CN104203344B - 微波消融生成器控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种微波能量输送和测量系统，包括用于执行医学手术的微波生成器和微波能量输送设备，以及用于测量微波能量信号的一个或多个参数的远端功率耦合器系统，该远端功率耦合器系统包括位于微波能量输送设备中的远端RF传感器和与微波能量输送设备的处理单元耦合的功率耦合器处理器。

Description

微波消融生成器控制系统
技术领域
本发明涉及用于执行医学手术的系统、设备和方法，其中所述系统、设备和方法包括与输送给微波能量输送设备的手柄的微波能量相关的至少一个参数的测量。
背景技术
在微波消融手术中，微波能量输送系统(例如，包括生成器、微波能量输送设备、配置为从生成器向设备手柄输送微波能量信号的波导以及天线的系统)的电气性能在消融治疗的整个过程当中变化。性能的变化可能是由于输送设备的变化、组织属性的变化或者输送路径的变化。观察指示这些变化的参数的能力提供了对微波能量输送的更好控制。
例如，测量天线阻抗是用于确定天线性能和/或天线属性中变化的常见方法。微波系统通常设计成特性阻抗，诸如像50欧姆，其中生成器、输送系统、消融设备和组织的阻抗大约等于该特性阻抗。当系统任一部分的阻抗变化时，能量输送的效率降低。
对于低频RF系统，通过利用众所周知的算法在已知的电压测量所输送的电流并且计算组织阻抗，阻抗可以很容易地确定。在微波频率获得组织阻抗的准确测量更难，因为电路在微波频率有不同的表现。例如，不像RF系统中的电极，微波系统中的天线不把电流传导到组织。此外，微波系统中的其它部件可以发送或辐射能量，就像天线，或者部件可以把能量反射回生成器中。因此，难以确定由微波生成器生成的能量中百分之多少实际输送到组织，并且用于组织阻抗的常规算法通常不准确。
因此，测量阻抗的其它方法通常在微波系统中使用。一种众所周 知的方法是利用正向和反向功率的测量的间接方法。虽然这是一种一般而言可以被接受的方法，但是这种方法也被证明是不准确的，因为该方法未能解决部件损耗并且依赖于间接测量，诸如像来自定向耦合器的正向和反向功率测量，来计算阻抗。此外，这种方法不提供与相位相关的信息，而这是对确定天线阻抗至关重要的一个成分。
本公开内容描述了一种微波能量输送系统，该系统包括配置为测量与输送到微波能量输送设备的手柄的能量相关的至少一个参数的微波能量输送设备。
发明内容
本公开内容涉及用于执行医学手术的微波能量输送和测量系统，包括微波生成器和微波能量输送设备。在本发明的一方面，微波能量输送和测量系统包括用于微波能量信号输送的微波生成器和配置为接收微波能量信号的微波能量输送设备。微波生成器包括配置为控制微波能量信号以预定微波频率的生成和输送并且配置为从微波能量输送设备接收与微波能量信号相关的一个或多个测量信号的处理单元。微波生成器还包括配置为在微波生成器生成与微波能量信号的正向功率和/或反向功率相关的一个或多个生成器测量信号并把其提供给处理单元的定向耦合器。微波能量输送设备包括外罩、耦合到外罩并且配置为接收微波能量信号并在预定微波频率共振的微波天线、远端RF传感器和远端感测接口。远端RF传感器位于外罩中、耦合到微波天线并且配置为生成并提供一个或多个远端测量信号。远端感测接口耦合在微波生成器的处理单元和远端RF传感器之间。远端感测接口配置为从远端RF传感器接收一个或多个远端测量信号并且向处理单元提供远端测量信号。
在本公开内容的其它方面，远端RF传感器可以包括远端定向耦合器。另外，来自远端感测接口的远端测量信号可以关于在远端定向耦合器的微波能量信号的正向功率和/或反向功率。
在本公开内容的其它方面，远端感测接口可以包括耦合在微波能 量输送设备和微波生成器之间的一个或多个导体，或者远端感测接口可以在微波能量输送设备和微波生成器之间生成无线连接。
在本公开内容的其它方面，处理单元可以配置为基于生成器测量信号和/或远端测量信号的属性来调整与微波能量信号相关的参数。处理单元可以包括配置为生成与生成器测量信号和远端测量信号的比较相关的比较器信号的比较器。生成器测量信号和/或远端测量信号可以关于正向功率和/或关于反向功率。
在本公开内容的其它方面，远端RF传感器可以包括远端定向耦合器和连接到远端定向耦合器的中频生成器。远端定向耦合器可以配置为以与微波能量信号相关的预定频率生成未经调节的(unconditioned)测量信号。连接到远端定向耦合器的中频生成器配置为混合每个未经调节的的测量信号与载波信号，由此生成与由远端定向耦合器生成的每个测量信号相关的中间测量信号。
在本公开内容的其它方面，中频生成器可以包括振荡器和功率混合器。振荡器可以配置为以载波信号频率生成载波信号。功率混合器可以配置为通过混合载波信号和由远端定向耦合器生成的未经调节的测量信号来生成中间测量信号。由远端RF传感器接口提供给微波生成器的远端测量信号可以包括由功率混合器生成的中间测量信号。
在本公开内容的其它方面，处理单元可以包括电外科生成器处理单元和远端功率耦合器处理单元。电外科生成器处理单元可以配置为控制微波能量信号以预定微波频率的生成和输送。远端功率耦合器处理单元可以配置为接收与微波能量信号相关的远端测量信号并且配置为把该远端测量信号提供给电外科生成器处理单元。在本公开内容的一方面，远端功率耦合器处理单元是结合到电外科生成器当中的附加设备。
本公开内容的各方面可以包括用于测量微波能量信号的属性的轻型定向耦合器。该轻型定向耦合器可以包括直通信号同轴电缆和耦合的同轴电缆，每根电缆都包括以同轴关系形成的内部导体和外部导体，邻接并沿其长度彼此平行。直通信号同轴电缆和耦合的同轴电缆各自 都在其中定义具有第一长度的第一个槽和具有第二长度的第二个槽。第一个槽和第二个槽彼此相邻，以便把直通信号同轴电缆和耦合的同轴电缆彼此操作性耦合。
在本公开内容的其它方面，每个槽可以通过除去外部导体的一部分由此在每个槽形成半圆柱形开口来形成。第一个槽和第二个槽当中每一个的槽长度可以相等并且第一个槽和第二个槽之间沿长度的间隔可以相等。第一个槽和第二个槽之间的间隔可以等于提供给直通信号同轴电缆的微波能量信号的波长的四分之一(λ/4)。第一槽长度和第二槽长度可以在13mm和15mm之间。
附图说明
下文参考附图描述本公开内容的各方面，其中：
图1是根据本公开内容实施例的微波能量输送系统的透视图；
图2是典型电外科生成器的控制电路、电气框图；
图3是根据本公开内容实施例的微波能量输送系统的控制电路、电气框图；
图4A是包括紧凑型远端定向耦合器的微波能量输送设备的透视图；
图4B是图4A的包括紧凑型远端定向耦合器的微波能量输送设备的分解视图；及
图5是根据本公开内容实施例的远端定向耦合器的功能框图。
具体实施方式
本文描述本公开内容的具体实施例；但是，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例性的并且可以以各种形式体现。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应当解释为限制，而仅仅是作为权利要求的基础并且作为教导本领域技术人员以基本上任何适当的具体结构使用本公开内容的代表性基础。
在附图中和以下描述中，如传统意义上的，术语“近端的”将指更靠近用户的一端，而术语“远端的”将指更远离用户的一端。
现在参考图1，根据本公开内容的实施例的用于为微波理疗供应微波能量的系统示为10。微波能量输送系统10包括具有控制电路22的电外科生成器20和经传输线34耦合到电外科生成器20的微波能量输送设备30，其中控制电路22用于控制电外科生成器20的操作。
传输线34包括同轴电缆34a(即，波导)和辅助电缆34b。同轴电缆34a配置为在电外科生成器20和微波能量输送设备30的手柄36之间输送微波能量信号。辅助电缆34b配置为在手柄36和电外科生成器20之间输送一个或多个信号。在手柄36和电外科生成器20之间输送的一个或多个信号可以包括用于给手柄36中的电路系统供电的DC功率信号以及包含关于在手柄36、(从手柄36延伸的)轴38和/或(在微波能量输送设备30的远端的)从其辐射理疗能量的天线32的微波能量信号的条件和/或质量的实时或历史信息的信息信号。
位于传输线34的近端的传输线连接器24连接到电外科生成器20上的传输线接收器46。传输线34的远端连接到微波能量输送设备30。
电外科生成器20可以包括具有键区42的操作人员接口40，用于输入与电外科生成器20、微波能量输送设备30相关的参数和/或与微波能量的输送相关的参数。显示器44可以指示或者图形化与微波能量的输送相关的一个或多个参数和/或与微波生成器20、传输线34和/或微波能量输送设备30相关的一个或多个参数。
微波能量输送设备30包括手柄36、轴38和在轴38的远端形成的天线32。如图1中所说明的，一种合适的微波能量输送设备30是由Covidien以商标EvidentTM微波消融外科天线销售的组织穿透型微波能量输送设备30，但是本文所述的实施例可以适于能够输送微波能量等的任何设备。本文所述的实施例还可适用于任何合适的能量输送设备，如以下更具体解释的。
参考图2，示出了总体上示为控制电路100的典型电外科生成器20的控制电路、电气框图。为了清晰，电外科生成器20的控制电路 100只提供典型微波生成器20的控制电路的通用功能并且没有包括微波生成器20的所有方面。个别部件的功能可以在一个或多个部件中组合或包括，并且各个部件可以利用合适的电缆和/或连接器互连。
控制电路100包括能够生成并向放大器110供应高频微波信号的信号生成器105。信号生成器105可以是单频生成器，可以包括变频能力或者可以包括提供包括两个或更多相关频率的信号的能力，其中微波能量输送设备30(见图1)配置为在两个或更多个相关或不相关的频率共振。
放大器110从信号生成器105接收高频微波信号并放大到期望的能量水平。放大器110可以包括单级或多级放大器并且可以包括一个或多个信号调节电路或滤波器(未示出)，诸如像低通滤波器电路、高通滤波器电路或者带通滤波器电路。放大器110的增益可以是固定的或者由合适的控制器，诸如像监控系统(未示出)、中央处理单元120(CPU)中的控制算法来控制，或者放大器110的增益可以通过键区42(见图1)由临床医生手动调节。
放大器110向热切换继电器125供应持续的、放大的微波信号。热切换继电器125由CPU 120控制并且配置为把放大的微波信号切换到放大器烧化负载电阻器(burn-off loadresistor)130和循环器135之一。例如，在位置A，热切换继电器125把能量输送到烧除负载电阻器130，而在位置B，把能量输送到循环器135。
热切换继电器125可以是能够切换高功率微波能量信号的任何合适的固态高功率开关。热切换继电器125从信号生成器105和放大器110接收高功率微波信号，并且在放大器烧化负载电阻器130和循环器135之间传递信号，而不把信号生成器105或放大器110断电。在使用当中，通过消除把信号生成器105或放大器110断电的需求，热切换继电器125允许电外科生成器20提供几乎瞬间功率(例如，可以以非常快速的开/关能力提供几乎连续的功率)，而不产生放大器瞬态。
放大器烧化负载电阻器130可以是能够在信号生成器105的带宽 上在生成最小电压驻波比(VSWR)或者反射能量的同时耗散微波能量的任何合适的同轴端结器。
循环器135是无源的三端口设备，它消除了热切换继电器125和定向耦合器145之间的驻波。循环器135把在端口A上接收到的信号传递到端口B，把在端口B上接收到的信号传递到端口C并且把在端口C上接收到的信号传递到端口A。当热切换继电器125处于位置A时，微波能量信号从循环器135的端口A传递到连接到端口B的定向耦合器145。在端口B上接收到的来自定向耦合器145(例如，连接到传输线134和微波能量输送设备130的传输线接收器146)的反射能量传递到端口C并且通过反向能量烧化负载电阻器142耗散。反向能量烧化负载电阻器142的功能与放大器烧化负载电阻器130相似，如上文中所讨论的。
定向耦合器145可以配置为像可用领域中已知的大部分常规定向耦合器一样操作。定向耦合器145以最小的插入损耗把在端口1上接收到的高功率微波能量信号传递到端口2。能量通过传输线接收器46反射回去(从传输线134和微波能量输送设备30)并且在定向耦合器145的端口2上被接收，经过定向耦合器145并离开定向耦合器145的端口1，并且到达循环器135的端口B。循环器135把通过端口B接收到的能量传递到循环器135的端口C，并且能量被反向能量烧化负载电阻器142耗散。
定向耦合器145采样在端口1和端口2上接收到的每个信号的一小部分，并且把每个信号的这一小部分分别传递到端口3和4。端口3和4上的信号分别与正向和反向功率成比例，并且提供给CPU 120。
来自定向耦合器145的正向和反向功率信号由配置为获得信号的样本的(例如，包含在CPU 120当中的)测量系统测量。测量是持续地或者周期性地取得的，由此提供对所输送能量(即，正向功率)和反射能量(反向功率)的间接测量。来自位于微波生成器20中的定向耦合器145的这些功率测量受限于供应给传输线接收器146的微波能量信号的特性并且不一定是由微波能量输送设备30接收到的微 波能量信号的相同特性并且不一定是由天线32输送到患者组织的微波能量信号的相同特性。
图3是根据本公开内容实施例的微波能量输送系统的控制电路框图并且总体上表示为200。为了清晰，电外科生成器20的控制电路框图200只提供通用的功能并且没有包括微波生成器20的所有方面。个别部件的功能可以在一个或多个部件中组合或包括，并且各个部件可以利用合适的电缆和/或连接器互连。
控制电路框图200包括电外科生成器220中的部件和通过传输线234连接的微波能量输送设备230中的部件。传输线234的近端上的传输线连接器224连接到电外科生成器220上的传输线接收器246，并且传输线234的远端连接到微波能量输送设备230。传输线234包括用于在微波生成器220和微波能量输送设备230之间发送微波能量信号的同轴电缆234a以及辅助电缆234b。辅助电缆234b可以包括远端RF功率电缆(DC功率)、正向测量信号电缆、反向测量信号电缆以及用于发送与微波能量输送设备230中微波信号的条件和/或质量相关的实时或历史信息的信息信号电缆。
微波生成器220包括配置为控制微波能量信号以预定微波频率的生成和输送的处理单元(CPU 120)。CPU 120还配置为接收与在微波能量输送系统中的各个位置的微波能量信号相关的测量信号。例如，CPU 120从位于微波生成器220中的双向耦合器145接收与微波生成器220中的微波能量信号相关的测量信号并且还从远端RF传感器260b接收与微波能量输送设备230中的微波能量信号相关的测量信号。通过接收与在输送路径中的各个位置的微波能量相关的信息，CPU 120能够确定在系统中各个位置的能量损耗并且可以基于接收到的信息对微波能量信号执行调整。由定向耦合器145和远端RF传感器260b生成的测量信号可以关于如在下文中具体讨论的正向功率、反向功率，以及正向和反向功率。
远端功率耦合器系统260的功能块包括功率耦合器处理器260a和远端RF传感器260b。远端RF传感器260b位于微波能量输送设 备230中，并且包括远端定向耦合器245、远端振荡器265、远端功率分裂器266、远端正向和反向功率混合器263、264、远端正向和反向中间信号发射器268、269以及正向和反向功率转换器268、269。远端RF传感器260b的各个部件及其功能可以由单个设备或部件执行。远端RF传感器260b位于传输线234和天线232之间并且可以位于手柄336中(如图4a中所说明的)或者位于轴238中。
远端功率耦合器处理器260a位于电外科生成器220中和/或直接连接到其并且耦合到远端RF传感器260b。远端RF传感器260b生成与经过远端RF传感器260b的微波能量信号相关的一个或多个信号。由远端RF传感器260b生成的信号直接或间接地提供给远端功率耦合器处理器260a(例如，无线地发送或者经远端感测接口电缆234b中的一个或多个导体发送)。远端功率耦合器处理器260a处理来自远端RF传感器260b的信号和/或数据并且把与测出的微波能量信号(例如，提供给远端RF传感器260b的信号)相关的特性、信号和/或值提供给电外科生成器220中的CPU 120。
在一种实施例中，远端功率耦合器处理器260a是可以结合到电外科生成器220当中的内部或外部插卡和/或附加设备。例如，远端功率耦合器处理器260a可以可拆卸地连接到端口，诸如像串行数据端口、通信端口或者直接总线连接端口。在另一种实施例中，远端功率耦合器处理器260a的功能结合到电外科生成器220的CPU 120中。
远端定向耦合器245在端口3上的未经调节的正向功率测量信号和端口2上的正向微波能量信号之间按比例划分由电外科生成器220生成并提供给端口1的正向功率微波能量信号。端口3上的正向功率测量信号提供给正向功率混合器263并且端口2上的正向能量信号提供给天线232。如下文中所讨论的，未经调节的正向功率测量信号被转换、调节并提供给远端功率耦合器处理器260a。
来自端口2的正向微波能量信号的至少一部分从端口2和/或天线232之间的传输路径反射回来。反射的能量(例如，反向信号)提供给端口2并且反向信号的一部分在端口4上的未经调节的反向功率 测量信号和端口1上的反向微波能量信号之间按比例划分。端口4上的未经调节的反向功率测量信号提供给正向功率混合器264并且被转换、调节并提供给远端功率耦合器处理器260a，如下文中所讨论的。
正向和反向功率混合器263和264接收由振荡器265生成并被功率分裂器266分裂的载波信号。正向和反向功率混合器263和264还从远端定向耦合器245接收对应的未经调节的正向和反向功率测量信号。正向和反向功率混合器263、264每个都混合载波信号与各自的未经调节的正向和反向功率测量信号，由此把未经调节的正向和反向测量信号降频转换成kHz范围内的正向和反向中频IF信号。例如，如图3中所说明的，远端RF传感器260b可以配置为利用915MHz的载波信号把未经调节的正向和反向测量信号从915MHz降频转换为100kHz的IF信号频率。
来自混合器263和264的正向和反向IF信号分别提供给正向和反向功率发射器268和269，并且发送到远端功率耦合器处理器260a。信号可以经远端感测接口电缆234b中的一个或多个导体发送，或者信号可以被正向和反向功率发射器数字化并且无线地发送到远端功率耦合器处理器260a。功率发射器268、289可以通过在发送之前滤波和/或放大正向和反向IF信号来调节正向和反向IF信号。功率发射器268、289可以配置为把与正向和反向IF信号相关的信息发送到远端功率耦合器处理器260a(例如，与载波信号相关的增益值和信息)。来自功率发射器268、289的信息可以通过作为辅助电缆234b的一部分包括的独立信息信号电缆传送、添加到正向和反向IF信号或者无线地发送到远端功率耦合器处理器260a。
远端功率耦合器处理器260a把正向和反向IF信号转换成数字信号，从数字信号和/或所传送的信息提取信息并且把提取出的信息提供给电外科生成器20的CPU 120。提取出的信息可以包括信号振幅、相位信息、相位关系信息(例如，正向和反射信号之间的相位关系)和/或反射系数。
在一种实施例中，预测量校准过程在把能量输送到患者组织之前 校准远端定向耦合器245。预测量校准过程可以包括在各种加载和/或未加载条件(例如，短路、开路和匹配负载条件)下执行测量。在预测量校准过程期间来自一个或两个定向耦合器145、245的测量可以在电外科能量输送算法和/或控制算法中使用。或者，在另一种实施例中，远端定向耦合器245的校准可以允许电外科生成器220中的定向耦合器245被暂时绕过和/或消除。
在还有另一种实施例中，校准(或重新校准)远端定向耦合器245的校准过程在能量输送过程期间执行，或者作为电外科能量输送控制算法和/或控制算法中的一个步骤。
如果来自远端功率耦合器系统260的一个或多个测量或值超过阈值、一个或多个值之差超过阈值或者值当中的变化超过阈值，则电外科生成器220可以修改、暂停或终止能量输送。在另一种实施例中，电外科生成器220确定电外科系统的一个或多个部件的生命力(例如，有用寿命和/或预期寿命)，诸如像电缆334的生命力、微波能量输送设备330的生命力和/或其一个或多个部件的生命力。
在另一种实施例中，CPU 120利用来自远端功率耦合器系统260(功率耦合器处理器260a和/或远端RF传感器260b)的测量、数据或信号来确定能量输送路径的条件变化和/或目标组织的条件变化。例如，CPU 120可以确定一个或多个参数中发生的变化，或者CPU120可以确定一个或多个参数中发生的变化率的变化。变化可以指示条件、可以指示组织中的变化、可以指示组织属性的变化，和/或可以用来预定或预测条件。CPU 120可以使用计算出的变化或者计算出的变化率来修改操作参数、修改能量输送参数和/或确定电外科系统的一个或多个部件的生命力。
在另一种实施例中，在定向耦合器145和/或远端RF传感器260b处参数变化、参数变化率和/或变化和/或参数变化率的比较的使用可以消除校准远端定向耦合器245的需求，因为实际的值是不相关的并且只用来确定变化是否发生。例如，当能量输送被启动时，CPU120可以在定向耦合器145并在远端RF传感器260b记录微波能量 信号的初始快照(例如，与微波能量信号相关的各种参数)。该初始快照可以用作能量输送基线，来确定所输送能量当中的任何变化或者能量输送路径中的任何变化。
在另一种实施例中，CPU 120比较在定向耦合器145测出的正向功率的变化与在远端RF传感器260b的正向功率的变化，以确定在电外科生成器220的功率损耗，或者功率损耗率，是否与在远端RF传感器260b的测量不同。CPU 120还可以比较在定向耦合器145测出的、计算出的反向功率的变化与在远端RF传感器260b测出的、计算的反向功率的变化。该比较可以确定在定向耦合器145的反射功率中的变化是否与在远端RF传感器260b的反射功率中的变化不同。
在另一种实施例中，CPU 120比较在远端定向耦合器245的计算出的反向功率的变化率与在远端RF传感器260b的计算出的正向功率测量的变化率，以测量快速变化的事件，诸如组织属性的变化。组织属性的变化将通过在两个定向耦合器145和245的反射功率的变化来观察。该比较也可以用来预测条件并用来基于预测控制能量输送。通过使用变化或变化率，测量的相对准确度不与变化的测量或者变化率的测量相关。
在另一种实施例中，CPU 120比较在远端定向耦合器245的正向功率测量与在定向耦合器145的正向功率测量，以确定电缆234a中的正向功率损耗或者确定电缆234a中正向功率损耗的变化。此外，或者作为选择，CPU可以比较在远端定向耦合器245的反向功率测量与在定向耦合器145的反向功率测量，以确定电缆234a中的反向功率损耗或者确定电缆234a中反向功率损耗的变化。
本公开内容的另一种实施例是适于放在微波能量输送设备230的手柄336中并使用的轻型同轴耦合器。由位于新泽西州丹维尔(Denville，NJ)的MECA Electronics制造并销售的一种常用的同轴耦合器被分级为500W的最大功率，具有25dB的方向性和30dB的耦合以及大约1磅的重量。照此，虽然在为远端定向耦合器提供期望的功能，但这种常用的同轴耦合器可能不是商业成功的，因为这种 常用同轴耦合器将给微波能量输送设备230添加的附加和额外重量。
图4A是根据本公开内容另一种实施例的、包括轻型远端定向耦合器345的微波能量输送设备330的透视图，而图4B是其分解视图。作为下文中所讨论的远端功率耦合器系统260一部分的轻型远端定向耦合器345集成到手柄336中。轻型远端定向耦合器345的空间需求可以要求手柄的稍微扩大或者不扩大并且对微波能量输送设备330的总重量只增加大约100克，由此使得如上文中所描述的远端功率耦合器系统260的添加是对任何微波能量输送系统的可行添加。
如图4B中所述，轻型远端定向耦合器345包括直通信号同轴电缆345a和耦合的同轴电缆345b。直通信号同轴电缆345a是轴338的一部分或者连接到其，并且从传输线334的同轴电缆334a接收微波能量信号。耦合的同轴电缆345b连接到远端正向和反向混合器363、364。远端正向和反向功率混合器363、364连接到远端功率分裂器366并且从其接收由远端振荡器365生成的载波信号。在使用当中，轻型远端定向耦合器345向对应的混合器363和364提供正向功率测量信号和反向功率测量信号。混合器363和364利用载波信号降频转换各自的测量信号并且降频转换后的信号由正向和反向功率转换器368、369提供给辅助电缆334a，如上文中所讨论的。
图5是根据本公开内容实施例的轻型远端定向耦合器345的功能框图。轻型远端定向耦合器345测量微波能量信号的一个或多个属性并且包括直通信号同轴电缆345a和耦合的同轴电缆345b，每根电缆都分别包括以同轴关系形成的内部导体344a、344b和外部导体342a、342b。直通信号同轴电缆345a和耦合的同轴电缆345b的外部导体342a、342b每个都包括在其中形成的第一个槽346a和第二个槽346b。第一和第二个槽346a、346b形成为允许两个电缆345a、345b之间的耦合。
在每根电缆345a、345b上提供的标记对应于用于定向耦合器的标准标志，输入信号表示为端口1，直通信号表示为端口2，正向耦合的信号表示为端口3，并且反向耦合的信号表示为端口4。照此， 直通信号同轴电缆345a在端口1连接到传输线334的同轴电缆334a并且在端口2连接到天线332，并且耦合的同轴电缆345b在端口3连接到远端正向混合器363(向其提供正向耦合的信号)并且在端口4连接到远端反向混合器364(向其提供反向耦合的信号)。
在一种实施例中，槽346a、346b是通过剥除每根电缆345a、345b的外部导体342a、342b的一部分产生的。对于每个槽346a、346b，外部导体342a、342b的一半被除去，由此在每个槽346a、346b形成半圆柱形的槽。如图5中所说明的，每个槽346a、346b的长度由槽长度“SL”指示，并且槽346a、346b之间的间隔由槽间隔“SS”指示。
轻型远端定向耦合器345的性能和/或操作参数是槽间隔“SS”和槽长度“SL”的函数。槽间隔SS是每个槽346a、346b的内边缘之间的距离，并且槽长度“SL”是每个槽346a、346b的开口宽度。槽间隔“SS”关于微波信号波长的四分之一的长度。通过改变槽间隔“SS”和改变槽长度“SL”执行的模拟确定槽间隔“SS”的修改导致方向性的大变化。例如，在一个模拟中，槽间隔“SS”只改变0.5mm那么小就导致方向性的变化。为了防止电缆345a、345b的位置的任何弯曲或重新定位，包含第一和第二个槽346a、346b的片段关于彼此并且关于手柄336是固定的。
如图5中所说明的，槽346a、346b定位成隔开大约波长的四分之一(λ/4)(例如，利用标准的RG 58电缆，在915MHz是5.5cm)，以允许正向功率信号在端口3同向添加并且在端口4异相添加。类似地，反向功率信号将在端口4同向添加并且在端口3异相添加。照此，只有正向耦合的信号在端口3上保留，并且反向耦合的信号在端口4上保留。
利用大约13mm和15mm之间的槽长度，利用变化的槽长度SL进行的模拟导致25dB和42dB之间的方向性。很显然，槽间隔“SS”和槽长度“SL”的变化可以提供其它变化并且在本公开内容的范围之内。
返回图4B，如上文中所讨论的，暴露内部导体344a和344b会导致辐射从手柄336的不期望释放。照此，可以添加配置为环绕至少第一和第二个槽346a、346b的金属屏蔽370，以减少和/或消除从手柄336释放的任何不期望辐射。在一种实施例中，金属屏蔽370是由连接到一起并且构成管状金属性屏蔽370的第一屏蔽构件370a和第二屏蔽构件370b形成的。
利用金属性屏蔽370进行的模拟导致大约25dB的方向性减少以及直通信号同轴电缆345a和耦合的同轴电缆345b之间耦合因子的减少。
在另一种实施例中，图3、4B和4B中所说明并在上文中讨论的远端RF传感器260b的至少一部分是利用微带或带状引线(stripline)构造形成的。该构造可以包括被介电基板隔开的导电条和地平面。微带可以包括本文所述的远端RF传感器260b、361的任何部分，包括远端定向耦合器245、振荡器265、功率分裂器266、混合器263、264和功率转换器268、269当中任何一个或多个。
以微带或带状引线构造制造的定向耦合器的一个例子是分支线耦合器。分支线耦合器可以由通过两条次要，或分支，线分路连接的两条主要传输线形成。这两条主要传输线和两条次要线构成一个几何形状，使得四个端口在两条主要传输线的两个输入端口和两个输出端口之间具有90度的相位差。
在一种实施例中，位于手柄336中的电路系统是由微带电路形成的，其中传输电缆334连接到在微带电路的近端上形成的第一同轴连接器，并且轴338连接到在微带电路的远端上形成的第二同轴连接器。
由于在不背离本公开内容范围的情况下可以对以上构造进行各种变化，因此预期以上描述中所包含的全部内容都将解释为是说明性的而不是限制。可以看到，本公开内容的几个目标都实现了并且还获得了其它有利的结果，如由以下权利要求的范围定义的。

Claims (8)

1.一种微波能量输送和测量系统，包括：
微波生成器，配置为生成微波能量信号，所述微波生成器包括：
处理单元，配置为控制微波能量信号的生成和输送；及
定向耦合器，配置为把所述微波能量信号的至少一部分提供给所述处理单元；以及
微波能量输送设备，配置为耦合到所述微波生成器，所述微波能量输送设备包括：
外罩；
微波天线，耦合到所述外罩并且配置为接收所述微波能量信号；
远端RF传感器，位于所述外罩中并且耦合到所述微波天线，所述远端RF传感器包括远端定向耦合器、第一混合器和第二混合器，所述远端定向耦合器配置为提供正向功率测量信号给所述第一混合器并且提供反向功率测量信号给所述第二混合器；及
远端感测接口，配置为将所述微波生成器的处理单元耦合到所述远端RF传感器，并且配置为将所述正向功率测量信号或反向功率测量信号中的至少一个从所述远端RF传感器提供给所述处理单元。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述远端感测接口包括耦合在所述微波能量输送设备和微波生成器之间的一个或多个导体。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述远端感测接口在所述微波能量输送设备和微波生成器之间生成无线连接。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述处理单元配置为基于所述微波能量信号、所述正向功率测量信号或所述反向功率测量信号中的至少一个来调整与所述微波能量信号相关的参数。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述处理单元还包括比较器，所述比较器配置为将所述微波能量信号的至少一部分与所述正向功率测量信号或将所述微波能量信号的至少一部分与所述反向功率测量信号进行比较。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述远端RF传感器还包括：
振荡器，配置为以载波信号频率生成载波信号，并且其中所述第一混合器配置为通过混合所述载波信号和所述正向功率测量信号来生成中频正向信号，并且所述第二混合器配置为通过混合所述载波信号和所述反向功率测量信号来生成中频反向信号。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述处理单元包括电外科生成器处理单元和远端功率耦合器处理单元，其中所述电外科生成器处理单元配置为控制微波能量信号的生成和输送，并且所述远端功率耦合器处理单元配置为接收所述正向功率测量信号或所述反向功率测量信号中的至少一个并且把所述正向功率测量信号或所述反向功率测量信号中的至少一个提供给电外科生成器处理单元。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述远端功率耦合器处理单元是结合到所述电外科生成器当中的附加设备。
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