用于提高電外科發(fā)生器效率的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本申請涉及用于提高電外科發(fā)生器效率的系統(tǒng)和方法。更具體而言，給出了一種提高電外科發(fā)生器效率的方法，該方法包括通過利用逆變器把直流電流(DC)轉換成交流電流(AC)來控制電外科發(fā)生器的輸出，并且感測在逆變器的輸出處的電流和電壓。該方法還包括如下步驟：基于感測到的電壓和感測到的電流確定功率電平、確定電外科發(fā)生器的效率以及在電外科發(fā)生器的效率到達閾值功率效率時，插入預定整數個關循環(huán)。
【專利說明】用于提高電外科發(fā)生器效率的系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001] 本公開內容涉及電外科。更具體而言，本公開內容涉及用于提高電外科發(fā)生器效 率的系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0002] 電外科涉及在電外科手術期間應用高頻電流來切割或修改生物組織。電外科是利 用電外科發(fā)生器、活動電極和返回電極執(zhí)行的。電外科發(fā)生器（也稱為電源或波形發(fā)生器） 生成交流電流（AC)，該電流通過活動電極施加到患者的組織并且通過返回電極返回到電外 科發(fā)生器。AC通常具有高于100千赫茲（kHz)的頻率，以避免肌肉和/或神經刺激。
[0003] 在電外科期間，由電外科發(fā)生器生成的AC被引導通過位于活動和返回電極之間 的組織。組織的阻抗把與AC關聯的電能（也稱為電外科能量）轉換成熱量，這造成組織溫 度升高。通過控制提供給組織的電功率（即，每單位時間的電能），電外科發(fā)生器控制組織 的發(fā)熱。雖然許多其它變量影響組織的總體發(fā)熱，但是增加的電流密度通常導致增加的發(fā) 熱。電外科能量通常用于切割、解剖、消融、凝結和/或密封組織。
[0004] 所采用的兩種基本類型的電外科是單極和雙極電外科。這兩種類型的電外科都使 用活動電極和返回電極。在雙極電外科中，外科器械包括在相同器械上或者彼此緊靠的活 動電極和返回電極，通常造成電流流經少量的組織。在單極電外科中，返回電極位于患者身 體的其它地方并且通常不是電外科器械本身的一部分。在單極電外科中，返回電極是通常 被稱為返回墊的設備的一部分。
[0005] 有些電外科發(fā)生器包括基于電外科發(fā)生器的輸出附近的電壓和電流的測量來控 制在某個時段輸送給組織的功率的控制器。這些發(fā)生器使用離散傅立葉變換（DFT)或多相 解調來計算電壓和電流測量之間的相差，用于計算實數功率并用于執(zhí)行校準和補償。
[0006] 但是，在低功率電平，有些電外科發(fā)生器呈現低效率。因而，需要維持電外科發(fā)生 器效率的改進方法。


【發(fā)明內容】

[0007] -種用于控制電外科發(fā)生器的輸出的方法包括利用逆變器把直流電流（DC)轉換 成交流電流（AC)，并且感測在逆變器的輸出處的電流和電壓的步驟。該方法還包括基于感 測到的電壓和感測到的電流確定功率電平、確定電外科發(fā)生器的效率以及在電外科發(fā)生器 的效率到達閾值功率效率時插入預定整數個關循環(huán)的步驟。
[0008] 根據本公開內容的另一方面，一種電外科發(fā)生器包括耦合到電能源并配置為生成 電外科能量的射頻（RF)放大器，該RF放大器包括：配置為把直流電流（DC)轉換成交流電 流的逆變器。電外科發(fā)生器還包括配置為感測所生成的電外科能量的電壓和電流的多個傳 感器以及耦合到RF放大器和多個傳感器的控制器。該發(fā)生器還可以基于感測到的電壓和 感測到的電流確定功率電平、確定電外科發(fā)生器的效率以及在電外科發(fā)生器的效率到達閾 值功率效率時插入預定整數個關循環(huán)。
[0009] 根據本公開內容的另一方面，一種提高電外科發(fā)生器效率的方法包括基于感測到 的電壓和感測到的電流確定功率電平、基于檢測到的功率電平確定電外科發(fā)生器的效率以 及在電外科發(fā)生器的效率到達閾值功率效率時逐步投下（drop)預定整數個輸出或關循 環(huán)，該預定整數個輸出或關循環(huán)經隨機數發(fā)生器隨機化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 參考附圖描述本公開內容的各種實施例，其中：
[0011] 圖1是根據本公開內容實施例的、包括發(fā)生器的電外科系統(tǒng)的說明；
[0012] 圖2A是根據本公開內容一種實施例的、包括發(fā)生器電路系統(tǒng)的電外科系統(tǒng)的框 圖，該發(fā)生器電路系統(tǒng)根據修改后的Kahn技術和S類發(fā)生器拓撲結構的組合；
[0013] 圖2B是根據本公開內容另一種實施例的、包括發(fā)生器電路系統(tǒng)的電外科系統(tǒng)的 框圖，該發(fā)生器電路系統(tǒng)根據修改后的Kahn技術；
[0014] 圖2C是根據本公開內容還有另一種實施例的、包括發(fā)生器電路系統(tǒng)的電外科系 統(tǒng)的框圖，該發(fā)生器電路系統(tǒng)根據S類設備拓撲結構；
[0015] 圖3是根據本公開內容實施例的、圖2A發(fā)生器電路系統(tǒng)的控制器的示意性框圖；
[0016] 圖4是根據本公開內容實施例的、說明在不同諧振組件中切換的電路圖；及
[0017] 圖5A和5B是根據本公開內容實施例的、說明輸出循環(huán)在預定時段處的插入的圖。

【具體實施方式】
[0018] 圖1說明了根據本公開內容實施例的電外科系統(tǒng)100。電外科系統(tǒng)100包括生成 治療患者組織的電外科能量的電外科發(fā)生器110。電外科發(fā)生器Iio基于選定的操作模式 (例如，切割、凝結、消融或密封）和/或感測到的電外科能量的電壓和電流波形生成適當電 平的電外科能量。電外科系統(tǒng)100還可以包括對應于各種電外科器械的多個輸出連接器。
[0019] 電外科系統(tǒng)100還包括具有用于治療患者組織的電極的單極電外科器械120(例 如，電外科切割探針或消融電極），該單極電外科器械120具有返回墊125。單極電外科器 械120可以經多個輸出連接器之一連接到電外科發(fā)生器110。電外科發(fā)生器110可以以射 頻（RF)能量的形式生成電外科能量。電外科能量供應給單極電外科器械120,該單極電外 科器械120施加電外科能量來治療組織。電外科能量通過返回墊125返回到電外科發(fā)生器 110。返回墊125提供與患者組織的充分接觸面積，從而最小化由于施加到組織的電外科能 量而造成組織損害的風險。此外，電外科發(fā)生器110和返回墊125可以配置為監(jiān)視組織-患 者接觸，以確保返回墊125和患者之間存在充分接觸，以最小化組織損害的風險。
[0020] 電外科系統(tǒng)100還包括雙極電外科器械130,該雙極電外科器械130可以經多個輸 出連接器之一連接到電外科發(fā)生器110。在雙極電外科器械的操作期間，電外科能量供給器 械的鉗子的兩個爪構件之一，例如爪構件132,被用來治療組織，并且通過另一個爪構件，例 如爪構件134,返回到電外科發(fā)生器110。
[0021] 電外科發(fā)生器110可以是任何合適類型的發(fā)生器，并且可以包括多個連接器，以 適應各種類型的電外科器械（例如，單極電外科器械120和雙極電外科器械130)。電外科 發(fā)生器110還可以配置為以各種模式操作，諸如消融、切割、凝結和密封。電外科發(fā)生器110 可以包括切換機制（例如，中繼器），以便在各種電外科器械可以連接到的連接器之間切換 RF能量的供應。例如，當電外科器械120連接到電外科發(fā)生器110時，切換機制把RF能量 的供應切換到單極插頭。在實施例中，電外科發(fā)生器110可以配置為向多個器械同時提供 RF能量。
[0022] 電外科發(fā)生器110包括具有適當用戶控制裝置（例如，按鈕、致動器、開關或觸摸 屏）的用戶接口，用于向電外科發(fā)生器110提供控制參數。這些控制裝置允許用戶調整電 外科能量的參數（例如，功率電平或輸出波形的形狀），使得電外科能量適于特定的外科手 術（例如，凝結、消融、組織密封或切割）。電外科器械120和130也可以包括多個用戶控 制裝置。此外，電外科發(fā)生器110可以包括用于顯示關于電外科發(fā)生器110操作的各種信 息（例如，強度設置和治療完成指示器）的一個或多個顯示屏。電外科器械120和130還 可以包括多個輸入控制裝置，這些輸入控制裝置可以是電外科發(fā)生器110的某些輸入控制 裝置的冗余。把輸入控制裝置放在電外科器械120和130處允許外科手術期間電外科能量 參數的更容易且更快的修改，而無需與電外科發(fā)生器110的交互。
[0023] 圖2A是圖1電外科發(fā)生器中的發(fā)生器電路系統(tǒng)200的框圖。發(fā)生器電路系統(tǒng)200 包括低頻（LF)整流器220、直流-直流（DC/DC)轉換器225、RF放大器230、多個傳感器 240、模數轉換器（ADC) 250、控制器260、硬件加速器270、處理器子系統(tǒng)280,以及用戶接口 (UI) 290。發(fā)生器電路系統(tǒng)200配置為連接到電源210,諸如墻上的電源插座或者其它電源 插座，其中電源生成具有低頻（例如，25Hz、50Hz或60Hz)的交流電流（AC)。電源210把AC 功率提供給LF整流器220,該LF整流器220把AC轉換成直流電流（DC)?；蛘?，電源210 和LF整流器220可以用電池或提供DC功率的其它合適的設備代替。
[0024] 從LF整流器220輸出的DC提供給把DC轉換成期望電平的DC/DC轉換器225。轉 換后的DC提供給RF放大器230,該RF放大器230包括DC-AC (DC/AC)逆變器232和諧振匹 配網絡234。DC/AC逆變器232把轉換后的DC轉換成具有適于電外科手術的頻率（例如， 472kHz、29. 5kHz 和 19. 7kHz)的 AC 波形。
[0025] 用于電外科能量的適當頻率可以基于電外科手術和電外科模式而不同。例如，神 經和肌肉刺激在大約每秒100000個循環(huán)（IOOkHz)停止，高于這個點，有些電外科手術可以 安全地執(zhí)行，即，電外科能量可以以最小的神經肌肉刺激經過患者到達目標組織。例如，通 常，消融手術使用472kHz的頻率。其它電外科手術可以以損害神經和肌肉的最小風險在低 于IOOkHz的脈沖率，例如29. 5kHz或19. 7kHz，執(zhí)行，就像電灼或噴霧。DC/AC逆變器232 可以輸出具有適于電外科操作的各種頻率的AC信號。
[0026] 如上所述，RF放大器230包括諧振匹配網絡234。諧振匹配網絡234耦合到DC/ AC逆變器232的輸出，以便把DC/AC逆變器232處的阻抗匹配到組織的阻抗，使得在發(fā)生器 電路系統(tǒng)200和組織之間存在最大化或最優(yōu)的功率傳送。
[0027] 由RF放大器230的DC/AC逆變器232提供的電外科能量受控制器260的控制。從 DC/AC逆變器232輸出的電外科能量的電壓和電流波形由多個傳感器240感測并且提供給 控制器260,控制器260從DC/DC轉換器控制器278,例如脈寬調制器（PWM)或數字脈寬調 制器（DPWM)，生成控制信號，以控制DC/DC轉換器225的輸出，并且從DC/AC逆變器控制器 276生成控制信號，以控制DC/AC逆變器232的輸出。控制器260還經用戶接口（UI) 290接 收輸入信號。UI 290允許用戶選擇電外科手術的類型（例如，單極或雙極）以及模式（例 如，凝結、消融、密封或切割），或者輸入用于電外科手術或模式的期望控制參數。依賴于功 率設置或期望的外科效果，圖2A的DC/DC轉換器225可以是固定的或可變的。當其固定時， RF放大器的行為就像在圖2C中示出的S類設備。當其可變時，RF放大器的行為就像在圖 2B中不出的根據修改后的Kahn技術的設備。
[0028] 多個傳感器240感測在RF放大器230的輸出處的電壓和電流。這多個傳感器240 可以包括提供電壓和電流冗余測量的兩個或更多對或組的電壓和電流傳感器。這種冗余性 確保在RF放大器230的輸出處的電壓和電流測量的可靠性、準確性和穩(wěn)定性。在實施例中， 依賴于應用或設計需求，這多個傳感器240可以包括更少或更多組電壓和電流傳感器。這 多個傳感器240還可以測量從發(fā)生器電路系統(tǒng)200的其它組件，諸如DC/AC逆變器232或 諧振匹配網絡234,輸出的電壓和電流。這多個傳感器240可以包括用于測量電壓和電流的 任何已知技術，包括例如Rogowski線圈。
[0029] 感測到的電壓和電流波形饋送到模數轉換器（ADC) 250。ADC250采樣感測到的電 壓和電流波形，以獲得電壓和電流波形的數字樣本。這也常常被稱為模擬前端（AFE)。電壓 和電流波形的數字樣本被控制器260處理并用來生成控制RF放大器230的DC/AC逆變器 232和DC/DC轉換器225的控制信號。ADC 250可以配置為以作為RF頻率整數倍的采樣頻 率采樣感測到電壓和電流波形。
[0030] 如圖2A的實施例中所示，控制器260包括硬件加速器270和處理器子系統(tǒng)280。 如上所述，控制器260還耦合到Π 290,該Π 從用戶接收輸入命令并且顯示關于電外科能 量特性的輸出和輸入信息（例如，選定的功率電平）。硬件加速器270處理來自ADC 250的 輸出并且與處理器子系統(tǒng)280合作來生成控制信號。
[0031] 硬件加速器270包括劑量監(jiān)視與控制（DMC) 272、內部功率控制環(huán)路274、DC/AC逆 變器控制器276以及DC/DC轉換器控制器278?？刂破?60的全部或一部分可以由現場可 編程門陣列（FPGA)、專用集成電路（ASIC)、數字信號處理器（DSP)和/或微控制器實現。
[0032] DMAC 272從ADC 250接收感測到的電壓和電流波形的樣本，并且計算平均實數功 率和組織阻抗的實數部分。然后，DMC 272把實數功率和組織阻抗的實數部分提供給內部 功率控制環(huán)路274,該內部功率控制環(huán)路274基于實數功率和組織阻抗的實數部分當中一 個或多個生成用于DC/AC逆變器控制器276的控制信號。DC/AC逆變器控制器276又生成 第一脈寬調制（PWM)控制信號，以控制DC/AC逆變器232的輸出。
[0033] 處理器子系統(tǒng)280包括外部功率控制環(huán)路282、狀態(tài)機284,以及功率設定點電路 286。處理器子系統(tǒng)280基于DMAC 272的輸出和用戶經Π 290選定的參數（例如，電外 科模式）生成第二PWM控制信號。具體而言，由用戶選定的參數提供給狀態(tài)機284,狀態(tài)機 284確定發(fā)生器電路系統(tǒng)200的狀態(tài)或模式。外部功率控制環(huán)路282使用這個狀態(tài)信息和 來自DMC 272的輸出來確定控制數據。該控制數據提供給功率設定點電路286,該功率設 定點電路286基于控制數據生成功率設定點。DC/DC轉換器控制器287使用功率設定點生 成用于控制DC/DC轉換器225的適當PWM控制信號，以便把來自LF整流器220的DC輸出 轉換成期望的電平。如果用戶不經Π 290向狀態(tài)機284提供操作參數，則狀態(tài)機284可以 維持或進入缺省狀態(tài)。
[0034] 圖3示出了圖2A硬件加速器270的更詳細的圖。硬件加速器270實現發(fā)生器電 路系統(tǒng)200的可能具有特殊處理需求，諸如高處理速度，的那些功能。硬件加速器270包括 圖2A中所示的DMAC 272、內部功率控制環(huán)路274、DC/AC逆變器控制器276,以及DC/DC轉 換器控制器278。
[0035] DMAC 272包括四個模數轉換器（ADC)控制器312a-312d、數字信號處理器314、RF 數據寄存器316及DMAC寄存器318。ADC控制器312a-312d控制ADC 250(圖2A)的操作， 其中ADC 250把感測到的電壓和電流波形轉換成數字數據。然后，數字數據提供給實現各 種過濾和其它數字信號處理功能的數字信號處理器314。
[0036] 感測到的電壓和電流是到ADC 250的數字輸入，其中ADC 250采樣感測到的電壓 和電流。ADC控制器312a-312d向ADC 250提供操作參數，包括預定的采樣率，使得ADC以預 定的采樣率，即，每秒預定的采樣次數，或者與RF逆變器頻率一致的預定的采樣周期，即， RF逆變器頻率的整數倍的采樣頻率，采樣感測到的電壓和電流。ADC控制器312a-312d控 制ADC 250的操作，其中ADC 250把感測到的電壓和電流波形轉換成數字數據。然后，數字 數據提供給實現各種過濾和其它數字信號處理功能的數字信號處理器314。
[0037] 感測到的電壓和電流輸入到采樣感測到的電壓和電流的ADC250。ADC控制器 312a-312d向ADC 250提供操作參數，包括預定的采樣率，使得ADC以預定的采樣率，即， 每秒預定的采樣次數或者預定的采樣周期，同時采樣感測到的電壓和電流。ADC控制器 312a-312d可以配置為控制ADC 250,使得采樣周期對應于電壓和電流波形的RF頻率的整 數倍。這常常被稱為相干采樣。
[0038] 通過采樣電壓和電流波形獲得的數字數據經ADC控制器312a_312d提供給數字信 號處理器314。數字信號處理器314使用該數字數據計算復數電壓V ramp、復數電流Iramp、實 數功率Preal，以及組織阻抗的實數部分Z Mal。一般而言，組織阻抗是實數或者電阻性的，但 是在組織被"煮（cook)"之后可以具有一個小的電容性分量。另外，電外科發(fā)生器和組織之 間的電纜也具有電容性和電抗性分量。出于這些原因，電外科發(fā)生器通常包括補償這些寄 生現象以便更準確測量組織阻抗的控制系統(tǒng)。但是，這些控制系統(tǒng)需要計算效率不高的復 雜計算，這對以及時方式或以與RF控制環(huán)路計算的能力相當的更新速率執(zhí)行組織阻抗計 算導致附加的成本。
[0039] 在圖2B和2C中所繪出的備選實施例中，硬件加速器不可用并且剛描述過的許多 主要RF測量和控制功能代替地完全駐留在稱為專用標準產品（ASSP)集成電路的可編程設 備中，該ASSP集成電路包括至少一個DSP內核處理器和多個數字脈寬調制器（DPWM)，DPWM 與硬件加速器及其DSP和/或微控制器內核的功能基本上相似。
[0040] 在其它實施例中，還可以有在ASSP中可用的第二微處理器內核，包含可以連接到 傳感器的附加 ADC，用于執(zhí)行與RF控制功能分開的冗余劑量監(jiān)視功能。第二處理器還可以 從RF控制器為用戶執(zhí)行用戶接口功能，諸如接收和請求功率設置、激活請求，等等。ASSP還 可以只利用一個RF控制環(huán)路（或補償器環(huán)路），而不是兩個"內部"和"外部"補償器環(huán)路， 來直接控制以下任意一個：功率、電壓、電流、溫度或阻抗。這個環(huán)路可以使用通過利用無擾 動傳送方法和可飽和限制在這些過程變量之間改變的單個比例-積分-微分補償器。
[0041] 圖2B示出了包括根據修改后的Kahn技術的發(fā)生器電路系統(tǒng)201的電外科系統(tǒng)。 發(fā)生器電路系統(tǒng)201包括RF放大器241和用于控制RF放大器241把具有期望特性的電外 科能量輸送到要治療的組織247的控制器251。RF放大器241從電源210接收AC或DC。 RF放大器包括AC/DC或DC/DC轉換器242,該轉換器把由電源210提供的AC或DC轉換成合 適電平的DC。就像在圖2A中，RF放大器241還包括把DC轉換成AC的DC/AC逆變器232。 RF放大器241還包括單-或雙-模式諧振匹配網絡244以及用于切換諧振匹配網絡244的 模式的模式中繼器248。
[0042] 來自RF放大器241的輸出提供給傳感器246,傳感器246包括電壓傳感器、電流傳 感器和溫度傳感器。從傳感器246輸出的傳感器信號經控制器251的模擬前端（AFE) 252提 供給控制器251。AFE調節(jié)并采樣傳感器信號，以獲得代表傳感器信號的數字傳感器數據。 控制器251還包括信號處理器253、模式狀態(tài)控制和無擾動傳送單元254、補償器或PID控 制器255、脈寬調制器（PWM)或數字脈寬調制器（DPWM) 256,以及電壓控制的振蕩器或數值 控制的振蕩器257。
[0043] 信號處理器253接收數字傳感器數據并執(zhí)行根據本公開內容的系統(tǒng)和方法的計 算和其它功能。除其它的之外，信號處理器253計算感測到的電壓和電流、阻抗和/或功率 的實數和虛數部分，并且執(zhí)行控制電壓、電流、功率、阻抗和/或功率當中一個或多個的功 能。信號處理器253還生成并向模式狀態(tài)控制和無擾動傳送單元254以及補償器或PID控 制器255提供過程變量。模式狀態(tài)控制和無擾動傳送單元254根據組織效果算法控制用于 單或雙模式諧振匹配網絡244的模式中繼器248,并且生成并向補償器或PID控制器255提 供系數和設定點。
[0044] 補償器或PID控制器255生成控制器輸出變量并且把它們提供給脈寬調制器 (PWM)或數字脈寬調制器（DPWM) 256。脈寬調制器（PWM)或數字脈寬調制器（DPWM) 256從 電壓控制的振蕩器或數值控制的振蕩器257接收振蕩器信號并且生成用于控制AC/DC或 DC/DC轉換器242的控制信號。電壓控制的振蕩器或數值控制的振蕩器257還生成用于控 制DC/AC逆變器232的控制信號。
[0045] 就像圖2A的發(fā)生器電路系統(tǒng)200,發(fā)生器電路系統(tǒng)201包括用戶接口 290,通過該 用戶接口，用戶可以經控制器251的控制器應用接口 258控制和/或監(jiān)視發(fā)生器電路系統(tǒng) 201的功能。
[0046] 圖2C示出了包括根據S類設備拓撲結構的發(fā)生器電路系統(tǒng)202的電外科系統(tǒng)。不 像圖2B的發(fā)生器電路系統(tǒng)201，發(fā)生器電路系統(tǒng)202不包括AC/DC或DC/DC轉換器242。外 部低頻（LF)整流器220或電池向RF放大器241的DC/AC逆變器232提供適當電平的DC。 如圖2C中所示，PWM或DPWM 256從VCO或NCO 257接收振蕩器信號并且生成用于控制DC/ AC逆變器232的控制信號。
[0047] 數字信號處理器314的輸出經RF數據寄存器316 (見圖3)提供給圖2A的處理器 子系統(tǒng)280。DMAC 272還包括接收并存儲用于數字信號處理器314 (見圖3)的相關參數的 DMAC寄存器318。數字信號處理器314還從DC/AC逆變器控制器276的PWM模塊346接收 信號。
[0048] DMAC 272經信號線321向內部功率控制環(huán)路274并且經信號線379向處理器子 系統(tǒng)280提供控制信號。內部功率控制環(huán)路274處理控制信號并且向DC/AC逆變器控制器 276輸出控制信號。內部功率控制環(huán)路274包括補償器326、補償器寄存器330,及VI限制 器334。信號線321攜帶并向補償器326提供阻抗的實數部分。
[0049] 當存在用戶輸入時，處理器子系統(tǒng)280接收用戶輸入并且利用經信號線379來自 數字信號處理器314的輸出來處理它。處理器子系統(tǒng)280經補償器寄存器330向VI限制 器334提供控制信號，其中VI限制器334對應于圖2A中的功率設定點電路286。然后，VI 限制器334基于用戶輸入和數字信號處理器314的輸出提供期望的功率分布圖（例如，對 于設定的電外科模式或操作，功率的最小值和最大值限制），補償器寄存器330還向補償器 326提供其它控制參數，然后，補償器326組合來自補償器寄存器330和VI限制器334的所 有控制參數，以便經信號線327向DC/AC逆變器控制器276生成輸出。
[0050] DC/AC逆變器控制器276接收控制參數并輸出驅動DC/AC逆變器232的控制信號。 DC/AC逆變器控制器276包括縮放單元342、PWM寄存器344,以及PWM模塊346?？s放單元 342通過用一個數乘以輸出和/或把一個數加到輸出來縮放補償器寄存器330的輸出?？s 放單元342經信號線，341a和341b，從PWM寄存器344接收用于相乘的數字和/或用于相 加的數字。PWM寄存器344存儲控制DC/AC逆變器232的幾個相關參數，例如，要由DC/AC 逆變器232生成的AC信號的周期、脈寬和相位以及其它相關參數。PWM寄存器344把信號 345a-345d發(fā)送到PWM模塊346。PWM模塊346從PWM寄存器344接收輸出并且生成控制圖 2A中RF放大器230的DC/AC逆變器232的四個晶體管的四個控制信號，347a-347d。PWM 模塊346還經寄存器同步信號347同步它的信息與PWM寄存器344中的信息。
[0051] PWM模塊346還向內部功率控制環(huán)路274的補償器326提供控制信號。處理器子 系統(tǒng)280向PWM模塊346提供控制信號。以這種方式，DC/AC逆變器控制器276可以利用 集成的內部輸入（即，由DMAC 272對多個傳感器的處理結果）和外部輸入（例如，由處理 器子系統(tǒng)280對用戶輸入的處理結果）控制RF放大器230的DC/AC逆變器232。
[0052] 處理器子系統(tǒng)280還經信號線373向DC/DC轉換器控制器278發(fā)送控制信號。DC/ DC轉換器控制器278處理控制信號并且生成另一控制信號，使得DC/DC轉換器225把直流 電流轉換成適于被RF放大器230轉換的期望電平。DC/DC轉換器控制器278包括PWM寄存 器352和PWM模塊354。PWM寄存器352經信號線373從處理器子系統(tǒng)280接收輸出并且像 PWM寄存器344 -樣存儲相關參數。PWM寄存器352向PWM模塊354發(fā)送信號353a-353d。 PWM模塊354還向PWM寄存器352發(fā)送寄存器同步信號并且生成控制圖2A中DC/DC轉換器 225的四個晶體管的四個控制信號，355a-355d。
[0053] 圖4是根據本公開內容實施例的、說明在不同諧振組件中切換的電路圖400。電路 圖400說明了模式中繼器248和匹配網絡244。模式中繼器248允許用戶在不同的操作模 式之間切換。例如，頂部模式中繼器248允許用戶在切割模式和噴霧模式之間切換，而底部 模式中繼器248允許用戶在結扎模式和混合模式之間切換。本領域技術人員可以預期用于 在多種操作模式之間切換的多個中繼器。此外，對選定的模式，電容器410和電感器420適 當地確定尺寸。匹配網絡244包括兩個變壓器430,以改變電路400的相對電壓并提供患者 隔離。
[0054] 前面的描述提供了用于控制電外科發(fā)生器110的輸出的組件和設備的詳細介紹。 通常，從DC/AC逆變器輸出（并且隨后施加到患者）的平均功率減小的方式是通過減小由 DC/AC逆變器控制器276(圖2A)輸出的PWM信號的脈寬。但是，當以低功率設置操作時，以 這種方式進行的功率控制會導致效率的損失。
[0055] 圖5A繪出了 DC/AC逆變器控制器276 (圖2A)并且尤其是PWM模塊346 (圖3)的 輸出信號，該輸出信號控制DC/AC逆變器232。在圖5A中，初始信號是控制DC/AC逆變器 232的連續(xù)波（CW)。CW的脈沖（S卩，高信號和低信號）具有短脈寬TPWlligh。通過縮短脈寬， 由DC/AC逆變器232輸出并且最終施加到患者的平均功率減小。但是，如以上指出的，由于 平均功率輸出減小，因此當使用CW時僅脈寬的減小會導致效率損失。
[0056] 根據本公開內容的一種實施例，DC/AC逆變器232的效率可以通過把脈寬拉長到 TPWuw并且從CW過渡到具有50%工作循環(huán)的脈沖波（PW)來增加。換句話說，脈沖只在時 段T的50%期間發(fā)送到DC/AC逆變器232。在圖5A的例子中，在時段T期間，四個脈沖信 號循環(huán)在時段T m中產生，之后在也是四個循環(huán)的時段Irff沒有信號產生，因此Tm和Irff相 等（即，代表相同的時段）。另外，在這個例子中，通過把脈寬TPWu w拉長到大約TPWffigh 的兩倍，DC/AC逆變器232輸出的平均功率可以維持。但是，由于在DC/AC逆變器232處發(fā) 生的切換次數的減少、這種切換之間時間的增加（S卩，Tpw uto STPWlligil.)以及其中沒有 切換發(fā)生的時段Irff，因此，與僅僅減小CW的脈寬相比，實現了效率的增加。
[0057] 在備選或附加實施例中，處于低功率電平的效率可以通過投下或停用至少某個預 定整數個輸出循環(huán)來提高。如圖5B中所示，供給DC/AC逆變器232的PW的工作循環(huán)維持 在50%。但是，不是時段T m后面跟著時段Irff的PW，其中Tm和Irff相等，而是I rff的時段 可以在時段T中隨機散布，如由無信號的時段510表示的。無信號的時段510的累計時間 等效于I rff (圖5A中所示），并且，當電流的振幅保持恒定時，從DC/AC逆變器導致相同的輸 出。
[0058] 圖5A和5B中所繪出的信令方案的結果是兩個時間參數被用于實現期望的平均功 率。第一個參數是整體工作循環(huán)（示為50% )，由此沒有信號在Irff或者時段T的一半當 中供應。另一個參數是在Tm期間供應的信號的脈寬（例如，TPW liw )，從而在臨床醫(yī)生期 望使用低功率時導致更大的控制和更高的效率。作為例子，較低的功率可以是電外科發(fā)生 器110的額定功率的10%。
[0059] 應當指出，效率可以由控制器260確定。但是，在某些情況下，效率不能由控制器 260,而是利用其它外部效率計算組件/元件，來確定。對于確定效率的備選在線和/或離 線方法，參考標題為"DEAD---ΜΕ OPTIMIZATION OF RESONANT INVERTERS"的美國臨時專利 申請No. 61/838, 753 (代理人案號H-EM-OO182PR0 (203-9554PR0))，其全部內容通過引用被 結合于此。例如，系統(tǒng)的效率可以離線地特征化，并且關循環(huán)可以在對控制參數，諸如工作 循環(huán)或相位，到達預定閾值時或者當感測到的功率降至低于某個閾值時插入。
[0060] 而且，任何給定時段內被投下的循環(huán)可以通過使用由隨機數發(fā)生器確定的偽隨機 序列來隨機化。隨機數發(fā)生器可以是，例如，擴散頻譜以便減輕任何不期望的頻率的GaloiS 序列。因此，電外科發(fā)生器110的操作的有用范圍可以被擴展，同時維持合理的能量轉換效 率。
[0061] 應當理解，所公開的實施例僅僅是示例本公開內容，本公開內容可以以各種形式 體現。因此，本文所公開的具體結構和功能細節(jié)不應當解釋為限制，而僅僅是作為權利要求 的基礎并且作為向本領域技術人員講授如何以不同方式在幾乎任何適當的具體結構中采 用本公開內容的代表性基礎。另外，本文所使用的術語和短語不是要限制；而是要提供對本 公開內容的可理解描述。
[0062] 應當理解，本文所使用的術語僅僅是為了描述特定的實施例而不是要限制。在本 文檔中，如在本文中所使用的，術語"一個"定義為一個或多于一個。如在本文中所使用的， 術語"多個"定義為兩個或多于兩個。如在本文中所使用的，術語"另一個"定義至少另一 個或多個。如在本文中所使用的，術語"包括"和/或"具有"定義為"包括"（即，開放式語 言）。如在本文中所使用的，術語"耦合的"定義為連接的，但不一定是直接連接，并且不一 定是機械連接。諸如第一和第二、頂部和底部等關系術語僅僅是用來區(qū)分一個實體或動作 與另一個實體或動作，而不一定需要或暗示這種實體或動作之間任何真正的這種關系或次 序。術語"包括"或者其任何變體都要覆蓋非排他性的包括，使得包括元件列表的過程、方 法、制造品或裝置不僅包括那些元件，而且還包括沒有明確列出或者這種過程、方法、制造 品或裝置固有的其它元件。不作為更多的約束，"包括一個…."進行的元件不排除包括該 元件的過程、方法、制造品或裝置中另外完全相同元件的存在。
[0063] 如在本文中所使用的，不管是否明確地指示，術語"大約"或"近似"都應用到所有 數字值。這些術語一般指本領域技術人員將認為與所述值等效的數字范圍（即，具有相同 的功能或結果）。在許多情況下，這些術語可以包括四舍五入到最近的有效數字的數字。在 本文檔中，術語"縱向"應當理解為指對應于所述對象拉長方向的方向。最后，如在本文中 所使用的，術語"遠端"和"近端"是從用戶或外科醫(yī)生的角度來考慮的，因此外科器械的遠 端是在使用當中離外科醫(yī)生最遠的那部分，而近端通常是離用戶最近的那部分。
[0064] 應當理解，本文所述的公開內容的實施例可以包括一個或多個常規(guī)處理器以及唯 一存儲的程序指令，所述程序指令控制一個或多個處理器，結合某些非處理器電路和其它 元件，來實現本文所述超聲波外科器械的一些、大部分或全部功能。非處理器電路可以包 括，但不限于，信號驅動器、時鐘電路、功率源電路，及用戶輸入和輸出元件。或者，一些或全 部功能可以由沒有存儲的程序指令的狀態(tài)機、在一個或多個專用集成電路（ASIC)中或者 在現場可編程門陣列（FPGA)中實現，其中在ASIC中每個功能或者某些功能的有些組合實 現為定制邏輯，其中FPGA使得制造商或用戶能夠使用可更新的定制邏輯。當然，也可以使 用這三種方法的組合。因而，用于這些功能的方法和政治已經在本文描述。
[0065] 根據以上所述，并且參考各個附圖，本領域技術人員將理解，在不背離其范圍的情 況下，可以對本公開內容進行某些修改。雖然本公開內容的幾種實施例已經在附圖中示出 和/或在本文中描述，但是本公開內容不是要限定于此，因為本公開內容的范圍要像本領 域所允許的那樣廣并且本說明書也要同樣閱讀。因此，以上描述不應當認為是限制，而僅僅 是作為特定實施例的例證。本領域技術人員將想像得到屬于所附權利要求的范圍和主旨的 其它修改。
【權利要求】
1. 一種用于控制電外科發(fā)生器的輸出的方法，該方法包括： 利用逆變器把直流電流（DC)轉換成交流電流（AC); 感測在逆變器的輸出處的電流和電壓； 基于感測到的電壓和感測到的電流確定功率電平； 確定電外科發(fā)生器的效率；及 在電外科發(fā)生器的效率到達閾值功率效率時，插入預定整數個關循環(huán)。
2. 如權利要求1所述的方法，其中預定整數個關循環(huán)在隨機的時段處插入。
3. 如權利要求2所述的方法，其中隨機時段是經偽隨機序列生成的，該是偽隨機序列 由隨機數發(fā)生器確定的。
4. 如權利要求1所述的方法，還包括從連續(xù)波模式切換到脈沖波模式。
5. 如權利要求1所述的方法，還包括確定工作循環(huán)，以便把確定的功率電平維持在期 望的功率電平。
6. 如權利要求1所述的方法，還包括確定脈寬，以便把確定的功率電平維持在期望的 功率電平。
7. 如權利要求5所述的方法，還包括改變工作循環(huán)，以維持期望的效率。
8. 如權利要求6所述的方法，還包括改變脈寬，以維持期望的效率。
9. 一種提高電外科發(fā)生器效率的方法，該方法包括： 基于感測到的電壓和感測到的電流確定功率電平； 基于檢測到的功率電平確定電外科發(fā)生器的效率；及 在電外科發(fā)生器的效率到達閾值功率效率時，逐步投下預定整數個關循環(huán)，該預定整 數個關循環(huán)經隨機數發(fā)生器隨機化。
10. 如權利要求9所述的方法，還包括改變工作循環(huán)，以方便最優(yōu)效率的維持。
11. 如權利要求9所述的方法，還包括不管投下多少循環(huán)都維持平均功率。
12. 如權利要求9所述的方法，還包括從連續(xù)波模式切換到脈沖波模式。
13. 如權利要求9所述的方法，還包括確定工作循環(huán)，以便把確定的功率電平維持在期 望的功率電平。
14. 如權利要求13所述的方法，還包括改變工作循環(huán)，以維持期望的效率。
15. 如權利要求9所述的方法，還包括確定脈寬，以便把確定的功率電平維持在期望的 功率電平。
16. 如權利要求15所述的方法，還包括改變脈寬，以維持期望的效率。
【文檔編號】A61B18/12GK104434300SQ201410491457
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】J·A·吉爾伯特, M·約翰斯頓, A·馬特米勒, J·H·約翰遜 申請人:柯惠有限合伙公司