CN102895026B - 消融器的测试夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于测试和校准消融器的技术，其中组织探测器仿真器能够连接至正被测试的组织消融器。所述仿真器包括温度传感器；热电装置，所述装置用来改变由所述温度传感器感测的温度；可调节电气负载；电气控制电路，其连接至所述热电装置和所述电气负载，并且用来独立调节所述热电装置的输出和所述电气负载。所述仿真器将所述温度传感器发出的信号传送至所述组织消融器，并且将所述组织消融器的消融能量输出传送至所述电气负载。

Description

消融器的测试夹具
背景技术
1.技术领域
本发明涉及医疗装置。更具体地讲，本发明涉及用于对执行组织消融的医疗装置中的控制电路进行评估的测试用具。
2.背景技术
本领域已知的是使用电能来消融身体组织。通常用以下方法执行消融：以足以破坏靶组织的功率向电极施加交流电，例如射频(RF)能量。通常，将电极安装在插入受试者体内的导管远端头上。可以使用本领域已知的多种不同方式来跟踪远端头，例如，通过测量远端头处由受试者体外的线圈生成的磁场来跟踪远端头。
使用射频能量消融组织(如心脏组织)的已知困难在于控制组织的局部加热。精确控制由导管电极施加的射频能量的量对于实现一致的治疗结果、同时避免对周围组织造成过度伤害很重要。
已有人提出使用自调节组织消融器实现所需控制。例如，PCT国际公布WO9600036描述了身体组织的消融，其中将消融能量以功率脉冲序列的方式单独传送到多个发射器。定期地感测每个发射器的温度，并将该温度与针对所有发射器建立的所需温度进行比较，进而基于比较结果生成单独针对每个发射器的信号。传送到每个发射器的功率脉冲会根据该发射器的信号而单独变化，以在组织消融期间使所有发射器的温度基本保持在所需温度。
发明内容
本发明提供了一种根据本发明实施例的用于测试和校准消融器的设备，该设备包括能够连接至被测试的组织消融器的组织探测器仿真器，所述仿真器包括温度传感器、用来改变由温度传感器感测到的温度的热电装置、可调节电气负载、连接至热电装置和电气负载并且可操作以独立调节电气负载和热电装置输出的电气控制电路，以及适配器，其能够连接至消融器的插座且被耦合成将温度传感器发出的信号传送至组织消融器并且将组织消融器的消融能量输出传送至电气负载。
该设备的另外一个方面包括用于测量组织消融器电气输出的仪表。
根据设备的另外一个方面，电气负载包括具有相应电阻值的多个电阻元件，和与相应的电阻元件相连的多个继电器，其中继电器响应于电气控制电路的信号分别连接和断开与其相关联的电阻元件。
根据设备的另一个方面，电阻元件相对于共同基准是可连接的以便对单极电极进行仿真，并且相对于彼此是可连接的以便对双极电极进行仿真。
根据设备的一个方面，电气负载包括多个可变电阻通道，通道各自包括具有相应电阻值的多个电阻元件，和与所述电阻元件中的相应电阻元件相关联的多个继电器，其中继电器响应于电气控制电路的信号分别连接和断开与其相关联的电阻元件；以及在选定的一个可变电阻通道与组织消融器之间接通电路的开关。
根据设备的又一个方面，电气控制电路包括微控制器以及连接至微控制器和所述继电器中的相应继电器的开关晶体管，这些晶体管响应于微控制器的继电器控制信号来启动和停用继电器。
设备的又一个方面包括连接至电气控制电路的计算装置。该计算装置被编程为使电气控制电路执行对电气负载和热电装置输出进行独立调整的预定序列，以及用于微控制器和计算装置之间互通信息的接收机-发送机。
根据设备的一个方面，电气负载包括具有相应电阻值的多个电阻元件，以及与相应的电阻元件相连以用于将选定的各电阻元件连接至组织消融器的电气连接器。
本发明的其他实施例提供对设备(包括上述设备)进行操作的方法。
附图说明
为更好地理解本发明，以举例的方式提供本发明的详细说明。要结合以下附图来阅读详细说明，附图中相同的元件用相同的附图标号来表示，并且其中：
图1为组织消融器的测试用具示意图，该测试用具根据本发明的实施例构造和工作；
图2为根据本发明实施例的测试用具的角视图；
图3为图2中示出的测试用具电路的示意图，该电路根据本发明的实施例构造和工作；
图4为图2中示出的测试用具控制电路的示意图，该控制电路根据本发明的实施例构造和工作；以及
图5为图2中示出的测试用具电路的示意图，该电路根据本发明的替代实施例构造和工作。
具体实施方式
为了能够全面了解本发明的各种原理，在以下说明中阐述了许多具体细节。然而对于本领域的技术人员将显而易见的是，并非所有这些细节始终都是实施本发明所必需的。在这种情况下，为了不使主要概念不必要地模糊，未详细示出熟知的电路、控制逻辑、以及用于常规算法和进程的计算机程序指令细节。
可以通过基于组织温度和输送功率的反馈来控制消融器施加的RF电流。提交于2010年12月16日的名称为“SystemforControllingTissueAblationUsingTemperatureSensors”(使用温度传感器控制组织消融的体系)的共同转让的专利申请No.12/969,684对该种类的控制技术进行了描述，该专利申请以引用的方式并入本文。
作为制备消融器(包括RF电源和控制电路)的方法的一部分，所述消融器按常规连接至导管并在操作中测试。出于此目的，导管电极连接至假负载，并且根据变动负载和可能其他条件的变化测量消融器输出。然而，使用此布置方式无法完全测试消融器控制电路的温度响应，因为在负载中生成并且由导管中的温度传感器测定的热量一般并不能反映要在其上使用消融器的生物组织的实际温度响应。
现在来看附图，先参照图1，其为测试和校准组织消融器的测试夹具或测试用具10的示意图，测试夹具或测试用具根据本发明的实施例构造和工作。测试用具10连接至正被评估的组织消融器12。消融器12包括至少一个RF功率发生器14。
实际上，测试中的消融器12是包括入侵式探测器或导管(例如心脏导管(未示出))的系统的组成部分。测试用具10包括导管仿真器16以及适配器18，其插入消融器12的导管插座20内，但此外还分开接入两个末端装置：电力导线22将消融器12的RF输出连接至可调节电气负载24，而温度导线26将消融器12的温度感测输入端连接至改进的温度传感器28(例如热电偶)。温度传感器28附着于或嵌入热电(T/E)装置30。热电装置30可通过以下过程实现：拆卸热电偶，内部连接至具有可变电阻器34的分压器32，并由电压源36供电。通过调节电阻器34，可由控制电路38来控制热电偶的输出以模拟所需温度。作为另外一种选择，热电装置30可为珀尔帖加热器/冷却器，其用来改变由温度传感器28感测到的环境的温度。
电气控制电路38连接至温度传感器28和热电装置30。在对消融器12进行测试的过程中，控制电路38将控制信号分开且独立地传送至电气负载24和热电装置30，导致温度传感器28的热环境根据预定的测试序列而变化。
例如，温度传感器28可初始地指示38℃然后上升至44℃，而功率在每个通道的变化高达25W。
在替代的测试序列中，温度传感器28可初始地设为指示38℃然后上升至温度上限47℃，其中变动为+/-2℃，在此期间功率可达到目标值25W并且随后下降，从而保持低于47℃的温度读数。
在旨在测试消融器安全性的又一个可选的测试序列中，温度传感器28可初始地设为指示47℃然后上升至80℃。人们期待系统能发出指示异常高温的警报，并且会产生旨在使消融停止的控制信号。
控制电路38可任选地与主机40连接，该主机可以是用测试序列适当编程并且适合于对控制电路38进行调控的通用计算机。监测器(例如功率表42)在负载和温度变化时对消融器12的功率输出进行测量。这样，可以在临床可能遇到的所有状况范围内，全面地测试消融器12对负载24的反应和温度传感器28感测的温度。此外，可测试结合到消融器12中的自动化功能和安全性限制。例如，可以证实超出预定的最高温度会导致消融器的功率输出下降。若干个其他实际限制条件在上面提到的专利申请No.(DKP1001-1113；BIO-5271)中有所描述。
现在参考图2，其为顶盖移除的箱体44的角视图。前面板46具有香蕉插头和同轴连接器(例如BNC连接器)，以接收通道的输入以及功率计量装置的直通连接和“返回”连接。箱体44可被配置成可通过电路的重复设置或通过单套组件的时分复用来同时测试和/或校准若干个消融器。
现在参考图3，其为根据本发明实施例的测试用具10(图1)的电路示意图。9个固定电阻器48(R1-R9)连接至与可变通道52相同的返回路径50。电阻器48的返回路径可由两个继电器54、56中断。
具有固定通道的电阻器48为ArcolNHS100系列150-无感功率电阻器。可变通道52也使用相同类型，即分别具有15、25、50、100和200-值的电阻器58、60、62、64、66。另外，还有一个高压0.0033°F聚丙烯电容器68。该电容器68可用于模拟组织电极界面，其本质上是非纯电阻的。电阻器58、60、62、64、66分别与将各电阻器短接的高压3安培“热切换”簧式继电器70并联，从而将其旁路。该方法可用于将各种电阻负载加于功率发生器14(图1)。可使用开关74启用校准电路72。此外，通过改变继电器54、56、70的操作，电阻可彼此连接以便仿真双极电极，或连接至共用点以便仿真单极电极。
“直通”BNC连接器76与可变通道而不是电阻器48相串联。使用BNC连接器76能够连接外部功率计量装置(未示出)，该装置用于计算经由可变通道52馈送的功率。如果不需要外部功率计量，则使用短路插塞(未示出)使BNC连接器76短路。
现在参考图4，其为印刷电路板78上的电路的示意图，该电路根据本发明的实施例构造和工作。继电器70(与图3中示出的继电器相对应)均通过对MOSFET晶体管82(型号BSS138；可得自加利福尼亚州圣何塞市果园大道3030号的飞兆半导体公司(邮编95134)(FairchildSemiconductorCorporation，3030OrchardParkway，SanJoseCalifornia95134))进行开关操作的微控制器装置80而控制，以根据需要启动和停用各种继电器。微控制器装置80可为型号ATMEGA168自动编程快闪程序存储器(可得自加利福尼亚州圣何塞市果园干道2325号的爱特梅尔公司(邮编95131)(AtmelCorporation，2325OrchardParkway，SanJose，Ca95131))，该存储器可通过利用MAX232电压转换器84的通用异步接收/发送装置(UART)与主机通信。UART设置为：9600波特，8位数据，1启动/停止位，无奇偶校验。请求以ASCII码发送。在表1中给出了通信协议的进一步详细信息。
表1
继电器 ON/OFF请求
10K A/a
25K B/b
50K C/c
100K D/d
200K E/e
CAP F/f
SHRT_RTN1 G/g
SHRT_RTN2 H/h
IPA1 I/i
IPA2 J/j
IPB1 K/k
IPB2 L/l
期待请求字节，然后是确认字节。向微控制器装置80发送的命令由大写或小写字母(A-L；a-l)组成以分别启动和停用继电器。将请求回送到主机以进行比较。如果请求被主机确认，则等待字母“z”形式的确认命令。此后适当地对所需继电器进行开关操作，并且向主机发送“确定”，确认命令已经执行，并且指示可发送新请求。通过向主机返回“e”字符来指示错误状况，即无法成功执行命令。微控制器装置80随后等待新命令。
替代实施例
现在参考图5，其为图2中示出的测试用具的电路86的示意图，该电路根据本发明的替代实施例构造和工作。该电路不同于图3中示出的电路，取代具有一个可变通道52和多个固定电阻器48而设有多个可变通道，其电阻均可用继电器70进行配置。虽然可变通道中电阻的实际值在图5中示出为相同，但不必一定如此。实际上，电阻和继电器70的值和数量可根据具体应用的需要在不同通道中独立改变。
可利用开关88使消融器返回路径50在不同可变通道52中转换。电路86有利于在同一段时间对任何数量的通道进行评估和校准。
本领域的技术人员会认识到，本发明并不限于在上文中具体示出和描述的内容。更确切地说，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及这些特征的不在现有技术范围内的变化和修改形式，这些变化和修改形式是本领域技术人员在阅读上述说明后可想到的。

Claims (17)

1.一种测试和/或校准消融器的设备，所述设备包括：
能够连接至正被测试的组织消融器的组织探测器仿真器，所述仿真器包括：
温度传感器；
热电装置，其用来改变由所述温度传感器感测的温度；
可调节电气负载；
电气控制电路，其连接至所述热电装置和所述电气负载，并且用来独立地调节所述热电装置的输出和所述电气负载；以及
适配器，其能够连接至所述消融器的插座且被耦合成将所述温度传感器发出的信号传送至所述组织消融器，并且将所述组织消融器的消融能量输出传送至所述电气负载。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括用于测量所述组织消融器电气输出的仪表。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述电气负载包括：
具有相应电阻值的多个电阻元件；以及
与所述电阻元件中的相应电阻元件相关联的多个继电器，其中所述继电器响应于所述电气控制电路的信号分别连接和断开与其相关联的电阻元件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述电阻元件相对于共同基准是可连接的以便对单极电极进行仿真，并且相对于彼此是可连接的以便对双极电极进行仿真。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述电气负载包括：
多个可变电阻通道，每个可变电阻通道包括具有相应电阻值的多个电阻元件，和与所述电阻元件中的相应电阻元件相关联的多个继电器，其中所述继电器响应于所述电气控制电路的信号分别连接和断开与其相关联的电阻元件；以及
开关，用于在选定的一个所述可变电阻通道和所述组织消融器之间接通电路。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述电气控制电路包括：
微控制器；以及
连接至所述微控制器和所述继电器中的相应继电器的开关晶体管，所述晶体管响应于所述微控制器的继电器控制信号来启动和停用所述继电器。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括：
连接至所述电气控制电路的计算装置，所述计算装置被编程为使所述电气控制电路执行对所述热电装置的输出和所述电气负载进行独立调节的预定序列；以及
用于所述微控制器和所述计算装置之间互通信息的接收机-发送机。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述电气负载包括：
具有相应电阻值的多个电阻元件；以及
与所述电阻元件中的相应电阻元件相关联的电气连接器，其用于将所述电阻元件中选定的电阻元件连接至所述组织消融器。
9.一种测试消融器的方法，所述方法包括：
连接能够连接至正被测试的组织消融器的组织探测器仿真器，所述仿真器包括：温度传感器；热电装置，所述热电装置用来改变由所述温度传感器感测到的温度；可调节电气负载；以及连接至所述热电装置和所述电气负载的电气控制电路；
独立调节所述热电装置的输出和所述电气负载；
将所述温度传感器发出的信号传送至所述组织消融器；
将所述组织消融器的消融能量输出递送至所述电气负载；以及
测量所述消融能量输出，同时执行所述独立调节步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电气负载包括具有相应电阻值的多个电阻元件，和与所述电阻元件中的相应电阻元件相关联的多个继电器，所述方法还包括，响应于所述电气控制电路的信号启动所述继电器以分别连接和断开与其相关联的电阻元件。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述电气负载包括多个可变电阻通道，每个可变电阻通道包括具有相应电阻值的多个电阻元件，和与所述电阻元件中的相应电阻元件相关联的多个继电器，其中所述继电器响应于所述电气控制电路的信号分别连接和断开与其相关联的电阻元件；以及
在选定的一个所述可变电阻通道和所述组织消融器之间接通电路的开关。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括相对于共同基准连接所述电阻元件以便仿真单极电极的步骤。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括相对于彼此连接所述电阻元件以便仿真双极电极的步骤。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述电气控制电路包括微控制器以及连接至所述微控制器和所述继电器中的相应继电器的开关晶体管，所述晶体管响应于所述微控制器的继电器控制信号来启动和停用所述继电器。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将计算装置连接至所述电气控制电路，所述计算装置；
使用所述计算装置执行程序，以传送用于执行所述独立调节步骤的预定序列；以及
使用接收机-发送机将所述预定序列从所述计算装置传送至所述微控制器。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述电气负载包括具有相应电阻值的多个电阻元件，其中所述独立调节步骤包括将所述电阻元件中的相应电阻元件连接至所述组织消融器。
17.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
监测所述电气负载的阻抗；以及
验证所述消融能量输出在由所述温度传感器感测到的温度或所述电气负载的阻抗的限制条件被违反时以预定方式变化。
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