用于通過電外科電纜測量組織阻抗的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于通過電外科電纜測量組織阻抗的系統(tǒng)和方法。本公開的電外科系統(tǒng)和方法包括組織電阻測量系統(tǒng)，其補償將電外科發(fā)生器連接到電外科器械的電纜中的電容寄生效應(yīng)以估計組織負載的真實電阻。電外科發(fā)生器包括耦合到電能量源并且生成電外科能量的輸出級。電外科發(fā)生器包括感測電外科能量的電壓和電流的多個傳感器和控制輸出級的控制器。控制器包括：計算器，其基于被感測電壓和電流計算阻抗的實部；估計器，其使用作為阻抗的實部的函數(shù)的二次方程的解估計組織的電阻；以及控制信號發(fā)生器，其配置成基于組織的電阻生成用于輸出級的控制信號。
【專利說明】用于通過電外科電纜測量組織阻抗的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及電外科手術(shù)。更特別地，本公開涉及用于通過電外科電纜測量組織阻 抗的電外科系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電外科手術(shù)包括在電外科程序期間施加高頻電流以切割或改變生物組織。使用電 外科發(fā)生器、有源電極和返回電極執(zhí)行電外科手術(shù)。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)，所述交流電流通過有源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。交流電流典型地具有高于100千赫（kHz)的頻率以避免肌肉和/ 或神經(jīng)刺激。
[0003] 在電外科手術(shù)期間，由電外科發(fā)生器生成的AC傳導通過布置在有源和返回電極 之間的組織。組織的阻抗將與AC關(guān)聯(lián)的電能（也稱為電外科能量）轉(zhuǎn)換成導致組織溫度 上升的熱。電外科發(fā)生器通過控制提供給組織的電功率（即，單位時間的電能）控制組織 的加熱。盡管許多其它變量影響組織的總加熱，但是增加的電流密度通常導致增加的加熱。 電外科能量典型地用于切割、剖切、消融、凝固和/或閉合組織。
[0004] 所使用的電外科手術(shù)的兩種基本類型是單極和雙極電外科手術(shù)。這些類型的電外 科手術(shù)都使用有源電極和返回電極。在雙極電外科手術(shù)中，外科器械包括在相同器械上或 彼此很接近的有源電極和返回電極，其導致電流流動通過少量組織。在單極電外科手術(shù)中， 返回電極位于患者的身體上的其它位置并且典型地不是電外科器械自身的一部分。在單極 電外科手術(shù)中，返回電極是典型地稱為返回墊的裝置的一部分。
[0005] 電外科發(fā)生器使用電壓和電流傳感器來測量諸如功率和組織阻抗的量以便控制 電外科發(fā)生器的輸出以獲得期望臨床效果。電壓和電流傳感器常常位于電外科發(fā)生器的內(nèi) 部以節(jié)約與將傳感器包含到外科器械中關(guān)聯(lián)的成本。在長度上可以超過一米的電纜將電外 科發(fā)生器連接到有源和返回電極并且用于將電外科能量輸送到正在治療的組織。
[0006] 電纜產(chǎn)生電壓和電流傳感器與正在治療的組織之間的電路網(wǎng)絡(luò)，其導致不精確的 功率和阻抗測量。因此，為了更精確地測量功率和阻抗，許多發(fā)生器使用解釋電纜的電路網(wǎng) 絡(luò)的阻抗的補償算法。這些補償算法典型地包括求解建模電纜的電路網(wǎng)絡(luò)的電路模型中的 多個節(jié)點的基爾霍夫電流和電壓方程。然而，當由實時嵌入式軟件系統(tǒng)執(zhí)行時，這些方程的 解可能需要相當大的存儲量和處理能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開的電外科系統(tǒng)和方法通過使用基于AC濾波器的阻抗方程減小精確地測量 功率和組織阻抗所需的存儲量和處理能力。
[0008] 在一方面，本公開的特征在于經(jīng)由電外科電纜和電外科器械將電外科能量輸送到 組織的另一種電外科發(fā)生器。所述電外科發(fā)生器包括：輸出級，所述輸出級生成用于所述電 外科器械的電外科能量；多個傳感器，所述多個傳感器感測生成的電外科能量的電壓波形 和電流波形；以及控制器，所述控制器控制所述輸出級以生成期望水平的電外科能量。所述 控制器包括：計算器，所述計算器基于被感測電壓和電流波形計算阻抗的實部；阻抗補償 器，所述阻抗補償器使用建模所述電外科電纜的電抗部件的二次方程的解修正目標阻抗曲 線；以及控制信號發(fā)生器，所述控制信號發(fā)生器生成控制信號以控制所述輸出級使得阻抗 的被計算實部遵循經(jīng)修正的目標阻抗曲線。
[0009] 所述二次方程的解可以）

【權(quán)利要求】
1. 一種經(jīng)由電外科電纜和電外科器械將電外科能量輸送到組織的電外科發(fā)生器，所述 電外科發(fā)生器包括： 輸出級，所述輸出級耦合到電能量源并且配置成生成到達所述電外科器械的電外科能 量； 多個傳感器，所述多個傳感器配置成感測所生成的電外科能量的電壓波形和電流波 形；以及 控制器，所述控制器配置成控制所述輸出級以生成期望水平的電外科能量，所述控制 器包括： 計算器，所述計算器配置成基于所感測的電壓和電流波形計算阻抗的實部； 阻抗補償器，所述阻抗補償器配置成使用建模所述電外科電纜的電抗部件的二次方程 的解修正目標阻抗曲線；以及 控制信號發(fā)生器，所述控制信號發(fā)生器配置成生成控制信號以控制所述輸出級使得阻 抗的被計算實部遵循經(jīng)修正的目標阻抗曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其中所述二次方程的解是
其中Rltjad是組織的電阻，《是所生成的電外科能量的 頻率，Ccable是將所述電外科發(fā)生器連接到電外科器械的電纜的并聯(lián)電容，并且Re⑵是阻 抗的實部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電外科發(fā)生器，其中，當所述電壓波形和所述電流波形之間 的相位差小于或等于-45度時，組織的電阻是所述二次方程的較大解，或者，當所述相位差 大于-45度時，組織的電阻是較小解。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其中所述電外科電纜的電抗部件的模型包括 與組織串聯(lián)的電感器和與組織并聯(lián)的并聯(lián)電容器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其還包括電感器，所述電感器耦合到所述輸 出級并且被調(diào)諧以適應(yīng)所述電纜的并聯(lián)電容和串聯(lián)電感使得阻抗的被計算實部是充分電 阻性的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電外科發(fā)生器，其中所述電纜的并聯(lián)電容是當器械的電極不 與組織接觸時測量的電容值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電外科發(fā)生器，其中所述電感器的電感值等于
其中《是所生成的電外科能量的頻率，Ccable是將所述電外科發(fā)生 器連接到電外科器械的電纜的并聯(lián)電容，RlMd是組織的電阻，并且Lm&是所述電纜的串聯(lián) 電感。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電外科發(fā)生器，其中所述電感器的電感值等于
，其中《是所生成的電外科能量的頻率，CMble是將所述電外科發(fā)生器連接到 電外科器械的電纜的并聯(lián)電容，并且LMble是所述電纜的串聯(lián)電感。
9. 一種控制電外科發(fā)生器的方法，所述電外科發(fā)生器經(jīng)由電外科電纜和電外科器械將 電外科能量輸送到組織，所述方法包括： 感測生成的電外科能量的電壓波形和電流波形； 基于所感測的電壓和電流波形計算阻抗的實部； 使用建模所述電外科電纜的電抗部件的二次方程的解修正目標阻抗曲線；以及 生成控制信號以控制來自所述電外科發(fā)生器的輸出級的輸出使得阻抗的被計算實部 遵循經(jīng)修正的目標阻抗曲線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述二次方程的解是
,其中RlMd是組織的電阻，《是生成的電外科能量的 頻率，Ccable是將所述電外科發(fā)生器連接到電外科器械的電纜的并聯(lián)電容，并且Re⑵是阻 抗的實部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，當所述電壓波形和所述電流波形之間的相 位差小于或等于-45度時，組織的電阻是所述二次方程的較大解，或者，當所述相位差大 于-45度時，組織的電阻是較小解。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電外科電纜的電抗部件的模型包括與組織 串聯(lián)的電感器和與組織并聯(lián)的并聯(lián)電容器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其還包括電感器，所述電感器耦合到所述輸出級并且 被調(diào)諧以適應(yīng)所述電纜的并聯(lián)電容和串聯(lián)電感使得阻抗的被計算實部是充分電阻性的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電纜的并聯(lián)電容是當器械的電極不與組織 接觸時測量的電容值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電感器的電感值等于
?其中《是生成的電外科能量的頻率，CMble是將所述電外科發(fā)生器 連接到電外科器械的電纜的并聯(lián)電容，Rltjad是組織的電阻，并且LMble是所述電纜的串聯(lián)電 感。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電感器的電感值等于
?是生成的電外科能量的頻率，CMble是將所述電外科發(fā)生器連接到電外科器械的電纜的并 聯(lián)電容，并且LMble是所述電纜的串聯(lián)電感。
17. -種存儲程序的非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)，當由處理器執(zhí)行時，所述程序執(zhí)行 控制電外科發(fā)生器的方法，所述電外科發(fā)生器經(jīng)由電外科電纜和電外科器械將電外科能量 輸送到組織，所述方法包括： 感測生成的電外科能量的電壓波形和電流波形； 基于所感測的電壓和電流波形計算阻抗的實部； 使用建模所述電外科電纜的電抗部件的二次方程的解修正目標阻抗曲線；以及 生成控制信號以控制來自所述電外科發(fā)生器的輸出級的輸出使得阻抗的被計算實部 遵循經(jīng)修正的目標阻抗曲線。
【文檔編號】A61B5/053GK104337569SQ201410361583
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】E·J·拉森, C·福特, A·M·瓦斯克維茨 申請人:柯惠有限合伙公司