用于测试电外科发生器的系统和方法与流程

本申请是申请日为2013年6月25日、申请号201310254259.4、标题为“用于测试电外科发生器的系统和方法”的中国发明专利申请的分案申请。

本公开涉及用于测试电外科发生器的系统和方法。更具体而言，本公开涉及包括被配置成模拟电外科过程以用于测试电外科发生器以支持与其相关联的各种开发和研究活动的控制器、调谐器和步进电机的系统和方法。

背景技术：

被与一种或多种类型的电外科器械结合使用以对组织进行电外科治疗的电外科发生器已为大家所熟知。例如，并在一种特定情况下，电外科发生器和器械可以被配置成密封组织。如在本领域内已知的，密封组织通常包括(从广义来讲)利用与电外科器械相关联的叉钳构件抓住组织并向抓住的组织提供电外科能量以密封组织的步骤。为创建有效的组织密封，在密封过程中，在叉钳构件之间需要维持特定间隙距离(例如，在从大约0.001英寸到大约0.006的范围变动)。另外，在密封过程中，还需要在组织上维护特定压力(例如，在从大约3kg/cm²到大约16kg/cm²的范围变动)。此外，一个或多个控制器与电外科发生器相关联，并被配置成控制在密封周期过程中提供给叉钳构件的电外科能量的量。这三个因素中的全部在提供有效、统一的并且一致的组织密封时起作用。在某些情况下，在组织密封之后，可以使用一个或多个合适的设备来切断密封的组织。

在密封过程中，组织的特征，例如组织的阻抗，由于组织正在被加热、干燥熔化以及冻结而变化。具体而言，经过此周期，组织阻抗特征变化，这又会导致阻抗的实部和虚部以不同的方式表现。大多数电外科发生器能处理阻抗的这些变化，以便可以有效地密封组织。具体而言，与电外科发生器可操作地进行通信的一个或多个控制算法、传感器等等通常被配置成在密封周期过程中监测并补偿阻抗的这些变化。

在使用之前可以测试电外科发生器，以确保电外科发生器以及与其相关联的可操作的组件将在电外科过程中如计划的那样起作用。如在当前技术中常见的，为测试电外科发生器，可以使用施加在电外科发生器的输出处的带有固定值的一系列电阻器来模拟密封阶段。固定电阻器被配置成表示将被密封的组织。利用被置于电外科能量的输出处的电阻器，电外科发生器可以执行模拟的密封周期，并可以收集涉及密封仿真的相关数据。可以认识到，此测试方法只提供涉及“纯粹”电阻性负载的数据。然而，如上文所指出的，组织阻抗包括以不同的方式表现的实部和虚部。相应地，如前所述的测试方法可能不提供在组织正在被密封过程中组织阻抗的变化的准确的或完整的表示。

技术实现要素：

鉴于前面的内容，包括被配置成模拟电外科过程以用于测试电外科发生器以支持与其相关联的各种开发活动的控制器、调谐器和步进电机的系统和方法可以证明对医学领域有用。

参考图形详细描述了本公开的各实施例，其中，相同附图标记标识类似的或相同元件。如此处所使用的，术语“远端”是指远离用户的部分，而术语“近端”是指靠近用户的部分。

本公开的一个方面提供了一种系统。该系统包括被配置成在对组织进行电外科治疗时测量、收集并记录涉及组织的至少一个特征的数据的外部测量设备。调谐器被配置成耦合到电外科发生器，并包括至少一个被配置成当电外科发生器耦合到调谐器时提供用于电外科发生器的具有可变复阻抗的负载的至少一个调谐电路。控制器被配置成耦合到电外科发生器，以便对其进行诊断测试。控制器包括涉及多个阻抗值的存储的数据。所述控制器与外部测量设备可操作地进行通信以用于取出所述涉及组织的所述至少一个特征的记录的数据，并与调谐器可操作地进行通信以用于改变所述负载的复阻抗。控制器被配置成将涉及组织的所述至少一个特征的记录的数据与涉及所述多个阻抗值的存储的数据进行比较，并在对所述电外科发生器的诊断测试过程中将所述调谐器调整到所述多个阻抗值中的至少一个。

步进电机可以被配置成可操作地耦合到控制器和调谐器。在此情况下，控制器可以被配置成激活步进电机以用于改变负载的复阻抗。

阻抗分析仪可以被配置成当所述控制器和调谐器不耦合到所述电外科发生器或所述外部测量设备时可操作地耦合到所述控制器和调谐器。在此情况下，阻抗分析仪可以被配置成在步进电机改变负载的复阻抗时测量负载的复阻抗。此外，负载的测量到的复阻抗可以作为涉及所述多个阻抗值的数据存储在控制器中。

调谐器可以是但不仅限于无源调谐器、高频调谐器、微波调谐器、固态调谐器和有源调谐器。在调谐器是无源调谐器的特定情况下，它包括可变π型网络，所述可变π型网络具有与一个或多个可变电感器并联的第一可变电容器，第一可变电容器与第二可变电容器并联，所述第二可变电容器与一个或多个电阻器并联。第一和第二可变电容器中的每一个都可以包括可以从大约40pf到大约2000pf之间变化的电容，并且电感器可以包括可以从大约50uh到大约200uh之间变化的电感。

本公开的一个方面提供用于测试电外科发生器的方法。提供了被配置成在对组织进行电外科治疗时测量、收集并记录涉及组织的至少一个特征的数据的外部测量设备。电外科发生器耦合到调谐器，调谐器包括被配置成当所述电外科发生器耦合到调谐器时提供用于电外科发生器的具有可变复阻抗的负载的至少一个调谐电路。外部测量设备耦合到控制器以用于取出涉及组织的至少一个特征的记录的数据。控制器耦合到电外科发生器以对其执行诊断测试。控制器包括涉及多个阻抗值的存储的数据。控制器耦合到调谐器以用于改变负载的复阻抗。将涉及组织的至少一个特征的记录的数据与涉及所述多个阻抗值的存储的数据进行比较。在对所述电外科发生器的诊断测试过程中，将调谐器调整到所述多个阻抗值中的至少一个。

该方法可以包括作为电外科发生器的组件来提供外部测量设备。

可以提供步进电机，其可被配置成可操作地耦合到控制器和调谐器。在此情况下，可以激活步进电机以用于改变负载的复阻抗。

可以提供阻抗分析仪，该阻抗分析仪可以被配置成当控制器和调谐器不耦合到电外科发生器或外部测量设备时可操作地耦合到控制器和调谐器。在此情况下，在步进电机改变负载的复阻抗时可以利用阻抗分析仪测量负载的复阻抗。

负载的测量到的复阻抗可以作为涉及所述多个阻抗值的数据存储在控制器中。另外，步进电机的步进位置也可以存储在控制器中。步进位置对应于负载的测量到的复阻抗。

调谐器可以是但不仅限于无源调谐器、高频调谐器、微波调谐器、固态调谐器和有源调谐器。在调谐器是无源调谐器的特定情况下，它包括可变π型网络，所述可变π型网络具有与一个或多个可变电感器并联的第一可变电容器，第一可变电容器与第二可变电容器并联，第二可变电容器与一个或多个电阻器并联。第一和第二可变电容器中的每一个都可以包括可以从大约40pf到大约2000pf之间变化的电容，并且电感器可以包括可以从大约50uh到大约200uh之间变化的电感。

本公开的一个方面提供用于测试电外科发生器的系统。该系统包括被配置成提供用于对组织进行电外科治疗并在对组织进行电外科治疗时测量、收集并记录涉及组织的至少一个特征的数据的电外科发生器。调谐器被配置成耦合到电外科发生器，并包括至少一个包括负载的调谐电路，负载包括至少三个反应性组件和至少一个电阻器。当电外科发生器耦合到调谐器时，调谐电路提供用于电外科发生器的具有可变复阻抗的负载。控制器包括涉及多个阻抗值的存储的数据。控制器被配置成耦合到电外科发生器，以便对其进行诊断测试，并用于取出涉及组织的至少一个特征的的记录的数据。控制器被配置成耦合到步进电机，该步进电机被配置成耦合到调谐器以用于改变至少三个反应性组件中的至少一个，以改变调谐器的负载的复阻抗。控制器被配置成将涉及组织的至少一个特征的记录的数据与存储的涉及所述多个阻抗值的数据进行比较，并将所述调谐器调整到所述多个阻抗值中的至少一个。

阻抗分析仪可以被配置成当控制器和调谐器不耦合到电外科发生器时可操作地耦合到控制器和调谐器。在此情况下，阻抗分析仪可以被配置成在步进电机改变负载的复阻抗时测量负载的复阻抗。负载的测量到的复阻抗可以作为涉及所述多个阻抗值的数据存储在控制器中。

反应性组件可以包括与一个或多个可变电感器并联的第一可变电容器，第一可变电容器与第二可变电容器并联，第二可变电容器与一个或多个电阻器并联。第一和第二可变电容器中的每一个都可以包括可以从大约40pf到大约2000pf之间变化的电容，并且电感器可以包括可以从大约50uh到大约200uh之间变化的电感。

附图说明

下面将参考各个附图来描述本公开的各实施例，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的用于测试电外科发生器的系统的示意框图；

图2是被配置成与图1中所描绘的系统一起使用的无源调谐器的示意视图；

图3是被配置成与图1中所描绘的系统一起使用的高频调谐器的示意视图；

图4是被配置成与图1中所描绘的系统一起使用的微波调谐器的示意视图；

图5是被配置成与图1中所描绘的系统一起使用的固态调谐器的示意视图；

图6是被配置成与图1中所描绘的系统一起使用的有源调谐器的示意视图；

图7是图1中所描绘的系统的用于映射利用图2-6中所描绘的系统所描绘的调谐器中的一个的子系统的示意框图；以及

图8是在电外科过程中用于记录组织的图1中所描绘的系统的子系统的示意框图。

具体实施方式

此处公开了本公开的详细的实施例，然而，所公开的各实施例只是本公开的示例，本公开可以以各种形式来实现。因此，此处所公开的特定结构和功能细节不应该被解释为限制性的，而是只作为权利要求的基础并作为用于教导本领域技术人员以不同的方式以几乎任何适当地详述的结构使用本公开的代表性的基础。

根据本公开的系统可以被用来支持电外科发生器的各种开发和研究活动。该系统利用在电外科过程中在外科手术点获得的电压、电流和相位参数。可以在工作台测试过程中再现和模拟这些参数，以支持(不限于)电外科发生器的算法开发、设计验证、软件确认、可靠性和制造测试。另外，也可以使用本公开的系统，通过自动测试，来认识与电外科发生器相关联的效益增益。

参考图1，示出了用于测试电外科发生器的系统2。系统2包括外部测量设备3、控制器6和一个或多个调谐器8。

根据本公开，外部测量设备3可以是本领域内已知的任何合适的测量设备。如此处所使用的，测量设备3被配置成在对组织进行电外科治疗时测量、收集、计算和记录外科手术点处的一个或多个电参数，以确定组织的阻抗。合适的测量设备3可以包括，但不仅限于，频谱分析仪、示波器等等。然而，对于此处的目的，假设发生器4中包括测量设备3，该测量设备3被配置成在对组织进行电外科治疗时测量、收集、计算和记录外科手术点处的一个或多个电参数，以确定组织的阻抗(图1)。作为替代地，测量设备3可以被配置成有选择地耦合到发生器4。

继续参考图1，发生器4包括用于控制发生器4的合适的输入控件(例如，按钮、激活器、开关、触摸屏等等)。控件允许用户调整rf能量的功率、波形参数(例如，波峰因数、负载循环等等)，及其他参数，以实现适用于特定任务(例如，凝结、组织密封、强度设置等等)的期望的波形。

发生器4包括连接到常规ac源(例如，墙中插座)的dc电源10，并包括低压电源12(“lvps”)和高压电源14(“hvps”)(图1)。hvps14向rf输出级16(例如，rfamp模块)提供高电压dc电源，然后，rf输出级16将高电压dc电源转换为rf能量，并将rf能量提供到有源端子18。能量通过返回端子20返回。lvps12向发生器4的各种组件提供电源(例如，测量设备3、输入控件、显示器等等)。发生器4可以包括多个连接器，以适应各种类型的设备(例如，电外科器械、控制器、调谐器、外部测量设备3等等)。

发生器4还包括微控制器22，微控制器22包括可操作地连接到存储器26的微处理器24，存储器26可以是易失性类型存储器(例如，ram)和/或非易失性类型存储器(例如，闪存介质、磁盘介质等等)(图1)。微控制器22包括可操作地连接到dc电源10和/或rf输出级16的输出端口，允许微控制器24根据开放和/或封闭控制环路方案控制发生器4的输出。本领域的技术人员将理解，微处理器24可以由适用于执行此处所讨论的计算的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替。

发生器4可以与被配置成在对组织进行电外科治疗时提供涉及组织的特征信息的一个或多个传感器(未示出)可操作地进行通信。涉及组织的特征信息可以传递到微控制器22，用于由微处理器24进行处理，随后存储到存储器26中。

根据本公开，发生器4被配置成提供用于对组织进行电外科治疗的电外科能量，参见例如图8。如上文所指出的，发生器4还被配置成在对组织进行电外科治疗时测量、收集并记录涉及组织的一个或多个特征的数据，例如组织的阻抗。可以在组织点获取一个或多个电参数，例如，电压、电流、功率、相位等等，以计算组织的阻抗。这种涉及组织的阻抗的数据存储在存储器26中，并可被控制器6访问，以备将来使用。具体而言，计算出的组织阻抗通过合适的方法被映射到史密斯圆图，并被控制器6用来操纵调谐器8，以匹配计算出的组织阻抗，并相对于时间改变调谐器8的负载“l”的阻抗(如下面比较详细地描述的)。可以认识到，可以对于与发生器4、电外科过程、组织类型等等一起使用的特定电外科器械进行这种到史密斯圆图的映射。

继续参考图1，控制器6包括可操作地连接到存储器32的一个或多个微处理器30，存储器32可以是易失性类型存储器(例如，ram)和/或非易失性类型存储器(例如，闪存介质、磁盘介质等等)。本领域的技术人员将理解，微处理器30可以由适用于执行此处所讨论的计算的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替。控制器6分别包括输入和输出端口36和38，它们可使控制器6与系统2的一个或多个组件，例如发生器4、调谐器8、步进电机50、阻抗分析仪52进行通信(图1)。

控制器6包括该涉及多个阻抗值的存储的数据。通过将调谐器8的无源组件映射到史密斯圆图来获得该多个阻抗值。调谐器8可以是任何合适类型的调谐器，包括但不限于在图2-6中所描述的那些。

图2示出了rf调谐器，例如无源调谐器8a。无源调谐器8a包括可变π型网络，该可变π型网络具有与一个或多个可变电感器l1并联的第一可变电容器c1，第一可变电容器c1与第二可变电容器c2并联，第二可变电容器c2与一个或多个电阻器r1并联。第一和第二可变电容器c1和c2中的每一个都可以包括可以从大约40pf到大约2,000pf之间变化的电容，并且电感器可以包括可以从大约50uh到大约200uh之间变化的电感。π型网络的优点是，它利用最少量的无源组件来覆盖史密斯圆图的整个范围。

图3示出了高频调谐器8b。然而，与无源调谐器8a不同，高频调谐器8b不覆盖史密斯圆图的整个范围。这种类型的调谐器适用于当发生器4被配置成在高频范围(例如，兆赫频率范围)内发射电外科能量时测试发生器4。高频调谐器8b的一个优点是，它只使用三个无源组件，电容器c3，电感器l2和电阻器r2。为增大围绕史密斯圆图的覆盖范围，而不添加更多无源组件，可选的四分之一波长电缆40可以被定位在发生器4和调谐器8b之间；这会围绕史密斯圆图移动阻抗180°。

图4示出了微波调谐器8c。这种类型的调谐器适用于当发生器4被配置成在微波频率范围内发射电外科能量时测试发生器4。在此特定实施例中，接地的可调节的调谐短截线42可以是开路或者短路节点，并可以如由控制器6规定的，改变长度。在某些实施例中，调谐短截线42可以向负载移动或远离负载地移动，以围绕史密斯圆图移动负载。可调节的短截线42的位置通过放置与负载并联的可调节的短截线来围绕史密斯圆图移动负载。当与如前所述的调谐器(或还未描述的调谐器)相比时，微波调谐器8b相对较小。

图5示出了固态调谐器8d。固态调谐器8d使用一个或多个pin二极管(所示出的两个pin二极管44a-44b)，以“接入”相应的调谐电容器c4，c5(它们接地)和电感器l3上的各种抽头。固态调谐器8d包括接地的电阻器r3。在图5中所示出的实施例中，使用偏压线46来打开和关闭二极管44a-44b，并通过扼流电感器l4和旁路电容器c6与rf频率隔离。偏压线46包括与接地的电容器c7串联的二极管d1。调谐器8d的优点是，当与其他调谐器(例如，调谐器8a)相比时，没有机械部件，并可以具有更高的可重复性和可靠性。

图6示出了使用fet48(或其他合适的设备)来增大或缩小有源调谐器8e的负载的有源调谐器8e。在此情况下，控制器6可以调整栅电压vg，该栅电压vg调整fet48的导通电阻，fet48又增大和/或降低有源调谐器8e的总电阻。有源调谐器8e包括非常快速的响应时间，在某些情况下，能够模拟电弧放电事件。当与如前所述的调谐器相比时调谐器8e的优点是，调谐器8e不要求映射到史密斯圆图，即，使用电压和电流来监测调谐器8e的负载。

参考图7，步进电机50被配置成可操作地耦合到控制器6和调谐器8中的一个或多个(为说明，步进电机50被描述为与无源调谐器8a一起使用)，以将调谐器8a控制到特定阻抗。使用步进电机50的位置来改变调谐器8a中的无源组件中的一个或多个，然后，它们被映射到史密斯圆图上的相对应的值。具体而言，步进电机50被配置成耦合到调谐器8a，以改变第一和第二电容器c1-c2、电感器l1和/或电阻器r1中的一个或多个。然后，步进电机50的位置被映射到史密斯圆图上的相对应的值，以将调谐器8a控制到特定阻抗。为实现这一点，当步进电机50移动穿过步进电机50的位置中的每一个时，使用控制器6来控制步进电机50，并测量调谐器8a的负载的阻抗值，例如，复阻抗。

继续参考图7，阻抗分析仪52被配置成可操作地耦合到控制器6和调谐器8中的一个或多个，例如，调谐器8a。阻抗分析仪52被配置成在步进电机50改变负载的复阻抗时测量调谐器8a的负载的复阻抗。负载的测量到的复阻抗和步进电机50的电机位置存储在控制器6的存储器32中。

控制器6被配置成可操作地耦合到用于检索涉及组织的特征的记录的数据(例如，预先被映射到史密斯圆图的计算出的组织阻抗)的发生器4。控制器6被配置成将涉及组织的特征的记录的数据与涉及利用调谐器8中的一个(例如，调谐器8a)先前所获得的多个阻抗值的存储的数据进行比较，并基于此比较，控制器6将调谐器8的负载调整到多个阻抗值中的一个或多个。具体而言，在诊断测试或仿真序列中，调谐器8作为发生器4的输出端的负载“l”起作用，调谐器8的负载“l”的阻抗可以通过改变调谐器8的无源组件中的一个或多个来改变。

对于在使用发生器4之后和/或之前可能与发生器4相关联的可能的不稳定性，关于测试发生器4来描述系统2的操作。

对于此处的目的，假设在电外科过程中预先获得了计算出的阻抗值，将其映射到史密斯圆图，并存储到发生器4的存储器26中。

发生器4可以耦合到控制器6和如前所述的调谐器8中的一个或多个，例如，无源调谐器8a。控制器6从发生器4下载计算出的阻抗值。在所示出的实施例中，使用发生器4来获得计算出的阻抗。作为替代地，外部测量设备3可能已经被用来收集、记录、计算阻抗值，并且随后将其存储到发生器4的存储器26中。控制器6将计算出的阻抗值与包括存储在存储器32中的步进电机50的相对应的步进位置的已知阻抗值进行比较。

利用耦合到调谐器8a的发生器4，激活发生器4，以执行模拟的组织密封阶段。控制器6激活步进电机50，以移动步进电机50以改变电感器l1的电感和/或第一和第二电容器c1-c2的电容，以改变调谐器8a的复阻抗。围绕史密斯圆图改变调谐器8a的复阻抗“模仿”实际组织响应。控制器6可以移动穿过步进电机50的所需数目的位置，以检查可能与发生器4相关联的可能的不稳定性。

可以认识到，如前所述的系统2克服通常与用来测试电外科发生器的传统的方法相关联的如前所述的缺点。即，系统2通过组织仿真来测试发生器4，组织仿真利用阻抗的实部和虚部，而并不只是如由常规测试方法使用的实部。

从前述的内容并参考各种附图，本领域的技术人员将认识到，在不偏离本公开的范围的情况下，也可以作出某些修改。例如，可以使用系统2来支持对发生器的特定设计的验证确认。或者，在某些情况下，系统2可以用于实现效率增益。本领域的技术人员将认识到，系统2可以被用来提供此处未描述的许多其他优点。

尽管此处在表示阻抗时描述了史密斯圆图，但是，史密斯圆图可以被用来表示其他参数，包括但不仅限于导纳、反射系数、散射参数、噪声圆、常数增益等高线和无条件稳定的区域。

尽管在附图中示出了本公开的多个实施例，但是，本公开不仅限于此，本公开的范围与当前技术允许的范围一样宽，说明书被类似地阅读。因此，上面的描述不应该被解释为限制性的，而仅仅是特定实施例的示范。在所附权利要求书的范围和精神内，本领域的技术人员将预想其他修改方案。