 基于所感测的电压和电流波形计算阻抗的实部； 使用建模所述电外科电缆的电抗部件的二次方程的解修正目标阻抗曲线；以及 生成控制信号以控制来自所述电外科发生器的输出级的输出使得阻抗的被计算实部 遵循经修正的目标阻抗曲线。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述二次方程的解是
,其中RlMd是组织的电阻，《是生成的电外科能量的 频率，Ccable是将所述电外科发生器连接到电外科器械的电缆的并联电容，并且Re⑵是阻 抗的实部。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，当所述电压波形和所述电流波形之间的相 位差小于或等于-45度时，组织的电阻是所述二次方程的较大解，或者，当所述相位差大 于-45度时，组织的电阻是较小解。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中所述电外科电缆的电抗部件的模型包括与组织 串联的电感器和与组织并联的并联电容器。
13. 根据权利要求9所述的方法，其还包括电感器，所述电感器耦合到所述输出级并且 被调谐以适应所述电缆的并联电容和串联电感使得阻抗的被计算实部是充分电阻性的。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述电缆的并联电容是当器械的电极不与组织 接触时测量的电容值。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述电感器的电感值等于
?其中《是生成的电外科能量的频率，CMble是将所述电外科发生器 连接到电外科器械的电缆的并联电容，Rltjad是组织的电阻，并且LMble是所述电缆的串联电 感。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中所述电感器的电感值等于
?是生成的电外科能量的频率，CMble是将所述电外科发生器连接到电外科器械的电缆的并 联电容，并且LMble是所述电缆的串联电感。
17. -种存储程序的非暂时性计算机可读存储介质，当由处理器执行时，所述程序执行 控制电外科发生器的方法，所述电外科发生器经由电外科电缆和电外科器械将电外科能量 输送到组织，所述方法包括： 感测生成的电外科能量的电压波形和电流波形； 基于所感测的电压和电流波形计算阻抗的实部； 使用建模所述电外科电缆的电抗部件的二次方程的解修正目标阻抗曲线；以及 生成控制信号以控制来自所述电外科发生器的输出级的输出使得阻抗的被计算实部 遵循经修正的目标阻抗曲线。
【文档编号】A61B5/053GK104337569SQ201410361583
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】E·J·拉森, C·福特, A·M·瓦斯克维茨 申请人:柯惠有限合伙公司