用于电外科中的窄带实阻抗控制的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于电外科中的窄带实阻抗控制的系统和方法。本发明的电外科系统以及所关联的方法执行窄带实阻抗控制，用于电外科中的精确组织处理。该电外科系统包括电外科发生器，电外科发生器包括：输出级，其被配置为产生对组织进行处理的电外科能量；多个传感器，其被配置为感测电外科能量的电压和电流波形；以及，控制器，其被耦合到输出级以控制所产生的电外科能量。控制器包括：信号处理器，其（1）使用多个窄带滤波器，基于由所述多个传感器感测到的电压波形和电流波形，确定复值电压和复值电流，以及（2）使用复值电压和复值电流，计算组织阻抗的实部。控制器还包括输出控制器，其被配置为基于计算得到的组织阻抗的实部，控制输出级。
【专利说明】用于电外科中的窄带实阻抗控制的系统和方法
[0001] 背景 1.
【技术领域】
[0002] 本公开涉及电外科。具体而言，本公开涉及用于电外科中的精确组织处理的窄带 实阻抗控制的系统和方法。 2.
【背景技术】
[0003] 电外科涉及在电外科手术中应用高频电流来切割或改变生物组织。电外科使用电 外科发生器、主动电极和返回电极进行。电外科发生器(也称为电源或波形发生器）产生交 变电流（AC)，该电流通过主动电极应用到患者组织，并通过返回电极返回到电外科发生器。 AC典型地具有超过100千赫兹（kHz)的频率，以避免肌肉和/或神经刺激。
[0004] 在电外科过程中，由电外科发生器产生的AC通过布置在主动电极与返回电极之 间的组织传导。组织的阻抗将与AC相关联的电能(也称为电外科能量)转变为热，热导致组 织温度上升。电外科发生器通过控制提供给组织的电功率（即每时间的电能)来控制组织的 发热。尽管许多其他变量影响组织的整体发热，但是增大的电流密度通常导致增大的发热。 电外科能量典型地用于切割、剖开、烧蚀、凝结和/或封闭组织。
[0005] 所使用的两种基本类型的电外科为电极和双极电外科。这些类型的电外科均使用 主动电极和返回电极。在双极电外科中，外科器具包括同一器具上或彼此非常接近的主动 电极和返回电极，常常使得电流流过少量的组织。在单极电外科中，返回电极位于患者身体 的其他地方，并且典型地不是电外科器具自身的一部分。在单极电外科中，返回电极是通常 称为返回垫的装置的一部分。
[0006] 有些电外科发生器包括控制器，其基于电外科发生器附近的电压和电流测量来控 制某一时间段上传递到组织的功率。这些发生器使用离散傅立叶变换（DFT)或多相解调来 计算电压和电流测量之间的相差，以便计算实功率并进行校正和补偿。
[0007] 某些电外科发生器还通过在组织几乎是电阻性的假设下将宽带均方根（RMS)电压 除以宽带RMS电流来计算组织阻抗。使用校正和补偿技术来补偿任何增益引起的或相位引 起的误差。然而，RMS电压和电流的宽带测量中的噪音没有得到衰减。事实上，RMS计算的 "平方"部分关联了噪音，并将噪音量值加到RMS电压和电流的量值。在低电压和电流下，噪 音量值相对于RMS电压和电流量值甚至更为显著，导致RMS电压和电流的不准确的测量。
【发明内容】
[0008] 本公开的系统和方法提供了 RMS电压和电流、组织阻抗以及输出功率的准确测 量。在一方面中，本公开以一种包括输出级、传感器和控制器的电外科发生器为特征。输出 级产生对组织进行处理的电外科能量，且传感器感测电外科能量的电压波形和电流波形。 控制器耦合到输出级和传感器，并控制所产生的电外科能量。控制器包括信号处理器，其： (1)使用窄带滤波器基于由传感器感测的电压波形和电流波形来确定复值电压和复值电 流，以及（2)使用复值电压和复值电流来计算组织阻抗的实部。控制其还包括输出控制器， 其基于计算得到的组织阻抗的实部来控制输出级。
[0009] 窄带滤波器可以为多相抽取滤波器或Goertzel DFT滤波器。多相抽取滤波器可 以是外差载波中心多相滤波器，其具有作为电外科能量频率的谐波倍数的中心频率。另外， 电外科能量可以为射频（RF)能量。
[0010] 在多个方面中，信号处理器根据下面的公式计算组织阻抗的实部： ac f hd
[0011] -ττ C +d~
[0012] 其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复 值电流的虚部。信号处理器还可根据下面的公式计算组织阻抗的虚部： be - ad
[0013] ^^-T C" + d~
[0014] 其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复 值电流的虚部。
[0015] 在多个方面中，信号处理器可基于计算得到的组织阻抗的实部和虚部来计算组织 阻抗的量值。
[0016] 在多个方面中，电外科发生器可包括模数转换器（ADC)，其对感测到的电压波形 和感测到的电流波形进行采样，以获得感测电压波形和感测电流波形各自的预定数量的采 样。预定数量的采样可对应于整数数量的电压波形和电流波形周期。电外科发生器还可包 括低通滤波器，其在ADC对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行采样之前对感测到 的电压波形和感测到的电流波形进行滤波。电外科发生器还可包括抽取器，其对采样得到 的电压波形和采样得到的电流波形进行抽取，在此之后窄带滤波器对抽取得到的电压波形 和抽取得到的电流波形进行滤波。
[0017] 在多个方面中，输出控制器基于阻抗实部与希望的阻抗实部之间的差来产生反馈 波形。反馈波形可用于控制输出级。
[0018] 在多个方面中，控制器可在现场可编程门阵列、专用集成电路、专用标准产品集成 电路或数字信号处理器中实现。
[0019] 在另一方面中，本公开以一种用于电外科发生器的方法为特征。该方法包括产生 电外科能量以处理组织、感测所产生的电外科能量的电压波形和电流波形、使用窄带滤波 器基于感测到的电压波形和感测到的电流波形确定复值电压和复值电流、计算组织阻抗的 实部以及基于计算得到的组织阻抗实部来控制电外科能量。
[0020] 在多个方面中，窄带滤波器可以为多相抽取滤波器或Goertzel DFT滤波器。多相 抽取滤波器可以是外差载波中心多相滤波器，其具有作为电外科能量频率的谐波倍数的中 心频率。在多个方面中，该方法还可包括根据下面的公式计算组织阻抗的实部： 「 n ac + bd
[0021] ---Γ c~+d
[0022] 其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复 值电流的虚部。该方法还可包括根据下面的公式计算组织阻抗的虚部：
[0023]
【权利要求】
1. 一种电外科发生器，包括： 输出级，其被配置为产生对组织进行处理的电外科能量； 多个传感器，其被配置为感测电外科能量的电压波形和电流波形；以及 控制器，其被耦合到输出级以及所述多个传感器，并被配置为控制所产生的电外科能 量，控制器包括： 信号处理器，其被配置为（1)使用多个窄带滤波器，基于由所述多个传感器感测到的电 压波形和电流波形，确定复值电压和复值电流，以及（2)使用复值电压和复值电流，计算组 织阻抗的实部；以及 输出控制器，其被配置为基于计算得到的组织阻抗的实部，控制输出级。
2. 根据权利要求1的电外科发生器，其中，所述多个窄带滤波器为多相抽取滤波器或 Goertzel DFT 滤波器。
3. 根据权利要求2的电外科发生器，其中，多相抽取滤波器为具有这样的中心频率的 外差载波中心多相滤波器：该中心频率为电外科能量的频率的谐波倍数。
4. 根据权利要求1的电外科发生器，其中，电外科能量为射频（RF)能量。
5. 根据权利要求1的电外科发生器，其中，信号处理器根据下面的公式计算组织阻抗 的实部：
其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复值电 流的虚部。
6. 根据权利要求5的电外科发生器，其中，信号处理器根据下面的公式计算组织阻抗 的虚部：
其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复值电 流的虚部。
7. 根据权利要求1的电外科发生器，其中，信号处理器基于计算得到的组织阻抗的实 部和虚部来计算组织阻抗的量值。
8. 根据权利要求1的电外科发生器，其还包括： 多个模数转换器(ADC)，其被配置为对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行采 样，以获得感测到的电压波形和感测到的电流波形各自的预定数量的采样， 其中，所述预定数量的采样对应于电压波形和电流波形的整数个周期。
9. 根据权利要求8的电外科发生器，其还包括： 多个低通滤波器，其被配置为，在所述多个ADC对感测到的电压波形和感测到的电流 波形进行采样之前，对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行滤波。
10. 根据权利要求9的电外科发生器，其还包括： 多个抽取器，其被配置为，抽取所采样的电压波形和所采样的电流波形，在此之后所述 多个窄带滤波器对所抽取的电压波形和所抽取的电流波形进行滤波。
11. 根据权利要求1的电外科发生器，其中，输出控制器基于阻抗实部与希望的阻抗实 部之间的差来产生反馈波形，且 其中，反馈波形用于控制输出级。
12. 根据权利要求1的电外科发生器，其中，控制器选自包括现场可编程门阵列、专用 集成电路、数字信号处理器、可编程数字信号处理器、专用标准产品集成电路及其结合的 组。
13. -种用于电外科发生器的方法，该方法包括： 产生对组织进行处理的电外科能量； 感测所产生的电外科能量的电压波形和电流波形； 使用多个窄带滤波器，基于所感测的电压波形和所感测的电流波形，确定复值电压和 复值电流； 计算组织阻抗的实部；以及 基于计算得到的组织阻抗的实部，控制电外科能量。
14. 根据权利要求13的方法，其中，所述多个窄带滤波器为多相抽取滤波器或 Goertzel DFT 滤波器。
15. 根据权利要求14的方法，其中，多相抽取滤波器为具有这样的中心频率的外差载 波中心多相滤波器：该中心频率为电外科能量的频率的谐波倍数。
16. 根据权利要求13的方法，其还包括根据下面的公式计算组织阻抗的实部：
其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复值电 流的虚部。
17. 根据权利要求16的方法，其还包括根据下面的公式计算组织阻抗的虚部：
其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复值电 流的虚部。
18. 根据权利要求17的方法，其还包括基于计算得到的组织阻抗的实部和虚部来计算 组织阻抗的量值。
19. 根据权利要求13的方法，还包括： 对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行采样，以获得感测到的电压波形和感测 到的电流波形各自的预定数量的采样， 其中，所述预定数量的采样对应于电压波形和电流波形的整数个周期。
20. -种存有指令的非暂时性存储介质，该指令在被处理器执行时，执行用于控制电外 科发生器的方法，该方法包括： 产生对组织进行处理的电外科能量； 感测所产生的电外科能量的电压波形和电流波形； 使用多个窄带滤波器，基于感测到的电压波形和感测到的电流波形，确定复值电压和 复值电流； 计算组织阻抗的实部；以及 基于计算得到的组织阻抗的实部来控制电外科能量。
21.根据权利要求20的非暂时性存储介质，其中，控制器选自包括现场可编程门阵列、 专用集成电路、数字信号处理器、可编程数字信号处理器、专用标准产品集成电路及其组合 的组。
【文档编号】A61B18/12GK104042326SQ201410046849
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年2月11日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】J·A·吉尔伯特 申请人:柯惠有限合伙公司
文档序号 :
【 1297779 】
技术研发人员：J·A·吉尔伯特
技术所有人：柯惠有限合伙公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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