根据本发明专利技术的使用多级功率转换器来产生电外科能量的电外科系统和方法。电外科系统包括具有与电能源耦合并配置为产生电外科能量的功率转换器的电外科生成器。功率转换器包含配置为将来自电能源的第一直流电流转换成第二直流电流的升压转换器和配置为将第二直流电流逆变为交流电流的相位偏移脉冲宽度调制(PS-PWM)共振逆变器。电外科生成器还包括配置为感测产生的电外科能量的电压和电流的多个传感器和与功率转换器及多个传感器耦合的控制器。控制器包含配置为基于感测的电压和电流确定组织阻抗的信号处理器和配置为基于确定的组织阻抗选择多个输出特性中的一个并且根据选择的输出特性产生用于控制升压转换器和PS-PWM共振逆变器的控制信号的输出控制器。
【技术实现步骤摘要】
用于通过使用多级功率转换器产生电外科能量的系统和方 法
本公开涉及电外科手术。更特别地，本公开涉及通过使用多级功率转换器来产生 电外科能量的电外科生成器和方法。
技术介绍
电外科手术涉及在电外科过程中施加高频电流以切割或改变生物组织。电外科手 术是通过使用电外科生成器、有源电极和返回电极执行的。电外科生成器（也称为功率供 应或波形生成器）产生交变电流（AC)，该交变电流通过有源电极被施加到患者的组织，并 通过返回电极返回到电外科生成器。交变电流一般具有高于100千赫（kHz)的频率，以避 免肌肉和/或神经刺激。 在电外科手术中，由电外科生成器产生的AC通过设置在有源电极和返回电极之 间的组织传导。组织的阻抗将与AC相关的电能（也称为电外科能量）转换成热，这导致组 织温度上升。电外科生成器通过控制提供给组织的电功率（即，每次的电能）控制组织的发 热。虽然许多其它的变量影响组织的总体发热，但增加电流密度通常导致增加的发热。电 外科能量一般被用于切割、解剖、切除、凝结和/或闭合组织。 使用的两种基本类型的电外科手术是单极手术和双极电外科手术。这些类型的电 外科手术均使用有源电极和返回电极。在双极电外科手术中，外科仪器包括处于同一仪器 上但相互非常接近的有源电极和返回电极，这导致电流流过少量的组织。在单极电外科手 术中，返回电极位于患者身体的其它位置，并且通常不是电外科仪器本身的一部分。在单极 电外科手术中，返回电极是一般称为返回盘的装置的一部分。 如图4所示，电外科（ES)生成器的理想输出功率特性是，随着输出阻抗的增加，恒 定电流410后跟恒定功率420,该恒定功率420又后跟恒定电压430。为了实现这种输出 功率特性，ES生成器执行将输出电压和电流采样、基于采样的输出电压和电流计算功率和 /或阻抗、通过数字补偿器馈送计算的功率和/或阻抗并然后调整控制功率级的控制信号 (例如，调整控制信号的脉冲宽度或相位偏移）的控制回路。但是，与功率级的切换频率相 t匕，该控制回路可能相对较慢。因此，在控制回路赶上功率级且系统达到稳定状态之前，功 率级可能向组织过传输或者欠传输希望的功率。出于这种以及其它的原因，当前的ES发生 器可能不能提供理想的输出功率特性。
技术实现思路
本公开的电外科系统和方法改善功率控制中的逆变器的动态响应并减少由于组 织阻抗变化导致的功率偏差，这减少对于给定功率在组织中传播的热。本公开的电外科系 统和方法使用基于在电外科过程中治疗的组织的阻抗而提供希望的功率水平的二级功率 转换器。二级功率转换器包含升压转换器和相位偏移脉冲宽度调制（PS-PWM)共振逆变器。 升压转换器将输入的直流电流转换成希望的直流电流，并且PS-PWM共振逆变器将希望的 直流电流逆变为适于给定的电外科过程的希望的交变电流。 升压转换器由基于电流编程模式或电压控制模式和电流编程模式产生的控制信 号控制。PS-PWM共振逆变器由具有希望的固定相位的控制信号控制。用于控制升压转换器 和PS-PWM共振逆变器的信号基于输出特性，例如基于输出特性是恒定电流、恒定功率还是 恒定电压而被确定。 在一个方面中，本公开提供包括功率转换器、多个传感器和控制器的电外科生成 器。功率转换器与电能源耦合并产生电外科能量。功率转换器包含将来自电能源的第一直 流电流转换成第二直流电流的升压转换器和将第二直流电流逆变为交流电流的相位偏移 脉冲宽度调制（PS-PWM)共振逆变器。多个传感器感测产生的电外科能量的电压和电流波 形。控制器与功率转换器和多个传感器耦合，并且包含信号处理器和输出控制器。信号处 理器基于电压和电流波形确定组织阻抗。输出控制器基于确定的组织阻抗选择多个输出特 性中的一个并且根据选择的输出特性产生用于控制升压转换器的第一控制信号和用于控 制PS-PWM共振逆变器的第二控制信号。 多个输出特性可包含恒定电流输出特性、恒定功率输出特性和恒定电压输出特 性。基于组织阻抗，输出控制器可从恒定电流输出特性偏移到恒定功率输出特性并从恒定 功率输出特性偏移到恒定电压输出特性。如果组织阻抗小于第一预定值，则输出控制器可 选择恒定电流输出特性，如果组织阻抗大于或等于第一预定值且小于第二预定值，则输出 控制器可选择恒定功率输出特性，如果组织阻抗大于或等于第二预定值且小于第三预定 值，则输出控制器可选择恒定电压输出特性，并且，第一预定值可小于第二预定值，且第二 预定值可小于第三预定值。 当输出特性是恒定电压输出特性时，输出控制器可根据电压控制模式产生第一控 制信号，并且可产生具有固定相位的第二控制信号。当输出特性是恒定电流输出特性时， 输出控制器可根据电压控制模式产生第一控制信号，并可产生具有固定相位的第二控制信 号。当输出特性是恒定功率输出特性时，输出控制器可根据电流编程模式产生第一控制信 号，并可产生具有固定相位的第二控制信号。作为替代方案，当输出特性是恒定电压输出特 性、恒定电流输出特性和恒定功率输出特性中的任一个时，输出控制器可根据电流编程模 式产生第一控制信号，并可产生具有固定相位的第二控制信号。 输出控制器可按比PS-PWM共振逆变器的切换频率快的切换频率操作升压转换 器。升压转换器可包含用于减少输入到PS-PWM共振逆变器的电压和电流的波纹的多个升 压转换器。 电外科生成器还可包括被配置为采样感测的电压和感测的电流以获得感测的电 压和感测的电流中的每一个的预定数量的采样的多个模数转换器（ADC)。预定数量的采样 可与感测的电压和感测的电流的RF频率的整数倍对应。信号处理器可包含向ADC提供控 制参数的多个ADC控制器。控制参数可包含ADC的采样频率。 多个传感器可包含Rogowski线圈。电外科生成器的控制器可由场可编程门阵列、 专用集成电路、数字信号处理器或可编程数字信号处理器实现。 在另一方面中，本公开提供用于控制电外科生成器的方法。该方法包括：通过使用 升压转换器将来自电能源的第一直流电流转换成第二直流电流；通过使用PS-PWM逆变器 将第二直流电流转换成交变电流；感测升压转换器的电流和PS-PWM逆变器的输出处的电 压；基于感测的电压和电流波形确定被治疗的组织的阻抗；基于确定的组织阻抗选择输出 特性；和根据选择的输出特性的预定控制模式产生用于控制升压转换器的第一控制信号和 用于控制PS-PWM逆变器的第二控制。多个输出特性可包含恒定电流输出特性、恒定电压输 出特性和恒定功率输出特性。 当输出特性是恒定电压输出特性时，可根据电压控制模式产生第一控制信号，并 且，第二控制信号可产生为具有固定相位。当输出特性是恒定电流输出特性时，可根据电压 控制模式产生第一控制信号，并且，第二控制信号可产生为具有固定相位。当输出特性是恒 定功率输出特性时，可根据电流编程模式产生第一控制信号，并且，第二控制信号可产生为 具有固定相位。作为替代方案，当输出特性是恒定电压输出特性、恒定电流输出特性和恒定 功率输出特性中的任一个时，可根据电流编程模式产生第一控制信号，并且，第二控制信号 可产生为具有固定相位。 【附图说明】 参照附图描述本公开的各种实施例，其中， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电外科生成器，包括：与电能源耦合并被配置为产生电外科能量的功率转换器，该功率转换器包含：被配置为将来自电能源的第一直流电流转换成第二直流电流的升压转换器；和被配置为将第二直流电流逆变为交流电流的相位偏移脉冲宽度调制(PS‑PWM)共振逆变器；被配置为感测产生的电外科能量的电压和电流波形的多个传感器；和与功率转换器和多个传感器耦合的控制器，该控制器包含：被配置为基于感测的电压和电流波形确定组织阻抗的信号处理器；和被配置为基于确定的组织阻抗选择多个输出特性中的一个并且根据选择的输出特性产生用于控制升压转换器的第一控制信号和用于控制PS‑PWM共振逆变器的第二控制信号的输出控制器。
【技术特征摘要】
2013.07.24 US 61/858,037;2014.02.13 US 14/179,7241. 一种电外科生成器，包括： 与电能源耦合并被配置为产生电外科能量的功率转换器，该功率转换器包含： 被配置为将来自电能源的第一直流电流转换成第二直流电流的升压转换器；和 被配置为将第二直流电流逆变为交流电流的相位偏移脉冲宽度调制（PS-PWM)共振逆 变器； 被配置为感测产生的电外科能量的电压和电流波形的多个传感器；和 与功率转换器和多个传感器耦合的控制器，该控制器包含： 被配置为基于感测的电压和电流波形确定组织阻抗的信号处理器；和 被配置为基于确定的组织阻抗选择多个输出特性中的一个并且根据选择的输出特性 产生用于控制升压转换器的第一控制信号和用于控制PS-PWM共振逆变器的第二控制信号 的输出控制器。2. 根据权利要求1的电外科生成器，其中，多个输出特性包含恒定电流输出特性、恒定 电压输出特性和恒定功率输出特性。3. 根据权利要求2的电外科生成器，其中，基于组织阻抗，输出控制器从恒定电流输出 特性偏移到恒定功率输出特性并从恒定功率输出特性偏移到恒定电压输出特性。4. 根据权利要求2的电外科生成器，其中，如果组织阻抗小于第一预定值，则输出控制 器选择恒定电流输出特性， 其中，如果组织阻抗大于或等于第一预定值且小于第二预定值，则输出控制器选择恒 定功率输出特性， 其中，如果组织阻抗大于或等于第二预定值且小于第三预定值，则输出控制器选择恒 定电压输出特性，并且 其中，第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·约翰逊，
申请(专利权)人：柯惠有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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