组合超声波和HF手术系统及其控制设备和方法与流程

本发明涉及组合超声波和hf手术系统(hf：高频)，其包括超声波发生器以及hf发生器，该超声波发生器具有用于提供激励信号的生成单元，超声波转换器通过所述激励信号可以生成超声波振动，所述hf发生器用于在两个输出触点(outputcontact)处提供hf能量。术语“高频”在这里和下文中被理解为在射频波范围内的电磁波。因此，术语hf和射频(rf)可互换地使用。

本发明还涉及用于控制这种组合超声波和hf手术系统的控制设备以及用于操作这种组合超声波和hf手术系统的方法。

例如从de10021529a1、us6,328,703d1和de102009041329a1，组合超声波和hf手术系统及其仪器是已知的。在已知的系统和仪器中，可以同时或依次应用超声波能量和hf能量。用于这种系统的仪器是已知的在于，例如可以同时给施用器(applicator)提供hf能量和超声波能量。

现有的系统和仪器提供了一些优点，然而期望进一步的提高。

因此，本发明的目的是提供与现有系统/控制设备和方法相比增强的组合超声波和hf手术系统、用于这种系统的控制设备以及用于控制和/或操作这种系统的方法。

该目的通过组合超声波和hf手术系统来实现，该组合超声波和hf手术系统包括：超声波发生器，所述超声波发生器具有用于提供激励信号的生成单元，超声波转换器通过该激励信号能够生成超声波振动；hf发生器，所述hf发生器用于在两个输出触点处提供hf能量；以及控制单元，所述控制单元适于控制所述超声波发生器和/或所述hf发生器，从而以协作方式提供所述激励信号和所述hf能量，使得根据所述激励提供所述hf能量，其中，利用所述激励信号的频率或利用该频率的谐波对hf能量进行调制。

根据本发明的组合超声波和hf手术系统基于以下发现：即使使用相对低的能量，使用组合超声波和hf能量的医疗设备具有优异的凝结能力(coagulatingability)和快速切割能力。目前认为，其原因在于，超声波能量在超声波探头周围使饱和蒸汽压间歇地降低。本发明还基于以下发现：如果超声波和hf能量的提供不仅同时而且协作地发生，则可以实现增强。可以以下面方式来理解协作提供：根据超声波发生器的激励信号和/或借助于超声波转换器生成的超声波振动来提供hf能量。这种协作提供例如允许调整和/或交替hf能量的振幅和/或频率。通过控制超声波发生器和/或hf能量，使得根据激励信号和/或超声波振动提供hf能量，组合超声波和hf手术系统的利用可以被扩展和/或，甚至更详细地，适应不同的使用情况。具体地，通过超声波和hf能量的协作，在组合超声波和hf手术系统的操作中还可以实现协同效应。

hf发生器优选地包括射频振荡器。通常在例如可以连接到双极电外科仪器的hf发生器的两个输出触点处提供hf能量。由hf发生器生成的高频交流电可以具有在0.2-3mhz范围内的频率。

优选地，超声波发生器包括超声波频率振荡器。在操作中，超声波发生器可以生成频率约20-50khz的交流电。该激励信号可以借助于超声波转换器被转换成超声波振动。这种超声波转换器通常位于连接到超声波发生器的仪器中。在该仪器中，超声波振动被进一步转移到超声波施用器，借助于该超声波施用器可以将超声波振动引入到待治疗的组织中。仪器或仪器的施用器例如可以分别被驱动到分别基本上在仪器的轴的轴向上或在基本上垂直于仪器轴的方向上或在非常小的圆弧段上定向的超声波振动。仪器例如可以由用户利用，使得超声波振动基本上垂直于组织表面(分别是按压运动或推动运动)或基本上平行于组织表面(分别是滑动运动或切割运动)发生。

以有利的方式利用组合仪器，通过该组合仪器可以将超声波振动以及hf能量引入到组织中。例如，超声波振动可以用于切割组织，而hf能量可以用于凝结组织以止血。

根据本发明的控制单元适于且被设置成控制超声波发生器和/或hf发生器。优选地，射频振荡器和超声波频率振荡器的主要操作参数由控制单元基于所存储的操作程序和/或通过图形用户界面的用户输入来设置。控制单元可以具有超声波控制单元，该超声波控制单元适于控制超声波发生器的生成单元以使得提供激励信号，超声波转换器通过该激励信号可以生成超声波振动。控制单元还可以具有hf控制单元，该hf控制单元适于控制hf发生器，使得在hf发生器的两个输出触点处提供hf能量。控制单元还可以具有同步单元，该同步单元执行激励信号或超声波能量分别和hf能量的提供的协作。超声波控制单元、hf控制单元和/或同步单元可以是单独的单元或一个整体单元。如果这里描述了控制单元，则这包括具有用于超声波控制、hf控制和用于超声波和hf能量的协作的组合控制的单独单元以及它们的一个整体单元的实施方式。

组合超声波和hf手术系统可以优选地在可以由用户借助于输入单元选择的不同操作模式下操作。这种操作模式可以是单独的超声波操作、单独的hf外科操作或组合超声和hf外科操作。下面进一步描述的超声波和hf能量的组合协作控制的不同方法可以在用户可选择的预设操作模式下实现。根据组合超声波和hf手术系统处的操作模式，可以优选地选择和/或(预先)设置仪器或仪器的超声波施用器各自的振动方向和/或期望的使用类型(各自的按压运动或推动运动或各自的滑动运动或切割运动)。用于不同操作模式的控制参数优选地被存储在组合超声波和hf手术系统中，例如被存储在控制单元中。

hf能量可以被提供有预定参数，特别是与hf信号的持续时间、频率、振幅和/或输出功率有关的参数。这些参数可以由用户选择或设置和/或它们可以在不同的操作模式下被预设或预先选择。

根据本发明，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得利用激励信号的频率对hf能量进行调制。如果分别从推动运动或按压运动的意义上由连接到组合超声波和hf手术系统的仪器基本上垂直于组织表面施加超声波振动，则根据本发明的组合超声波和hf手术系统的这个特征是特别有利的。

可以实现利用激励信号的频率对hf能量进行的调制，使得在仪器的超声波施用器对组织施加高压时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且使得在仪器的超声波施用器对组织仅施加低压或不施加压力时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。以这种方式，例如仪器的超声波施用器的穿透由hf能量支持。

第二振幅可以优选地比第一振幅小至少25％，或更优选地小50％。第二振幅甚至可以是零振幅。

第二频率可以优选地比第一频率小至少10％，或更优选地小20％。

根据组合超声波和hf手术系统的优选实施方式，控制单元包括同步单元，该同步单元适于从超声波发生器接收激励信号，以根据激励信号生成至少一个同步调制信号并且以将调制信号输出到hf发生器。

优选地，调制信号由hf发生器的射频振荡器接收并相应地被处理。进一步优选地，可以使用第一同步调制信号来实现hf能量信号的调幅。可以使用第二同步调制信号来实现hf能量信号的调频。如由控制单元基于所存储的操作程序和/或通过用户界面的用户输入所调节的，可以利用超声波频率振荡器的频率，或者该频率的谐波(例如，双倍频率或三倍频率)生成同步调制信号。

根据组合超声波和hf手术系统的另一优选实施方式，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得利用激励信号的谐波(特别是利用激励信号的双倍频率或三倍频率)对hf能量进行调制。如果分别在滑动运动或切割运动的意义上基本上平行于组织表面施加超声波振动，则该实施方式可以是特别有用的。可以有利地利用以超声波频率的两倍对hf能量进行的调制以在仪器的超声波施用器的移动速度低或等于零时提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量并且在超声波施用器的移动速度高时，提供具有比第一振幅小的第二振幅和/或比第一频率小的第二频率的hf能量。因此，切割运动例如可以由hf能量支持。

在组合超声波和hf手术系统的另一实施方式中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号处于转折点时提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号在两个转折点之间时提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。

术语“转折点”在此被理解为通过超声波振动移动的仪器的移动方向转向和/或激励信号达到最大值(正或负)的点。然而，由于共振效应，在激励信号的转折点与仪器的转折点之间可能存在相移。优选地，特别是在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号处于这样的转折点或者在这样的转折点的区域中时，提供具有第一振幅和/或第一频率hf的能量。这样的转折点的区域例如可以包括转折点与过零点(zerocrossing)或转折点两侧的下一个转折点之间的曲线的10％、20％、25％、30％、40％或50％。

在另一优选实施方式中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号在两个转折点之间时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且使得在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号处于转折点时，提供具有小于所述第一振幅的第二振幅和/或小于所述第一频率的第二频率的hf能量。

该实施方式示出了上述另选实施方式的准反转(quasi-inversion)：在本文所述的实施方式中，在通过超声波振动移动的仪器和/激励信号分别在两个相邻转折点之间或两个相邻转折点的区域(参照激励信号，也可以被指示为在过零点周围的部分)之间时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量。与此相反，在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号分别处于转折点或转折点的区域中时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。

根据组合超声波和hf手术系统的另一优选实施方式，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号分别处于第一转折点或第一转折点的区域中时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号分别处于第二转折点或第二转折点的区域中或分别在两个相邻转折点之间或两个相邻转折点的区域之间时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。

在该实施方式中，只有当通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号分别处于第一转折点或者在第一转折点的区域中时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，而在第二转折点处和在两个转折点之间的区域中时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。第一转折点例如可以是最大转折点，而第二转折点可以是激励信号的最小转折点，或倒过来。

组合超声波和hf手术系统的另一优选实施方式的特征在于，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器不移动或具有低移动速度时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且使得在通过超声波振动移动的仪器具有高移动速度时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。在该实施方式中，在仪器由于超声波振动而不移动或具有低移动速度时(即，例如在所述仪器改变其移动方向时)，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量。然而，当仪器由于超声波振动而具有高移动速度时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。

术语仪器的“高移动速度”被理解为由于超声波振动而引起的、在操作模式下发生的最大移动速度的至少一半或至少四分之三的移动速度。术语仪器的“低移动速度”被理解为由于仪器的超声波振动而引起的移动速度，该移动速度低于在相应操作模式(低移动速度)下最大移动速度的一半或四分之一。

在另一个优选实施方式中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器具有高移动速度时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且在通过超声波振动移动的仪器具有较低的移动速度或不移动时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。

该实施方式示出了前述实施方式的反转：在本文所述的实施方式中，由于仪器的超声波振动而引起的高移动速度由具有第一振幅和/或第一频率的hf能量支持，而当例如在方向的改变中由于仪器的超声波振动而引起的移动速度低或等于零时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。

根据另外的优选实施方式，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器使其移动速度加快时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且使得在通过超声波振动移动的仪器使其移动速度降低时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。仪器使其移动速度加快的时间优选被理解为在转折点之后开始并且基本上在到相邻转折点的半途结束的阶段。

当移动通过组织时，仪器对组织施加压力。在加速阶段，该压力增加。当压力增加时，分别提供hf能量的功率或增加hf能量的功率。因此，本实施方式提供了在加速阶段提高凝结能力的优点。

在另一个优选实施方式中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器使其移动速度降低时，提供具有第一振幅和/或第一频率的hf能量，并且使得在通过超声波振动移动的仪器使其移动速度加快时，提供具有小于第一振幅的第二振幅和/或小于第一频率的第二频率的hf能量。仪器使其移动速度降低的时间优选被理解为在转折点处结束并且基本上从相邻的前一转折点半途开始的阶段。

当移动通过组织时，仪器对组织施加压力。在减速阶段，该压力降低。当压力降低时，分别提供hf能量的功率或者增加hf能量的功率。因此，该实施方式提供了在减速阶段提高切割能力的优点。

根据本发明的组合超声波和hf手术系统的另一优选实施方式的特征在于，通过以下操作将hf能量的调制执行为调幅：

-修改提供用于馈送谐振电路的开关的激活时间，或者

-将hf能量周期性地切换为基本上接通和断开。

根据本发明的组合超声波和hf手术系统的另一优选实施方式的特征在于，通过以下操作将hf能量的调制执行为调频：

-改变谐振电路中包括的电容，以用于调频，或者

-在至少两个工作频率之间切换。

可以通过各种技术来实现射频振荡器的调制，诸如，修改用于馈送谐振电路的激励开关(energizingswitch)的激活时间以实现调幅，或者通过改变包含在谐振电路中的电容以实现调频。谐振电路可以优选地包括电感器-电容器电路(也称为lc电路)。调制也可以以两个工作频率之间的离散切换的形式来实现，或者通过将射频治疗信号(radiofrequencytreatmentsignal)周期性地切换为接通(on)和断开(off)来实现。代替将治疗信号完全断开，可以将其切换到非常低的振幅，这不具有治疗效果，但是能够使射频振荡器保持谐振操作。

不同的实施方式可以针对不同的组织和/或不同的应用提供不同的优点。因此，特别优选的是，如果组合超声波和hf手术系统或这种组合超声波和hf手术系统的控制单元适于实现至少两个或多个、优选地所有上述实施方式，针对上述实施方式可以提供可由用户借助于用户界面(例如，包括触摸屏的图形用户界面)选择的不同预设操作模式。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制如上所述的组合超声波和hf手术系统的控制设备，该控制设备包括控制单元，所述控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，从而以协作方式提供超声波转换器通过其能够生成超声波振动的激励信号和hf能量，使得根据所述激励信号提供所述hf能量，其中，利用所述激励信号的频率或该频率的谐波对所述hf能量进行调制。

根据本发明的控制设备及其可能的增强具有使得它们特别适于用于根据本发明的组合超声波和hf手术系统的特征。关于控制设备及其增强的优点、实施方式和实施方式细节，参考组合超声波和hf手术系统的各个特征的前述描述。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作上述组合超声波和hf手术系统的方法，该方法包括以下步骤：提供激励信号，超声波转换器通过所述激励信号能够生成超声波振动；以及提供hf能量，其特征在于，所述激励信号和所述hf能量的提供以协作方式发生，使得根据所述激励信号提供所述hf能量，其中，利用所述激励信号的频率或该频率的谐波对hf能量进行调制。

根据本发明的方法及其增强分别具有使它们特别适于用于根据本发明的组合超声波和hf手术系统及其增强的特征或方法步骤。关于方法及其增强的优点、实施方式和实施方式细节，参考相应设备特征的前述描述。

参考附图以示例性方式描述本发明的优选实施方式，在附图中

图1：示出了组合超声波和hf手术系统的示例性实施方式的示意图；

图2：示出了在不同操作模式下超声波施用器的位置与hf能量的提供之间关于时间的相关性；以及

图3：示出了在其它不同操作模式下超声波施用器的位置与hf能量的提供之间关于时间的相关性。

在图1中示出了根据本发明的示例性组合超声波和hf手术系统。该系统包括电外科发生器(electrosurgicalgenerator)1和电外科仪器2。电外科仪器2借助于线缆3连接到电外科发生器1。电外科仪器2可以是olympusmedicalsystemscorporation,tokyo,japan的thunderbeat镊子(forcep)或提供超声波和射频治疗功能的任何其它仪器。

电外科发生器1包括用于为电外科仪器2中的超声波振动器(未示出)提供激励信号的超声波频率振荡器4。电外科发生器1还包括用于给电外科仪器2中的治疗电极(未示出)提供射频治疗信号的射频(hf)振荡器5。振动器和/或电极是已知设计，并且不需要进一步解释。

超声波频率振荡器4和射频振荡器5从公共时钟6接收定时信号。也可以给两个振荡器4、5提供单独的时钟。时钟6可以提供例如1khz的时钟信号，并且各振荡器4、5使用该时钟信号作为用于产生所需频率的输出信号的基准(例如，20-50khz作为超声波频率或0.2-3mhz作为射频)。振荡器4、5也可以使用谐振反馈回路，而不使用固定的定时信号。

由控制单元7基于所存储的操作程序和/或通过图形用户界面8的用户输入设置振荡器4、5的主要操作参数。

电外科发生器1还包括连接到控制单元7以及超声波频率振荡器4和射频振荡器5的同步单元9。同步单元9从超声波频率振荡器4接收激励信号，并使用该信号来生成输出到射频振荡器5中的一个或更多个同步调制信号。

可以使用第一同步调制信号来实现射频治疗信号的调幅。可以使用第二同步调制信号来实现射频治疗信号的调频。如由控制单元7再次基于所存储的操作程序和/或通过用户界面8的用户输入所控制的，可以利用超声波频率振荡器4的频率或者该频率的谐波(例如，双倍频率或三倍频率)来生成同步调制信号。

射频振荡器5的调制可以通过各种技术(诸如，修改用于馈送谐振电路的激励开关的激活时间以用于调幅，或者通过改变包括在谐振电路中的电容以用于调频)来实现。调制也可以以两个工作频率之间的离散切换的形式或者通过将射频治疗信号周期性地切换为接通和断开来实现。代替将治疗信号完全断开，可以将治疗信号切换到非常低的振幅，这没有治疗效果，但是能够使射频振荡器5保持谐振操作。

超声波频率激励信号和射频治疗信号被馈送到输出插座(outputsocket)10、11，所述输出插座10、11用于连接电外科仪器2的线缆3的端部处的相应插头(plug)12、13。变压器14、15可以用于电外科仪器2与电外科发生器1的电流阻断(galvanicseparation)。

以下参照图2和图3描述了所述系统的各种操作模式。

图2示出了在水平轴上指示时间并且在垂直轴上在彼此的顶部之上示出四条不同曲线的图，图2示出了超声波施用器的位置(顶部曲线)以及提供hf能量的三种不同模式(下面的三条曲线)。

标有10的顶部曲线示出了仪器的超声波施用器的位置，该仪器的超声波转换器被由超声波发生器提供的激励信号激发，并且已经从该激励信号生成超声波振动。在图2的顶部处通过曲线10可以看到仪器的超声波施用器的该超声波振动的频率和振幅。该曲线具有多个转折点10a、10b和过零点10c。转折点10a是第一转折点，转折点10b是第二转折点。转折点10a可以与激励信号的最大转折点对应，并且转折点10b可以与激励的最小转折点对应。

标有21、22、23的曲线示出了在与可以在图2中的线10处看到的激励信号或分别地超声波振动的不同相关性下hf能量的提供。

曲线21示出了组合超声波和hf手术系统的操作模式，其中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在由超声波振动移动的仪器和/或激励信号处于转折点10a、10b时提供hf能量21。在图2中可以看到所提供的hf能量21的三个间隔(interval)21a、21b、21c。如在图2中还可以看出，不仅在曲线10的转折点10a、10b处提供hf能量21，而且在这些转折点10a、10b周围的区域中也提供hf能量21。在提供hf能量21a、21b、21c的阶段之间，不提供hf能量。另选地，可以在阶段21a、21b、21c之间提供具有减小的振幅和/或降低的频率的hf能量。

曲线23示出了与曲线21所示的操作模式相比相反地运行的操作模式：根据曲线23，组合超声波和hf手术系统的控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号位于两个转折点10a、10b之间(即，在过零点10c的一部分中)时提供hf能量23，如23a、23b、23c、23d所标示的。在提供hf能量23a、23b、23c、23d的阶段之间(即，当通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号位于转折点10a、10b的区域中时)，根据曲线23不提供hf能量。另选地，可以在阶段23a、23b、23c、23d之间提供具有减小的振幅和/或降低的频率的hf能量。

第三操作模式由曲线22示出。在该操作模式下，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器和/或激励信号分别处于第一转折点10a处或在这些第一转折点10a的区域中时提供hf能量22。根据曲线22，在提供hf能量22a、22b的阶段之间，不提供hf能量，即在第二转折点10b的区域中和两个相邻转折点之间(这意味着在过零点10c的部分中)不提供hf能量。另选地，可以在阶段22a、22b之间提供具有减小的振幅和/或降低的频率的hf能量。

通过提供hf能量和提供超声波能量的导致仪器的相应超声波振动的这种协作，可以以更好的方式利用两种能量之间的协同效应。此外，通过不同操作模式的设计，可以将组合超声波和hf手术系统的使用调整到不同的使用领域和组织类型。

图3示出了与图2所示的图相比的另外的操作模式的图。相同和相似的特征在图3中由相同的标号指示。在水平轴上指示时间，并且在垂直轴上在彼此顶部之上示出了三个不同的曲线，图3示出了超声波施用器的位置(顶部曲线)以及用于提供hf能量的两种不同模式(下面的两条曲线)。

如也在图2中示出，用10标示的顶部曲线示出了仪器的超声波施用器的位置，该仪器的超声波转换器被由超声波发生器的生成单元提供的激励信号激发，并且已经从该激励信号生成超声波振动。该曲线被划分成(双箭头)两个阶段，即，第一阶段32和第二阶段34，在第一阶段32中超声波施用器的移动速度降低，在第二阶段34中超声波施用器的移动速度加快。

曲线41示出了组合超声波和hf手术系统的操作模式，其中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器使其移动速度降低时32提供hf能量41。仪器使其移动速度降低的时间是在过零点10c处开始并在随后的转折点10a、10b结束的第一阶段32。在移动通过组织时由仪器施加的压力在减速的第一阶段期间减小。因此，提高了在减速阶段中的切割能力。

曲线43示出了组合超声波和hf手术系统的操作模式，其中，控制单元适于控制超声波发生器和/或hf发生器，使得在通过超声波振动移动的仪器使其移动速度加快时34提供hf能量43。仪器使其移动速度加快的时间是在转折点10a、10b处开始并在到相邻转折点的半途(即，在过零点10c处)结束的第二阶段34。当移动通过组织时，仪器对组织施加压力。在加速的第二阶段期间，压力增加。因此，提高了该阶段中的凝结能力。

如上面关于图2所述，代替在阶段32或34之间分别切断hf能量，可以在这些阶段之间提供具有减小的振幅和/或降低的频率的hf能量。