CN105615992A - 用于多频询问电外科仪器的寄生参数的电外科系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多频询问电外科仪器的寄生参数的电外科系统。电外科系统包括电外科发生器和耦合至电外科发生器的仪器。电外科发生器包括配置为生成多个射频处的电外科能量的输出级、配置为感测电外科能量的电压波形和电流波形的多个传感器以及耦合至输出级和多个传感器的控制器。仪器向组织提供电外科能量。电外科发生器的控制器还配置为基于多个频率处的电外科能量计算至少一个寄生参数并且基于至少一个寄生参数控制输出级。

Description

用于多频询问电外科仪器的寄生参数的电外科系统

背景技术

1.技术领域

本公开涉及用于询问电外科仪器的寄生参数的电外科系统。更具体地，本公开涉及用于询问电外科仪器的寄生参数的系统和方法，该电外科仪器基于使用多频率处的电外科能量的询问向组织传递电外科能量。

2.背景技术

电外科发生器利用电压传感器和电流传感器测量量(诸如功率)用于控制电外科发生器的输出以实现期望临床效果。线缆(其长度可以超过一米)和电外科仪器将电外科发生器连接至有源电极和返回电极并且用于向正在治疗的组织传送电外科能量。线缆和电外科仪器在电压传感器和电流传感器与正在治疗的组织之间创建电路网络并且使由电外科发生器生成的电压波形和电流波形变形以使电压波形和电流波形偏离通常用于电外科的期望的正弦波形、矩形波形、锯齿波形、脉冲波形、三角波形或者混合波形。

一些线缆和/或电外科仪器具有存储预先测量的寄生参数的标识符，该标识符可以由电外科系统辨识。所存储的信息可以包括线缆和电外科仪器的电容值和电感值。然而，标识符中包括的信息存储相同类型的平均值的信息但是不保存特定于每个线缆和电外科仪器的信息。因此，在线缆或者电外科仪器是离群值的情况下，标识符中包括的信息可以引起对所提供的电外科能量的不精确测量。在使用期间，线缆和电外科仪器的寄生参数由于线缆的拓扑和电外科能量的频率而改变。因此，在电外科期间，标识符中包括的信息可能不是有效的。

因此，为了更精确地监控电外科仪器和线缆的寄生参数、功率，需要在电外科期间询问这些组分以精确地控制电外科能量的大小以获得期望的外科效果。

发明内容

本公开的系统和方法询问线缆和电外科仪器的寄生参数，该线缆和电外科仪器将电外科能量传递至目标组织。在电外科情况下，可以基于控制参数控制提供给组织的功率水平，该控制参数基于所询问的寄生参数。

电外科系统包括电外科发生器和耦合至电外科发生器的仪器。电外科发生器包括配置为生成多个射频处的电外科能量的输出级、配置为感测电外科能量的电压波形和电流波形的多个传感器以及耦合至输出级和多个传感器的控制器。仪器向组织提供电外科能量。电外科发生器的控制器还配置为基于多个频率处的电外科能量计算至少一个寄生参数，并且基于至少一个寄生参数控制输出级。

在一方面中，电外科系统还包括将仪器串联地耦合至电外科发生器的线缆。至少一个寄生参数包括线缆的电感阻抗和电容阻抗，并且包括仪器的电容阻抗。线缆的电容阻抗与仪器的电容阻抗并联地连接。

在另一个方面中，控制器还配置为基于所感测的电压波形和电流波形计算多个射频中的每个射频处的输出阻抗。控制器还配置为基于多个射频中的每个射频的输出阻抗计算线缆和仪器的寄生参数。

在另外的方面中，多个射频的数量基于寄生参数的数量。

在又另一个方面中，控制器在向仪器传输电外科能量之前或者期间计算寄生参数。输出级是非谐振逆变器。

在另一个实施例中，用于控制电外科能量的幅度的方法包括在电外科发生器处生成多个射频处的电外科能量，通过线缆向耦合至电外科发生器的仪器传输电外科能量，感测电外科能量的电压和电流，基于在多个频率中的每个频率处所感测的电压波形和电流波形计算输出阻抗，基于输出阻抗计算线缆和仪器的至少一个寄生参数，基于至少一个寄生参数控制电外科能量的幅度以及基于寄生参数计算组织的阻抗。

在一方面中，线缆将仪器串联地耦合至电外科发生器。至少一个寄生参数包括线缆的电感阻抗和电容阻抗。至少一个寄生参数包括仪器的电容阻抗。

在另一个方面中，线缆的电容器与仪器的电容器并联地连接。计算组织的阻抗包括基于所感测的电流和所感测的电压计算仪器两端的电压，以及基于仪器两端的电压计算通过线缆的电容器的泄漏电流。计算组织的阻抗还包括基于通过仪器的电容器的泄漏电流和所感测的电流计算组织两端的电压，以及基于组织两端的电压和仪器的电容阻抗计算通过仪器的电容器的泄漏电流。

在又另一个方面中，方法还包括基于组织两端的电压和泄漏电流计算通过组织的电流，以及基于通过组织的电流和组织两端的电压确定组织的阻抗。

在另外的方面中，多个射频的数量基于至少一个寄生参数的数量。

在又另一个实施例中，存储指令的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行指令时，该指令执行用于控制由电外科发生器生成的电外科能量的幅度的方法，以通过线缆和仪器治疗组织，该方法包括在电外科发生器处生成多个射频处的电外科能量，通过线缆向耦合至电外科发生器的仪器传输电外科能量，感测电外科能量的电压和电流，基于在多个频率中的每个频率处的所感测的电压波形和电流波形计算输出阻抗，基于输出阻抗计算线缆和仪器的至少一个寄生参数，基于至少一个寄生参数控制电外科能量的幅度以及基于寄生参数计算组织的阻抗。

在不背离本公开范围的情况下可以组合本公开的所有上述方面和实施例。

附图说明

参考附图描述了本公开的各种实施例，其中：

图1是根据本公开实施例的电外科系统的透视图；

图2是根据本公开实施例的图1的电外科发生器的发生器电路和连接至发生器电路的仪器的框图；

图3是根据本公开实施例的图2的控制器的功能框图；

图4是根据本公开实施例的电外科系统的电路模型；以及

图5是图示根据本公开实施例用于询问寄生参数的方法的流程图。

具体实施方式

在使用电外科系统期间，期望确定线缆和电外科仪器的寄生参数，该线缆和电外科仪器向组织传递电外科能量，以提供对应用于目标组织的电外科能量的适当控制。寄生参数使传送至组织的电外科能量变形。本公开提供电外科发生器，配置为确定线缆、仪器以及使发生器与使用在多个频率处提供至其上的电外科能量的患者互连的其它组件的寄生参数。此后，电外科发生器基于所连接的组件的频率扫描确定控制参数以补偿各种寄生参数。

图1图示了根据本公开实施例的电外科系统100。电外科系统100包括电外科发生器110，生成用于治疗患者的组织的电外科能量。电外科发生器110基于所选择的操作模式(例如，切割、凝固、消融或者密封)、电外科能量的电压波形和电流波形以及它们的组合生成具有适当幅度的电外科能量。电外科发生器110还可以包括多个输出连接器，用于使电外科发生器110与各种电外科仪器耦合。

电外科系统100可以包括具有用于治疗患者的组织的电极(例如，电外科切割探针，也称为电外科笔或者消融电极)的单极电外科仪器120，该电极具有返回焊盘130。单极电外科仪器120可以通过多个输出连接器中的一个连接至电外科发生器110。电外科能量被提供至单极电外科仪器120，该单极电外科仪器120应用电外科能量以治疗组织。电外科能量通过返回焊盘130返回至电外科发生器110。返回焊盘130提供与患者的组织足够的接触面积以便使通过返回焊盘130的电流密度最小化并且使组织损伤的风险最小化。

电外科系统100还可以包括双极电外科仪器140，该双极电外科仪器140包括一对相对的钳夹构件。双极电外科仪器140可以通过多个输出连接器中的一个连接至电外科发生器110。电外科能量被提供至两个钳夹构件中的一个、被应用以治疗组织并且通过另一个钳夹构件返回至电外科发生器110。

如上所述，电外科发生器110还可以配置为以各种模式(诸如消融、切割、凝固和密封)工作。电外科发生器110可以包括开关机构(例如，继电器)，用以在各种电外科仪器可以连接的连接器之间转换RF能量的供应。在实施例中，电外科发生器110可以配置为同时向多个仪器提供RF能量。

在另外的实施例中，电外科发生器110可以包括具有用于向电外科发生器110提供控制参数的合适的用户控制件(例如，按钮、激励器、开关或者触摸屏)的用户界面。这些控制件允许用户调节电外科能量的参数(例如，输出波形的形状或者功率幅度)，使得电外科能量适合于特定的外科模式(例如，凝固、消融、组织密封或者切割)。电外科仪器120和140还可以包括多个用户控制件。另外，电外科发生器110可以包括一个或者多个显示屏，用于显示与电外科发生器110的操作相关的各种信息(例如，强度设置和治疗完成指示器)。

在实施例中，电外科发生器110可以基于电外科的模式或者进展生成具有单独频率的电外科能量。在另外的实施例中，电外科发生器110可以生成具有多个射频的RF能量。

图2是图1的电外科发生器110的发生器电路200和通过线缆连接至发生器电路200的电外科仪器255的框图。发生器电路200包括低频(LF)整流器220、前置放大器225、RF放大器230、多个传感器240、模拟-数字转换器(ADC)250、控制器260和用户界面(UI)290。电外科发生器110通过发生器电路200连接至交流(AC)电源210(诸如壁装电源插座或者其它电源插座)，该AC电源210生成具有低频(例如，25Hz、50Hz或者60Hz)的AC电力。AC电源210向LF整流器220提供AC电力，该LF整流器220将AC电力转换为直流(DC)电力。

来自LF整流器220的DC输出被提供至前置放大器225，该前置放大器225将DC放大至期望的大小。放大的DC被提供至RF放大器230，该RF放大器包括直流-交流(DC/AC)逆变器232和可选的谐振匹配网络234。DC/AC逆变器232将放大的DC转化为具有适合于电外科程序的频率的AC波形。在实施例中，DC/AC逆变器232可以将放大的DC转化为包括多个频率的AC波形，该AC波形可以用于询问线缆和仪器255的寄生参数并且用于治疗目标组织。

发生器电路200可以包括多个DC/AC逆变器232，用以同时生成具有不同频率的AC波形，该AC波形可以被组合，使得所组合的电外科能量具有多个频率。本公开不限于LF整流器220、前置放大器225和DC/AC逆变器232以将具有低频的AC电力转换为具有多个频率的AC电力，但是可以采用如本领域普通技术人员能够理解的任何其它合适的电气组件。

电外科能量的适当频率可以基于电外科的模式和电外科程序而不同。例如，神经和肌肉刺激在大约100,000周每秒(100kHz)下停止，可以在该点之上安全地执行一些电外科程序，允许电外科能量以最小的神经肌肉刺激通过患者到达目标组织。在实施例中，消融程序可以使用472kHz的频率。可以在低于100kHz的频率(例如，29.5kHz或者19.7kHz)处以最小的损伤神经和肌肉的风险执行其它电外科程序。DC/AC逆变器232还配置为输出具有适合于电外科操作的各种频率的AC信号。

如上所述，RF放大器230包括可选谐振匹配网络234。可选谐振匹配网络234耦合至DC/AC逆变器232的输出以使DC/AC逆变器232处的阻抗与组织的阻抗匹配，使得发生器电路200与组织之间的电力传输最大或者最优。在实施例中，非谐振逆变器可以用于DC/AC逆变器232和可选谐振匹配网络234。

在实施例中，电池可以为RF放大器230直接提供DC电力。在该情况下，AC电源210、LF整流器225和前置放大器225可以用降压转换器代替，该降压转换器将来自电池的DC电力放大至适当水平。此外，电池使电外科发生器可携带。

多个传感器240感测RF放大器230的输出处的电压和电流。多个传感器240可以包括两对或更多对或者组电压和电流传感器以提供电压波形和电流波形的冗余测量。该冗余度确保RF放大器230输出处的电压和电流测量的可靠性、精确性和稳定性。在实施例中，多个传感器240可以根据应用或者设计要求包括更少或者更多组电压和电流传感器。多个传感器240可以测量RF放大器230的输出处以及来自发生器电路200的其它组件(诸如DC/AC逆变器232或者可选谐振匹配网络234)的电压和电流输出。测量电压和电流的多个传感器240可以包括用于测量电压和电流的任何已知技术，包括，例如Rogowski线圈。

RF放大器230电耦合至仪器255，该仪器255可以是单极仪器120，其具有天线以发射电磁波形，或者该仪器255可以是图1的双极电外科仪器140，其具有用由RF放大器230提供的能量抓住并且治疗组织的两个钳夹构件。

所感测的电压波形和电流波形被馈送到模拟-数字转换器(ADC)250中。ADC250对所感测的电压波形和电流波形进行采样以获得RF放大器230的电压波形和电流波形的数字采样。数字采样由控制器260处理并且用于生成控制信号以控制RF放大器230的DC/AC逆变器232和前置放大器225。ADC250可以配置为在采样频率处对多个传感器240的输出进行采样，该采样频率为RF频率的整数倍。

如图2所示，控制器260包括硬件加速器270和处理器子系统280。如上所述，控制器260还耦合至UI290，该UI290接收来自用户的输入命令并且显示与电外科能量的特征相关的输出和输入信息(例如，所选择的功率水平)。硬件加速器270处理来自ADC250的输出并且与处理器子系统280协作以生成控制信号。

硬件加速器270包括剂量监控和控制件(DMAC)272、内部功率控制回路274、DC/AC逆变器控制器276和前置放大器控制器278。控制器260的全部或者一部分可以由现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微控制器和/或任何其它合适的逻辑电路实现。

DMAC272接收和处理所感测的电压波形和电流波形的数字采样以确定寄生参数，并且基于寄生参数为内部功率控制回路274生成控制参数。寄生参数可以包括线缆和电外科仪器255的电感阻抗和电容阻抗，以及控制参数可以包括通过负载(例如，目标组织)的负载电流、负载两端的负载电压、传送至负载的平均电力、负载阻抗(例如，组织阻抗的实部)和/或负载电流与负载电压之间的相位差。内部功率控制回路274可以使用控制参数中的一个或者多个向DC/AC逆变器控制器276发送控制信号。DC/AC逆变器控制器276接着生成第一脉冲宽度调制(PWM)控制信号以控制DC/AC逆变器232的输出。

在实施例中，DMAC272可以在应用电外科能量之前或者期间多次询问寄生参数。将最新询问的寄生参数与先前询问的寄生参数进行比较。当它们之间的差大于与DMAC272相关联的存储器(未示出)中存储的预定阈值时，这表明电外科仪器255正被过度使用或者没在正确地工作。响应于超过阈值，DMAC272可以发出(例如，音频和/或视觉)警报和/或立即停止生成电外科能量以防止对目标组织的潜在危害。此外，DMAC272可以抢先禁用电外科仪器255。

处理器子系统280还包括外部功率控制回路282、状态机284和功率设定点电路286。处理器子系统280基于DMAC272的输出和由用户通过UI290选择的参数(例如，电外科模式)为第二PWM控制信号提供控制信号。具体地，由用户选择的参数被提供至状态机284，该状态机284确定电外科的状态或者模式。外部功率控制回路282使用该状态信息和来自DMAC272的输出(例如，控制参数)确定控制信息。功率设定点电路286接收控制信息并且生成功率设定点以及将功率设定点提供至前置放大器控制器278，该前置放大器控制器278接着使用功率设定点生成用于控制前置放大器225的第二PWM控制信号，以将来自LF整流器220的DC输出放大至期望大小。如果用户没有通过UI290向状态机284提供操作参数，则状态机284可以维持或者进入缺省状态。

图3示出了图2的硬件加速器270的更详细的功能图。硬件加速器270实现发生器电路200的可能具有特定处理要求(诸如高处理速度)的那些功能。硬件加速器270包括DMAC272、内部功率回路控制件274、DC/AC逆变器控制器276和前置放大器控制器278。

DMAC272包括多个模拟-数字转换器(ADC)控制器312a-312d、数字信号处理器314、RF数据寄存器316和DMAC寄存器318。多个ADC控制器312a-312d控制ADC250的操作并且将所感测的电压波形和电流波形转换成数字数据，该数字数据随后被提供至DSP314。

所感测的电压波形和电流波形被输入到ADC250，该ADC250对所感测的电压波形和电流波形进行采样。ADC控制器312a-312d为ADC250提供操作参数(包括预定采样速率)，使得ADC按照预定采样速率(例如，每秒预定数量的数字采样或者预定采样周期)对电压波形和电流波形同步地采样。ADC控制器312a-312d可以配置为控制ADC250，使得采样周期与电外科能量的RF频率的整数倍相对应。

通过对所感测的电压波形和电流波形进行采样而获得的数字数据通过ADC控制器312a-312d提供至DSP314。DSP314可以使用数字数据计算均方根(RMS)电压和电流值并且估算仪器255和线缆(诸如线缆440)的寄生参数。寄生参数可以包括线缆和仪器255的电感阻抗和电容阻抗。下面参照图4详细描述关系的估算过程和推导。

DSP314基于所估算的寄生参数计算和输出负载电压、负载电流和应用于负载(例如，目标组织)的电力、负载的阻抗和/或负载电压与负载电流之间的相位差。这些输出是控制电外科能量的幅度的控制参数。DSP314的这些输出通过RF数据寄存器316和信号线路379提供至处理器子系统280。DMAC272还包括存储和更新相关参数的DMAC寄存器318。DSP314还接收来自DC/AC逆变器控制器276的PWM模块346的信号。

DMAC272通过信号线路321a和321b向内部功率控制回路274提供控制参数以及通过信号线路379向处理器子系统280提供控制参数。到内部功率控制回路274的信号线路的数量不限于两个，而是基于控制参数的数量扩展至传输DSP314的输出需要的数量。内部功率控制回路274包括多路复用器324、补偿器326、补偿器寄存器330和VI限制器334。

多路复用器324通过信号线路321a和321b接收从DSP314输出的控制参数。多路复用器324还通过信号线路333a接收来自补偿器寄存器330的选择控制信号，并且基于选择控制信号选择控制参数中的一个。所选择的控制参数被提供至补偿器326。

当有用户输入时，处理器子系统280通过信号线路379接收用户输入并且用从DSP314输出的控制参数对其进行处理。处理器子系统280通过补偿器寄存器330向VI限制器334提供控制信号，该VI限制器334与图2中的功率设定点电路286相对应。VI限制器334随后基于用户输入和DSP314的控制参数提供期望的功率分布(例如，针对设定的电外科模式或者操作的功率的最小和最大限制)，补偿器寄存器330还向补偿器326提供其它控制参数，并且补偿器326随后将来自补偿器寄存器330和VI限制器334的所有控制参数组合以生成通过信号线路327到DC/AC逆变器控制器276的输出。

DC/AC逆变器控制器276接收控制参数并且输出驱动DC/AC逆变器232的控制信号。DC/AC逆变器控制器276包括缩放单元342、PWM寄存器344和PWM模块346。缩放单元342通过使数字与输出相乘和/或相加对补偿器寄存器330的输出进行缩放。缩放单元342通过信号线路341a和341b接收来自PWM寄存器344的用于乘法的数字和/或用于加法的数字。PWM寄存器344存储用以控制DC/AC逆变器232的若干相关参数，例如，要由DC/AC逆变器232生成的AC信号的周期、脉冲宽度和相位以及其它相关参数。PWM模块346接收来自PWM寄存器344的输出并且生成四个控制信号347a-347d，控制图2的RF放大器230的DC/AC逆变器232的四个晶体管。PWM模块346还通过寄存器同步信号347将其信息与PWM寄存器344中的信息同步。

PWM模块346还向内部功率控制回路274的补偿器326提供控制信号。处理器子系统280向PWM模块346提供控制信号。以这种方法，DC/AC逆变器控制器276可以用集成的内部输入(包括由DMAC272处理的来自多个传感器的结果)和外部输入(包括由处理器子系统280处理的来自用户输入的结果)来控制RF放大器230的DC/AC逆变器232。

处理器子系统280还通过信号线路373向前置放大器控制器278发送控制信号。前置放大器控制器278处理控制信号并且生成另一个控制信号，使得前置放大器225将直流放大至适合于由RF放大器230转换的期望水平。前置放大器控制器278包括PWM寄存器352和PWM模块354。PWM寄存器352通过信号链路373接收来自处理器子系统280的输出，并且与PWM寄存器344一起存储相关参数。PWM模块354还向PWM寄存器352发送寄存器同步信号并且生成四个控制信号355a-355d，该四个控制信号控制图2中的前置放大器225的四个晶体管。

图4示出了根据本公开的实施例的电外科系统的线缆400和电外科仪器460的电路模型400。电外科系统的电路模型400包括电外科发生器410、连接器430、线缆440和电外科仪器460。连接器430使线缆440与电外科发生器410连接并且具有电阻性阻抗431(即，R_connector)。

线缆440通过一端处的连接器430与电外科发生器410串联耦合。线缆440建模为电阻器442、电感器444(其与电阻器442串联耦合)和电容器446(其与电感器444并联耦合)。

电外科仪器460耦合至线缆440的另一端并且建模为电阻器462和电容器464。电外科仪器460的电阻器462与线缆440串联耦合以及电外科仪器460的电容器464与线缆440的电容器446并联耦合。电路模型400并不限于该配置，而是还可以以如本领域普通技术人员能够理解的任何合适方式进行简化或者修改。

线缆440的电感器444的电感是L_cable，线缆440的电容器446的电容是C_cable，以及电外科仪器的电容器464的电容是C_inst。表示寄生阻抗的电感器444、电容器446和电容器464的对应阻抗随后可以分别地表示如下：

Z_L＝2πfL_cablej,

$Z_{cable}=\frac{1}{2{\mathrm{\πfC}}_{cable}j},$ 以及

$Z_{inst}=\frac{1}{2{\mathrm{\πfC}}_{inst}j},$

其中f是通过电路模型400的电外科能量的频率。

如上所示，线缆440和电外科仪器460的电容阻抗Z_cable和Z_inst以及线缆440的电感性阻抗Z_L根据电外科能量的频率而改变。通过估算或者询问这些寄生阻抗或者寄生参数(包括电容阻抗Z_cable和Z_inst以及电感性阻抗Z_L)，可以确定负载470两端的负载电压V_load以及通过负载470的负载电流I_load。可以基于对于电外科能量的多个频率中的每个频率的电流和电压波形来对寄生参数(包括电容阻抗Z_cable和Z_inst以及电感性阻抗Z_L)进行估算。可以在开始电外科治疗之前或者在应用电外科能量期间以及在将负载470连接至发生器410的情况下或者在没有将负载470连接至发生器410的情况下，在电外科发生器410的输出处感测寄生参数。还可以基于寄生参数计算控制参数，包括负载电压V_load、负载电流I_load、负载阻抗Z_load、平均功率和/或负载电压V_load与负载电流I_load之间的相位差。下面对控制参数的计算和推导进行详述。

在感测电流波形和电压波形之后，计算电流(I_sense)420和电压(V_sense)425。在一方面中，可以使用电压或者电流的RMS、峰值或者平均值。输出阻抗Z_out可以计算如下：

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

从电外科发生器410看到的输出阻抗Z_out还可以表示如下：

Z_out＝R_connector+R_cable+Z_L+{Z_cable//(R_inst+Z_inst)},

其中R_connector是连接器的电阻性阻抗，R_cable是线缆440的电阻性阻抗，以及R_inst是电外科仪器460的电阻性阻抗。{Z_cable//(R_inst+Z_inst)}中的符号“//”示出了线缆440的电容器446与电外科仪器460的电阻器462和电容器464并联耦合的配置。

在第一频率f₁处，输出阻抗Z_out1可以表示如下：

$\begin{array}{c}{Z}_{out1}=R_{connector}+R_{cable}+2{\mathrm{\πf}}_1{L}_{cable}j+\{\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_1{C}_{cable}j}//(R_{inst}+\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_1{C}_{inst}j})\}\\ =R_{connector}+R_{cable}+2{\mathrm{\πf}}_1{L}_{cable}j+\frac{2{\mathrm{\πf}}_1{C}_{inst}{R}_{inst}j+1}{2{\mathrm{\πf}}_1{C}_{cable}j(2{\mathrm{\πf}}_1{C}_{inst}{R}_{inst}j+1)+2{\mathrm{\πf}}_1{C}_{inst}j}\end{array},$

在仪器460的电阻性阻抗R_inst可忽略的情况下，输出阻抗Z_out1可以简化如下：

$Z_{out1}=R_{connector}+R_{cable}+2{\mathrm{\πf}}_1{L}_{cable}j+\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_1(C_{cable}+C_{inst})j}.$

类似地，在第二频率f₂下，输出阻抗Z_out2可以简化如下：

$Z_{out2}=R_{connector}+R_{cable}+2{\mathrm{\πf}}_2{L}_{cable}j+\frac{1}{2{\mathrm{\πf}}_2(C_{cable}+C_{inst})j}.$

基于线性方程组，可以表示电容阻抗(C_cable+C_inst)和电感阻抗L_cable：

$C_{cable}+C_{inst}=\frac{{f_1}^2-{f_2}^2}{2{\mathrm{\πf}}_1{f}_2\mathrm{\[}{f}_2(Z_{out1}-R_{connector}-R_{cable})-f_1(Z_{out2}-R_{connector}-R_{cable})\]}j$ 以及

$L_{cable}=\frac{f_2(Z_{out2}-R_{connector}-R_{cable})-f_1(Z_{out1}-R_{connector}-R_{cable})}{2\mathrm{\π}({f_1}^2-f_2^2)}j.$

以这种方法，可以计算电容阻抗和电感阻抗。在电阻性阻抗不可忽略的情况下，具有不同于第一频率和第二频率的另一个频率的感测电压和感测电流可以用于计算寄生阻抗。

在一方面中，可以在电外科操作期间询问包括电容阻抗和电感阻抗的寄生参数，以保证一定程度的精确性以防止对目标组织的损伤。

在另一个方面中，用于在电外科操作之前询问寄生参数的多个频率可以不同于在电外科操作期间的多个频率。

在又另一个方面中，询问需要的频率数量可以取决于寄生参数的数量。

在询问寄生参数之后，可以基于当负载470与电外科仪器460耦合时由电外科发生器410的多个传感器感测的寄生参数、电流I_sense420和电压V_sense425来计算负载470(例如，目标组织)的负载阻抗Z_load。电容器446两端的电压V_cable可以确定如下：

V_cable＝V_sensed-I_sense·(R_connector+R_cable+Z_L).

感测的电流I_sense420随后被分到电容器446和电阻器462中并且穿过电容器446和电阻器462行进。下面示出了电流的关系：

I_sense＝I_leak1+I_inst,

其中I_inst是通过电阻器462的电流。此外，泄漏电流I_leak1可以由下列计算：

$I_{leak1}=\frac{V_{cable}}{Z_{cable}},$

其中Z_cable是电容器446的电容阻抗。因此，电流I_inst由下列确定：

$I_{inst}=I_{sense}-\frac{V_{cable}}{Z_{cable}}.$

电流I_inst也被分成另一个泄漏电流I_leak2和通过负载470的电流I_load。下面示出了电流之间的关系：

I_inst＝I_leak2+I_load.

电容器464两端的电压与负载470两端的负载电压V_load相同，其可以由下列表示：

V_load＝V_cable-I_inst·R_inst.

因此，泄漏电流I_leak2由下列计算：

$I_{leak2}=\frac{V_{load}}{Z_{inst}}.$

因此，负载电流I_load和负载阻抗Z_load可以由下列计算：

I_load＝I_inst-I_leak2,以及

$Z_{load}=\frac{V_{load}}{I_{load}}.$

该关系允许对负载电流I_load468、负载电压V_load和负载阻抗Z_load的确定，它们可以随后用作控制参数来控制电外科能量。还可以计算负载电压V_load与负载电流I_load468之间的相位差以及平均功率。

可以在电外科操作期间实时确定控制参数。此外，基于这些控制参数(包括负载电流I_load468和负载电压V_load以及负载阻抗Z_load)，电外科发生器410可以在电外科操作期间控制电外科能量的幅度。

在实施例中，电外科仪器的电容和电阻与线缆的电容和电感相比小得可以忽略。因此，输出阻抗Z_out可以由下列简化和表示：

$\begin{array}{c}{Z}_{out}=R_{connector}+R_{cable}+Z_L+Z_{cable}\\ =R_{connector}+R_{cable}+2{\mathrm{\πfL}}_{cable}j+\frac{1}{2{\mathrm{\πfC}}_{cable}j}\end{array}.$

基于上面描述的类似计算和推导，电感器444的电感阻抗L_cable可以表示如下：

$L_{cable}=\frac{f_2(Z_{out2}-R_{connector}-R_{cable})-f_1(Z_{out1}-R_{connector}-R_{cable})}{2\mathrm{\π}(f_1^2-f_2^2)}j,$ 以及

电容器446的电容阻抗C_cable是：

$C_{cable}=\frac{{f_1}^2-{f_2}^2}{2{\mathrm{\πf}}_1{f}_2\[f_2(Z_{out1}-R_{connector}-R_{cable})-f_1(Z_{out2}-R_{connector}-R_{cable})\]}j.$

基于这些寄生参数，还可以以如上面描述的类似方式确定控制参数。

在实施例中，与电容阻抗和电感阻抗相比较，线缆440和连接器430的电阻阻抗R_connector和R_inst也可以忽略。可以使用下面描述的计算和推导确定寄生参数和控制参数。在实施例中，电容阻抗和电感阻抗可以计算如下：

$L_{cable}=\frac{f_2{Z}_{out2}-f_1{Z}_{out1}}{2\mathrm{\π}(f_1^2-f_2^2)}j,$ 以及

$C_{cable}=\frac{{f_1}^2-{f_2}^2}{2{\mathrm{\πf}}_1{f}_2(f_2{Z}_{out1}-f_1{Z}_{out2})}j.$

在另外的实施例中，在确定寄生参数时还可以考虑仪器460、线缆440和连接器430的电容阻抗和电阻阻抗。寄生参数可以包括连接器430的电阻阻抗R_connector、线缆440的电阻阻抗R_cable、电感阻抗Z_L和电容阻抗Z_cable以及电外科仪器460的电阻阻抗R_inst和电容阻抗Z_inst。在该情况下，可以使用至少六个不同频率确定寄生参数。换句话说，确定寄生参数需要的频率的数量取决于寄生参数的数量。

在又另外的实施例中，由于线缆的配置的变化或者线缆和/或仪器的温度的变化，可以在电外科操作期间重新询问寄生参数以获得精确度的进一步保证或者调节寄生参数。当在电外科操作期间没有使用电外科仪器时可以执行重新询问。

图5示出了图示根据本公开的实施例用于控制由电外科发生器(例如，图4的410)生成的电外科能量的幅度的方法500的流程图。如图4所示，电外科发生器410可以通过线缆440和电外科仪器460串联耦合至组织470。在步骤510中，方法500通过生成包括多个射频的电外科能量开始。可以在电外科能量中包括多个射频。可以在由电外科发生器410单独生成的电外科能量中包括多个射频中的每个射频。

在步骤中520，由电外科发生器410的多个传感器感测电外科能量的电压波形和电流波形。在步骤530中，可以对所感测的电压波形和电流波形进行数字采样，使得可以计算多个射频中的每个射频的均方根(RMS)电压和电流。在一方面中，可以在步骤530中计算电压波形和电流波形的RMS、峰值或者平均值。

在步骤540中，基于电压和电流，通过将电压除以电流计算多个射频中的每个射频的输出阻抗。在一方面中，在步骤540中，电压或者电流的RMS、峰值或者平均值还可以用于计算每个频率的输出阻抗。基于线缆440和仪器460的电路模型400，可以使用上面描述的方程组基于线缆440和仪器460的电容和电感阻抗以及用输出阻抗估算寄生参数。

在步骤550中，可以由方程组计算线缆440和仪器460的寄生参数。一旦计算了寄生参数，则分析通过电路模型400的对应电气组件的电流和电路模型400的对应电气组件两端的电压，并且在步骤560中计算控制参数。控制参数可以包括通过负载470(例如，目标组织)的负载电流I_load468、负载470两端的负载电压V_load、负载Z_load的阻抗、应用于负载470的平均功率和/或负载电流I_load468与负载电压V_load之间的相位差。

在步骤570中，将控制参数与电外科操作模型相比较以控制和调节电外科能量的幅度。在一方面中，可以比较所有控制参数或者可以基于电外科操作的进展比较控制参数中的至少一个以控制幅度。例如，在电外科操作的开始阶段，电流可以是控制参数、功率可以是中间阶段中的控制参数，以及电压可以是最后阶段时的控制参数。在另一个方面中，可以执行该方法500在电外科操作之前或者期间确定寄生参数。

在实施例中，方法500还包括将先前询问的寄生参数与最新询问的寄生参数进行比较，以及确定最新询问的寄生参数是否基本上不同于先前询问的寄生参数。显著差异可以表明电外科仪器的故障或者过度使用。在这些显著差异的情况下，方法500还包括立即停止生成电外科能量以及抢先禁用电外科仪器。

尽管此处已经参照附图描述了本公开的说明性实施例，但是应当理解，本公开不限于那些精确的实施例，并且在不背离本公开的范围或者精神的情况下可以由本领域技术人员在其中实现各种其它改变和修改。

Claims (20)

1.一种电外科系统，包括：

电外科发生器，所述电外科发生器包括：

输出级，配置为生成多个射频处的电外科能量；

多个传感器，配置为感测所述电外科能量的电压波形和电流波形；以及

控制器，耦合至所述输出级和所述多个传感器；以及

耦合至所述电外科发生器并且配置为向组织提供所述电外科能量的仪器，

其中所述控制器还配置为基于多个频率处的所述电外科能量来计算至少一个寄生参数，并且基于所述至少一个寄生参数来控制所述输出级。

2.根据权利要求1所述的电外科系统，还包括将仪器串联地耦合至所述电外科发生器的线缆。

3.根据权利要求2所述的电外科系统，其中所述至少一个寄生参数包括所述线缆的电感阻抗和电容阻抗。

4.根据权利要求3所述的电外科系统，其中所述至少一个寄生参数包括仪器的电容阻抗。

5.根据权利要求4所述的电外科系统，其中所述线缆的所述电容阻抗与所述仪器的所述电容阻抗并联连接。

6.根据权利要求2所述的电外科系统，其中所述控制器还配置为基于所感测的电压波形和电流波形来计算所述多个射频中的每个射频处的输出阻抗。

7.根据权利要求6所述的电外科系统，其中所述控制器还配置为基于所述多个射频中的每个射频的输出阻抗来计算所述线缆和所述仪器的寄生参数。

8.根据权利要求1所述的电外科系统，其中多个射频的数量基于寄生参数的数量。

9.根据权利要求1所述的电外科系统，其中在向仪器传输所述电外科能量之前或者期间，所述控制器计算所述寄生参数。

10.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述输出级是非谐振逆变器。

11.一种用于控制电外科能量的幅度的方法，所述方法包括：

在电外科发生器处生成多个射频处的电外科能量；

通过线缆向耦合至所述电外科发生器的仪器传输电外科能量；

感测所述电外科能量的电压和电流；

基于在多个频率中的每个频率处的所感测的电压波形和电流波形来计算输出阻抗；

基于所述输出阻抗来计算所述线缆和所述仪器的至少一个寄生参数；

基于所述至少一个寄生参数来控制所述电外科能量的幅度；以及

基于寄生参数来计算组织的阻抗。

12.根据权利要求11所述的方法，其中线缆将所述仪器串联地耦合至所述电外科发生器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个寄生参数包括所述线缆的电感阻抗和电容阻抗。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述至少一个寄生参数包括所述仪器的电容阻抗。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述线缆的电容器与所述仪器的电容器并联地连接。

16.根据权利要求15所述的方法，其中计算组织的阻抗包括：

基于所感测的电流和所感测的电压来计算所述仪器两端的电压；以及

基于所述仪器两端的所述电压来计算通过所述线缆的所述电容器的泄漏电流。

17.根据权利要求16所述的方法，其中计算组织的阻抗还包括：

基于通过所述仪器的所述电容器的泄漏电流以及所感测的电流来计算所述组织两端的电压；以及

基于所述组织两端的所述电压和所述仪器的电容阻抗来计算通过所述仪器的所述电容器的泄漏电流。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

基于所述组织两端的所述电压和泄漏电流来计算通过所述组织的电流；以及

基于通过所述组织的电流和所述组织两端的所述电压来确定所述组织的阻抗。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个射频的数量基于所述至少一个寄生参数的数量。

20.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，所述指令执行用于控制由电外科发生器生成的电外科能量的幅度的方法，以通过线缆和仪器治疗组织，所述方法包括：

在电外科发生器处生成多个射频处的电外科能量；

通过线缆向耦合至所述电外科发生器的仪器传输电外科能量；

感测所述电外科能量的电压和电流；

基于在多个频率中的每个频率处的所感测的电压波形和电流波形来计算输出阻抗；

基于所述输出阻抗来计算所述线缆和所述仪器的至少一个寄生参数；

基于所述至少一个寄生参数来控制所述电外科能量的幅度；以及

基于所述寄生参数来计算所述组织的阻抗。