電外科發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本公開涉及一種電外科發(fā)生器，其包括諧振逆變器，該諧振逆變器具有H橋和回路。該發(fā)生器還包括脈寬調(diào)制(PWM)控制器，該P(yáng)WM控制器被配置為將PWM時(shí)序信號(hào)輸出到H橋。開關(guān)被配置為從多種模式之中選擇一種模式，PWM控制器基于所選的模式調(diào)整PWM時(shí)序信號(hào)的頻率。
【專利說明】電外科發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及使用相移全橋諧振逆變器（inverter)的射頻放大器。具體地，本公開 涉及一種使用以單個(gè)回路（tank)實(shí)現(xiàn)不同的組織模式（modality)的諧振逆變器的電外科 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 基于能量的組織治療在本領(lǐng)域中是眾所周知的。將各種類型的能量（例如，電能、 超聲能、微波能、冷能、熱能、激光能等）施加于組織以實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果。電外科涉及將高射頻 電流施加于手術(shù)部位以切割、燒蝕（ablate)、凝固（coagulate)或閉合（seal)組織。源電 極或活性電極將來(lái)自電外科發(fā)生器的射頻能量遞送到組織，而回流電極將電流送回到發(fā)生 器。在單極電外科手術(shù)中，源電極通常是由外科醫(yī)生握住的手術(shù)器具的一部分，并且施加到 將被治療的組織，而回流電極遠(yuǎn)離活性電極放置以將電流送回到發(fā)生器。在雙極電外科手 術(shù)中，手握器具的電極之一用作活性電極，而另一個(gè)電極用作回流電極。
[0003] 電外科發(fā)生器可以使用相移全橋諧振逆變器來(lái)產(chǎn)生進(jìn)行電外科手術(shù)所需的電外 科能量。諧振逆變器的一個(gè)例子使用由具有兩對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET)的H橋驅(qū)動(dòng)的LCLC 回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)LCLC回路的設(shè)計(jì)，諧振逆變器僅能夠以一種組織模式（例如，血管閉 合或切割）進(jìn)行操作。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 說明書可以使用措詞"在一個(gè)實(shí)施例中"、"在多個(gè)實(shí)施例中"、"在一些實(shí)施例中" 或"在其他實(shí)施例中"，這些措詞均可以指根據(jù)本公開的相同或不同實(shí)施例中的一個(gè)或多 個(gè)。為了該描述的目的，"A/B"形式的措詞意指A或B。為了該描述的目的，"A和/或B" 形式的措詞意指" (A)、（B)、或（A和B) "。為了該描述的目的，"A、B或C中的至少一個(gè)"形 式的措詞意指 " (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，術(shù)語(yǔ)"發(fā)生器"可以指能夠提供能量的裝置。這樣的裝置可以 包括電源以及能夠修改該電源輸出的能量以輸出具有期望的強(qiáng)度、頻率和/或波形的能量 的電路。
[0006] 本文中所描述的系統(tǒng)還可以利用一個(gè)或多個(gè)控制器來(lái)接收各種信息并且對(duì)所接 收的信息進(jìn)行變換以產(chǎn)生輸出?？刂破骺梢园ㄈ魏晤愋偷挠?jì)算裝置、計(jì)算電路或能夠執(zhí) 行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的一系列指令的任何類型的處理器或處理電路。控制器可以包括多個(gè)處 理器和/或多核中央處理單元（CPU)，并且可以包括任何類型的處理器，諸如微處理器、數(shù) 字信號(hào)處理器、微控制器等?？刂破鬟€可以包括存儲(chǔ)器，以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和/或執(zhí)行一系列指令 的算法。
[0007] 本文中所描述的方法、程序、算法或代碼中的任何一個(gè)可以被轉(zhuǎn)換為編程語(yǔ)言或 計(jì)算機(jī)程序，或者用編程語(yǔ)言或計(jì)算機(jī)程序表達(dá)。"編程語(yǔ)言"和"計(jì)算機(jī)程序"是用于將 指令指定到計(jì)算機(jī)的任何語(yǔ)言，并且包括（但不限于）這些語(yǔ)言及其衍生語(yǔ)言：匯編程序、 Basic、批處理文件、BCPL、C、C+、C++、Delphi、Fortran、Java、JavaScript、機(jī)器代碼、操作 系統(tǒng)命令語(yǔ)目、Pascal、Perl、PLl、腳本語(yǔ)目、Visual Basic、本身指定程序的兀語(yǔ)目、以及 所有的第一代、第二代、第三代、第四代和第五代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。還包括數(shù)據(jù)庫(kù)和其他數(shù)據(jù)架 構(gòu)以及任何其他元語(yǔ)言。為了該定義的目的，不區(qū)分被解釋的語(yǔ)言、被編譯的語(yǔ)言或使用編 譯方法和解釋方法兩者的語(yǔ)言。為了該定義的目的，不區(qū)分程序的編譯版本和源版本。因 此，對(duì)于其中編程語(yǔ)言可以以多于一種狀態(tài)（諸如源、編譯的、對(duì)象或鏈接的）存在的程序 的引述是對(duì)任意和所有這樣的狀態(tài)的引述。該定義還包含實(shí)際指令和這些指令的意圖。
[0008] 本文中所描述的方法、程序、算法或代碼中的任何一個(gè)可以包含在一個(gè)或多個(gè)機(jī) 器可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器上。術(shù)語(yǔ)"存儲(chǔ)器"可以包括提供（例如，存儲(chǔ)和/或發(fā)送）機(jī)器（諸 如處理器、計(jì)算機(jī)或數(shù)字處理裝置）可讀的形式的信息的機(jī)制。例如，存儲(chǔ)器可以包括只讀 存儲(chǔ)器（ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)、磁盤存儲(chǔ)介質(zhì)、光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)、閃存裝置、或任何其 他易失性或非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置。包含在其上的代碼或指令可以用載波信號(hào)、紅外信 號(hào)、數(shù)字信號(hào)以及其他相似信號(hào)表示。
[0009] 在本公開的一方面，提供了一種電外科發(fā)生器。該電外科發(fā)生器包括諧振逆變器 和脈沖寬度調(diào)制（PWM)控制器，所述諧振逆變器包括H橋和回路，所述PWM控制器將PWM時(shí) 序信號(hào)輸出到H橋。開關(guān)從多種模式之中選擇模式，而PWM控制器基于所選的模式調(diào)整PWM 時(shí)序信號(hào)的頻率。
[0010] 所述多種模式至少包括第一模式和第二模式。如果選擇第一模式，則PWM時(shí)序信 號(hào)具有第一切換頻率，而如果選擇第二模式，則PWM時(shí)序信號(hào)具有第二切換頻率。所述第一 切換頻率不同于所述第二切換頻率?；芈返钠焚|(zhì)因數(shù)大于1。
[0011] 在本公開的另一方面，提供了一種電外科發(fā)生器。該電外科發(fā)生器具有諧振逆變 器和PWM控制器，所述諧振逆變器包括H橋和回路，所述PWM控制器配置為將PWM時(shí)序信號(hào) 輸出到H橋。該電外科發(fā)生器還具有被配置為測(cè)量至少一個(gè)組織性質(zhì)的傳感器電路，其中， 所述PWM控制器基于所測(cè)量的組織性質(zhì)選擇模式。
[0012] 所述傳感器電路測(cè)量輸出電壓和輸出電流，而所述PWM控制器基于輸出電壓和輸 出電流確定組織阻抗。PWM控制器將組織阻抗與閾值阻抗進(jìn)行比較。如果組織阻抗小于閾 值阻抗，則所述PWM控制器選擇第一模式，而如果組織阻抗大于閾值阻抗，則所述PWM控制 器選擇第二模式?；芈返钠焚|(zhì)因數(shù)大于1。
[0013] 在本公開的又一方面，提供了一種用于控制電外科發(fā)生器的方法，所述電外科發(fā) 生器包括諧振逆變器、PWM控制器和傳感器電路，所述諧振逆變器具有H橋和回路。該方法 包括：選擇模式，基于所選的模式設(shè)置H橋的第一切換頻率，以及以第一切換頻率驅(qū)動(dòng)H橋。 基于傳感器電路提供的至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果確定組織阻抗，以及將組織阻抗與閾值阻抗進(jìn)行 比較。如果組織阻抗小于閾值阻抗，則PWM控制器以第一切換頻率驅(qū)動(dòng)H橋，而如果組織阻 抗大于或等于閾值阻抗，則PWM控制器以第二頻率驅(qū)動(dòng)H橋。還可以針對(duì)特定模式選擇頻 率，并且不管組織阻抗如何改變，頻率都保持恒定。
[0014] 選擇模式的步驟可以包括：輸出測(cè)試信號(hào)，計(jì)算初始組織阻抗，以及基于所計(jì)算的 組織阻抗選擇模式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 根據(jù)以下詳細(xì)描述，結(jié)合附圖本公開的以上和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清 楚，在附圖中：
[0016] 圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的電外科發(fā)生器的示意圖；
[0017] 圖2是描繪圖1的電外科發(fā)生器的輸出阻抗與頻率之間的關(guān)系的圖；以及
[0018] 圖3是描繪根據(jù)本公開實(shí)施例的由圖1的電外科發(fā)生器執(zhí)行的算法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面參照附圖描述本公開的具體實(shí)施例；然而，應(yīng)理解，所公開的實(shí)施例僅僅是本 公開的例子，并且可以以各種形式實(shí)現(xiàn)。對(duì)公知的功能或配置不進(jìn)行詳細(xì)描述，以避免在不 必要的細(xì)節(jié)上模糊本公開。因此，本文中所公開的特定結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為 限制性的，而應(yīng)僅僅被解釋為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及用于實(shí)際上在任何適當(dāng)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)上教 導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以不同地利用本公開的代表性基礎(chǔ)。在附圖的整個(gè)描述中，相似的附圖 標(biāo)記可以指示類似的或相同的元素。
[0020] 本公開涉及一種電外科發(fā)生器，該電外科發(fā)生器利用具有LCLC回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和H 橋的相移全橋諧振逆變器。該發(fā)生器調(diào)整H橋的切換頻率以使用單個(gè)LCLC回路來(lái)實(shí)現(xiàn)不 同輸出阻抗。允許從電外科發(fā)生器輸出不同阻抗使得發(fā)生器可以在多種模式下進(jìn)行操作， 從而降低發(fā)生器的成本。
[0021] 翻到圖1，根據(jù)本公開的實(shí)施例的電外科發(fā)生器的一個(gè)例子總體示為100。發(fā)生器 100包括用于控制發(fā)生器100的合適的輸入控件（例如，按鈕、激活器、開關(guān)、觸摸屏幕等）。 另外，發(fā)生器100可以包括用于向用戶提供各種輸出信息（例如，強(qiáng)度設(shè)置、治療完成指示 器等）的一個(gè)或多個(gè)顯示屏幕（未示出）。這些控件使得用戶可以調(diào)整RF能量的功率、波 形和允許的最大電弧能的水平（根據(jù)期望組織效應(yīng)而變化）以及實(shí)現(xiàn)適合于特定任務(wù)（例 如，凝固、組織閉合、強(qiáng)度設(shè)置等）的期望波形的其他參數(shù)?？梢赃B接到發(fā)生器100的器具 (未示出）還可以包括可能與發(fā)生器100的某些輸入控件冗余的多個(gè)輸入控件。將這些輸 入控件放置在器具處使得在外科手術(shù)期間可以在不需要與發(fā)生器100進(jìn)行交互的情況下 更容易地、更快速地修改RF能量參數(shù)。
[0022] 發(fā)生器100可以包括多個(gè)連接器以適應(yīng)各種類型的電外科器具。此外，通過包括 切換機(jī)制（例如，繼電器）以在連接器之間切換RF能量的供給，發(fā)生器100可以在單極模 式或雙極模式下進(jìn)行操作。
[0023] 發(fā)生器100包括諧振逆變器電路102、脈沖寬度調(diào)制（PWM)控制器110和傳感器電 路120。諧振逆變器電路102包括H橋104和LCLC回路106, H橋104具有FET Q1、Q2、Q3 和Q4。PWM控制器110包括處理器112和存儲(chǔ)器114。
[0024] 在諧振逆變器電路102中，H橋104被供給正高壓直流電流（+HVDC)。LCLC回路 106的串并聯(lián)或LCLC轉(zhuǎn)換器由有源FET開關(guān)Ql、Q2、Q3和Q4以全橋配置驅(qū)動(dòng)。如圖2所 示，PWM控制器110將相移的PWM時(shí)序信號(hào)供給FET開關(guān)Ql、Q2、Q3和Q4。FET Ql和Q2將 電壓Vsi提供給LCLC回路106,而FET Q3和Q4將電壓Vs2提供給LCLC回路106。
[0025] 選擇組件Ls、Cs、Lm和C p以提供與相移PWM占空比乘以電源軌（rail) +HVDC和地 成比例的諧振輸出振幅。下面將更詳細(xì)地描述Ls、Cs、Lm和C p的選擇。LCLC回路106經(jīng)由 激活端子130將電外科能量輸出到器具（未示出）。具體地，激活端子130提供具有高RF 能量的連續(xù)或脈沖正弦波形。激活端子130被配置為提供具有各種占空比、峰值電壓、波峰 因數(shù)和其他合適參數(shù)的多個(gè)波形。某些類型的波形適合于特定電外科模式。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，該波形最適合于燒蝕、融化和解剖組 織，而在凝固模式下可以提供1-25%占空比波形，該波形最佳地用于燒灼（cauterize)組 織以止血。
[0026] 對(duì)于單極手術(shù)，回流端子132耦合到回流墊盤（未示出）?？商娲?，回流端子132 電耦合到器具上的回流電極（未示出）。
[0027] 發(fā)生器100可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)和/或開環(huán)控制方案，這些方案包括具有多個(gè)傳感器的 傳感器電路120,這些傳感器測(cè)量各種組織性質(zhì)和能量性質(zhì)（例如，組織阻抗、組織溫度、輸 出電流和/或電壓等），并且將反饋提供給PWM控制器110。電流傳感器122可以設(shè)置在激 活電流路徑或回流電流路徑或這兩個(gè)路徑上，并且提供輸出電流（L)。電壓傳感器124可 以感測(cè)端子130和132處的電壓，并且提供輸出電壓（V tj)。輸出電流（Itj)和輸出電壓（Vtj) 被提供給傳感器電路120。傳感器電路120可以將輸出電流和/或輸出電壓提供給PWM控 制器110。PWM控制器110然后將適當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)送到FET Ql、Q2、Q3和Q4。PWM控制器110 還從發(fā)生器100或器具的輸入控件接收輸入信號(hào)。PWM控制器110利用輸入信號(hào)來(lái)調(diào)整由 發(fā)生器100輸出的功率和/或?qū)ζ鋱?zhí)行其他控制功能。
[0028] 傳感器電路120實(shí)時(shí)地測(cè)量供給到LCLC回路106的輸入電壓（V1)、由激活端子 130和回流端子132供給的輸出電壓（V tj)和輸出電流（Itj)以表征手術(shù)期間的電外科處理。 這允許經(jīng)受電外科處理的組織和/或發(fā)生器100的測(cè)量到的電性質(zhì)被用作動(dòng)態(tài)輸入控制變 量，以實(shí)現(xiàn)反饋控制。還可以使用電流值和電壓值來(lái)推導(dǎo)其他電參數(shù)，諸如功率（P = V*I) 和阻抗（Z = V/I)。傳感器電路120還可以測(cè)量電流波形和電壓波形的性質(zhì)，并且確定它們 的形狀。
[0029] 將輸入電壓（V1)、輸出電壓（V。）和/或輸出電流（I。）提供給PWM控制器110以實(shí) 現(xiàn)閉環(huán)反饋方案。如下面將就圖3更詳細(xì)地描述的，PWM控制器110的處理器112可以實(shí) 現(xiàn)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器114中的算法以調(diào)整提供給FET Ql、Q2、Q3和Q4的PWM時(shí)序信號(hào)的頻率。
[0030] 發(fā)生器100還包括開關(guān)134,其允許用戶選擇多種電外科模式之一以供在電外科 手術(shù)期間使用。電外科模式可以包括例如血管閉合和電切割（e-cut)。開關(guān)134可以是任 何常規(guī)具有多極（pole)的開關(guān)，其具有允許用戶選擇電外科模式之一?？商娲兀谄渌?實(shí)施例中，開關(guān)134可以是觸摸屏面板，以允許用戶選擇電外科模式之一。以下參照?qǐng)D2描 述開關(guān)134的操作。
[0031] 圖2示出了輸出阻抗（Zwt)對(duì)頻率（f)的曲線。如圖2的曲線所示，在頻率f Q處， LCLC回路106的輸出阻抗在其最低值（Zmin)。在頻率處，輸出阻抗Z1相對(duì)于&處的輸出 阻抗Z min以指數(shù)方式增加。頻率&保持高于&，以使得H橋104保持處于零電壓切換。在 頻率f2處，輸出阻抗Z 2相對(duì)于處的輸出阻抗再次以指數(shù)方式增加。為了在頻率變化小 的情況下獲得相對(duì)大的輸出阻抗變化，將LCLC回路106設(shè)計(jì)為阻抗的增益接近于諧振。
[0032] 在本文中所描述的實(shí)施例中，并且結(jié)合圖1，LCLC回路106被設(shè)計(jì)為具有相對(duì)大的 "Q"因數(shù)。諧振電路的"Q"因數(shù)或品質(zhì)因數(shù)是電路的品質(zhì)的量度。"Q"因數(shù)越高，LCLC回 路106的帶寬越窄。因此，為了以小的頻率變化獲得相對(duì)大的輸出阻抗變化，將LCLC回路 106設(shè)計(jì)為具有高"Q"因數(shù)。
[0033] 串聯(lián)LC(電感器-電容器）電路的"Q"因數(shù)為：
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種電外科發(fā)生器，其特征在于，包括： 諧振逆變器，所述諧振逆變器包括H橋和回路； 脈沖寬度調(diào)制PWM控制器，配置為將PWM時(shí)序信號(hào)輸出到H橋；和 開關(guān)，配置為從多種模式之中選擇模式， 其中，所述PWM控制器基于所選的模式調(diào)整所述PWM時(shí)序信號(hào)的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述多種模式至少包括第 一模式和第二模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，當(dāng)選擇所述第一模式時(shí)， 所述PWM時(shí)序信號(hào)具有第一切換頻率，當(dāng)選擇所述第二模式時(shí)，所述PWM時(shí)序信號(hào)具有第二 切換頻率，其中，所述第一切換頻率不同于所述第二切換頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述回路具有高品質(zhì)因 數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述回路具有大于1的品 質(zhì)因數(shù)。
6. -種電外科發(fā)生器，其特征在于，包括： 諧振逆變器，所述諧振逆變器包括H橋和回路； 脈沖寬度調(diào)制PWM控制器，配置為將PWM時(shí)序信號(hào)輸出到H橋；和 傳感器電路，配置為測(cè)量至少一個(gè)組織性質(zhì)， 其中，所述PWM控制器基于測(cè)量的組織性質(zhì)選擇模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述傳感器電路測(cè)量輸出 電壓和輸出電流，并且所述PWM控制器基于所述輸出電壓和所述輸出電流確定組織阻抗。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述PWM控制器將所述組 織阻抗與閾值阻抗進(jìn)行比較，其中， 如果所述組織阻抗小于所述閾值阻抗，則所述PWM控制器選擇第一模式；和 如果所述組織阻抗大于所述閾值阻抗，則所述PWM控制器選擇第二模式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述回路具有高品質(zhì)因 數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電外科發(fā)生器，其特征在于，其中，所述回路具有大于1的品 質(zhì)因數(shù)。
【文檔編號(hào)】A61B18/12GK204169923SQ201420580790
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】J·H·約翰遜, J·A·吉爾伯特 申請(qǐng)人:柯惠有限合伙公司