CN101909538B - 控制电外科高频发生器的方法和电外科装置 - Google Patents

控制电外科高频发生器的方法和电外科装置 Download PDF

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Abstract

已知一种电外科高频发生器，其中所述高频发生器的输出信号被调制以尤其用于功率控制。根据本发明，提出了使用低频调制信号通过加宽它们频谱的方式来调制信号频率和/或调制频率和/或时钟频率，以便减小对外围装置的干扰。

Description

控制电外科高频发生器的方法和电外科装置
本发明涉及一种用于控制权利要求1的前序部分内容的电外科(electro-surgical)HF发生器(高频发生器)的方法，和权利要求7的前序部分内容的电外科装置。
现代的外科手术经常使用包含有高频发生器的电外科装置，该高频发生器用于产生高频交流电。所述高频交流电然后被用以切除或凝固生物组织或者以一些其他的方式来治疗该生物组织。
HF发生器的基频通常在300kHz和4MHz之间。根据实际应用，关于该高频率的振幅可以使用不同的方式来对该高频率进行调制。通常，进行脉宽调制以便确定所施加的功率(power)。这里，设置了突发脉冲型(burst-type)信号段与相继的截止段的比率。通常使用1kHz和50kHz之间的频率来作为时钟频率或进行调制。
另外，以1Hz和10Hz之间的非常低的频率来进行进一步的调制(打开(ON)和关闭(OFF)所述输出信号)，以获得能够使手术者密切注意所述治疗的进展的功率强度。
最后，为避免所述发生器在无负载的空载期间产生泄漏电流或者损耗，使用了非常低频率的脉冲、即基频的正弦拍频。
现在，除电外科装置之外，在手术室中还使用许多其他的电动装置或电子装置。特别地，这些装置是患者监视装置(例如，EEG(electroencephalograph脑电图描记器)装置)或者视频装置。对手术必不可少的视频装置的一个典型示例被用在使用内窥镜检查术的手术中。在这种情况下，视频芯片被置于如下位置的紧接着的附近区域，即在该位置处使用电外科器械以向组织施加上述的高频交流电。
在所有上面的示例中，存在有对所述电子装置的频繁干扰，这甚至会造成所使用的患者监视器的失效，这意味着，在一定时间之后，将不可能监测到患者的重要参数。这同样也影响到视频图像。在全部示例中，这种问题对于患者具有致命的后果。
本发明的一个目的是公开一种在引言中所提到的方法或者所提到的该类型的电外科装置，通过该方法或装置能够避免或者至少减少干扰，特别是对外围设备的干扰。
所述目的由权利要求1所述的方法或权利要求7所述的电外科装置来实现。
特别地，该目的通过用于控制电外科HF发生器的方法来实现，所述HF发生器产生用于治疗生物组织、特别是用于切除或凝固生物组织的高频输出信号，其中所述HF发生器以如下方式被具体化：所述输出信号具有预定的信号频率并且被连续地生成，由调制频率调制，或者是具有预定的信号脉宽比截止脉宽的占空比和预定的时钟频率的突发脉冲。这里，所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率由低频调制信号调制从而加宽所述信号频率或调制频率或时钟频率的频谱。
因此本发明的关键点在于，根据本发明，先前保持恒定的调制频率或者时钟频率以及信号频率，不再保持为恒定值。通过对频率范围的观察，发现这导致了(恒定频率产生的)频谱线被加宽成为频谱带。该“扩频(frequency spread)”大大降低了功率的峰值，这是因为所产生的能量不是通过一个单独的频率产生，而是被划分到多个频率中或一个频带中。这进而也显著降低了传导干扰辐射(emission)和无线干扰辐射，这对于装置的重要的EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容性)限制值而言具有有益的影响。这进而也直接降低了对患者监视系统、视频系统和由上述全部成问题的结果所产生的其他电动装置或电子装置的电干扰。对于信号的额外的调制不会影响到手术效果，这些手术效果都是稳定的(inert)，因为它们主要是基于热效应。
所述调制信号优选地在导致对外围医疗装置的干扰，特别地导致对患者监视系统或者视频系统的干扰的这些频率范围之外的频率范围内产生。这里，尽管信号能量较低，其包含所述调制频率，并包含其他的调制频率，因此确保了干扰辐射的作用被保持成尽可能的低。
所述调制信号优选地具有大致恒定的进程(course)，从而没有发生突然的频率变化及由此产生的其他的(更高频率的)干扰信号。
所述调制信号能够以不同的方式被具体化。该调制信号优选地是恒定的扫频信号，以便使所述信号的基频和/或时钟频率或调制频率连续地改变。
另一种可能性是将所述调制信号具体化为随机信号或噪声信号。
将所述调制信号设置成系统频率的频率范围或者设置成接近系统频率的频率范围也是有利的。在该频率下，精确地讲，所使用的电子装置通常配置有有效的屏蔽滤波器(blocking filter)，从而在该范围内抑制了干扰信号，而不需要由在任何情况中都要设置的滤波器带来的额外措施。
关于所述装置，上述目的通过具有高频发生器的电外科装置来实现，所述高频发生器产生用于治疗生物组织、特别是用于切除或凝固生物组织的高频输出信号，其中所述高频发生器以如下方式被具体化：所述输出信号具有预定的信号频率并且被连续地生成，由调制频率调制，或者是具有预定的信号脉宽比截止脉宽的占空比和预定的时钟频率的突发脉冲。这里设置有调制发生器，所述调制发生器产生低频调制信号，所述低频调制信号被给送到HF发生器以用于通过如下方式控制所述输出信号：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率由低频调制信号调制从而加宽所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率的频谱。
本发明的有利实施方式已经参照引言中描述的方法进行了说明，并且明显地也适用于这里所声明的电外科装置。
下面参考附图说明了本发明的示例性实施方式，在附图中：
图1为根据本发明电外科装置的实施方式的框图；和
图2至图4为具有相关频谱的不同的信号形式。
在下面的说明中，相同的附图标记表示相同的部件或者具有类似功能的部件。
图1是根据本发明的电外科装置的极为示意性的视图。该类型的已知电外科装置的详细说明参见例如DE 199 43 792 C2、DE 100 46592 C2、EP 0 430 929 B1或者EP 0 653 192 B1，这里对其进行参照引用(express referral)。
这种类型的电外科装置包括高频发生器10，该高频发生器包括振荡器11，振荡器11的具有频率f0的输出信号经由开关12切换，并由输出放大器13放大，从而使输出信号Uout出现在HF发生器10的输出端。这里需要强调的是，这是用以解释所述配置的操作模式的示意性表示。
为调节输出幅值Upeak，提供了调节装置14，该调节装置14用于调节输出放大器13的放大系数。为控制开关12，提供了开关控制器16，开关控制器16经由调节装置15调节占空比，所述占空比是振荡器11的输出信号出现于输出放大器13的输入端的持续时间ton，除以开关12处于打开(on)状态时的持续时间toff的比。
振荡器11在本示例中示出为VCO，这是一种其振荡频率fHF能够由电压控制的振荡器。该电压由调制发生器20进行选择。
开关控制器16具有第二输入端，经由该第二输入端可以接收信号ton+toff，并对该信号进行处理，从而以预定的占空比ton/toff控制开关12以实现周期ton+toff。该“周期信号”表示由调制发生器20’产生的调制信号。
下面说明了本发明的该示意性描绘的实施方式的操作模式。
图2示出了由开关12以周期T＝ton+toff调制的具有频率f0的高频信号的时间进程。图2b中示出的视图是频谱，其中能够看到对应频率处的信号功率P。一方面，图2a中示出的传统调制的高频信号导致了图2b中标注为III的尖锐谱线。调制周期T导致了产生图2b中标注为II的谱线。
图2b还示出了另一个谱线I，其处于非常低频率的范围并且来自于引言中所说明的信号调制，该信号调制在使用的“非活动(inactive)”期内进行以保持低的损失。
图2c示出了一种信号，根据本发明，一方面该信号具有恒定的调制周期T，而另一方面对该信号而言该高频信号并不表现出具有恒定的频率f0，而是扫频的。因此，所述频率随着时间的推移而升高并且每个新的周期又再次以较低的频率开始。图2c所示的扫频信号导致产生了图2b所示的围绕谱线III的频谱，这是因为出现了较低的频率分量和较高的频率分量。但是，当用于打开(switch on)和关闭(switchoff)该信号的调制频率与图2a中的相比没有改变时，则仍然保持图2b中的谱线II。
图3a示出了一种信号，对于该信号而言所述高频信号的频率f0不改变。另外，图3a所示的信号具有恒定的占空比ton/toff＝2/1，其中由突发脉冲及随后的截止组成的各单独信号的周期T随时间变化。这产生了如图3b中所示的频谱，其中由周期T所产生的较低频率表现为频谱，而高频信号则产生尖锐的谱线。
图4a示出了一系列突发脉冲，对该突发脉冲而言占空比总是为ton/toff＝2.5/1。这些突发脉冲中的高频信号具有变化的频率。另外，周期T也不同。
图4b所示的信号进程不同于图2a所示的信号进程，不同之处在于图4b中周期T不是连续地升高，而是随机地变化。另外，对图4b所示的信号而言，占空比也总是为2.5/1。
现在，图4a和图4b中示出的两个信号产生了如图4c中示出的频谱。这里明显地，对应于高频信号或者对应于调制时钟频率的尖锐的谱线已经消失，并且被替代为宽的频谱。
图2a所示的来自于传统电外科发生器的信号与现在根据图2b或图3c所产生的频谱之间的比较，显示了尖锐谱线的最大功率基于信号频率或调制频率的变化而显著地降低，这些尖锐谱线比如是通过具有恒定频率的连续高频信号或者调制信号产生的。这达到了大幅度地降低对外围装置产生不利影响的干扰辐射或者系统感应型干扰分量这一期望目的。这里，只要HF信号的频率或者调制频率的平均值仅以小的百分比波动就足以实现所述的扩频，即将各个单独的谱线扩展为加宽的频谱。
对于信号频率或调制频率的控制能够由调制发生器20和20’中的任一个有规律地进行，例如采用正弦信号或任何其他类型的信号、特别地采用噪声信号来进行。如果以正弦信号进行调制，则将在输出频谱中再次出现新的谱线(图中未示出)。如果该谱线被设置成落在对外围装置产生极小干扰的范围内，例如设置为系统频率，则可以期望对外围装置仅产生低的干扰，这是因为在此频率范围内对外围装置的任何干扰通常已经被抑制了。如果调制发生器20、20’随机地进行调制，则再次产生“干扰频谱”，但是，由于上述的扩频(widening)，其幅值非常低。这里，再一次，噪声信号的中心频率能够有利地被设置在被保护不受干扰的外围装置对其“不敏感”的范围内。
从以上说明可以推导出本发明的基本原理在于：周期性过程，即用以产生特殊效果的实际的高频信号和全部的调制过程，不是保持恒定的，而是随时间变化以避免产生具有高功率的尖锐谱线。
附图标记列表
10        HF发生器
11        振荡器
12        开关
13        输出放大器
14        振幅调节装置
15        占空比调节装置
16        开关控制器
20、20′  调制发生器

Claims (16)

1.一种控制电外科高频发生器的方法，所述高频发生器产生用于切除或凝固生物组织的高频输出信号，其中所述高频发生器以如下方式被具体化：所述输出信号具有预定的信号频率，并且所述输出信号被连续地生成，连续地生成的所述输出信号为由调制频率调制的输出信号或者为突发脉冲形式的输出信号，所述突发脉冲具有预定的信号脉宽比截止脉宽的占空比并且具有预定的时钟频率，其特征在于，
所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率由低频调制信号调制从而加宽所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率的频谱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述调制信号在导致在患者监视系统或者视频系统中产生干扰的这些频率范围之外的频率范围内产生。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述调制信号具有恒定的进程。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述调制信号是随机信号或噪声信号。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述调制信号是恒定的扫频信号。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述调制信号以如下方式被具体化：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率仅有小于20％的变化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述调制信号以如下方式被具体化：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率仅有小于10％的变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述调制信号以如下方式被具体化：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率仅有小于5％的变化。
9.一种具有高频发生器的电外科装置，所述高频发生器产生用于切除或凝固生物组织的高频输出信号(Uout；f0)，其中所述高频发生器(10)以如下方式被具体化：所述输出信号(Uout)具有预定的信号频率(f0)，并且所述输出信号被连续地生成，连续地生成的所述输出信号为由调制频率(fm)调制的输出信号或者为突发脉冲形式的输出信号，所述突发脉冲具有预定的信号脉宽(ton)比截止脉宽(toff)的占空比并且具有预定的时钟频率(fm)，其特征在于，
设置有调制发生器(20，20’)，所述调制发生器产生低频调制信号，所述低频调制信号被给送到高频发生器(10)以用于通过如下方式控制所述输出信号(Uout；f0)：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率由低频调制信号调制从而加宽所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率的频谱。
10.根据权利要求9所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号在导致在患者监视系统或者视频系统中产生干扰的这些频率范围之外的频率范围内产生。
11.根据权利要求9或10中的任一项所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号具有恒定的进程。
12.根据权利要求9或10中的任一项所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号是随机信号或者噪声信号。
13.根据权利要求9或10中的任一项所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号是恒定的扫频信号。
14.根据权利要求9或10中的任一项所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号以如下方式被具体化：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率仅有小于20％的变化。
15.根据权利要求14所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号以如下方式被具体化：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率仅有小于10％的变化。
16.根据权利要求15所述的电外科装置，其特征在于，
所述调制信号以如下方式被具体化：所述信号频率和/或调制频率和/或时钟频率仅有小于5％的变化。
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