使用增益補(bǔ)償全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電外科發(fā)生器及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2014年4月9日、名稱為"使用增益補(bǔ)償全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電外 科發(fā)生器及其控制系統(tǒng)"的中國(guó)專利申請(qǐng)201420173413. 5的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及電外科系統(tǒng)，更確切地說，涉及在利用全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電外科發(fā)生器 中跨越不同的運(yùn)行條件實(shí)現(xiàn)增益補(bǔ)償?shù)碾娐贰?br>【背景技術(shù)】
[0003] 在外科手術(shù)中使用電外科發(fā)生器向患者的組織傳送電能。當(dāng)電極連接到發(fā)生器 時(shí)，電極能夠用于以高頻電能切割、凝結(jié)或密封患者的組織。在正常手術(shù)期間，來自發(fā)生器 的交變電流通過穿過患者的組織和體液在主動(dòng)電極與返回電極之間流動(dòng)。
[0004] 電能的波形通常被調(diào)整為增強(qiáng)其切割、凝結(jié)或密封組織的能力。不同的波形對(duì)應(yīng) 于發(fā)生器的不同運(yùn)行模式，并且每種模式都給予外科醫(yī)生各種操作優(yōu)勢(shì)。模式可以包含切 害J、凝結(jié)、二者混合、干燥、密封或噴霧。外科醫(yī)生可以隨著外科手術(shù)的進(jìn)展容易地選擇和改 變不同的運(yùn)行模式。
[0005] 在每種運(yùn)行模式中，重要的是調(diào)控向患者傳送的電外科能量以實(shí)現(xiàn)期望的手術(shù)效 果。超過正確劑量的應(yīng)用可能導(dǎo)致組織破壞，并且可能延長(zhǎng)愈合。低于期望劑量的能量功 率的應(yīng)用抑制外科手術(shù)。因此，期望對(duì)于被治療的組織類型控制從電外科發(fā)生器輸出的能 量。
[0006] 隨著外科手術(shù)的進(jìn)展將會(huì)遇到不同類型的組織并且每種獨(dú)特的組織都需要更多 或更少的功率以適應(yīng)頻繁變化的組織阻抗。因?yàn)橛龅讲煌愋偷慕M織和體液，阻抗變化和 輸出功率的電外科控制的響應(yīng)時(shí)間必須足夠快以允許外科醫(yī)生無縫地治療組織。此外，在 電外科治療期間能夠使同一組織類型脫水，從而其阻抗將在很短的時(shí)間區(qū)間內(nèi)發(fā)生巨大的 改變。輸出功率的電外科控制也不得不應(yīng)對(duì)這樣的阻抗變化。
[0007] 電外科發(fā)生期間常用三種標(biāo)準(zhǔn)控制模式。組織阻抗低時(shí)，發(fā)生器控制電流限度。組 織阻抗中等時(shí)，發(fā)生器控制功率限度。組織阻抗最高時(shí)，發(fā)生器控制電壓限度。一般來說， 電壓、電流和功率限度描述了電外科模式。無論控制電壓、電流或功率，發(fā)生器都必須在整 個(gè)阻抗范圍內(nèi)采用穩(wěn)定的控制回路。
[0008] 在現(xiàn)有技術(shù)的電外科發(fā)生器的設(shè)計(jì)中，來自AC電源的電壓進(jìn)行整流以提供DC電 壓。逆變器級(jí)將DC電壓轉(zhuǎn)換回其頻率適用于期望的組織效果的AC電壓。此級(jí)的輸出是能 被控制電壓、電流或功率的AC波形，以向組織傳送正確的能量。
[0009] 配置可變DC電源的常見技術(shù)應(yīng)用相移全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中輸出功率經(jīng)由脈沖寬 度調(diào)制的輸入信號(hào)的占空比中的變化來控制。在任何單一運(yùn)行點(diǎn)，相移全波橋逆變器的增 益都為線性。不過，由于定位點(diǎn)的改變、負(fù)載的改變、阻抗的改變和其他參數(shù)的改變，運(yùn)行點(diǎn) 可以在很寬的范圍內(nèi)變化。因此，逆變器級(jí)的整體增益能顯著變化。這能夠?qū)δ芰康浇M織 的受控傳送有影響。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 所公開的系統(tǒng)用于控制使用增益補(bǔ)償全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電外科發(fā)生器。在實(shí)施例 中，所公開的系統(tǒng)包括求和單元，該求和單元被配置為接收RF定位點(diǎn)信號(hào)和計(jì)算的輸出信 號(hào)，以及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于RF定位點(diǎn)信號(hào)與計(jì)算的輸出信號(hào)之間的差的第一誤差信號(hào)。與求和單 元可操作地通信的阻抗增益補(bǔ)償單元被配置為接收第一誤差信號(hào)和對(duì)應(yīng)于負(fù)載阻抗的阻 抗信號(hào)，以及根據(jù)阻抗校正計(jì)算產(chǎn)生第二誤差信號(hào)。與阻抗增益補(bǔ)償單元可操作地通信的 補(bǔ)償器接收第二誤差信號(hào)以及產(chǎn)生相位控制信號(hào)。在實(shí)施例中，補(bǔ)償器包括比例-積分-微 分（PID)控制器。
[0011] 本系統(tǒng)包括具有相位預(yù)處理模塊的相位增益補(bǔ)償單元，該相位預(yù)處理模塊被配置 為接收相位控制信號(hào)，對(duì)相位控制信號(hào)應(yīng)用相位增益校正函數(shù)以產(chǎn)生校正的脈沖寬度調(diào)制 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。相位增益補(bǔ)償單元包括脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，該脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器被配置為 產(chǎn)生第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第二全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)從第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)相移 對(duì)應(yīng)于校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的量。與脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器可操作地通信的全橋逆 變器接收第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào) 與第二全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的相位差的電氣性質(zhì)的電外科輸出信號(hào)。本系統(tǒng)包括傳感器電 路，被配置為感測(cè)電外科輸出信號(hào)的電氣性質(zhì)以及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的計(jì)算的輸出信號(hào)。電氣性質(zhì) 可以包括但不限于輸出電壓、輸出電流、輸出功率或輸出阻抗。
[0012] 在實(shí)施例中，相位控制電路包括被配置為產(chǎn)生第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)鐘。該時(shí)鐘 被設(shè)置為與脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器和全橋逆變器的至少一個(gè)可操作通信。
[0013] 在實(shí)施例中，傳感器電路包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，與全橋逆變器的輸出可操作地 相關(guān)聯(lián)并被配置為輸出具有第一格式的傳感器信號(hào)。傳感器電路包括傳感器單元，該傳感 器單元與一個(gè)或多個(gè)傳感器可操作地通信并被配置為接收傳感器信號(hào)，把傳感器信號(hào)從第 一格式轉(zhuǎn)換為第二格式，并且以第二格式輸出傳感器信號(hào)。在實(shí)施例中，第一格式可以為模 擬格式而第二格式可以為數(shù)字格式。參數(shù)計(jì)算單元被配置為接收第二格式的傳感器信號(hào)以 及根據(jù)電外科發(fā)生器的運(yùn)行模式計(jì)算輸出信號(hào)。在實(shí)施例中，電外科發(fā)生器的運(yùn)行模式選 自由以下模式組成的組：針對(duì)電壓模式、針對(duì)電流模式、針對(duì)功率模式和針對(duì)阻抗模式。
[0014] 在實(shí)施例中，全橋逆變器包括被配置為提供一般為正弦的電外科輸出波形的諧振 網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)施例中，諧振網(wǎng)絡(luò)包括帶通濾波器。
[0015] 在實(shí)施例中，相位增益校正函數(shù)根據(jù)反正弦函數(shù)執(zhí)行。
[0016] 在實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明在針對(duì)電壓模式中，其中相移后方波在帶通網(wǎng)絡(luò)上 很好地經(jīng)過濾波使得傅里葉基波是主導(dǎo)諧波，全橋逆變器的穩(wěn)態(tài)輸出可以根據(jù)公式
確定，其中扎是與負(fù)載結(jié)合的諧振回路的電壓傳遞函數(shù)。
[0017] 在實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明在針對(duì)電流模式中，其中相移后方波在帶通網(wǎng)絡(luò)上 很好地經(jīng)過濾波使得傅里葉基波是主導(dǎo)諧波，全橋逆變器的穩(wěn)態(tài)輸出可以根據(jù)公式
確定。
[0018] 在實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明在針對(duì)功率模式中，其中相移后方波在帶通網(wǎng)絡(luò)上 很好地經(jīng)過濾波使得傅里葉基波是主導(dǎo)諧波，全橋逆變器的穩(wěn)態(tài)輸出可以根據(jù)公式
,確定。
[0019] 在實(shí)施例中，當(dāng)電外科發(fā)生器處于針對(duì)電流運(yùn)行模式中時(shí)，根據(jù)公式
執(zhí)行阻抗校正計(jì)算。
[0020] 在實(shí)施例中，當(dāng)電外科發(fā)生器處于針對(duì)功率運(yùn)行模式中時(shí)，根據(jù)公式
執(zhí)行阻抗校正計(jì)算。
[0021] 在實(shí)施例中，當(dāng)電外科發(fā)生器處于針對(duì)電壓運(yùn)行模式中時(shí)，根據(jù)公式
執(zhí)行阻抗校正計(jì)算，其中Z。。是諧振網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效輸出阻抗（如電 抗）。
[0022] 同樣公開的方法用于在電外科發(fā)生器中執(zhí)行增益補(bǔ)償。所述方法包括以下步驟： 接收RF定位點(diǎn)信號(hào)和計(jì)算的輸出信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于RF定位點(diǎn)信號(hào)與計(jì)算的輸出信號(hào)之間 的差的第一誤差信號(hào)，通過對(duì)第一誤差信號(hào)應(yīng)用阻抗校正計(jì)算而產(chǎn)生第二誤差信號(hào)，以比 例-積分-微分控制器產(chǎn)生相位控制信號(hào)，對(duì)相位控制信號(hào)應(yīng)用相位增益校正函數(shù)以產(chǎn)生 校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及產(chǎn)生第二全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該第 二全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)從第一全橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)相移對(duì)應(yīng)于校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的量。
[0023] 在實(shí)施例中，相位增益校正函數(shù)根據(jù)反正弦函數(shù)執(zhí)行。
[0024] 在實(shí)施例中，當(dāng)控制電壓或電流時(shí)相位增益校正函數(shù)根據(jù)反正弦函數(shù)執(zhí)行。
[0025] 在實(shí)施例中，當(dāng)控制功率時(shí)相位增益校正函數(shù)通過將補(bǔ)償器的輸出平方并隨后采 用反正