电外科发生器的制造方法

电外科发生器的制造方法
【专利摘要】本公开涉及一种电外科发生器，其包括谐振逆变器，该谐振逆变器具有H桥和回路。该发生器还包括脉宽调制(PWM)控制器，该PWM控制器被配置为将PWM时序信号输出到H桥。开关被配置为从多种模式之中选择一种模式，PWM控制器基于所选的模式调整PWM时序信号的频率。
【专利说明】电外科发生器

【技术领域】
[0001] 本公开涉及使用相移全桥谐振逆变器（inverter)的射频放大器。具体地，本公开 涉及一种使用以单个回路（tank)实现不同的组织模式（modality)的谐振逆变器的电外科 系统。

【背景技术】
[0002] 基于能量的组织治疗在本领域中是众所周知的。将各种类型的能量（例如，电能、 超声能、微波能、冷能、热能、激光能等）施加于组织以实现期望结果。电外科涉及将高射频 电流施加于手术部位以切割、烧蚀（ablate)、凝固（coagulate)或闭合（seal)组织。源电 极或活性电极将来自电外科发生器的射频能量递送到组织，而回流电极将电流送回到发生 器。在单极电外科手术中，源电极通常是由外科医生握住的手术器具的一部分，并且施加到 将被治疗的组织，而回流电极远离活性电极放置以将电流送回到发生器。在双极电外科手 术中，手握器具的电极之一用作活性电极，而另一个电极用作回流电极。
[0003] 电外科发生器可以使用相移全桥谐振逆变器来产生进行电外科手术所需的电外 科能量。谐振逆变器的一个例子使用由具有两对场效应晶体管（FET)的H桥驱动的LCLC 回路拓扑结构。根据LCLC回路的设计，谐振逆变器仅能够以一种组织模式（例如，血管闭 合或切割）进行操作。 实用新型内容
[0004] 说明书可以使用措词"在一个实施例中"、"在多个实施例中"、"在一些实施例中" 或"在其他实施例中"，这些措词均可以指根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多 个。为了该描述的目的，"A/B"形式的措词意指A或B。为了该描述的目的，"A和/或B" 形式的措词意指" (A)、（B)、或（A和B) "。为了该描述的目的，"A、B或C中的至少一个"形 式的措词意指 " (A)、（B)、（C)、（A 和 B)、（A 和 C)、（B 和 C)、或（A、B 和 C) "。
[0005] 如本文中所使用的，术语"发生器"可以指能够提供能量的装置。这样的装置可以 包括电源以及能够修改该电源输出的能量以输出具有期望的强度、频率和/或波形的能量 的电路。
[0006] 本文中所描述的系统还可以利用一个或多个控制器来接收各种信息并且对所接 收的信息进行变换以产生输出。控制器可以包括任何类型的计算装置、计算电路或能够执 行存储在存储器中的一系列指令的任何类型的处理器或处理电路。控制器可以包括多个处 理器和/或多核中央处理单元（CPU)，并且可以包括任何类型的处理器，诸如微处理器、数 字信号处理器、微控制器等。控制器还可以包括存储器，以存储数据和/或执行一系列指令 的算法。
[0007] 本文中所描述的方法、程序、算法或代码中的任何一个可以被转换为编程语言或 计算机程序，或者用编程语言或计算机程序表达。"编程语言"和"计算机程序"是用于将 指令指定到计算机的任何语言，并且包括（但不限于）这些语言及其衍生语言：汇编程序、 Basic、批处理文件、BCPL、C、C+、C++、Delphi、Fortran、Java、JavaScript、机器代码、操作 系统命令语目、Pascal、Perl、PLl、脚本语目、Visual Basic、本身指定程序的兀语目、以及 所有的第一代、第二代、第三代、第四代和第五代计算机语言。还包括数据库和其他数据架 构以及任何其他元语言。为了该定义的目的，不区分被解释的语言、被编译的语言或使用编 译方法和解释方法两者的语言。为了该定义的目的，不区分程序的编译版本和源版本。因 此，对于其中编程语言可以以多于一种状态（诸如源、编译的、对象或链接的）存在的程序 的引述是对任意和所有这样的状态的引述。该定义还包含实际指令和这些指令的意图。
[0008] 本文中所描述的方法、程序、算法或代码中的任何一个可以包含在一个或多个机 器可读介质或存储器上。术语"存储器"可以包括提供（例如，存储和/或发送）机器（诸 如处理器、计算机或数字处理装置）可读的形式的信息的机制。例如，存储器可以包括只读 存储器（ROM)、随机存取存储器（RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存装置、或任何其 他易失性或非易失性存储器存储装置。包含在其上的代码或指令可以用载波信号、红外信 号、数字信号以及其他相似信号表示。
[0009] 在本公开的一方面，提供了一种电外科发生器。该电外科发生器包括谐振逆变器 和脉冲宽度调制（PWM)控制器，所述谐振逆变器包括H桥和回路，所述PWM控制器将PWM时 序信号输出到H桥。开关从多种模式之中选择模式，而PWM控制器基于所选的模式调整PWM 时序信号的频率。
[0010] 所述多种模式至少包括第一模式和第二模式。如果选择第一模式，则PWM时序信 号具有第一切换频率，而如果选择第二模式，则PWM时序信号具有第二切换频率。所述第一 切换频率不同于所述第二切换频率。回路的品质因数大于1。
[0011] 在本公开的另一方面，提供了一种电外科发生器。该电外科发生器具有谐振逆变 器和PWM控制器，所述谐振逆变器包括H桥和回路，所述PWM控制器配置为将PWM时序信号 输出到H桥。该电外科发生器还具有被配置为测量至少一个组织性质的传感器电路，其中， 所述PWM控制器基于所测量的组织性质选择模式。
[0012] 所述传感器电路测量输出电压和输出电流，而所述PWM控制器基于输出电压和输 出电流确定组织阻抗。PWM控制器将组织阻抗与阈值阻抗进行比较。如果组织阻抗小于阈 值阻抗，则所述PWM控制器选择第一模式，而如果组织阻抗大于阈值阻抗，则所述PWM控制 器选择第二模式。回路的品质因数大于1。
[0013] 在本公开的又一方面，提供了一种用于控制电外科发生器的方法，所述电外科发 生器包括谐振逆变器、PWM控制器和传感器电路，所述谐振逆变器具有H桥和回路。该方法 包括：选择模式，基于所选的模式设置H桥的第一切换频率，以及以第一切换频率驱动H桥。 基于传感器电路提供的至少一个测量结果确定组织阻抗，以及将组织阻抗与阈值阻抗进行 比较。如果组织阻抗小于阈值阻抗，则PWM控制器以第一切换频率驱动H桥，而如果组织阻 抗大于或等于阈值阻抗，则PWM控制器以第二频率驱动H桥。还可以针对特定模式选择频 率，并且不管组织阻抗如何改变，频率都保持恒定。
[0014] 选择模式的步骤可以包括：输出测试信号，计算初始组织阻抗，以及基于所计算的 组织阻抗选择模式。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 根据以下详细描述，结合附图本公开的以上和其他方面、特征和优点将变得更清 楚，在附图中：
[0016] 图1是根据本公开的实施例的电外科发生器的示意图；
[0017] 图2是描绘图1的电外科发生器的输出阻抗与频率之间的关系的图；以及
[0018] 图3是描绘根据本公开实施例的由图1的电外科发生器执行的算法的流程图。

【具体实施方式】
[0019] 下面参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅仅是本 公开的例子，并且可以以各种形式实现。对公知的功能或配置不进行详细描述，以避免在不 必要的细节上模糊本公开。因此，本文中所公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为 限制性的，而应仅仅被解释为权利要求的基础以及用于实际上在任何适当详细的结构上教 导本领域技术人员以不同地利用本公开的代表性基础。在附图的整个描述中，相似的附图 标记可以指示类似的或相同的元素。
[0020] 本公开涉及一种电外科发生器，该电外科发生器利用具有LCLC回路拓扑结构和H 桥的相移全桥谐振逆变器。该发生器调整H桥的切换频率以使用单个LCLC回路来实现不 同输出阻抗。允许从电外科发生器输出不同阻抗使得发生器可以在多种模式下进行操作， 从而降低发生器的成本。
[0021] 翻到图1，根据本公开的实施例的电外科发生器的一个例子总体示为100。发生器 100包括用于控制发生器100的合适的输入控件（例如，按钮、激活器、开关、触摸屏幕等）。 另外，发生器100可以包括用于向用户提供各种输出信息（例如，强度设置、治疗完成指示 器等）的一个或多个显示屏幕（未示出）。这些控件使得用户可以调整RF能量的功率、波 形和允许的最大电弧能的水平（根据期望组织效应而变化）以及实现适合于特定任务（例 如，凝固、组织闭合、强度设置等）的期望波形的其他参数。可以连接到发生器100的器具 (未示出）还可以包括可能与发生器100的某些输入控件冗余的多个输入控件。将这些输 入控件放置在器具处使得在外科手术期间可以在不需要与发生器100进行交互的情况下 更容易地、更快速地修改RF能量参数。
[0022] 发生器100可以包括多个连接器以适应各种类型的电外科器具。此外，通过包括 切换机制（例如，继电器）以在连接器之间切换RF能量的供给，发生器100可以在单极模 式或双极模式下进行操作。
[0023] 发生器100包括谐振逆变器电路102、脉冲宽度调制（PWM)控制器110和传感器电 路120。谐振逆变器电路102包括H桥104和LCLC回路106, H桥104具有FET Q1、Q2、Q3 和Q4。PWM控制器110包括处理器112和存储器114。
[0024] 在谐振逆变器电路102中，H桥104被供给正高压直流电流（+HVDC)。LCLC回路 106的串并联或LCLC转换器由有源FET开关Ql、Q2、Q3和Q4以全桥配置驱动。如图2所 示，PWM控制器110将相移的PWM时序信号供给FET开关Ql、Q2、Q3和Q4。FET Ql和Q2将 电压Vsi提供给LCLC回路106,而FET Q3和Q4将电压Vs2提供给LCLC回路106。
[0025] 选择组件Ls、Cs、Lm和C p以提供与相移PWM占空比乘以电源轨（rail) +HVDC和地 成比例的谐振输出振幅。下面将更详细地描述Ls、Cs、Lm和C p的选择。LCLC回路106经由 激活端子130将电外科能量输出到器具（未示出）。具体地，激活端子130提供具有高RF 能量的连续或脉冲正弦波形。激活端子130被配置为提供具有各种占空比、峰值电压、波峰 因数和其他合适参数的多个波形。某些类型的波形适合于特定电外科模式。例如，激活端 子130在切割模式下可以提供100%占空比正弦波形，该波形最适合于烧蚀、融化和解剖组 织，而在凝固模式下可以提供1-25%占空比波形，该波形最佳地用于烧灼（cauterize)组 织以止血。
[0026] 对于单极手术，回流端子132耦合到回流垫盘（未示出）。可替代地，回流端子132 电耦合到器具上的回流电极（未示出）。
[0027] 发生器100可以实现闭环和/或开环控制方案，这些方案包括具有多个传感器的 传感器电路120,这些传感器测量各种组织性质和能量性质（例如，组织阻抗、组织温度、输 出电流和/或电压等），并且将反馈提供给PWM控制器110。电流传感器122可以设置在激 活电流路径或回流电流路径或这两个路径上，并且提供输出电流（L)。电压传感器124可 以感测端子130和132处的电压，并且提供输出电压（V tj)。输出电流（Itj)和输出电压（Vtj) 被提供给传感器电路120。传感器电路120可以将输出电流和/或输出电压提供给PWM控 制器110。PWM控制器110然后将适当的信号发送到FET Ql、Q2、Q3和Q4。PWM控制器110 还从发生器100或器具的输入控件接收输入信号。PWM控制器110利用输入信号来调整由 发生器100输出的功率和/或对其执行其他控制功能。
[0028] 传感器电路120实时地测量供给到LCLC回路106的输入电压（V1)、由激活端子 130和回流端子132供给的输出电压（V tj)和输出电流（Itj)以表征手术期间的电外科处理。 这允许经受电外科处理的组织和/或发生器100的测量到的电性质被用作动态输入控制变 量，以实现反馈控制。还可以使用电流值和电压值来推导其他电参数，诸如功率（P = V*I) 和阻抗（Z = V/I)。传感器电路120还可以测量电流波形和电压波形的性质，并且确定它们 的形状。
[0029] 将输入电压（V1)、输出电压（V。）和/或输出电流（I。）提供给PWM控制器110以实 现闭环反馈方案。如下面将就图3更详细地描述的，PWM控制器110的处理器112可以实 现存储在存储器114中的算法以调整提供给FET Ql、Q2、Q3和Q4的PWM时序信号的频率。
[0030] 发生器100还包括开关134,其允许用户选择多种电外科模式之一以供在电外科 手术期间使用。电外科模式可以包括例如血管闭合和电切割（e-cut)。开关134可以是任 何常规具有多极（pole)的开关，其具有允许用户选择电外科模式之一。可替代地，在其他 实施例中，开关134可以是触摸屏面板，以允许用户选择电外科模式之一。以下参照图2描 述开关134的操作。
[0031] 图2示出了输出阻抗（Zwt)对频率（f)的曲线。如图2的曲线所示，在频率f Q处， LCLC回路106的输出阻抗在其最低值（Zmin)。在频率处，输出阻抗Z1相对于&处的输出 阻抗Z min以指数方式增加。频率&保持高于&，以使得H桥104保持处于零电压切换。在 频率f2处，输出阻抗Z 2相对于处的输出阻抗再次以指数方式增加。为了在频率变化小 的情况下获得相对大的输出阻抗变化，将LCLC回路106设计为阻抗的增益接近于谐振。
[0032] 在本文中所描述的实施例中，并且结合图1，LCLC回路106被设计为具有相对大的 "Q"因数。谐振电路的"Q"因数或品质因数是电路的品质的量度。"Q"因数越高，LCLC回 路106的带宽越窄。因此，为了以小的频率变化获得相对大的输出阻抗变化，将LCLC回路 106设计为具有高"Q"因数。
[0033] 串联LC(电感器-电容器）电路的"Q"因数为：
[0034]

【权利要求】
1. 一种电外科发生器，其特征在于，包括： 谐振逆变器，所述谐振逆变器包括H桥和回路； 脉冲宽度调制PWM控制器，配置为将PWM时序信号输出到H桥；和 开关，配置为从多种模式之中选择模式， 其中，所述PWM控制器基于所选的模式调整所述PWM时序信号的频率。
2. 根据权利要求1所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述多种模式至少包括第 一模式和第二模式。
3. 根据权利要求2所述的电外科发生器，其特征在于，其中，当选择所述第一模式时， 所述PWM时序信号具有第一切换频率，当选择所述第二模式时，所述PWM时序信号具有第二 切换频率，其中，所述第一切换频率不同于所述第二切换频率。
4. 根据权利要求1所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述回路具有高品质因 数。
5. 根据权利要求1所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述回路具有大于1的品 质因数。
6. -种电外科发生器，其特征在于，包括： 谐振逆变器，所述谐振逆变器包括H桥和回路； 脉冲宽度调制PWM控制器，配置为将PWM时序信号输出到H桥；和 传感器电路，配置为测量至少一个组织性质， 其中，所述PWM控制器基于测量的组织性质选择模式。
7. 根据权利要求6所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述传感器电路测量输出 电压和输出电流，并且所述PWM控制器基于所述输出电压和所述输出电流确定组织阻抗。
8. 根据权利要求7所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述PWM控制器将所述组 织阻抗与阈值阻抗进行比较，其中， 如果所述组织阻抗小于所述阈值阻抗，则所述PWM控制器选择第一模式；和 如果所述组织阻抗大于所述阈值阻抗，则所述PWM控制器选择第二模式。
9. 根据权利要求6所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述回路具有高品质因 数。
10. 根据权利要求6所述的电外科发生器，其特征在于，其中，所述回路具有大于1的品 质因数。
【文档编号】A61B18/12GK204169923SQ201420580790
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】J·H·约翰逊, J·A·吉尔伯特 申请人:柯惠有限合伙公司