BR112019003964A2

BR112019003964A2 - componente de transferência de energia de micro-ondas para aparelho eletrocirúrgico

Info

Publication number: BR112019003964A2
Application number: BR112019003964A
Authority: BR
Inventors: Paul Hancock Christopher; White Malcolm; Preston Shaun
Original assignee: Creo Medical Ltd
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-20
Also published as: JP7168227B2; EP3579778B1; SG11201901636XA; PT3579778T; CN109715099B; WO2018146160A1; CN109715099A; US20200008872A1; JP2020505958A; EP3579778A1; AU2018217877A1; AU2018217877B2; KR20190113742A; DK3579778T3; US11759256B2; GB201702305D0; CA3037111A1; GB2559604A; ES2871873T3

Abstract

trata-se de um transformador de impedância de microtira que permite acoplamento eficiente (isto é, pouca perda) de uma linha de alimentação de micro-ondas (por exemplo, um cabo coaxial de 50 o convencional) a um cabo de instrumento, sendo que o cabo de instrumento tem uma impedância inferior (por exemplo, na faixa de 12 a 14 o) e inclui uma passagem interna. o transformador de impedância de microtira é configurado para realizar correspondência de impedância entre a linha de alimentação de micro-ondas e o cabo para instrumento de uma maneira que não afeta negativamente uma alimentação separada, por exemplo, para distribuir fluido na passagem interna.

Description

COMPONENTE DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA DE MICRO-ONDAS PARA APARELHO ELETROCIRÚRGICO

CAMPO TÉCNICO [0001] A invenção do presente pedido se refere ao aparelho eletrocirúrgico que compreende um instrumento eletrocirúrgico para inserção não invasiva ou percutânea num local de tratamento para habilitar distribuição de radiação eletromagnética em tecido biológico. Em particular, o pedido se refere a meios para acoplar de maneira eficiente energia entre um gerador eletrocirúrgico e o instrumento eletrocirúrgico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] Instrumentos eletrocirúrgicos são usados para distribuir energia eletromagnética (EM) (em particular energia de micro-ondas e radiofrequência) ao tecido biológico, para fins, tais como cortar e/ou cauterizar tecido biológico.

[0003] Tipicamente, o aparelho para distribuir energia EM ao tecido corporal compreende um gerador que compreende uma fonte de energia EM, e um instrumento eletrocirúrgico conectado ao gerador para distribuir a energia ao tecido biológico.

[0004] A energia EM é tipicamente fornecida ao instrumento eletrocirúrgico a partir do gerador EM com o uso de um cabo que corre do gerador até o instrumento. Cabos convencionais usados para este fim têm uma estrutura de linha de transmissão coaxial que compreende um condutor interno cilíndrico sólido, uma camada tubular de material dielétrico ao redor do condutor interno, e um condutor externo tubular ao redor do material dielétrico. Tais linhas de transmissão coaxiais têm uma impedância característica nominal (Z_o), tipicamente de 50 Ω ou 75 Ω.

[0005] O instrumento eletrocirúrgico pode compreender uma porção radiante, por exemplo, localizada numa ponta distal. A energia EM é transmitida ao longo do cabo coaxial e emitida a partir da porção radiante. A energia emitida a partir da porção radiante é distribuída ao tecido biológico

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2/17 no local de tratamento, por exemplo, para provocar aquecimento localizado, ou corte de tecido, ou cauterização/coagulação.

[0006] Conforme a energia EM atravessa o aparelho de instrumento eletrocirúrgico, a mesma experimenta impedância, isto é, oposição ou resistência ao fluxo de energia. Alterações em impedância podem provocar perda de potência e múltiplos reflexos dentro do aparelho. Tais reflexos podem provocar aquecimento indesejado do aparelho.

[0007] Para minimizar a perda de potência, reflexos e efeitos de aquecimento, é desejável corresponder a impedância ao longo da trajetória de distribuição de energia dentro do aparelho. Num exemplo, a correspondência de impedância pode ser obtida introduzindo-se as estruturas de transformador de impedância dentro da trajetória de distribuição de energia.

[0008] O documento n° U.S. 6.190.382 divulga um instrumento eletrocirúrgico para ablação de tecido biológico dentro do átrio do coração de um paciente. O instrumento compreende um guia de monotrilho destacável que guia precisamente uma antena de emissão de radiofrequência ao local de tratamento correto. Uma seção de microtira é incluída entre dois cabos coaxiais que transmitem a radiofrequência para a antena.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0009] Em geral, a presente invenção fornece um transformador de impedância de microtira que permite acoplamento eficiente (isto é, pouca perda) de uma linha de alimentação de micro-ondas (por exemplo, um cabo coaxial de 50 Ω convencional) a um cabo de instrumento, sendo que o cabo de instrumento tem uma impedância inferior (por exemplo, na faixa de 12 a 14 Ω) e pode incluir uma passagem interna. O transformador de impedância de microtira é configurado para realizar correspondência de impedância entre a linha de alimentação de micro-ondas e o cabo de instrumento de uma maneira que não afeta negativamente uma

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3/17 alimentação separada na passagem interna.

[0010] De acordo com a invenção, pode ser fornecido um aparelho eletrocirúrgico que compreende: uma linha de alimentação de micro-ondas para carregar energia eletromagnética (EM) de micro-ondas que tem uma frequência a partir de um gerador eletrocirúrgico; um cabo de instrumento para inserção no corpo de um paciente num local de tratamento, sendo que o cabo de instrumento compreende: uma linha de transmissão coaxial para transmitir a energia EM de micro-ondas, e uma passagem interna para fornecer acesso ao local de tratamento; e uma junção disposta para transferir a energia EM de micro-ondas entre uma extremidade distai da linha de alimentação de micro-ondas e uma extremidade proximal do cabo de instrumento, sendo que a linha de alimentação de micro-ondas tem uma primeira impedância na frequência da energia EM de micro-ondas, em que o cabo de instrumento tem uma segunda impedância na frequência da energia EM de micro-ondas, sendo que a segunda impedância é menor que a primeira impedância, e em que a junção compreende: um transformador de impedância de microtira disposto para corresponder à primeira impedância e à segunda impedância, e um conduto oco em comunicação de fluido com a passagem interna. O transformador de impedância de microtira pode estar disposto para assegurar que a energia EM de micro-ondas não esteja acoplada no conduto oco na junção, por exemplo, adotando-se a configuração apresentada abaixo.

[0011] O termo condutor” é usado no presente documento de modo a significar eletricamente condutor, a menos que o contexto diga de outra forma.

[0012] No presente documento, os termos proximal e distai se referem a localizações mais distantes de e próximas a um local de tratamento, respectivamente. Assim, durante o uso a extremidade proximal está mais próxima a um gerador para fornecer a energia EM de micro

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4/17 ondas, enquanto a extremidade distai está mais próxima ao local de tratamento, isto é, o paciente.

[0013] Um instrumento eletrocirúrgico pode ser qualquer instrumento, ou ferramenta, que é usada durante cirurgia e que utiliza energia EM de micro-ondas durante tratamento. No presente documento, a energia EM de micro-ondas pode significar energia eletromagnética que tem uma frequência fixada estável na faixa de 300 MHz a 100 GHz. As frequências pontuais preferenciais para a energia de micro-ondas incluem 915 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz, 14,5 GHz, 24 GHz e 31 GHz. As frequências acima de 1 GHz são preferenciais. 5,8 GHz pode ser a frequência com máxima preferência.

[0014] O transformador de impedância de microtira pode compreender um substrato dielétrico plano que tem uma superfície superior e uma superfície inferior em lados opostos do mesmo, uma camada condutora terrestre na superfície inferior e uma camada condutora de microtira na superfície superior. O substrato dielétrico pode ser fabricado de qualquer material de pouca perda adequado. Materiais com uma alta constante dielétrica (por exemplo, maior que 5) podem ser preferenciais de modo a habilitar que a junção seja compacta. A camada condutora de microtira pode ser recuada a partir da periferia da superfície superior do substrato dielétrico para restringir o campo EM de micro-ondas substancialmente dentro de uma região definida pela superfície superior.

[0015] A camada condutora de microtira pode compreender uma porção de trilha de microtira proximal que tem uma primeira largura (Wi) e uma porção de trilha de microtira distai que tem uma segunda largura (W2), em que a segunda largura é maior que a primeira largura (W2 > Wi).

[0016] A porção de trilha de microtira distai pode estar disposta para funcionar como um quarto de transformador de impedância de onda, e pode ser acoplada diretamente ao cabo de instrumento. Um comprimento

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5/17 elétrico da porção de trilha de microtira distal pode ser um múltiplo ímpar de um quarto de comprimento de onda da energia EM de micro-ondas transmitida pelo transformador de impedância de microtira de quarto de onda. O comprimento físico desta seção pode depender da constante dielétrica eficaz e da propagação dos campos tanto dentro do substrato dielétrico quanto no ar. A segunda largura pode ser selecionada para fazer com que uma impedância característica Zo da porção de trilha de microtira distai satisfaça a equação:

7. χ- //. 7.

[0017] em que Z_/n é uma impedância de porção de trilha de microtira distai e Zl é uma impedância do cabo de instrumento na frequência da energia EM de micro-ondas.

[0018] As dimensões do substrato dielétrico e da camada condutora terrestre podem ser idênticas tanto para a porção de trilha de microtira proximal quanto para a porção de trilha de microtira distal. A camada condutora de microtira não precisa ser limitada apenas a duas porções de trilha de microtira.

[0019] A porção de trilha de microtira proximal pode ser configurada para se acoplar de maneira eficaz à linha de alimentação de micro-ondas. A primeira largura pode, assim, ser selecionada para tornar uma impedância característica da porção de trilha de microtira distai substancialmente igual à impedância da linha de alimentação de microondas na frequência da energia EM de micro-ondas.

[0020] A linha de transmissão coaxial no cabo de instrumento pode compreender um condutor interno, um condutor externo e um material dielétrico que separa o condutor interno do condutor externo. Numa extremidade proximal da linha de transmissão coaxial, o condutor interno pode se estender proximalmente a partir do material dielétrico e condutor externo para cobrir (e preferencialmente entrar em contato fisicamente com) a porção de trilha de microtira distai de modo a se conectar eletricamente a

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6/17 mesma. O material dielétrico pode se estender proximalmente a partir de uma extremidade proximal do condutor externo para cobrir uma lacuna entre a camada condutora de microtira e uma borda distal do substrato dielétrico plano. Preferencialmente o material dielétrico entra em contato fisicamente com o substrato dielétrico nessa região para evitar geração de campo EM de micro-ondas significativa nessa zona. O condutor externo pode ser eletricamente conectado à camada condutora terrestre.

[0021] De maneira similar, a linha de alimentação de microondas pode compreender um cabo coaxial que tem um condutor interno primário eletricamente conectado à porção de trilha de microtira proximal e um condutor externo primário eletricamente conectado à camada condutora terrestre. Estas conexões podem ser realizadas através de um conector adequado, por exemplo, um conector SMA ou semelhantes.

[0022] O conduto oco pode ser montado na camada condutora de microtira. Por exemplo, o conduto oco pode ser um tubo que se curva para longe do substrato dielétrico plano conforme o mesmo se estende para longe do cabo de instrumento. Esta configuração é particularmente útil quando a passagem interna é formada dentro do condutor interno da linha de transmissão coaxial e, daí, acesso à passagem interna ocorre inerentemente numa região onde a energia também é acoplada na ou transmitida pela linha de transmissão coaxial.

[0023] A linha de alimentação de micro-ondas e o cabo de instrumento podem ser presos ao substrato dielétrico plano na junção. Por exemplo, a linha de alimentação de micro-ondas e o cabo de instrumento podem ser presos ao substrato dielétrico plano via elementos de fixação condutores que fornecem uma conexão elétrica à camada condutora terrestre.

[0024] Num exemplo, a junção pode compreender um alojamento de proteção condutor que cerca o transformador de impedância de microtira de quarto de onda. O alojamento de proteção pode ser uma

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7/17 caixa ou malha que reveste a junção. O alojamento de proteção pode ser aterrado, por exemplo, eletricamente conectado à camada terrestre do transformador de impedância de microtira. A linha de alimentação de microondas e o cabo de instrumento pode ser preso ao transformador de impedância de microtira de quarto de onda via alojamento de proteção. O conduto oco pode se estender por uma abertura no alojamento de proteção para fornecer acesso à passagem interna.

[0025] A proteção ao redor do transformador pode ser particularmente vantajosa para esta estrutura na medida em que linhas de campo (E e H) radiarão a partir da estrutura (devido ao fato de que a estrutura é assimétrica e, assim, linhas de campo se acoplarão no espaço livre). A proteção pode operar como uma gaiola de Faraday para evitar que estes campos se acoplem em outros objetos ou provoquem interferência em outro equipamento na sala de operação ou em outro lugar. A proteção pode ser configurada para assegurar que os campos na junção não sejam afetados, isto é, modos indesejados, tais como 'modos de caixa' não sejam definidos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Exemplos da invenção são discutidos em detalhes abaixo em referência às Figuras anexas, nas quais:

[0026] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho eletrocirúrgico que é uma modalidade da presente invenção;

[0027] A Figura 2A é uma vista lateral esquemática de uma estrutura de transformador de impedância de microtira adequada para uso na invenção;

[0028] A Figura 2B é uma vista superior esquemática da estrutura de transformador de impedância de microtira da Figura 2A;

[0029] A Figura 3 é uma vista lateral esquemática de um transformador de impedância de microtira conectado num aparelho eletrocirúrgico que é uma modalidade da presente invenção;

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8/17 [0030] A Figura 4 é uma vista superior esquemática do transformador de impedância de microtira da Figura 3;

[0031] A Figura 5 é uma plotagem simulada que mostra o campo elétrico no aparelho de instrumento eletrocirúrgico das Figuras 3 e 4;

[0032] A Figura 6 é uma plotagem simulada que mostra a densidade de perda de potência no aparelho de instrumento eletrocirúrgico das Figuras 3 e 4;

[0033] A Figura 7 é um gráfico que mostra uma perda de retorno simulada característica do aparelho de instrumento das Figuras 3 e 4 sobre uma faixa de frequências;

[0034] A Figura 8 é um gráfico que mostra uma perda de inserção simulada característica do aparelho de instrumento das Figuras 3 e 4 sobre uma faixa de frequências.

DESCRIÇÃO DETALHADA; OPÇÕES E PREFERÊNCIAS

ADICIONAIS [0035] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho eletrocirúrgico 10 que fornece um contexto para a presente invenção.

[0036] O aparelho eletrocirúrgico 10 compreende um gerador EM 12 que gera energia EM (energia de micro-ondas e/ou radiofrequência). O gerador 12 é conectado a um transformador 20. O transformador 20 é um transformador de impedância de microtira 100, que é descrito em mais detalhes em referência às Figuras 2 a 4 abaixo. O transformador 20 está localizado numa junção entre o gerador 12 e um cabo de transmissão de energia 30.

[0037] Nesse exemplo, o cabo de transmissão de energia 30 é uma linha de transmissão coaxial 14. A linha de transmissão coaxial 14 compreende um condutor interno cercado por um material dielétrico que separa o condutor interno de um condutor externo. A linha de transmissão coaxial 14 inclui uma passagem interna, por exemplo, dentro do condutor interno, para transportar materiais, por exemplo, solução salina, ou

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9/17 instrumentos ao longo do cabo 30. Um conduto oco 18 é conectado a uma extremidade proximal do cabo 30 na junção com o transformador 20. O conduto oco 18 está em comunicação de fluido com a passagem e, daí, atua como um meio para introduzir materiais ou instrumentos na passagem.

[0038] O cabo de transmissão de energia 30 é uma haste flexível e orientável que compreende a linha de transmissão coaxial 14 e passagem. O cabo 30 é inserível no corpo de um paciente durante a cirurgia. O cabo 30 pode ser configurado para ser adequado para inserção não invasiva ou percutânea no corpo. O cabo 30 pode ter um revestimento externo fabricado de um material biocompatível flexível.

[0039] O cabo 30 se estende para longe do gerador 12 e termina numa extremidade distai 40. Um instrumento eletrocirúrgico 80 pode ser montado ou pode se projetar a partir da passagem na extremidade distai 40. A linha de transmissão 14 é conectada ao instrumento 80 na extremidade distai 40. Energia eletromagnética (EM) (por exemplo, energia EM de micro-ondas) é transmitida a partir do gerador 12 através do transformador 20 e distribuída pela linha de transmissão 14 ao instrumento 80. O instrumento pode incluir uma ponta radiante disposta para emitir a energia EM para absorção cercando-se o tecido biológico. A energia emitida a partir da ponta radiante pode ablacionar e/ou cauterizar o tecido.

[0040] O instrumento 80 também pode incluir uma abertura em comunicação de fluido com a passagem interna da linha de transmissão coaxial 14. Materiais introduzidos no conduto oco 18 pelo operador são, assim, carregados através da passagem dentro do cabo 30 para o corpo do paciente, e podem acessar uma zona de tratamento distai através da abertura.

[0041] O transformador de impedância 20 entre o gerador 12 e a linha de transmissão coaxial 14 do cabo 30 funciona para corresponder ou melhorar a correspondência entre uma impedância do gerador 12 e uma impedância da linha de transmissão coaxial 14. Isto evita a perda de

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10/17 potência e múltiplos reflexos como a energia ser introduzida na linha de transmissão coaxial 14, e, assim, se pode evitar efeitos de aquecimento indesejados dentro do aparelho 10.

[0042] As Figuras 2A e 2B são diagramas esquemáticos de uma estrutura de transformador de impedância de microtira 100 da parte lateral e superior, respectivamente. O transformador de impedância de microtira 100 é uma linha de transmissão elétrica que pode ser fabricada com o uso de tecnologia de placa de circuito impresso. A estrutura de transformador de microtira 100 compreende três camadas. Uma primeira camada é uma camada condutora que fornece um plano terrestre 110. Uma segunda camada é um substrato dielétrico 115 sobre o plano terrestre 110. Uma terceira camada é uma camada condutora fabricada sobre o substrato dielétrico 115. A terceira camada é a camada ativa, e é denominada no presente documento uma camada condutora de microtira 120.

[0043] O substrato dielétrico 115 pode ser qualquer material dielétrico. Como exemplo, o material de alta frequência Rogers Corporation TMM10 pode ser usado. Outros materiais de substrato incluem vidro reforçado com epóxi (denominado normalmente FR-4) e cerâmica, por exemplo, alumina. O plano terrestre 110 e o condutor de microtira 120 podem ser fabricados a partir de qualquer material condutor, por exemplo, prata, ouro, etc.

[0044] A camada condutora de microtira 120 tem uma largura (W) que é medida numa direção perpendicular à direção de percurso da energia EM a partir do gerador 12, isto é, lateral a uma direção axial da linha de transmissão coaxial 14. A impedância da camada condutora de microtira 120 se altera dependendo desta largura. A impedância característica do transformador de microtira 100 varia com a largura do condutor de microtira.

[0045] Conforme mostrado na vista superior da Figura 2B, a camada condutora de microtira 120 compreende duas porções de trilha que

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11/17 têm diferentes larguras. Nesse exemplo, uma primeira (proximal, de lado de gerador) trilha de microtira 122 tem uma largura (Wi) que é mais estreita que uma largura (W2) de uma segunda (distai, de lado de cabo) trilha de microtira 124. A geometria do substrato dielétrico 115 e 0 plano terrestre são idênticos para cada porção de trilha, assim, a primeira trilha de microtira 122 tem um valor de impedância maior que a segunda trilha de microtira 124. Numa modalidade, a primeira trilha de microtira 122 tem uma largura (W1) de 2,5 mm e a segunda trilha de microtira 124 tem uma largura (W2) de 6 mm, por exemplo. Conforme explicado abaixo, a largura (W1) pode ser selecionada para assegurar que a primeira trilha de microtira tenha substancialmente a mesma impedância que 0 gerador, e a largura (W2) pode ser selecionada para assegurar que a segunda trilha de microondas tenha uma impedância que habilita que a mesma opere como um quarto de transformador de impedância de onda. Em outro exemplo, a largura da segunda trilha de microtira pode ser mais estreita que a primeira trilha de microtira. Esta configuração seria usada se 0 cabo de instrumento tivesse uma impedância maior que a do gerador.

[0046] Cada porção de trilha do condutor de microtira 120 também tem um comprimento que é medido paralelo à direção de percurso da energia EM, isto é, ao longo da direção axial da linha de transmissão coaxial 14. A primeira trilha de microtira 122 tem um comprimento (L1) que é mais longo que um comprimento (L2) da segunda trilha de microtira 124. Num exemplo, 0 comprimento L1 é 10 mm, e 0 comprimento L2 é 2,5 mm. O comprimento (L2) pode ser substancialmente igual a um múltiplo ímpar de um quarto de comprimento de onda da energia EM conforme a mesma se propaga dentro da estrutura de microtira. O comprimento (L1) pode ser selecionado por simulação ou semelhantes para assegurar que 0 formato de campo do transformador distribui a energia EM de maneira eficiente.

[0047] O substrato dielétrico 115 tem uma largura medida perpendicular e um comprimento medido paralelo à direção de percurso da

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12/17 energia EM. 0 substrato dielétrico pode ter uma largura de 20 mm e pode ter um comprimento de 15 mm. A camada condutora de microtira 120 pode, assim, ser recuada a partir de uma periferia do substrato dielétrico 115. Nessa modalidade, o cabo e conector SMA são fixados com o uso de solda. Por esta razão a camada condutora é recuada para assegurar que não haja quebra/chance de fluxo de solda conectando a camada condutora e a camada terrestre na extremidade proximal do transformador. Devido à geometria do conector SMA sem esta pequena lacuna, o exterior do conector estaria em contato com a camada condutora e criaria um curto.

[0048] Outro parâmetro que pode ser usado para controlar a impedância da estrutura de transformador é a espessura ou altura (H) do substrato dielétrico 115. A dimensão de espessura é perpendicular às dimensões de largura (W) e comprimento (L) da camada condutora de microtira 120.

[0049] As Figuras 3 e 4 são vistas laterais e superiores esquemáticas, respectivamente, de uma junção 200 entre um gerador (não mostrado) e um cabo de transmissão de energia 30. A junção compreende um transformador de microtira 100, conforme abordado acima, conectado entre um conector de lado de gerador 150 e uma extremidade proximal da linha de transmissão coaxial que é transmitida pelo cabo 30. Os mesmos números de referência são usados para recursos correspondentes, que não são descritos novamente.

[0050] O conector de lado de gerador 150 é conectado à primeira trilha de microtira 122 num lado proximal do transformador de microtira 100. O conector de lado de gerador 150 pode ser qualquer conector que pode conectar um gerador de energia EM 12 a um transformador de impedância de microtira 100. Por exemplo, o conector 150 pode ser um conector SMA padrão (SubMiniature versão A). O conector 150 tem um pino de condutor central 154 que é eletricamente conectado (por exemplo, soldado) à primeira trilha de microtira 122 do transformador

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13/17 de impedância de microtira 100.

[0051] A parte externa (terrestre) do conector 150 é conectada ao plano terrestre 110 do transformador de impedância de microtira 100. Uma maneira de realizar isto é usar uma placa de conector 156 que cerca o exterior do conector 150 e é ligada diretamente ao plano terrestre 110, assim, se cria uma conexão entre o exterior do conector 150 e o plano terrestre 110 do transformador de impedância de microtira 100. A placa de conector 156 pode ser soldada ou parafusada no plano terrestre 110.

[0052] O cabo 30 é conectado ao transformador de impedância de microtira 100 numa extremidade oposta àquela do gerador 12. O condutor interno 144 e material dielétrico 146 da linha de transmissão coaxial se projetam proximalmente além de uma extremidade proximal do condutor externo (não mostrado). O condutor interno 144 e material dielétrico 146 cobrem a superfície superior do transformador de microtira 100. O condutor interno 144 é eletricamente conectado (por exemplo, ligado ou soldado) à segunda trilha de microtira 124 do transformador de impedância de microtira 100. O material dielétrico 146 está sobre a lacuna entre a segunda trilha de microtira 124 e uma borda distal do substrato 115 para assegurar que aquele condutor interno esteja isolado.

[0053] O condutor externo de linha de transmissão coaxial é conectado ao plano terrestre 110 do transformador de impedância de microtira 100. Isto pode ser realizado com o uso de uma placa de terminal de cabo 136, que cerca o cabo e está em contato elétrico com o condutor externo. A placa 136 pode ser ligada, por exemplo, soldada diretamente no plano terrestre 110, o que cria uma conexão entre o condutor externo do cabo de transmissão e o plano terrestre 110 do transformador de impedância de microtira 100.

[0054] Enquanto isto, o conduto oco 18 se projeta a partir de uma extremidade proximal do condutor interno 144 e se curva para cima para longe da superfície superior do transformador de microtira 100.

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14/17 [0055] O aparelho de instrumento eletrocirúrgico das Figuras 3 e 4 opera como a seguir. A energia EM é gerada pelo gerador 12 que flui para o transformador de impedância de microtira 100 através do conector 150. A energia EM corre do pino conector 154 do conector 150 e para a primeira trilha de microtira 122. A largura da primeira trilha de microtira 122 é escolhida, de modo que sua impedância seja similar à impedância do gerador. A impedância do gerador pode ser de aproximadamente 50 Ω. A energia EM corre, então, para a segunda trilha de microtira 124. A segunda trilha de microtira 124 é mais ampla que a primeira trilha de microtira 122. A largura da segunda trilha de microtira 124 é escolhida de modo que tenha a impedância correta para atuar como um quarto de transformador de impedância de onda. Conforme abordado acima, seu comprimento é selecionado de modo a ser um múltiplo ímpar de um quarto de comprimento de onda, de modo a corresponder a impedância da impedância de gerador com a impedância (menor) do cabo 30.

[0056] A impedância do cabo 30 pode ser de aproximadamente 12 a 14 Ω. Conforme a energia EM corre da primeira trilha de microtira 122 para a segunda trilha de microtira 124, a impedância que a mesma experimenta reduz, de aproximadamente 50 Ω para aproximadamente 12 a 14 Ω, por exemplo. O transformador de impedância de microtira 100, portanto, corresponde a impedância do gerador 12 com a impedância do cabo de transmissão 14 que corre pelo supercabo 30.

[0057] Assim, quando a frequência de energia distribuída a partir do gerador é f, o comprimento l_2da segunda trilha de microtira pode ser calculado como

[0058] onde c é a velocidade da luz e s_eff é uma constante dielétrica eficaz na junção, que depende da geometria da microtira linha e da permissividade relativa s_r do substrato dielétrico e material circundante

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15/17 (por exemplo, ar) de uma maneira conhecida.

[0059] E, para assegurar que a segunda trilha de microtira opere como um quarto de transformador de impedância de onda, sua largura é selecionada para fazer com que sua impedância característica Zo satisfaça a equação:

[0060] onde Z,_n é a impedância de gerador (50 Ω no exemplo acima) e Zl é a impedância de cabo (aproximadamente 12 Ω no exemplo acima). Num exemplo, a largura da segunda trilha de microtira é selecionada para produzir Zo de cerca de 24,5 Ω.

[0061] Em outra modalidade, a placa de conector 156 e placa de terminal de cabo 136 podem ser integradas num alojamento de proteção condutor 101 que cerca completamente o transformador de impedância de microtira 100. A proteção pode ser feita a partir de cobre. Por exemplo, uma folha de cobre de 1 mm de espessura que atua como uma gaiola de Faraday para evitar que a energia EM escape. A proteção pode ser um cuboide oco com um comprimento que é medido paralelo à direção de percurso da energia EM, uma largura que é medida perpendicular à direção de percurso de energia EM e uma altura que é medida perpendicular à sua largura e o comprimento. A proteção pode ter um comprimento de 25 mm, uma largura de 22 mm e uma altura de 22 mm, por exemplo.

[0062] O inventor constatou que a configuração do transformador de microtira divulgada no presente documento fornece isolamento extremamente eficaz para o conduto oco 18 na medida em que se conecta na linha de transmissão coaxial. Isto é particularmente vantajoso porque pode evitar aquecimento indesejado dos instrumentos e/ou líquidos que passam pelo conduto oco 18.

[0063] A Figura 5 é uma plotagem simulada que mostra o campo elétrico no aparelho. As sobras mais claras indicam campo elétrico mais forte, enquanto as sombras mais escuras indicam campo elétrico mais

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16/17 fraco. Há um forte campo elétrico dentro do cabo 30 e do transformador de impedância de microtira 100, porém, há um campo elétrico mínimo presente no conduto oco 18. Isto assegura que os instrumentos e/ou líquidos presentes no conduto oco 18 não experimentem efeitos de aquecimento indesejados devido ao campo elétrico. Como exemplo, o conduto oco 18 pode conter um fluido, tal como solução salina. Solução salina é um bom condutor de calor, assim, é importante que o conduto oco seja isolado do campo elétrico o que pode induzir aquecimento.

[0064] A Figura 6 é uma plotagem simulada que mostra a densidade de perda de potência no aparelho. As sombras mais claras indicam alta perda de potência e as sobras mais escuras indicaram menor perda de potência. Há uma moderada perda de potência a partir do cabo 30 e do transformador de impedância de microtira 100, porém, potência mínima é perdida a partir do conduto oco 18.

[0065] A Figura 7 é um gráfico que mostra uma perda de retorno simulada característica do aparelho de instrumento eletrocirúrgico das Figuras 3 e 4 sobre uma faixa de frequências. Pode ser visto que há uma baixa perda de retorno de cerca de 5,8 GHz, que é a frequência desejada para uso e a frequência na qual o transformador atua como um quarto de transformador de comprimento de onda. A perda de retomo em 5,8 GHz é de -15 dB o que significa que cerca de 96% da potência é distribuída.

[0066] A Figura 8 é um gráfico que mostra uma perda de inserção simulada característica do aparelho de instrumento eletrocirúrgico das Figuras 3 e 4 sobre uma faixa de frequências. Pode ser visto que há uma pequena perda de inserção de cerca de 5,8 GHz, que é a frequência desejada para uso. A perda de inserção em 5,8 GHz é de cerca de 0,4 dB o que significa que há uma perda de aproximadamente 8,8%.

[0067] As Figuras 7 e 8 demonstram que uma energia mínima é perdida em reflexos na junção entre o transformador e o cabo que habilita que a energia seja distribuída de maneira eficiente na linha de transmissão

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17/17 coaxial sem provocar aquecimento localizado indesejado de outros componentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho eletrocirúrgico caracterizado pelo fato de que compreende:

uma linha de alimentação de micro-ondas para carregar energia eletromagnética (EM) de micro-ondas que tem uma frequência a partir de um gerador eletrocirúrgico;

um cabo de instrumento para inserção no corpo de um paciente num local de tratamento, sendo que o cabo de instrumento compreende:

uma linha de transmissão coaxial para transmitir a energia EM de micro-ondas, e uma passagem interna para fornecer acesso ao local de tratamento; e uma junção disposta para transferir a energia EM de micro-ondas entre uma extremidade distai da linha de alimentação de micro-ondas e uma extremidade proximal do cabo de instrumento, em que a linha de alimentação de micro-ondas tem uma primeira impedância na frequência da energia EM de micro-ondas, em que o cabo de instrumento tem uma segunda impedância na frequência da energia EM de micro-ondas, sendo que a segunda impedância é menor que a primeira impedância, e em que a junção compreende:

um transformador de impedância de microtira disposto para corresponderá primeira impedância e à segunda impedância, e um conduto oco em comunicação de fluido com a passagem interna.
2. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transformador de impedância de microtira compreende:

um substrato dielétrico plano que tem uma superfície superior e uma superfície inferior em lados opostos do mesmo, uma camada condutora terrestre na superfície inferior; e

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2/4 uma camada condutora de microtira na superfície superior, em que a camada condutora de microtira é recuada a partir da periferia da superfície superior.
3. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a camada condutora de microtira compreende uma porção de trilha de microtira proximal que tem uma primeira largura (Wi) e uma porção de trilha de microtira distai que tem uma segunda largura (W2), em que a segunda largura é maior que a primeira largura (W2 > W1).
4. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um comprimento elétrico da porção de trilha de microtira distai é um múltiplo ímpar de um quarto de comprimento de onda da energia EM de micro-ondas transmitida pelo transformador de impedância de microtira de quarto de onda.
5. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a segunda largura é selecionada para fazer com que uma impedância característica Zo da porção de trilha de microtira distai satisfaça a equação:

em que Z,_n é uma impedância de porção de trilha de microtira distai e Zl é uma impedância do cabo de instrumento na frequência da energia EM de micro-ondas.
6. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira largura é selecionada para tornar uma impedância característica da porção de trilha de microtira distai substancialmente igual à impedância da linha de alimentação de micro-ondas na frequência da energia EM de micro-ondas.
7. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que a linha de transmissão coaxial compreende um condutor interno, um condutor externo e um

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3/4 material dielétrico, que separa o condutor interno do condutor externo, e em que, numa extremidade proximal da linha de transmissão coaxial, o condutor interno se estende proximalmente a partir do material dielétrico e do condutor externo para cobrir a porção de trilha de microtira distai, e o material dielétrico se estende proximalmente a partir de uma extremidade proximal do condutor externo para cobrir uma lacuna entre a camada condutora de microtira e uma borda distal do substrato dielétrico plano.
8. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o condutor externo é eletricamente conectado à camada condutora terrestre.
9. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que a linha de alimentação de micro-ondas compreende um cabo coaxial que tem um condutor interno eletricamente conectado à porção de trilha de microtira proximal e um condutor externo eletricamente conectado à camada condutora terrestre.
10. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 9, caracterizado pelo fato de que o conduto oco é montado na camada condutora de microtira.
11. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o conduto oco é um tubo que se curva para longe do substrato dielétrico plano conforme o mesmo se estende para longe do cabo de instrumento.
12. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 11, caracterizado pelo fato de que a linha de alimentação de micro-ondas e o cabo de instrumento são presos ao substrato dielétrico plano na junção.
13. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a linha de alimentação de micro-ondas e o cabo de instrumento são presos ao substrato dielétrico plano via elementos

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4/4 de fixação condutores que fornecem uma conexão elétrica à camada condutora terrestre.
14. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a junção que compreende um alojamento de proteção condutor que cerca o transformador de impedância de microtira de quarto de onda.
15. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o alojamento de proteção atua como uma gaiola de Faraday para confinar campos EM emitidos na junção.
16. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o conduto oco se estende através de uma abertura no alojamento de proteção.
17. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que a linha de alimentação de micro-ondas e o cabo de instrumento são presos ao transformador de impedância de microtira de quarto de onda via alojamento de proteção.
18. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a passagem interna está dentro do condutor interno da linha de transmissão coaxial.
19. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a segunda impedância é de 12 a 14 Ω.
20. Aparelho eletrocirúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a frequência da energia EM de micro-ondas é uma frequência fixada estável selecionada dentre 5,8 GHz, 14,5 GHz, 24 GHz e 31 GHz.