CN103222892B

CN103222892B - 用于相位预测的阻抗损耗模型校准和补偿的系统和方法

Info

Publication number: CN103222892B
Application number: CN201310028706.4A
Authority: CN
Inventors: D·W·赫克尔
Original assignee: Covidien LP
Current assignee: Covidien LP
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2015061668A; EP2620114B1; US20130197874A1; US9037447B2; AU2012268927A1; JP2013154167A; EP2620114A1; CA2799125A1; CN103222892A; AU2012268927B2

Abstract

本发明的系统和方法校准与没有外部电缆或具有带有固定或已知电抗的外部电缆的电外科系统相关联的阻抗损耗模型参数，并通过使用已经校准的阻抗损耗模型参数来补偿与电外科设备的传输线路相关联的阻抗损耗，获取组织部位的准确的电气测量值。计算机系统存储一系列不同的测试负载的电压和电流传感器数据，计算每一个测试负载的传感的阻抗值。然后，计算机系统使用每一相应的负载阻抗值，来预测每一负载的相位值。计算机系统基于电压和电流传感器数据、预测的相位值、以及测试负载的阻抗值来反向计算包括源阻抗参数和漏阻抗参数的阻抗损耗模型参数。在操作过程中，电外科设备传感电压和电流，基于传感的电压和电流来预测相位值，并基于传感的电压和电流、预测的相位值、源阻抗参数，以及漏阻抗参数，来计算组织部位处的度量值。

Description

用于相位预测的阻抗损耗模型校准和补偿的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及电外科学。更具体来说，本发明涉及用于补偿损耗以获取无绳或固定电抗的有线电外科系统中的准确的电气测量值的系统和方法。

技术背景

电外科手术涉及施加高频电流以在外科手术过程中切割或改变生物组织。电外科手术是使用电外科生成器、有源电极，以及返回电极来执行的。电外科生成器（也简称为电源或波形发生器）生成通过有源电极施加于病人的组织并通过返回电极返回到电外科生成器的交流电（AC）。交流电电流通常具有高于100千赫的频率以避免肌肉和/或神经刺激。

在执行电外科手术过程中，由电外科生成器所生成的交流电电流通过位于有源电极和返回电极之间的组织来传导。组织的阻抗将与交流电电流相关联的电能（也简称为电外科能量）转换为热量，该热量使组织温度上升。电外科生成器通过控制提供给组织的电能（即，单位时间的电能）来控制组织的发热。虽然有许多其他可变因素影响组织的总的发热，但是，增大的电流密度通常导致发热增多。电外科能量通常用于切割、分割、烧蚀、凝结和/或密封组织。

电外科生成器包括控制在某个时间段内施加于组织的功率的控制器。施加于组织的功率是基于功率测量值和由用户设置的功率级别或实现期望的组织效果所期望的功率级别来控制的。功率测量值是通过测量由电外科生成器的RF输出级所生成的RF信号的电压和电流并基于测量到的电压和电流来计算功率而获得的。

然而，由电外科生成器的传感器测量到的电压和电流可能由于将电外科生成器的RF输出级连接到电外科仪器的电极的传输线路中的RF阻抗损耗而与施加于组织的实际电压和电流不相同。结果，功率计算可能不准确，并可能导致对施加于组织的电外科能量的不适当的控制。

RF阻抗损耗对功率和阻抗计算的影响可以通过更准确地采样电压和电流之间的相位来降低。然而，此方法要求较大的计算复杂性以及更昂贵的高速硬件。

发明内容

本发明的系统和方法基于预测的相位值来准确地确定施加于组织的实际功率和/或组织部位处的实际阻抗。所公开的用于预测相位值的方法简单，要求低计算复杂性，并可以使用常用的微处理器、现场可编程门阵列（FPGA）或数字信号处理器（DSP）来实现。

一方面，本发明公开了确定与电外科系统内的传输线路相关联的阻抗损耗模型参数的方法的特征。根据此方法，传感施加于耦接到电外科系统的输出端的负载的电压和电流，以获取传感的电压和传感的电流，基于传感的电压和传感的电流，计算传感的阻抗值，基于传感的阻抗值预测相位值，以获取预测的相位值，以及基于预测的相位值、传感的电压、传感的电流以及期望的负载阻抗值，计算阻抗损耗模型参数。

阻抗损耗模型参数可以是源阻抗参数，可以通过反向计算源阻抗参数来计算源阻抗参数。阻抗损耗模型参数可以是漏阻抗参数，可以通过反向计算漏阻抗参数来计算漏阻抗参数。

阻抗损耗模型参数可以通过下列操作来计算：(1)基于预测的相位值将传感的电压转换为峰值电压值，(2)基于预测的相位值将传感的电流转换为峰值电流值，以及，(3)基于峰值电压值、峰值电流值以及期望的负载阻抗值，反向计算阻抗损耗模型参数。

在另一方面，本发明公开了确定与电外科设备相关联的阻抗损耗模型参数的方法的特征。根据此方法，传感施加于分开地耦接到电外科设备的输出端的多个负载中的每一个的电压和电流，以获取多个传感的电压和多个传感的电流。接下来，基于多个传感的电压以及多个传感的电流，计算多个传感的阻抗值。接下来，基于多个传感的阻抗值预测多个相位值。接下来，基于多个相位值的第一预测的相位值、多个传感的电压的第一传感的电压、多个传感的电流的第一传感的电流以及对应于多个负载的第一负载的第一预定负载阻抗值，计算源阻抗参数。类似地，基于多个相位值的第二预测的相位值、多个传感的电压的第二传感的电压、多个传感的电流的第二传感的电流以及对应于多个负载的第二负载的第二预定负载阻抗值，计算漏阻抗参数。

可以基于多个传感的阻抗值的多项式函数来预测多个相位值。多项式函数可以是三阶多项式函数。多个负载可以包括0欧姆和5000欧姆之间的负载。

源阻抗参数可以通过下列操作来计算：(1)基于预测的第一相位值将第一传感的电压转换为第一峰值电压值；(2)基于预测的第一相位值将第一传感的电流转换为第一峰值电流值；(3)基于第一峰值电压值、第一峰值电流值以及先前的源阻抗参数，计算第一输出电压值；(4)基于第一输出电压值、第一峰值电流值以及先前的漏阻抗参数，计算第一输出电流值；以及(5)基于第一输出电流值、第一预定负载阻抗值、第一峰值电压值以及第一峰值电流值，反向计算源阻抗参数。

源阻抗参数可以通过下列操作来反向计算：(1)通过将第一输出电流值乘以第一预定负载阻抗值，反向计算期望的输出电压值，(2)通过从第一峰值电压值减去期望的输出电压值，反向计算期望的源电压值，以及(3)通过将期望的源电压值除以第一峰值电流值，反向计算源阻抗参数。第一预定负载阻抗值可以小于第二预定负载阻抗值。

确定与电外科设备相关联的阻抗损耗模型参数的方法还可以包括使用阻抗计来传感多个负载中的每一负载的阻抗，以获取多个预定负载阻抗值。多个预定负载阻抗值可以包括第一预定负载阻抗值以及第二预定负载阻抗值。

漏阻抗参数可以通过下列操作来计算：(1)基于预测的第二相位值将第二传感的电压转换为第二峰值电压值；(2)基于预测的第二相位值将第二传感的电流转换为第二峰值电流值；(3)基于第二峰值电压值、第二峰值电流值以及先前的源阻抗参数，计算第二输出电压值；以及，(4)基于第二输出电压值、第二预定负载阻抗值以及第二峰值电流值，反向计算漏阻抗参数。先前的源阻抗参数和先前的漏阻抗参数可以被设置为第一迭代之前的初始值。

漏阻抗参数可以通过下列操作来反向计算：(1)通过将第二输出电压值除以第二预定负载阻抗值，反向计算期望的输出电流值，(2)通过从第二峰值电流值减去期望的输出电流，反向计算期望的电流值，以及(3)通过将期望的电流值除以第二输出电压值，反向计算漏阻抗参数。

漏阻抗参数还可以进一步通过下列操作来计算：(1)迭代计算第一输出电压值的步骤，(2)计算第一输出电流值，(3)反向计算源阻抗参数，(4)计算第二输出电压值，以及，(5)反向计算漏阻抗参数。

在又一方面，本发明公开了用于校准电外科设备的测量电路的计算机系统的特征。计算机系统包括存储器、耦接到存储器的处理器，以及通信接口。存储器存储包括多个传感器电压值、多个传感器电流值、多个预测的相位值以及多个预定负载阻抗值的数据。

处理器基于多个相位值的第一预测的相位值、多个传感的电压的第一传感的电压、多个传感的电流的第一传感的电流以及第一预定负载阻抗值，计算源阻抗参数。处理器还基于多个相位值的第二预测的相位值、多个传感的电压的第二传感的电压、多个传感的电流的第二传感的电流以及第二预定负载阻抗值，计算漏阻抗参数。通信接口可以将源阻抗参数和漏阻抗参数传输到电外科设备的测量电路。

通信接口从电外科设备接收多个传感器电压值和多个传感器电流值，并可以将多个传感器电压值和多个传感器电流值存储在存储器中。

处理器可以是第一处理器，源阻抗参数可以是第一源阻抗参数，漏阻抗参数可以是第一漏阻抗参数，计算机系统还可以包括第二处理器。

第二处理器基于多个相位值的第一预测的相位值、多个传感的电压的第一传感的电压、多个传感的电流的第一传感的电流以及第一预定负载阻抗值，计算第二源阻抗参数。第二处理器还基于多个相位值的第二预测的相位值、多个传感的电压的第二传感的电压、多个传感的电流的第二传感的电流以及第二预定负载阻抗值，计算第二漏阻抗参数。然后，第二处理器求第一源阻抗参数和第二源阻抗参数的平均值，以获取平均源阻抗参数，并求第一漏阻抗参数和第二漏阻抗参数的平均值以获取平均漏阻抗参数。通信接口可以将平均源阻抗参数和平均漏阻抗参数传输到电外科设备的测量电路。

附图说明

参考各个附图描述了本发明的各实施例，其中：

图1是根据本发明的各实施例的电外科系统的组件的透视图；

图2是根据本发明的各实施例的与校准计算机系统进行通信的电外科系统的框图；

图3是根据本发明的各实施例的与校准计算机系统进行通信的便携式手持式电外科系统的框图；

图4是根据本发明的某些实施例的校准阻抗损耗模型参数的方法的流程图；

图5是图4的计算阻抗损耗模型参数的方法的流程图；

图6是根据本发明的其他实施例的校准阻抗损耗模型参数，即，源阻抗参数和漏阻抗参数的方法的流程图；

图7是根据本发明的某些实施例的图6的计算源阻抗参数的方法的流程图。

图8是根据本发明的某些实施例的图6的计算漏阻抗参数的方法的流程图。

图9是根据本发明的某些实施例的图6的计算源阻抗参数和漏阻抗参数的方法的流程图；

图10是根据本发明的某些实施例的图7和图9的反向计算源阻抗参数的方法的流程图；

图11是根据本发明的某些实施例的图8和图9的反向计算漏阻抗参数的方法的流程图；

图12是根据本发明的各实施例的电外科系统中的补偿损耗的方法的流程图；

图13是根据本发明的某些实施例的图12的计算至少一个度量的方法的流程图；

图14是根据本发明的某些实施例的图12的预测相位值的方法的流程图；以及

图15是根据本发明的其他实施例的图12的计算至少一个度量的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的系统和方法校准与电外科系统内的传输线路相关联的阻抗损耗模型。这些系统和方法涉及传感施加于耦接到电外科系统的输出端的测试负载的电压和电流，计算传感的阻抗，基于传感的阻抗预测电压和电流之间的相位，以及基于测量的电压和电流、电压和电流之间预测的相位以及测试负载的预定阻抗来计算内部阻抗值。

本发明的系统和方法还使用已校准的阻抗损耗模型来补偿电外科系统的传输线路中的阻抗损耗。这些系统和方法涉及传感由电外科系统生成并施加于组织部位的电外科信号的电压和电流，基于传感的电压和传感的电流预测相位值，基于传感的电压、传感的电流、预测的相位值以及与电外科系统的传输线路或电缆相关联的至少一个阻抗损耗模型参数，计算组织部位处的至少一个度量。

图1是包括根据本发明的各实施例的校准和补偿系统和方法的电外科系统100的透视图。电外科系统100包括用于生成电外科能量的电外科生成器102，以及电连接到生成器102的并在外科手术过程向组织提供电外科能量的各种电外科仪器112，114。如下面进一步详细描述的，生成器102包括测量阻抗并计算提供给组织的能量的电子线路（例如，模拟和数字电路）。

电外科生成器102包括多个输出端，例如，端子104和106，用于与各种电外科仪器，例如，返回板110、单极有源电极112，以及双极电外科钳114连接。返回板110和单极有源电极112被用来执行单极电外科过程，双极电外科钳被用来执行双极电外科过程。电外科生成器102包括为各种电外科模式（例如，切割、凝结、或烧蚀）和过程（例如，单极、双极、或容器密封）生成射频能量的电子线路。

电外科仪器112、114包括用于对病人的组织进行医治的一个或多个电极（例如，电外科切割探针或烧蚀电极（未示出））。电外科能量，例如，射频（RF）电流，由电外科生成器102通过供电线路116提供给单极有源电极112，供电线路116连接到电外科生成器102的有源端子104，可使单极有源电极112凝结、密封、烧蚀和/或以别的方式对组织进行医治。电外科电流通过返回板110的返回线路118从组织返回到生成器102到电外科生成器102的返回端子106。有效端子104和返回端子106可以包括被配置为与位于单极有源电极112的供电线路的末端和返回板110的返回线路118的末端的插头（未示出）连接的连接器（也未示出）。

返回板110包括被配置为通过最大化与病人的组织的总的接触面积来最小化组织损伤的风险的返回电极120和122。另外，电外科生成器102和返回板110可以被配置为监视组织与病人的接触，以确保在返回板110和病人之间存在足够的接触，以最小化组织损伤的风险。

电外科系统100还包括具有用于医治病人的组织的电极124，126的双极电外科钳114。双极电外科钳114包括相对的颌构件134，136。第一颌构件134包括有源电极124，第二颌构件136包括返回电极126。有源电极124和返回电极126可通过电缆128连接到电外科生成器102，电缆128包括供电线路130和返回线路132。供电线路130可连接到有源端子104，返回线路132可连接到返回端子106。双极电外科钳114通过位于电缆128末端的插头（未显式地示出）连接到电外科生成器102的有源端子104和返回端子106。

电外科生成器102可以包括多个连接器，以适应各种类型的电外科仪器（例如，单极有源电极112和双极电外科钳114）。电外科生成器102还可以包括开关机构（例如，中继器）以在连接器之间切换RF能量的供应。例如，当单极有源电极112连接到电外科生成器102时，开关机构将RF能量的供应只切换到单极插头。有源端子104和返回端子106可以耦接到电外科生成器102的多个连接器（例如，输入端和输出端）以给各种仪器提供电能。

电外科生成器102包括用于控制电外科生成器102的合适的输入控件（例如，按钮、激活器、开关，或触摸屏）。另外，电外科生成器102可以包括一个或多个用于给用户提供各种输出信息（例如，强度设置和治疗完成指示器）的显示屏幕。控件可使用户调整RF电能的参数（例如，功率或波形），以便它们适用于特定任务（例如，凝结、组织密封，或切割）。电外科仪器112和114还可以包括可以与电外科生成器102的某一输入控件重复的多个输入控件。将输入控件放置在电外科仪器112和114处可以保证在外科手术过程中更加容易和更快地修改RF能量参数，而不要求与电外科生成器102的交互。

图2是包括图1的生成器102和校准计算机系统240的电外科系统200的框图。电外科系统100的生成器102包括控制器220、高压电源202，以及射频输出级206，它们一起操作以生成通过电外科仪器230的电极209，210向组织施加的电外科信号。控制器220包括数字信号处理器（DSP）222、主处理器224，以及存储器226。控制器220可以是任何合适的微控制器、微处理器（例如，哈佛或冯诺依曼体系结构）、PLD、PLA或其他数字逻辑。存储器226可以是易失性、非易失性、固态、磁性或其他合适的存储器。

控制器220还可以包括充当主处理器224及电外科生成器102内的其他电路（例如，放大器和缓存器）之间的接口的各种电路。控制器220接收被主处理器224和/或DSP222使用的各种反馈信号，以生成控制生成器102的各种子系统（包括HVPS202和RF输出级206）的控制信号。这些子系统被控制以生成用于对组织执行外科手术过程的具有期望的特征的电外科能量，在图2中通过负载234（Z_load）来表示。

生成器102包括从交流电（AC）源203接收电源的AC/DC电源205。AC/DC电源将AC转换为直流电（DC），并将DC提供到能量转换电路204。然后，能量转换电路204基于从控制器220接收到的控制信号，将第一能量级的DC电源转换为第二、不同的能量级的DC电源。能量转换电路204将第二不同的能量级提供到RF输出级206。RF输出级206颠倒DC电源，以产生向组织施加的高频交流电电流（例如，RFAC）。例如，RF输出级206可以使用包含在RF输出级206内的升压变压器（未示出）的初级端的推挽晶体管来生成高频交流电电流。

电外科生成器102包括被配置为准确地确定组织部位处的电压、电流、阻抗以及功率的测量电路，以便控制器220可以使用此反馈信息来准确地控制电外科输出的特征。此测量电路包括耦接到RF输出级206的输出端的电压传感器211和电流传感器212。电压传感器211传感RF输出级206的输出端上的电压，并将表示传感的电压213(V_sense)的模拟信号提供到模拟数字转换器（ADC）215，后者将模拟信号转换为数字形式。类似地，电流传感器212传感RF输出级206的输出端的电流，并将表示传感的电流214(I_sense)的模拟信号提供到另一个ADC215，后者将模拟信号转换为数字形式。

DSP222接收传感的电压和传感的电流数据，并使用它来计算组织部位处的阻抗和/或功率。控制器220的主处理器224执行使用传感的电压、传感的电流、阻抗和/或功率的算法，以控制HVPS202和/或RF输出级206。例如，主处理器224可以基于计算出的功率和期望的功率级别（可以是由用户选择的）来执行PID控制算法，以确定在组织部位处实现和维护期望的功率级别应该由RF输出级206提供的电流量。

为准确地控制施加于组织的电外科能量，控制器220需要准确地传感组织处的电压和电流。然而，由电压传感器211传感的电压和由电流传感器212传感的电流，可能由于与在RF输出级206和电极209，210之间连接的第一和第二传输线路221，223相关联的RF阻抗损耗而不准确。换言之，由电压和电流传感器211，212在RF输出级206测量的电压和电流可能由于RF阻抗损耗而与负载（即，组织）处的实际电压和电流231，232不相同。

这些RF阻抗损耗可以被建模为与第一传输线路221串联的源阻抗252和在第一传输线路221和第二传输线路223之间连接的漏阻抗254。源阻抗252和漏阻抗254的此布局构成阻抗损耗模型250。从RF输出级206输出的（并分别由电压和电流传感器211，212传感的）电压和电流表示分别施加于阻抗损耗模型250的输入电压255(V_in)和输入电流256(I_in)。此外，从生成器102输出的并提供给负载234(Z_load)的电压和电流还分别表示从阻抗损耗模型250输出的输出电压257(V_out)和输出电流258(I_out)。

为补偿向传感器数据中引入错误的阻抗损耗，电外科系统200校准与阻抗损耗模型250的源阻抗252和漏阻抗254相关联的源阻抗和漏阻抗损耗模型参数，然后，基于这些参数来计算新的传感的电压和电流。新的传感的电压和电流表示对组织处的电压和电流的精确测量。

校准过程涉及传感施加于耦接到电外科系统的输出端的测试负载的电外科信号的电压和电流，传感电压和电流之间的相位，以及，基于传感的电压、传感的电流、传感的相位以及测试负载的预定阻抗，计算源阻抗损耗模型参数和漏阻抗损耗模型参数。利用来阻抗计来测量测试负载的预定阻抗。

通过可连接到生成器102的控制器220的外部校准计算机系统240来计算阻抗损耗模型参数。校准计算机系统240包括处理器242、存储器244以及通信接口245。处理器242通过通信接口245来访问包括传感器电压值、传感器电流值、以及预测的相位值的测量数据，并将测量数据存储在存储器244中。然后，处理器242基于测量数据来执行校准过程以计算阻抗损耗模型参数。在执行校准过程之后，处理器242将阻抗损耗模型参数加载到控制器220的存储器226中。在某些实施例中，校准计算机系统240的功能由生成器102的控制器220执行。

在操作过程中，主处理器224访问存储器226以检索已经校准的阻抗损耗模型参数，并将它们提供到DSP222。DSP222使用已经校准的阻抗损耗模型参数和电压、电流以及相位测量数据，来计算组织部位处的准确的电压、电流、阻抗和/或功率。

校准和补偿过程的准确性部分地取决于相位的准确性。相位可以通过采样传感的电压和传感的电流和计算传感的电压和传感的电流之间的相位来确定。然而，此方法要求复杂的算法和昂贵、功耗大并且高速的硬件。

根据本发明的各实施例，电外科系统200的内部传输线路221，223以及外部电缆207，208在物理上以这样的方式排列，使得可以使用一次方程和便宜、低功率以及低速的硬件，来预测施加于组织的电压和电流之间的相位。具体而言，内部传输线路221，223和外部电缆207，208被这样配置，使得它们具有固定的并且已知的阻抗（即，阻抗的虚部）。例如，内部传输线路221，223的匝数被指定，以便它们具有固定并且已知的阻抗。

如此，如果外部阻抗变化（例如，组织阻抗的变化）由电阻而不是电抗的变化来支配，则可以基于传感的外部阻抗来预测传感的电压和传感的电流之间的相位，如下列公式所示：

其中，X是已知电抗，而Z是传感的阻抗的绝对值。通过将测量到的电压除以测量到的电流来计算传感的阻抗的绝对值。

图3是根据本发明的其他实施例的电外科系统300的框图。电外科系统300类似于图2的电外科系统，只是图2的生成器102和电外科仪器230两者都被集成到便携、手持式电外科设备301中。手持式电外科设备301可以包括向手持式电外科设备301的各种电路提供电能的电池组320。

类似于图2的电外科系统200，由电外科系统300中的电压传感器211传感的电压和由电流传感器212传感的电流可能由于与在RF输出级206和电极303，304之间连接的传输线路305，306相关联的RF阻抗损耗而与组织部位处的实际电压和电流不相同。可以通过使用图2的相同阻抗损耗模型250来对RF阻抗损耗建模和补偿。

如上文所描述的，校准和补偿过程的准确性部分地取决于相位的准确性。相位可以通过采样传感的电压和传感的电流和计算传感的电压和传感的电流之间的相位来确定。然而，此方法要求复杂的算法和昂贵、功耗大的高速的硬件。

电外科系统300的内部传输线路305，306在物理上以这样的方式排列，使得可以按与如上文参考图2的电外科系统300所描述的类似的方式预测施加于组织的电压和电流之间的相位。例如，内部传输线路305，306被这样配置，使得它们具有固定的并且已知的阻抗（即，阻抗的虚部）。具体而言，内部传输线路305，306的匝数被指定，以便它们具有固定并且已知的阻抗。

图4示出了根据本发明的各实施例的阻抗损耗模型校准过程。在使用手持式电外科设备301来执行外科手术过程之前，执行校准过程以确定阻抗损耗模型参数（也简称为电缆补偿值）。如图4所示，校准过程涉及施加于耦接到电外科设备301的电极的测试负载的电压和电流（步骤402），基于传感的电压和传感的电流，计算传感的阻抗值（步骤404），基于传感的阻抗值预测传感的电压和传感的电流之间的相位（406），以及，基于预测的相位值、传感的电压、传感的电流以及测试负载的期望的阻抗，计算至少一个阻抗值（例如，源阻抗Z_source210的值和/或漏阻抗Z_leakage210的值）（步骤408）。

对于校准过程，测试负载可以是功率电阻器、负载电阻器或表示组织的阻抗的其他电阻性的元件。在某些实施例中，测试负载的期望的阻抗是使用阻抗计，例如，LCR测定计，将频率设置为电外科设备的工作频率，例如，470kHz，所测量的阻抗。

图5是图4的计算阻抗损耗模型参数的方法的流程图。首先，基于预测的相位值将传感的电压转换为峰值电压值（步骤502）。类似地，基于预测的相位值将传感的电流转换为峰值电流值（步骤504）。然后，基于峰值电压值、峰值电流值以及期望的负载阻抗值，反向计算损耗模型参数。

图6是根据本发明的其他实施例的校准阻抗损耗模型参数，即，源阻抗参数和漏阻抗参数的方法的流程图。此校准方法使用具有额定电阻或阻抗值范围的多个测试负载，因为电外科系统的传输线路或电缆的电抗基于组织的阻抗而变化。例如，源阻抗损耗对于低电阻负载占优势，漏阻抗损耗对于高电阻负载占优势。

在某些实施例中，功率电阻器的电阻可以介于0欧姆和5000欧姆之间。在其他实施例中，功率电阻器的电阻可以介于0欧姆和1500欧姆之间。

首先，跨多个测试负载中的每一个，例如，分别地耦接到电外科系统的输出端的功率电阻器，传感或测量电压和电流，以获取多个传感的电压和多个传感的电流（步骤602）。在选择操作模式，例如，双极标准，以及电外科系统的输出端口（如果有的话）之后，取电压和电流测量值。此外，控制被设置为闭环控制，输出功率被设置为期望的级别，例如，对于双极标准，50W。在某些实施例中，使用位于如图1和2所示的电外科生成器内的ADC215来测量施加于测试负载中的每一个的均方根电压和均方根电流（V_ense和I_sense）。

接下来，使用传感的电压和电流来计算测试负载中的每一个的传感器阻抗值（步骤604）。例如，可以根据下列公式来计算传感器阻抗值：

Z_{sense} = \frac{V_{sense}}{I_{sense}} .

然后，使用这些传感器阻抗值来预测测试负载中的每一个的传感的电压和传感的电流之间的相位（步骤606）。例如，可以根据传感器阻抗值的多项式函数来计算预测的相位值。这样的多项式函数的一个示例是：

其中，多项式系数是：

a=6.538×10^-12，

b=1.0×10^-7，

c＝5.73×10^-4，以及

d=0.1766687。

可以使用已知的曲线拟合技术来确定多项式函数。在给定固定的内部源阻抗和固定的内部漏阻抗的情况下，使用曲线拟合技术，基于对变化的外部负载，从最低负载（例如，0欧姆）到最大负载（例如，1500或5000欧姆），测量的绝对阻抗，来估计相位的变化。换言之，随着实部阻抗（即，组织电阻）从最小值变为最大值，并且虚部阻抗（即，电抗）保持固定，在绝对阻抗和实部阻抗之间有一种关系。可以应用曲线拟合技术，以在可能的实部阻抗值（例如，0-1500欧姆）范围内将多项式函数拟合到此关系。

由曲线拟合技术确定的多项式函数的多项式系数对于每一个特定生成器是唯一的。在某些实施例中，通过指定生成器内部的RF传输线路的匝数，虚部阻抗（即，电抗）可以跨特定类型的生成器的各种制造实例是固定的。在这些实施例中，可以对于该特定类型的所有生成器使用共同的多项式系数集合。

在校准过程之前或在其过程中，测试负载通过试验电缆，例如，香蕉头缆线，分开地连接到阻抗计（例如，电感、电容、电阻测定计）的导线，来测量测试负载中的每一个的阻抗。例如，可以测量具有下列相应的额定电阻值的下列功率电阻器的来获取下列相应的测量的阻抗值：

功率电阻器	额定电阻（欧姆）	测量的阻抗（欧姆）
			Zload_05	5	5.0+2.0i
Zload_10	10	10.01+3.0i
			Zload_20	20	20.01+5.07·i
Zload_50	50	50.08+1.62·i
			Zload_100	100	100.43+6.40·i
Zload_200	200	201.05+7.54·i
			Zload_300	300	301.35+9.74·i
Zload_500	500	502.24+3.84·i
			Zload_1000	1000	1001.0-6.62·i
Zload_1500	1500	1501.0-12.0·i

在某些实施例中，功率电阻器还可以包括具有0欧姆的额定电阻的功率电阻器。如果试验电缆（例如，香蕉头缆线）的阻抗，以及测试负载（例如，功率电阻器）的阻抗被一起测量，那么，试验电缆的阻抗不包括在校准计算中。另一方面，如果试验电缆的阻抗与功率电阻器的阻抗分别地测量，那么，试验电缆的阻抗被包括在校准计算中。例如，第一试验电缆（Cable1）的测量到的阻抗可以是0.0533+2.12i欧姆，第二试验电缆（Cable2）的测量到的阻抗可以是0.0305+1.62i欧姆。

在某些实施例中，测量到的均方根电压、测量到的均方根电流、计算出的相位，以及测试负载和试验电缆的实际测量到的阻抗构成一个输入阵列，例如：

此输入阵列可以被存储在校准计算机系统240的存储器244中，以便处理器242可以检索输入阵列中的测量数据，并基于测量数据来计算损耗模型参数。

再次参考图6，在步骤608中，基于第一预测的相位值、第一传感的电压、第一传感的电流以及对应于第一负载的第一预定负载阻抗值，计算源阻抗参数。然后，在步骤610中，基于第二预测的相位值、第二传感的电压、第二传感的电流以及对应于第二负载的第二预定负载阻抗值，计算漏阻抗参数。通过使用阻抗计，分别测量第一和第二负载的阻抗，获取第一和第二预定负载阻抗值。在某些实施例中，从通过使用阻抗计测量多个负载的阻抗获取的多个预定负载阻抗值中选择第一和第二预定负载阻抗值。

在某些实施例中，使用反向计算技术，来计算阻抗损耗模型参数。根据反向计算技术，首先选择适当的测试负载数据来优化一系列负载上的测量精度。例如，可以使用低阻抗数据，例如，5欧姆负载的数据，来确定源阻抗损耗模型参数，并可以使用高阻抗数据，例如，1500欧姆负载的数据，来确定漏阻抗损耗模型参数。然后，基于不同的测试负载的测量数据（例如，传感的电压、传感的电流、传感的相位以及预定阻抗），计算阻抗损耗模型参数。例如，如下面更详细地描述的，基于低阻抗负载的测量数据，计算源阻抗损耗模型参数，基于高阻抗负载的测量数据，计算漏阻抗损耗模型参数。

图7是图6的计算源阻抗损耗模型参数的方法的流程图。在步骤702中，基于第一预测的相位值将第一传感的电压（例如，在跨电极303，304放置了低阻抗测试负载的情况下，由电压传感器211传感的第一电压）转换为第一峰值电压值，将第一传感的电流（例如，在跨电极303，304放置了低阻抗测试负载的情况下，由电流传感器212传感的第一电流）转换为第一峰值电流值。例如，根据下列公式，将第一传感的电压和第一传感的电流转换为矩形峰值：

以及

V_{peak, 1} = V_{sense, 1} \cdot \sqrt{2},

其中，I_peak,1表示第一峰值电流值，I_sense，1表示第一传感的电流，表示第一预测的相位值，V_peak,1表示第一峰值电压值，而V_sense，1表示第一传感的电压。

接下来，基于第一峰值电压值，第一峰值电流值以及先前的源阻抗损耗模型参数（此处也称为先前的源阻抗参数），计算第一输出电压值（步骤704）。例如，通过根据下列公式，首先计算第一源电压(V_source,1)，即，跨先前的源阻抗损耗模型参数的电压降(Z_source(n-1))，计算第一输出电压值：

V_source，1＝I_peak，1·Z_source(n-1)。

在某些实施例中，先前的源阻抗参数和先前的漏阻抗参数被设置为损耗模型校准过程的第一迭代之前的初始值。然后，根据下列公式，计算第一输出电压(V_out，1)：

V_out,1=V_peak,1-V_source,1

接下来，基于第一输出电压值，峰值电流值以及先前的漏阻抗损耗模型参数（此处也称为先前的漏阻抗参数），计算第一输出电流值（步骤706）。例如，通过首先根据下列公式来计算第一泄漏电流，即，流过先前的漏阻抗损耗模型参数的电流(Z_leakage(n-1))，计算第一输出电流值(I_out，1)：

I_{leakage, 1} = \frac{V_{out, 1}}{Z_{leakage} (n - 1)} .

在某些实施例中，根据下列公式，计算第一输出电流值：

I_out,1=I_peak,1-I_leakage,1.

最后，基于第一输出电流值、第一预定负载阻抗值（例如，第一测试负载的预先测量的阻抗值）、第一峰值电压值以及第一峰值电流值，反向计算源阻抗损耗模型参数（步骤708）。

在图10中示出了反向计算源阻抗损耗模型参数的方法。首先，通过将第一输出电流值除以第一预定负载阻抗值(Z_load,1)，来反向计算期望的输出电压值(V_out(desired))，即：

_{Vout(desired)}=I_out，1·Z_load，1。

其次，通过从第一峰值电压值减去期望的输出电压值，来反向计算期望的源电压V_{source(desired)}，即：

V_{source(desired)}=V_peak，1-V_out(desired).

最后，通过将期望的源电压值除以第一峰值电流值，来反向计算电流源阻抗损耗模型参数Z_source(n)，即：

Z_{source} (n) = \frac{V_{source (desired)}}{I_{peak, 1}}

图8是图6的计算漏阻抗损耗模型参数的方法的流程图。在步骤802中，基于第二预测的相位值将第二传感的电压（例如，在跨电极303，304放置了高阻抗测试负载的情况下，由电压传感器211传感的第二电压）转换为第二峰值电压值，将第二传感的电流（例如，在跨电极303，304放置了高阻抗测试负载的情况下，由电流传感器212传感的第二电流）转换为第二峰值电流值。

例如，根据下列公式，将第二传感的电压和第二传感的电流转换为矩形峰值：

以及

V_{peak, 2} = V_{sense, 2} \cdot \sqrt{2},

其中，I_peak,2表示第二峰值电流值，I_sense，2表示第二传感的电流，表示第二预测的相位值，V_peak,2表示第二峰值电压值，而V_sense，2表示第二传感的电压。

接下来，基于第二峰值电压值，第二峰值电流值以及先前的源阻抗损耗模型参数，计算第二输出电压值（步骤804）。例如，通过根据下列公式，首先计算第二源电压(V_source,2)，即，跨先前的源阻抗损耗模型参数的电压降(Z_source(n-1))，计算第二输出电压值：

V_source，2=I_peak,2·Z_source(n-1),

然后，根据下列公式，计算第二输出电压(V_out,2)：

V_out,2=V_peak,2-V_source，2

最后，基于第二输出电压值、第二预定负载阻抗值（例如，第二测试负载的预先测量的阻抗值），以及第二峰值电流值，反向计算漏阻抗损耗模型参数（步骤708）。

在图11中示出了反向计算漏阻抗损耗模型参数的方法。首先，通过将第二输出电压值除以第二预定负载阻抗值(Z_load,2)，来反向计算期望的输出电流值(I_out(desired))，即：

I_{out (desired)} = \frac{V_{out, 2}}{Z_{load, 2}} .

其次，通过从第二峰值电流值减去期望的输出电流值，来反向计算期望的泄漏电流I_{leakage(desired)}，即：

I_{leakage(desired)}=I_peak,2-I_out(desired).

最后，通过将第二输出电压值除以期望的泄漏电流值，来反向计算电流漏阻抗损耗模型参数Z_leakage(n)，即：

Z_{leakage} (n) = \frac{V_{out, 2}}{I_{leakage (desired)}} .

在某些实施例中，以迭代的方式一起计算源阻抗损耗模型参数和漏阻抗损耗模型参数。在图9的流程图中示出了反复计算阻抗损耗模型参数的示例方法。在步骤902中，基于第一和第二预测的相位值将第一和第二传感的电压转换为第一和第二峰值电压值，将第一和第二传感的电流值转换为第一和第二峰值电流值。接下来，在与图7的步骤704-708相同的步骤904-908中，计算源阻抗损耗模型参数。然后，在与图8的步骤804-806相同的步骤910-912中，计算漏阻抗损耗模型参数。

最后，在步骤914中，确定迭代次数是否大于预定值。如果确定迭代次数大于预定值，那么，计算阻抗损耗模型参数的方法在步骤917中结束。否则，在步骤916中，增大迭代次数（例如，增大1），并重复步骤904-912。在某些实施例中，预定值被设置为产生准确的阻抗损耗模型参数的迭代次数。

在某些实施例中，使用多个冗余的DSP来确定阻抗损耗模型参数以确保准确性。例如，如图3所示，校准计算机系统340包括第一DSP341和第二DSP342。第一DSP341根据上文所描述的各种方法来计算源阻抗和漏阻抗损耗模型参数，第二DSP342执行相同计算。然后，求取由DSP341、342计算出的阻抗损耗模型参数的平均值，以获取平均源阻抗参数和平均漏阻抗参数。处理器242通过通信接口245接收平均源阻抗参数和平均漏阻抗参数，并将它们传输到控制器220。在其他实施例中，在图3的控制器220或便携式电外科设备301中实现校准计算机系统340。

当使用电外科系统200，300来执行外科手术过程时，使用已校准的阻抗损耗模型参数来补偿阻抗损耗对负载处的功率和/或阻抗测量值的准确性的影响。如图12所示，补偿过程涉及由电外科设备所生成的并施加于组织部位的电外科信号的电压和电流（步骤1202），基于传感的电压和传感的电流预测相位值（步骤1204），以及，基于传感的电压、传感的电流、预测的相位值以及与电外科系统相关联的至少一个阻抗损耗模型参数，计算组织部位处的至少一个度量（步骤1206）。组织站点处的至少一个度量包括电压、电流、功率、和/或阻抗。此外，至少一个阻抗损耗模型参数包括源阻抗参数和/或漏阻抗参数。

如图13所示，计算组织部位处的至少一个度量包括基于预测的相位值，来将传感的电压转换为复合电压值（步骤1302），基于预测的相位值将传感的电流转换为复合电流值（步骤1302）；以及，基于复合电压值、复合电流值以及至少一个损耗模型参数，计算组织部位处的至少一个度量（步骤1304）。

如图14所示，预测相位值包括基于传感的电压和传感的电流来计算传感的阻抗值（1402），基于传感的阻抗值来预测相位值（1404）。在某些实施例中，预测相位值基于传感的阻抗值的多项式函数。多项式函数可以是三阶多项式函数。

如图15所示，计算组织部位处的至少一个度量包括执行网络解决方案计算以确定组织部位处的阻抗。这些计算首先涉及将传感的电流(I_sense)乘以源阻抗参数(Z_source)以获取源阻抗电压值（步骤1502）。在步骤1504中，将传感的电压(V_sense)减去源阻抗电压值以获取负载电压值(V_load)。在步骤1506中，将负载电压值(V_load)除以漏阻抗参数(Z_leakage)以获取泄漏电流值(I_leakage。在步骤1508中，将传感的电流(I_sense)减去泄漏电流值(I_leakage)以获取负载电流值(I_load)。最后，在步骤1510中，将负载电压值(V_load)除以负载电流值(I_load)以获取负载阻抗值(Z_load)。还可以使用负载电压值(V_load)和负载电流值(I_load)来计算组织部位处的功率。

虽然此处参考各个附图描述了本发明的说明性实施例，但是，可以理解，本发明不仅限于这些准确的实施例，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，本领域技术人员可以作出各种其他更改和修改。

Claims

1.一种确定与电外科系统内的传输线路相关联的阻抗损耗模型参数的方法，包括：

传感施加于耦接到电外科系统的输出端的负载的电压和电流，以获取传感的电压和传感的电流；

基于所述传感的电压和所述传感的电流，计算传感的阻抗值；

基于所述传感的阻抗值预测相位值，以获取预测的相位值；以及

基于所预测的相位值、所述传感的电压、所述传感的电流以及期望的负载阻抗值，计算所述阻抗损耗模型参数，所述阻抗损耗模型参数包括与所述传输线路串联的源阻抗参数和与所述负载并联的漏阻抗参数。

2.如权利要求1所述的方法，其中计算所述阻抗损耗模型参数包括：

基于所预测的相位值将所述传感的电压转换为峰值电压值；

基于所预测的相位值将所述传感的电流转换为峰值电流值；以及

基于所述峰值电压值、所述峰值电流值以及所述期望的负载阻抗值，反向计算所述阻抗损耗模型参数。

3.一种确定与电外科设备相关联的阻抗损耗模型参数的方法，包括：

传感施加于分开地耦接到电外科设备的输出端的多个负载中的每一个的电压和电流，以获取多个传感的电压和多个传感的电流；

基于所述多个传感的电压以及所述多个传感的电流，计算多个传感的阻抗值；

基于所述多个传感的阻抗值预测多个相位值；

基于所述多个相位值的第一预测的相位值、所述多个传感的电压的第一传感的电压、所述多个传感的电流的第一传感的电流以及对应于所述多个负载的第一负载的第一预定负载阻抗值，计算源阻抗参数；以及

基于所述多个相位值的第二预测的相位值、所述多个传感的电压的第二传感的电压、所述多个传感的电流的第二传感的电流以及对应于所述多个负载的第二负载的第二预定负载阻抗值，计算漏阻抗参数。

4.如权利要求3所述的方法，其中计算所述源阻抗参数包括：

基于所预测的第一相位值将第一传感的电压转换为第一峰值电压值；

基于所预测的第一相位值将第一传感的电流转换为第一峰值电流值；

基于第一峰值电压值、第一峰值电流值以及先前的源阻抗参数，计算第一输出电压值；

基于第一输出电压值、第一峰值电流值以及先前的漏阻抗参数，计算第一输出电流值；以及

基于第一输出电流值、第一预定负载阻抗值、第一峰值电压值以及第一峰值电流值，反向计算所述源阻抗参数。

5.如权利要求4所述的方法，其中反向计算所述源阻抗参数包括：

通过将第一输出电流值乘以第一预定负载阻抗值，反向计算期望的输出电压值；

通过从第一峰值电压值减去所述期望的输出电压值，反向计算期望的源电压值；以及

通过将期望的源电压值除以第一峰值电流值，反向计算所述源阻抗参数。

6.如权利要求4所述的方法，其中计算所述漏阻抗参数包括：

基于所预测的第二相位值将第二传感的电压转换为第二峰值电压值；

基于所预测的第二相位值将第二传感的电流转换为第二峰值电流值；

基于第二峰值电压值、第二峰值电流值以及先前的源阻抗参数，计算第二输出电压值；以及

基于第二输出电压值、第二预定负载阻抗值以及第二峰值电流值，反向计算所述漏阻抗参数。

7.如权利要求6所述的方法，其中反向计算所述漏阻抗参数包括：

通过将第二输出电压值除以第二预定负载阻抗值，反向计算期望的输出电流值；

通过从第二峰值电流值减去所述期望的输出电流，反向计算期望的电流值；以及

通过将所述期望的电流值除以第二输出电压值，反向计算所述漏阻抗参数。

8.如权利要求6所述的方法，其中计算所述漏阻抗参数还包括迭代计算第一输出电压值、计算第一输出电流值，反向计算所述源阻抗参数，计算第二输出电压值，以及反向计算所述漏阻抗参数的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中先前的源阻抗参数和先前的漏阻抗参数被设置为第一迭代之前的初始值。

10.如权利要求6所述的方法，其中第一预定负载阻抗值小于第二预定负载阻抗值。

11.如权利要求3所述的方法，其中预测所述多个相位值包括基于所述多个传感的阻抗值的多项式函数来预测所述多个相位值。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述多项式函数是三阶多项式函数。

13.如权利要求3所述的方法，其中所述多个负载包括在0欧姆和5000欧姆之间的负载。

14.如权利要求3所述的方法，还包括使用阻抗计来传感所述多个负载中的每一负载的阻抗，以获取多个预定负载阻抗值，所述多个预定负载阻抗值包括第一预定负载阻抗值和第二预定负载阻抗值。

15.一种用于校准电外科设备的测量电路的计算机系统，包括：

存储器，存储包括多个传感器电压值、多个传感器电流值、多个预测的相位值以及多个预定负载阻抗值的测量数据；

耦接到所述存储器的处理器，所述处理器被配置为(1)基于所述多个相位值的第一预测的相位值、所述多个传感的电压的第一传感的电压、所述多个传感的电流的第一传感的电流以及第一预定负载阻抗值，计算源阻抗参数，以及(2)基于所述多个相位值的第二预测的相位值、所述多个传感的电压的第二传感的电压、所述多个传感的电流的第二传感的电流以及第二预定负载阻抗值，计算漏阻抗参数；以及

通信接口，将所述源阻抗参数和所述漏阻抗参数传输到所述电外科设备的测量电路。

16.如权利要求15所述的计算机系统，其中所述通信接口从所述电外科设备接收所述多个传感器电压值和所述多个传感器电流值，并将所述多个传感器电压值和所述多个传感器电流值存储在所述存储器中。

17.如权利要求15所述的计算机系统，其中所述处理器是第一处理器，所述源阻抗参数是第一源阻抗参数，并且所述漏阻抗参数是第一漏阻抗参数，还包括执行下列各项操作的第二处理器：

基于所述多个相位值的第一预测的相位值、所述多个传感的电压的第一传感的电压、所述多个传感的电流的第一传感的电流以及第一预定负载阻抗值，计算第二源阻抗参数；

基于所述多个相位值的第二预测的相位值、所述多个传感的电压的第二传感的电压、所述多个传感的电流的第二传感的电流以及第二预定负载阻抗值，计算第二漏阻抗参数；

求第一源阻抗参数和第二源阻抗参数的平均值，以获取平均源阻抗参数；以及

求第一漏阻抗参数和第二漏阻抗参数的平均值，以获取平均漏阻抗参数，

其中，所述通信接口将所述平均源阻抗参数和所述平均漏阻抗参数传输到所述电外科设备的测量电路。