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
【專利摘要】使用增益補(bǔ)償全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電外科發(fā)生器以及相關(guān)的系統(tǒng)。為了實現(xiàn)線性增益結(jié)構(gòu)通過對控制回路應(yīng)用阻抗和相位校正因子來校正增益非線性。在實施例中，通過RF定位點信號與計算的輸出信號對比以產(chǎn)生第一誤差信號而執(zhí)行增益補(bǔ)償。對第一誤差信號應(yīng)用阻抗校正因子以產(chǎn)生第二誤差信號。第二誤差信號由比例-積分-微分控制器處理以產(chǎn)生相位控制信號。對相位控制信號應(yīng)用相位控制校正因子以產(chǎn)生校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號，用于為全橋逆變器產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號。一個或多個傳感器為與RF定位點對比提供了反饋。
【專利說明】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)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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 中跨越不同的運行條件實現(xiàn)增益補(bǔ)償?shù)碾娐贰?br>
【背景技術(shù)】 [0002]
[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，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電極與返回電極之間流動。
[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。不同的波形對應(yīng) 于發(fā)生器的不同運行模式，并且每種模式都給予外科醫(yī)生各種操作優(yōu)勢。模式可以包含切 害I]、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 變不同的運行模式。
[0005] 在每種運行模式中，重要的是調(diào)控向患者傳送的電外科能量以實現(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)展將會遇到不同類型的組織并且每種獨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。因為遇到不同類型的組織和體液，阻抗變化和 輸出功率的電外科控制的響應(yīng)時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，發(fā)生器控制電流限度。 組織阻抗中等時，發(fā)生器控制功率限度。組織阻抗最高時，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)計中，來自AC電源的電壓進(jìn)行整流以提供DC電 壓。逆變器級將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)制的輸入信號的占空比中的變化來控制。在任何單一運行點，相移全波橋逆變器的增 益都為線性。不過，由于定位點的改變、負(fù)載的改變、阻抗的改變和其他參數(shù)的改變，運行點 可以在很寬的范圍內(nèi)變化。因此，逆變器級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定位點信號和計算的輸出信 號，以及產(chǎn)生對應(yīng)于RF定位點信號與計算的輸出信號之間的差的第一誤差信號。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和對應(yīng)于負(fù)載阻抗的阻 抗信號，以及根據(jù)阻抗校正計算產(chǎn)生第二誤差信號。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以及產(chǎn)生相位控制信號。在實施例中，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，對相位控制信號應(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)動信號。相位增益補(bǔ)償單元包括脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器，該脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器被配置為 產(chǎn)生第一全橋驅(qū)動信號和第二全橋驅(qū)動信號。第二全橋驅(qū)動信號從第一全橋驅(qū)動信號相 移對應(yīng)于校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號的量。與脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器可操作地通信的全橋 逆變器接收第一全橋驅(qū)動信號和第二全橋驅(qū)動信號，以及產(chǎn)生具有對應(yīng)于第一全橋驅(qū)動信 號與第二全橋驅(qū)動信號之間的相位差的電氣性質(zhì)的電外科輸出信號。本系統(tǒng)包括傳感器電 路，被配置為感測電外科輸出信號的電氣性質(zhì)以及產(chǎn)生對應(yīng)的計算的輸出信號。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)動信號的時鐘。該時鐘 被設(shè)置為與脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器和全橋逆變器的至少一個可操作通信。
[0013] 在實施例中，傳感器電路包括一個或多個傳感器，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。傳感器電路包括傳感器單元，該傳感 器單元與一個或多個傳感器可操作地通信并被配置為接收傳感器信號，把傳感器信號從第 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。在實施例中，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)計算單元被配置為接收第二格式的傳感器信號以 及根據(jù)電外科發(fā)生器的運行模式計算輸出信號。在實施例中，電外科發(fā)生器的運行模式選 自由以下模式組成的組：針對電壓模式、針對電流模式、針對功率模式和針對阻抗模式。
[0014] 在實施例中，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)。在實施例中，諧振網(wǎng)絡(luò)包括帶通濾波器。
[0015] 在實施例中，相位增益校正函數(shù)根據(jù)反正弦函數(shù)執(zhí)行。
[0016] 在實施例中，根據(jù)本發(fā)明在針對電壓模式中，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

【權(quán)利要求】
1. 一種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)生器的系統(tǒng)，包括： 求和單元，被配置為接收RF定位點信號和計算的輸出信號，以及產(chǎn)生對應(yīng)于RF定位點 信號與計算的輸出信號之間的差的第一誤差信號； 阻抗增益補(bǔ)償單元，被配置為接收第一誤差信號和對應(yīng)于負(fù)載阻抗的阻抗信號，以及 根據(jù)阻抗校正計算產(chǎn)生第二誤差信號； 控制器，接收第二誤差信號并產(chǎn)生相位控制信號； 相位增益補(bǔ)償單元，包括： 相位預(yù)處理模塊，被配置為接收相位控制信號，對相位控制信號應(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)動信號；以及 脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器，被配置為產(chǎn)生第一全橋驅(qū)動信號和第二全橋驅(qū)動信號，該第二 全橋驅(qū)動信號從第一全橋驅(qū)動信號相移對應(yīng)于校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號的量； 全橋逆變器，被配置為接收第一全橋驅(qū)動信號和第二全橋驅(qū)動信號，以及產(chǎn)生電外科 輸出信號，該電外科輸出信號具有對應(yīng)于第一全橋驅(qū)動信號與第二全橋驅(qū)動信號之間的相 位差的電氣性質(zhì)；以及 傳感器電路，被配置為感測電外科輸出信號的電氣性質(zhì)以及產(chǎn)生對應(yīng)的計算的輸出信 號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，相位控制電路包括時鐘，該時鐘被配置為產(chǎn)生第 一全橋驅(qū)動信號以及被設(shè)置為與脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器和全橋逆變器的至少一個可操作通 ?目。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，傳感器電路包括： 一個或多個傳感器，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； 傳感器單元，該傳感器單元與一個或多個傳感器可操作地通信并被配置為接收傳感 器信號，把傳感器信號從第一格式轉(zhuǎn)換為第二格式，并且以第二格式輸出傳感器信號；以及 參數(shù)計算單元，被配置為接收第二格式的傳感器信號以及根據(jù)電外科發(fā)生器的運行模 式來計算計算的輸出信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其中，電外科發(fā)生器的運行模式選自由以下模式組成的 組：針對電壓模式、針對電流模式、針對功率模式和針對阻抗模式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，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)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中，相位增益校正函數(shù)根據(jù)反正弦函數(shù)執(zhí)行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)電外科發(fā)生器處于針對電壓模式中時，根據(jù)公 式abs 執(zhí)行阻抗校正計算，其中Rum是負(fù)載阻抗，并且Ztjci是諧振網(wǎng)絡(luò)的戴維 南等效輸出阻抗并為電抗。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)電外科發(fā)生器處于針對電流模式中時，根據(jù)公 式執(zhí)行阻抗校正計算，其中Rum是負(fù)載阻抗，并且Ztjci是諧振網(wǎng)絡(luò)的戴維 南等效輸出阻抗并為電抗。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)電外科發(fā)生器處于針對功率模式中時，根據(jù)公 Sabs 執(zhí)行阻抗校正計算，其中Rum是負(fù)載阻抗，并且Ζ(Λ是諧振網(wǎng)絡(luò)的 戴維南等效輸出阻抗并為電抗。
10. -種使用增益補(bǔ)償全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電外科發(fā)生器，包括： 控制器，被配置為從用戶界面接收運行參數(shù)； 用戶界面，與控制器可操作地通信并被配置為接收來自用戶的用戶輸入；以及 增益補(bǔ)償射頻級，包括： 求和單元，被配置為接收RF定位點信號和計算的輸出信號，以及產(chǎn)生對應(yīng)于RF定位點 信號與計算的輸出信號之間的差的第一誤差信號； 阻抗增益補(bǔ)償單元，被配置為接收第一誤差信號和對應(yīng)于負(fù)載阻抗的阻抗信號，以及 根據(jù)阻抗校正計算產(chǎn)生第二誤差信號； 控制器，接收第二誤差信號并產(chǎn)生相位控制信號； 相位增益補(bǔ)償單元，包括： 相位預(yù)處理模塊，被配置為接收相位控制信號，對相位控制信號應(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)動信號；以及 脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器，被配置為產(chǎn)生第一全橋驅(qū)動信號和第二全橋驅(qū)動信號，該第二 全橋驅(qū)動信號從第一全橋驅(qū)動信號相移對應(yīng)于校正的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號的量； 全橋逆變器，被配置為接收第一全橋驅(qū)動信號和第二全橋驅(qū)動信號，以及產(chǎn)生電外科 輸出信號，該電外科輸出信號具有對應(yīng)于第一全橋驅(qū)動信號與第二全橋驅(qū)動信號之間的相 位差的電氣性質(zhì)；以及 傳感器電路，被配置為感測電外科輸出信號的電氣性質(zhì)以及產(chǎn)生對應(yīng)的計算的輸出信 號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電外科發(fā)生器，其中，傳感器電路包括： 一個或多個傳感器，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； 傳感器單元，與一個或多個傳感器可操作地通信并被配置為接收傳感器信號，把傳感 器信號從第一格式轉(zhuǎn)換為第二格式，并且以第二格式輸出傳感器信號；以及 參數(shù)計算單元，被配置為接收第二格式的傳感器信號以及根據(jù)電外科發(fā)生器的運行模 式來計算計算的輸出信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電外科發(fā)生器，其中，相位增益校正函數(shù)根據(jù)反正弦函數(shù) 執(zhí)行。
【文檔編號】H02M7/538GK204219029SQ201420173413
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】A·馬特米勒, D·湯, A·M·瓦斯克維茨 申請人:柯惠有限合伙公司