CN108337875A - 一种用于电外科器械的射频发生器 - Google Patents

Abstract

一种用于产生RF功率的装置，用于电外科器械，该装置包括控制器，该控制器被编程为产生具有振荡波形的电信号，并且被编程为在多个ON和OFF状态之间调制所述振荡波形，以在多个ON状态中产生波形的离散分组。该装置还具有与所述电波形通信的放大器，其放大所述波形以产生输出信号；以及电外科连接器，其被配置为接收电外科器械并将所述电信号传递至所述电外科器械。控制器进一步调制离散分组以形成子离散分组和第二级子离散分组。一反馈电路，与位于电外科器械中的感测电路连续通信，以接收来自手术区域的电功率使用数据，并基于功率使用数据确定对电源的调节。

Description

一种用于电外科器械的射频发生器

相关申请的交叉引用

本申请是PCT申请，其要求于2015年10月28日提交的标题为“RF GENETRATOR FORAN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT”的临时专利申请NO.62/247,663的优先权，以及于2016年10月12日提交的标题为“RF GENETRATOR FOR AN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT”的非临时申请No.15/291,406的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种射频发生器，尤其涉及一种利用电外科器械进行外科手术的射频发生器。

背景技术

电外科器械为人们所熟知，且广泛应用于医疗、牙科和兽医领域。这些器械可以在射频频谱中产生电流，产生的电流用于输出功率到并入有电极组件的手持式手术工具，并且用于执行组织切割、凝血、止血等外科手术和其它电外科应用。美国专利8,998,891中描述了一种示例电外科器械，其全部内容通过引用的方式并入本文。

电外科器械可包括用于产生射频功率的单元，该射频功率被输出到手持式手术工具以激活用于执行电外科手术的并入电极或电极。电外科器械通常利用多种功率输出模式，其中包括用于操作单极或双极手持件的单极和双极功率输出模式。单极手持件或装置可并入单极电极，该单极电极将手术组织与位于患者身体上的具有中性板返回的手术组织接合。双极装置可以并入一对电极，这两个电极都将手术组织接合到电外科手术电路中。针对特定功率输出模式，例如提供单极针电极的手持件或提供双极电极钳的手持件，设计并程式化不同的手术手持件。

控制台型插座或控制台单元可用于容纳用于射频功率产生的电路，并用于提供来自这种电路的输入和输出连接到各种外部装置，其中外部装置包括电源和一些手持式手术工具。控制台单元可以包括用于电外科器械的用户操作的交互式显示器和输入面板。输入面板提供开关、按钮、触摸屏和IR控制等，以允许用户选择和输入操作条件以便激活用于特定外科手术或手术的电外科工具。用户可以从交互式输入面板指导特定手持件的激活。或者，手持件的启动装置，例如手持件中的连接的脚踏开关或手指开关可用于电激活手术工具以接收用于外科手术的射频功率。

发明内容

用于产生用于电外科器械的射频功率的设备具有一控制器，该控制器被编程为产生具有振荡波形的电信号并且将所述振荡波形调制在多个ON和OFF状态之间以在多个ON状态中产生波形的离散数据包。该设备还具有与所述电波形通信的放大器，该放大器放大所述波形以产生输出信号；以及一电外科连接器，其被配置为接收电外科器械并将所述电信号传递至所述电外科器械。振荡波形具有射频频谱中的频率，并且创建离散数据包的多个ON和OFF状态的频率比振荡波形慢。

设备的控制器被配置为在SUB ON和SUB OFF状态之间调制每个离散数据包以形成波形的多个子离散数据包。产生子离散数据包的多个SUB ON和SUB OFF状态的频率小于振荡波形的频率且大于离散数据包的频率。

设备的控制器被配置为在第二级SUB ON和第二级SUB OFF状态之间调制每个子离散数据包，以在每个子离散数据包内形成多个第二级子离散数据包。产生第二级子离散数据包的多个第二级SUB ON和第二级SUB OFF状态的频率小于振荡波形的频率并且大于子离散数据包的频率。

波形的离散数据包和离散子数据包形成在调制包络内，并且该调制包络可具有多种形状，包括矩形、三角形、锯齿形、不均匀形、阶梯形、上升形、下降形和椭圆形。

设备的振荡波形是交替正弦波，该交替的正弦波在第一最小电压电平和第一最大电压电平之间波动。振荡波形的频率在200kHz和4MHz之间。产生离散数据包的多个ON和OFF状态的频率在37Hz和75Hz之间。创建子离散数据包的多个SUB ON和SUB OFF状态的频率在10.7kHz至14.5kHz或3kHz至19kHz之间。创建第二级子离散数据包的多个第二级SUB ON和第二级SUB OFF状态的频率为2MHz，而其占空比为50％。输出到电外科器械的电信号的功率在40瓦和200瓦之间的范围内。

用于产生射频功率的设备还包括布置在电外科工具内的至少一个感测装置和与感测装置电连接的反馈电路。感测装置被配置成收集来自电动工具的电功率使用信号，该电功率使用信号表示由电外科器械分配到手术区域的功率量；而所述反馈电路被配置成调整到电外科器械的输出信号以保持手术区域的功率量基本恒定。感测装置收集电功率使用信号，例如阻抗、电压、电流和温度，反馈电路包括利用阻抗、电压、电流和温度信号来调节输入到放大器的电压供应的算法。电外科工具包括单极或双极手持件。

附图说明

图1示出了本发明的一个方面的用于电外科器械的电路的方框图；

图2示出了本发明的一个方面的用于电外科器械的电路的方框图；

图3A示出了本发明的一个方面的针对CUT操作模式生成的电波形的一部分；

图3B示出了本发明的一个方面的用于提供第一级脉冲调制信号而生成的方形占空比信号的一部分。

图3C示出了本发明的一个示例的如图3B的信号所调制的3A的电波形的一部分；

图4A示出了本发明的一个方面的针对CUT/COAG操作模式生成的图3C的电波形的数据包部分；

图4B示出了图3的电波形的一部分数据包的分解图；

图4C示出了本发明的一个方面的用于提供第二级脉冲调制信号的方形占空比信号；

图4D示出了本发明的一个示例的正如图4C的信号所调制的4B的电波形的一部分；

图4E示出了本发明的一个方面的针对CUT/COAG操作模式生成的图4D的电波形的子数据包部分；

图4F示出了本发明的一个方面的图4E的电波形的一部分子数据包的分解图；

图4G示出了本发明的一个方面的用于提供第三级脉冲调制信号的方形占空比信号；

图4H示出了本发明的一个示例的正如图4C的信号所调制的4F的电波形的第二级子数据包部分，；

图5A示出了本发明的一个示例的电波形的一部分；

图5B示出了本发明的一个方面的用于提供第一调制信号的三角形电信号的一部分；

图5C示出了本发明的一个方面的正如图5B的调制信号所调制的图5A的电波形的一部分；

图5D示出了本发明的一个方面的用于提供第二级脉冲调制信号的方形占空比信号；

图5E示出了本发明的一个示例的如图5D的信号所调制的图5C的电波形的一部分；

图6示出了本发明的一个方面的负载电阻相对于输出功率电平的图表。

具体实施方式

题为Electrosurgical Instrument with Enhanced Capability的美国专利No.US 7,674,261 B2，题为Tri-Frequency Electrosurgical Instrument的美国专利No.8,998,891,题为Intelligent Selection System for Electrosurgical Instrument的美国专利No.6,652,514 B2，以及题为Low-Voltage Electrosurgical Apparatus的美国专利No.6,238,288 B1，上述所有专利的全部内容通过引用的方式并入本文。

用于为常规电外科器械产生射频功率的电路是不灵活的，因为其通常需要许多庞大的分立元件，这些元件用于以有限数量的频率产生有限数量的波形。另外，用于该应用的常规射频功率产生电路的调制级受到限制并且可能仅包括载波的一种调制，使得仅单个粗调制处理可用于调节电波形以匹配期望的输出功率目标。

期望电外科器械的一个或多个电极使用可预测的输出功率水平和稳定的功率使用来引导和向一部分组织传递手术影响。由于手术组织通常为电外科工具的电路的一部分，组织成分和有关电极的因素的改变可引起射频功率电路中的负载电阻的改变。射频功率生成电路中的突然低阻抗状态可能影响手术部位处的功率使用，从而产生手术组织的不希望的或不可预知的热传递或损失。诸如包括温度、组织密度、手术部位处的流体、手术部位处的组织类型的梯度以及其他因素都可能影响负载电阻。这些因素在电极上产生变化的电力负荷，这导致功率电平波动，从而在操作组织上的操作条件中产生可能不希望的变化。由于缺乏任何补偿这种变化的功率负载的特征，传统的射频功率生成电路受到不希望的功率使用变化的影响，导致出现不良手术结果。

在图1的方框图中图示出了本发明的一个方面的射频电路10的一种形式。射频电路10包括一轻量级和多功能电源14，该电源14具有能够自动感测输入功率设置的功率输入模块，所述输入功率设置优选地在90至264伏的范围内。射频电路10的元件可以以常规方式安装在电路板上，该电路板具有提供元件和电源14之间的电互连的互连导体。电源14提供一定范围的电压输出，优选地在3V至48V的范围内，并且电源包括用于交流到直流电源转换的内部电路，例如用于转换用于电气元件的交流电源低压直流电源。特别地，电源14可以被配置为提供5V，12V，24V或48V输出模式的任何组合以及高达600瓦的功率输出。电源14向射频电路10中的所有元件提供电力，但是也可以使用诸如用于无线元件或电池备份的电池源的其他源以及射频电路10的元件。

电源14向由图1的虚线框12表示的控制器或主微处理器提供电力。主处理器12是一可编程设备，用于控制射频电路10的操作。包括在主处理器12的虚线框内的是表示功能的子集的框，所述功能由下面将要描述的射频波形生成中的主处理器12来执行。

在本发明的一个实施例中，主处理器12包括高速微处理器。该示例性微处理器包括诸如可编程固件和存储器组件20的特征，这些特征可以通过外部/互联网连接98进行更新。本领域技术人员将理解，可以采用除上述处理器以外的其他处理器。可以有利地通过外部/互联网连接98更新可编程固件和存储器组件20，以提供新的或优化的程序和其他特征，这些新的或优化的程序或其他特征用于产生用于给电外科器械供电的射频波形。外部/互联网连接98可以利用控制台单元中提供的USB端口或射频无线连接，其中控制台单元用于容纳射频电路10。外部/互联网连接98还可以包括外部装置，诸如闪存驱动器或硬盘驱动器或与主处理器12通信中的其他装置。

在一个示例中，射频电路10包括备用或从属处理器11，其为了提供额外的计算能力，存储器以及用于系统安全的备用处理器而与主处理器12连续通信。备用处理器11可以包括一些与主处理器12相同的特征，诸如具有高达24.5MHz的时钟速度的高速内部精确振荡器。备用处理器11可以用于增强主处理器12的功能，并在主处理器12发生故障时提供备用处理器。主处理器12所需的可执行处理的一部分可以交给备用处理器11以提高整体处理速度。备用处理器11可以包括与射频电路10的报警和电源部件相结合的扩展中断处理程序，用于利用本发明的电外科器械的安全特征。

固件和存储器组件20是可编程的，以创建和存储用于指导射频电路10的操作的任意数量的控制程序。在本发明的一个示例中，操作控制程序22被编程为提供参数设置和可执行命令，以产生和调制以电外科器械的选定手术模式操作的波形信号。手术操作模式可以由电外科器械的使用者通过用户选择16来提供。

用户选择16的输入被用来向主处理器12发信号以使用操作控制程序22来激活特定波形的特定程序。操作控制程序22包含在主处理器12中，并且可通过固件/存储器组件20更新。用户选择16包括来自多个硬件特征的信号，包括但不限于来自电外科手持件的手持件开关的输入，来自脚踏开关的输入，来自连接的控制台的显示面板的输入，使用蓝牙或其他技术的无线信号，或上述的组合。用户选择16被输入到操作控制程序22中以确定操作参数的设置，例如波形频率，目标功率设置，单极或双极模式功率输出的选择，以及诸如CUT、CUT/COAG，COAG、HEMO、BIPOLAR HEMO、BIPOLAR TURBO、FULGURATE和其他操作模式的手术操作模式的选择。这些操作参数的设置由操作控制程序22控制，操作控制程序22将设置馈送到波形生成模块30和电源14。在本发明的另一示例中，操作控制程序22存储操作参数设置的“先前使用”设置，其中先前使用设置用于射频电路10的先前或最后操作中。操作控制程序22存储并保持每种手术操作模式的操作参数的默认设置。在一些情况下，优选的是使用先前使用设置或默认设置以用于并入射频电路10的电外科器械的操作。用于电外科器械的操作模式的用户选择的方法的各种示例在上述专利中有所描述，其全部内容并入本文以供参考。

射频电路10包括波形生成模块30，用于以可定制且可控的输出功率水平向诸如单极手持件58或双极手持件68或其他手术工具的电外科工具提供射频功率，以执行选定的外科手术操作模式。波形生成模块30利用主处理器12的示例性特征以在射频频谱中生成电波形信号，这些示例性特征诸如具有捕捉和比较模块的可编程和通用计数器和定时器阵列、集成看门狗定时器时钟、多种数字和模拟功能，包括集成数模转换器，集成的内置电压基准以及其它特征。在一个示例中，主处理器12的最大时钟速度为24.000MHz并且能够以比当前操作中的一些电外科单元高得多的速率执行指令。

在射频电路10的示例中，主处理器12的波形生成模块30具有提供不同输出频率的多个波形的能力，其中所述不同输出频率是可调节的且在200KHz至4.00MHz范围内的。应该理解，虽然可以描述用于本发明的特定频率，但是可以利用射频电路10来提供主处理器12的能力内的任何频率。

在一个优选操作模式中，波形生成模块30输出一波形，该波形为4MHz正弦波，并且可以利用该波形来用单极手持件58执行特定手术操作模式。在该示例中，波形生成模块30生成的输出波形32是连续波形。可以调制该连续波形以针对另一种手术操作模式定制波形。本发明的波形生成模块30生成宽范围的波形类型，并且在电外科器械的各种手术操作模式所利用的宽频率范围内。电波形信号的生成在图3A至图5E中有详细讨论。

输出波形32是交流信号，其首先用第一波形放大器40放大，然后将输出作为栅电压提供给功率MOSFET 44的栅偏压42。尽管本发明可采用其他放大装置，但是功率MOSFET44通过栅电压提供放大，以在输入和放大波形之间提供一致性。输出波形32的第一放大40可以使用诸如前置放大器、标准驱动器和/或变压器等组件来完成。结合功率放大器MOSFET44的变压器允许功率MOSFET 44振荡并将电压信号从较低电压升压到较高电压。

输出波形作为栅偏压42输入到功率MOSFET 44，功率MOSFET 44对由电源14提供的电压进行控制，以使输出波形32放大到电源14的电压。为了安全起见，功率MOSFET 44被功率测试电路48所监测，功率测试电路48则受主处理器12的功率测试控制24的控制。

应该理解，可以使用其他功率放大装置。射频电路利用电源14在功率MOSFET 44的漏极电路上提供输入功率36，而输出波形32提供用于在线性工作区域中操作功率MOSFET44的栅偏压42以放大波形32并产生输出射频功率46，以操作手术工具，例如电外科器械的双极手持件68或单极手持件58。

输出R射频功率46被馈送到由主处理器12的模式控制程序26控制的模式测试器电路50。模式测试器电路50利用来自模式控制程序26的设置来验证哪个功率输送模式以及哪个类型的手持件被选为外科手术模式。模式测试器电路50确认输出射频功率46适用于单极操作模式的单极变压器54，或适用于双极操作模式的双极变压器64。在确定适当功率模式的方法中，模式控制程序26接收来自单极或双极操作模式的用户选择16的输入。模式控制程序26也可以访问默认的操作设置或存储在主处理器12的操作控制程序22中的先前使用的操作设置，以确定哪种电外科手持件模式是合适的。模式测试器电路50提供安全特征以确保输出功率46将匹配并激活所选手术手持件或电外科手术工具58和68。在本发明的另一个实施例中，模式测试器电路50和模式控制程序26被组合为一个电路单元，该电路单元包括针对选定操作模式的能力测试并且确认适当的电外科手持件针对该选择的操作模式接收输出射频功率46。在另一个实施例中，模式测试器电路50被配置为测试和验证其他类型的非手持式工具的电外科手术工具的电力输送模式。

在图1的本发明的示例中，电外科手持件可包括功率感测模块，用于监测电外科手术期间的功率使用。单极功率传感器模块56和双极感测模块66被配置为在手术过程期间测量手持件上的策略位置的电特性和物理特性，例如在靠近手持件58或68或者并入手持件58或68的一部分中以监测电外科手术的部位处的功率负载。在一个示例中，如果假定电流是恒定的，则可以在输入电源14处调整电压以补偿变化的电阻(例如，对于例如潮湿或干燥的组织)以向手术操作组织部位处的手持件中的探针或电极连接提供恒定功率或瓦数。单极功率感测模块56和双极感测模块66通过连接器72连接到功率反馈控制电路80，以向电源14提供功率使用的反馈。功率感测模块56和66可以包括电路或传感器，电路或传感器位于单极或双极手持件内，位于外部邻近手持件，或者位于在多个位置以检测反映手术部位的负载电阻和功率使用的特性，这些特性例如电流、电压、阻抗、温度和其它电或物理特性。功率感测模块56和66还可利用射频功率电路10来检测外科手术操作部位处的温度、湿度和其他物理状况。与功率感测模块56和66相关联的传感器和电路可并入外科手持件中或包括外科手持件外部的组件。由这些电路和/或传感器收集的数据经由连接器72被发送到功率反馈控制电路80，连接器72可以是硬连线连接器或无线连接。

功率反馈控制电路80可以是通过连接器82与电源14通信的独立组件或独立的一组组件。功率反馈控制电路80还可以包括主处理器12中的固件和存储器组件。功率反馈控制电路80提供瞬时功率调整以维持由电外科手持件或其他手术工具使用的期望的功率负载。在一个示例中，电极或一组电极被并入电外科手持件中以将射频功率引导至手术组织或手术身体部位的特定部分。功率反馈控制电路80被编程为提供来自功率感测模块56和66的功率使用的实时分析，并且执行算法以确定功率供应调整，并且用信号通知电源14以在输送电源14的电力到功率放大器MOSFET 44的过程中做出调整。由此调节功率放大器MOSFET 44的功率输入36以提供期望的输出功率46。

在如图2所示的替代实施例中，功率反馈控制电路80并入主处理器12中并且通过连接器88连接到功率感测模块56和66。连接器88可以位于电外壳手持件和控制台型单元之间的硬连线连接器，该硬连线连接器容纳主处理器12，或者连接器88可以是包括接收器组件的无线连接，其也容纳在控制台单元内。在该示例中，功率控制反馈电路80包括主处理器12的固件和存储器组件20，其被编程为提供用于来自功率感测模块56和66的功率使用特性的实时存储、测试、分析和调整的算法。功率控制反馈电路80通过连接器92或通过其他连接装置，例如通过主处理器12的操作参数控制程序22与电源14之间的连接15，将功率调整信号直接提供给电源14。

基于通过连接器36提供给功率MOSFET的额定电压设置，本发明的一个示例性电源14具有如表1中所述的示例性的一组范围中的电压调节能力，以保持相应手持件处的恒定的电源。

表一：

电源的额定电压	电压调节
		5V	1.5-7.5V
12V	4.5-15V
		24V	9.0-30V
48V	18-58V

除了表1的示例性设置之外，可以将来自电源14的-3.3V或-5.0V的额定电压设置增加0.5V或减少0.5V。并入本发明的射频电路10的电外科工具的射频功率输出的性能通过电源14增强，由于由功率反馈控制电路80提供的控制功能有所改进，基于功率感测模块56和66的实时输入，电源14能够在宽范围的额定电压设置上进行精确的电压调节。

输出显示器和状态控制程序28并入利用固件和存储器组件20的可编程特征的射频电路10，以向输出显示器和状态18的组件提供输出数据，所述输出数据利用射频电路向电外科器械的用户提供信息。输出显示器和状态控制程序28的组件可包括但不限于显示屏幕、灯光和警报，用于提供诸如功率电平、温度、使用时间和操作模式选择和其它操作信息等操作参数的状态信息。连接器70图示地示出了从单极手持件或工具58和双极手持件或工具68到输出显示器和状态控制程序28的连接，然而，输出显示器和状态控制程序28可以接收来自主处理器12的许多其他部件和程序的输入，以向用户提供输出状态和警报。其他示例性组件包括功率测试控制器24，模式控制程序26和操作控制程序22以及来自功率感测模块56和66、电外科工具58和68以及其他传感器的外部输入。

在本发明的一个实施例中，由射频电路10的波形生成模块30生成的射频波形的特性由用户选择的手术操作模式确定且经由用户选择16输入到主处理器12。增强射频波形生成是由本发明的射频电路10提供，用于CUT，CUT/COAG，HEMO，BIPOLAR HEMO，BIPOLARTURBO，FULGURATE，ABLATE等多种手术操作模式。

在本发明的一个示例中，可以使用射频电路10来生成连续振荡波形信号，例如射频频谱中的4MHz或1.71MHz频率正弦波。可以使用连续波形提供用于切割组织是更高的输出功率，但是它可能不提供用于止血或停止止血的最佳输出功率。通过基于时间的开启和关闭脉冲或以特定占空比循环进行调制的波形信号允许血管短暂冷却并收缩，从而阻止出血并促进凝血。

在本发明的一个实施例中，主处理器12的波形生成模块30生成宽范围频率的波形，该波形可以通过幅度调制和几乎无限范围的开启和关闭调制周期来调制，以定制输出功率，从而为止血提供有效的功率电平。波形生成模块30还针对电外科器械的单一操作模式使用波形内生成的不同频率处的脉冲调制提供波形信号的多个级别的离散“数据包”和“子数据包”。

在一个实施例中，使用本发明的射频电路10的电外科器械利用基于时间的调制来产生在某些低频处具有开和关脉冲或占空比的波形，以便在电外科器械中产生可听见的声音或嗡嗡声。被称为“Soniquence”的这种可听范围内的波形的低频调制可以向使用者或外科医生提供一可听指示器，了解电外科器械设置了哪种特定操作模式。在另一个实施例中，由本发明的波形发生器30输出的信号的频率是可调整的，并且对于单极电动手持件58而言，该频率可以在200kHz到4MHz的范围内，并且对于双极电动手持件68而言，输出频率可以在200kHz到2.0MHz的范围内。

图3A至3C是基于时间的图表，其各自与由用于CUT操作模式300的波形发生器30产生的CUT波形的产生有关。图3A示出了具有射频频谱中的频率的振荡型基极射频波形310。在一个例子中，为了执行CUT程序，已经显示出3.8至4MHz的范围对于执行该程序是有效的。图3B示出了方波占空比或第一脉冲调制315，其中波形310被打开和关闭以导致图3的波形。图3C示出了在施加基于时间的脉冲调制之后的本发明的结果CUT波形325，如图3B所示。在该示例中，CUT波形325由射频电路10生成并用于向用于CUT手术治疗的单极手术手持件提供RF电力。在本发明的一个实施例中，CUT波形325在高平均输出功率下工作，该高平均输出功率用于示例性电外科手术，例如用于切割组织。

水平时间轴302以图形方式示出了波形的时间，并且垂直电压轴304以图形方式示出了图3A和图3C中的每个波形5的电压电平。在另一个实施例中，垂直轴304示出了波形的电流或功率电平。开/关轴305示出了关于何时图3A的波形施加到外科工具的开/关占空比。时间轴302，开/关轴305以及电压轴304并不旨在按比例解释，而是提供每个波形随着时间的特性的图形表示。

图3A示出了基础射频波形310，并且在该示例中，其近似于连续4MHz正弦波，该正弦波以统一的方式波动，额定电压320高至高电压322低至低电压324。低电压324可以是低或零正电压，或者可选地，例如在交流电的情况下，其可以是负电压。电压320,322和324被显示为图形水平。

在射频基础波形310的第一调制中，波形生成模块30根据第一脉冲调制信号315的占空比来开启和关闭基极射频波形310。当电平是高的或者图示地设置到等级342时，第一脉冲调制信号315是开启的；当电平是低的或者图示地设置到等级340时，第一脉冲调制信号315是关闭的。开和关周期被施加到基础射频波形310，使得基础射频波形310在第一脉冲调制信号315的导通周期期间是开启的，而在第一脉冲调制信号315的断开周期期间是关闭的。

基础射频波形310的这种脉冲中断形成基础射频波形310的重复离散或脉冲“数据包”。由第一脉冲调制信号315形成的数据包330形成具有特定形状的调制包络，该特定形状取决于基础射频波形310的基础数据的数据包的形状。射频基础波形310的第一调制形成数据包330，每个数据包330具有矩形形状的调制包络，该矩形形状的调制包络由基础射频波形310在时间第一脉冲调制信号315开启期间在象征波形322和324之间的均匀波动所形成。在另一个实施例中，波形数据包可形成另一形状的调制包络，该另一形状的调制包络由导通周期期间的不均匀的，增加的或减小的电压或电流电平产生。可选的数据包形状可包括但不限于三角形、锯齿形、正方形、星形、阶梯形或任何其他形状。

以与第一脉冲调制信号315的频率和占空比匹配的频率和占空比重复数据包330，在该示例中，第一脉冲调制信号315特别针对CUT操作模式。CUT模式对于分割和切割组织是理想的，且已经发现本文所述的特定波形和频率(尽管可能使用其他波形和频率)对该手术有利。更具体地，ON/OFF的占空比在最大功率的正弦ON状态到关闭状态之间迅速切换，由此增强了切割。完成第一脉冲调制信号315的一个ON和OFF周期或时段312的时间是13.3毫秒，在一个示例中，其接近75Hz频率。第一脉冲调制信号315的导通周期314的持续时间是12.7毫秒，而断开周期316的持续时间是0.6毫秒，使得信号以96％的开启和关闭的4％的96％的近似占空比工作。类似地，CUT波形325具有13.3毫秒的时段312，12.7毫秒的导通周期314，0.6毫秒的断开周期，近似于75Hz的频率和96％的占空比。ON/OFF占空比提供了一个时间窗口，在没有电压施加到外科手术区域且没有手术器械的干扰会阻碍测量情况下，可以从该时间窗口获得反馈、测量结果(包括本文所述的那些测量结果)。在一个示例中，这样的窗口通过90-98％的占空比以37Hz至75Hz的频率实现。

在示例性实施例中，射频电路10的CUT波形325以120瓦的最大平均功率和100％的平均峰值功率比操作，以向单极手持件或单极工具58提供电力以执行电外科切割手术。虽然CUT波形325为电外科器械提供高功率设置，但应该理解的是，可以使用其他波形频率和占空比设置，并且除了正弦波或振荡波形以外还可以使用其他波形。利用本发明的射频电路10所描述的部件可以实现包括200瓦的功率设置。

图4A至图4H示出了基于时间的图表，其各自与用于操作400的CUT/COAG模式或混合模式(为了说明的目的，CUT/COAG将被视为BLEND)的CUT/COAG或混合波形的生成相关。CUT/COAG操作模式400采用多级波形调制。在CUT/COAG模式中，外科医生希望既切割组织又凝结成快速切割和凝结或烧灼组织区域。因此，在正常开启状态期间的快速关闭有助于在开启状态期间提供非常快速的间歇冷却时间，并且还将穿透的深度最小化以防止组织区域的燃烧。示例性CUT/COAG操作模式的波形设计也被称为“脉冲混合”。

在一个实施例中，CUT/COAG操作模式400最初利用与CUT模式300的CUT波形325相同的波形，但是随后通过重复开启和关闭或脉冲调制进一步调制，以在开启状态期间产生提供快速间歇冷却时间的波形。图4B至图4D示出了第二级调制，图4E至图4H示出了当前发明400的CUT/COAG波形的生成中的第三级调制。

就像在先前描述的CUT波形325的图3C中示出的那样，图4A示出了用时间轴302图示地示出的射频基础波形320的示例性数据包330。同样，CUT/COAG波形325具有13.3毫秒的时段312，12.7毫秒的导通周期314，0.6毫秒的断开周期，近似于75Hz的频率和96％的占空比。

为了说明第二级调制，应用于数据包330的时间的象征“放大”，使得图4B示出了相对于时间轴402的数据包330的较小的“放大”的部分。时间轴402表示数据包330内的一小部分时间。波形生成模块30生成图4C的第二脉冲调制信号415，该第二脉冲调制信号415在导通周期314期间被施加到数据包330内的基础射频波形310。第二脉冲调制415被图示为具有在时间轴402上形成脉冲的ON/OFF状态405的基于时间的重复占空比的方形波形。第二脉冲调制信号415在电平高(图示地设置为等级442)时开启，而在电平低时(图示地设置为等级440)关闭。该额外的开启和关闭循环被应用于数据包330，使得基础射频波形310在第二脉冲调制信号415的导通周期414期间开启并且在第二脉冲调制信号415的断开周期416期间关闭。基础射频波形310的脉冲中断形成重复的子数据包430，每个子数据包430数据包330内的基础射频波形310的离散子数据包。在这个示例中，每个子数据包430还具有一矩形调制包络，其由在象征电压322和324之间的基础射频波形310的均匀波动所形成。

子数据包430在与第二脉冲调制信号415的频率与占空比相匹配的频率与占空比重复，所述第二脉冲调制信号415具体指的是CUT/COAG操作模式400。在该实施例中，第二脉冲调制信号415完成一个ON及OFF循环的时间或周期412是0.093兆秒，频率近似于10.7kHz。第二脉冲调制信号415的ON循环414的持续时间是0.069兆秒，且OFF循环416的持续时间是0.024兆秒，因此信号415的占空比接近74％，其中ON占74％，OFF占26％。同样地，每个CUT/COAG波形425的子数据包430的周期412是0.093兆秒，ON循环414是0.069兆秒，OFF循环是0.024兆秒，且频率接近10.7kHz，占空比接近74％。本领域的技术人员应当知道的是也可以使用其它波形频率、占空比及调制包络特征。例如，在其它实施例中，周期412是0.069兆秒，频率接近14.5kHz，具有74％的占空比。在一个方面，已经发现3kHz至19kHz的频率及1-90％的占空比提供了一些有益特性。具体地，在该频率范围内，射频电流的渗透被最小化从而能够使燃烧减小到最低程度。此外，占空比提供令人满意的间距以允许烧灼。最后，该频率产生了可听得见的嗡嗡声，因此外科医生能够通过聆听确定在操作的手术设备是何种模式。随着占空比从1％变到90％，产生的波形会更多地从血液移动到切割部位。

在图4D中，子数据包430在整个数据包330的ON周期314持续期间，以10.7kHz的频率进行重复和有序输出。在本发明的一些实施例中，当数据包330的ON周期314结束时，子数据包430的重复也停止，此时，OFF循环部分316被执行直到波形325的单个周期312结束，并且子数据包430的重复过程也随着数据包330的ON循环的下一次发生的开始而再次开始。对频率为10.7kHz的子数据包430的重复进行定时以适应较慢的75Hz的数据包330。对于周期为12.7兆秒的示例性数据包330，通过波形生成模块30将会产生大约136.6个周期为0.093兆秒的子数据包430。即使基础射频波形310在如本实施例所述的OFF循环316期间是断开的，也应当理解的是，还可以实施进一步的调制并且在OFF循环316期间可能产生含有射频波形310的波形信号，从而为电外科工具提供特定的功率水平。

图4E至4H示出了与CUT/COAG操作模式400的CUT/COAG波形的生成相关的基于时间的图。图4E至4H示出了对波形施加第三级电平的调制的示例。为了连续性，图4E示出了具有如图4D所示的时间轴402的波形425的子数据包430的示例。为了说明第三级电平调制，对子数据包430进行时间的“放大”，因此图4E描绘了具有时间轴502的局部子数据包430的放大部分。因此，时间轴502代表了在子数据包430内的一小部分时间。波形生成模块30生成如图4G的第三脉冲调制信号515，所述第三脉冲调制信号515用于在ON循环414期间被施加于子数据包430内的基础射频波形310。第三脉冲调制515被描绘成具有重复的、基于时间的ON/OFF状态505的占空比的方形波形。当电平高时(图示性地电平542)第三脉冲调制信号515导通，当信号电平低时(图示性地电平540)断开。这种导通断开循环被施加于子数据包430，使得基础射频波形310在第三脉冲调制信号515的ON循环514期间导通，在OFF循环期间基础射频波形310断开。基础射频波形310的这种脉冲中断形成在子数据包430中被称为“二级子数据包530”或“子数据包530”的又一层次重复的子数据包530。在该实施例中，每个“子子数据包530”也具有矩形形状，其由基础射频波形310在图示性电压322和324之间的均匀波动形成。可以实施多级调制且编程波形的多个“N”级子数据包或“N个子数据包”来为电外科手持件提供精细调整的功率水平。

二级子数据包530以与第三脉冲调制信号515相匹配的频率和占空比的频率和占空比重复，所述第三脉冲调制信号515具体指的是CUT/COAG操作模式400。第三脉冲调制信号515完成一个ON及OFF循环的时间或周期512是0.0005兆秒，频率近似于2MHz。第三脉冲调制信号515的ON循环514的持续时间是0.00025兆秒，且OFF循环516的持续时间是0.00025兆秒，因此该信号的占空比接近50％，其中ON占50％，OFF占50％。同样地，如CUT/COAG波形525中所示的每个二级子数据包530的周期512是0.0005兆秒，ON循环514是0.00025兆秒，OFF循环516是0.00025兆秒，且频率接近2MHz，占空比接近50％。本领域的技术人员应当认识到的是也可以使用其他波形特征。

在图4H中，二级子数据包530在整个子数据包430的ON周期414持续期间，以2MHz的频率进行重复和有序输出。在该实施例中，当如图4E所示的子数据包430的ON周期314结束时，二级子数据包530的重复也停止，此时，子数据包的OFF循环部分416被执行直到波形425的单个周期412结束。二级子数据包530的重复过程随着子数据包430的下一次发生的开始而再次开始。对频率为2MHz的二级子数据包530的重复进行定时以适应较慢的10.7kHz的子数据包430和仍然较慢的75Hz数据包310。对于周期为0.093兆秒的示例性子数据包430，通过波形生成模块30将会产生大约372个周期为0.00025兆秒的二级子数据包530。即使基础射频波形310在如本实施例所述的OFF循环316、416、516期间是断开的，也应当理解的是，在这些OFF循环期间可以利用波形信号，来为电外科工具提供特定的功率水平。

在该实施例中，用于CUT/COAG操作模式400的CUT/COAG波形由射频电路10生成，并且被用来为单极外科手持件提供射频功率，从而在一次手术过程中用于结合组织的切割和止血的CUT/COAG手术程序。在一个实施例中，CUT/COAG模式400以最大功率84瓦和平均峰值功率比70％运行，这对于提供切割和凝结能力的电外科手术程序可能是需要的。应当理解的是，也可以使用其他波形来提供手术CUT/COAG程序所需的波形信号。

在本发明的另一个实施例中，波形生成模块30为HEMO操作模式提供波形。在一个实施例中，HEMO操作模式采用多级波形调制。在HEMO模式中，外科医生期望用脉冲信号包的组合来首要地快速地凝固或烧灼组织区域，所述脉冲信号包的组合用于凝结被称为“脉冲凝结”。在一个实施例中，HEMO操作模式采用具有不同波形占空比频率的两个调制级别。

一个示例HEMO操作模式采用基础射频波形310，其具有振荡波形且频率为4MHz，一个占空比为96％的一级调制和一个占空比为50％的二级调制，并且具有下列示例性条件：

HEMO：

一级调制数据包周期312	13.3兆秒
		一级调制数据包ON循环314	12.7兆秒
一级调制数据包OFF循环316	0.6兆秒
		二级调制子数据包周期412	0.093兆秒
二级调制子数据包ON循环414	0.0465兆秒
		二级调制子数据包OFF循环416	0.0465兆秒

在一个示例性的实施例中，HEMO波形以最大平均功率60瓦且平均峰值功率比35％来运行，以为单极手持件或单极工具58提供功率。

在本发明的另一个实施例中，利用射频电路10为两极手持件68提供功率。在这样一个实施例中，波形生成模块30为使用基础射频波形频率的两极HEMO操作模式提供波形信号，所述使用的基础射频波形频率低于用于单极功率的频率，但仍然使用一个或多个级别的波形调制来为两极HEMO操作模式提供波形信号。一个示例性的两极HEMO操作模式采用一个基础射频波形310，其具有振荡波形且频率为1.7MHz，使用具有占空比近似于48％至50％，频率近似于37.5Hz的一级调制，并使用下列条件：

两极HEMO

一级调制数据包周期312	26.6兆秒
		一级调制数据包ON循环314	12.7兆秒
一级调制数据包OFF循环316	13.9兆秒

在一个示例性实施例中，双极HEMO波形以40瓦的最大平均功率和35％的平均峰值功率比运行，以向双极手持件68或其他双极工具提供电力。

在本发明的另一个实施例中，利用射频电路10的波形生成模块30来为双极TURBO操作模式提供波形。示例性双极TURBO操作模式采用具有频率为1.7MHz的振荡波形的基础射频波形310，并且使用以下条件利用具有96％占空比的一个级别的调制：

双极HEMO

在示例性实施例中，双极TURBO波形以120瓦的最大平均功率运行，以向双极手持机或双极工具68提供电力。本发明的波形的另一示例针对双极手术操作模式提供了90瓦的最大平均功率。

图5A到图5E是基于时间的图表，其每各自与用于操作模式700的三角波形的产生有关。垂直轴704以图形方式示出了电压电平，而水平时间轴702以图形方式示出了用于图5A、图5C和图E5的波形的时间。在另一个实施例中，垂直轴704示出波形的电流或功率电平。时间轴702和电压轴704不旨在按比例解释，而是提供图5A、图5C和图E5中每个波形的特性的图形表示。

图5A示出了具有射频频谱中的频率的振荡波形，基础射频波形610。图5B示出了三角形调制信号615，其由随时间变化的幅度705或电平的基于时间的、重复信号形成。三角调制信号615图示地示出了时间轴702和幅度轴705上的调制效果，其用于调制基础射频波形610以提供图5C的三角波形625。三角调制信号615具有从上等级642降幅至下等级640的重复的三角形的形式和以调节基础射频波形610，以形成随时间减少的电压704的重复信号这样的方式被施加到基础射频波形610。该射频基础波形的第一调制610形成数据包630，每个数据包具有一三角形调制包络630，该三角形调制包络630是通过将波形710的幅度或电压从象征最高等级622减小至象征最低等级624而形成的。低电压624可以是低或零正电压，或者可选地，例如在交流电的情况下，其可以是负电压。三角波形625示出了具有三角形形状的数据包630或调制包络的波形，其以间隔或时段612进行重复。在该示例中，三角波形625在导通周期部分614期间是开启的，在断开周期部分616期间是关闭的。在该示例中，断开周期等值设置为电压电平624，该电压电平624可以使零电压值或者可以根据需要设定为任何其他电压值，用于向电外科工具提供特定的输出功率电平。

在三角波形625的第二级调制中，图5D示出了用于调制三角波形625的方波占空比715。当开/关轴805的信号电平是高的时候(图示为电平752)，方波占空比715是开启的，当该信号电平是低的时候(图示为电平750)，方波占空比715是关闭的。这种开启和关闭循环被应用于三角波形625，使得波形710在方波调制信号715的导通周期714期间开启，并且在断开周期716期间关闭。三角波形625的该脉冲中断形成离散的重复的子数据包730。图5E示出了在方形调制信号715的基于时间的脉冲对三角波形625进行第二次调制之后的本发明的波形725。每个子数据包730具有一非均匀的形状，该非均匀的形状由三角形数据包630的脉冲中断所形成。在该示例中，具有时段712，导通周期714和断开周期716的非均匀子数据包730由射频电路10生成，且该子数据包730用于向用于示例性手术治疗的手术手持件提供射频功率。照此，波形生成模块30可用于生成具有广泛特征的波形，这些特征包括几乎无限数量的数据包形状、调制包络形状、脉冲频率和调制等级。

图6图示了功率感测电路56和66的实时反馈系统的稳定效果，其中功率感测电路56和66向功率反馈控制电路80提供数据以调整电源14。图6的X轴表示在0到约2000欧姆的Log10基本等级上以欧姆测量的负载电阻。在一个示例中，直接在功率感测电路56和66处测量负载电阻。在另一个示例中，使用由功率感测电路56和66收集的数据计算负载电阻，然后与功率反馈控制电路80的逻辑或算法程序组合。图6的Y轴表示由射频电路10输出且正如例如由功率MOSFET44的输出信号46所产生的功率(用瓦特表示)。应该理解的是，可以使用其他测量点来相对于负载电阻对本发明的电流的输出功率进行检测和表征。

图6的图表上用线标出的数据表示本发明的电外科工具的特定外科手术模式。

例如，图线802表示如图3A和3C所讨论的示例性CUT操作模式300的功率负载对功率输出。图线804表示如图4A至4H所讨论的示例性CUT/COAG操作模式400的功率负载对功率输出。图线806表示示例性HEMO模式并且图线808表示电外科手术的示例性FULGURATE模式。图6示出了在变化的负载电阻值上产生的通常恒定的功率输出。在y轴上以不同的输出功率电平(瓦特)运行时，这些图线中的每一条都是稳定的，如果在x轴的变化负载电阻(欧姆)上不平坦，则说明如由本发明的功率反馈电路80所提供的那样对电源14的实时调整产生稳定的目标性的影响。

在本发明的射频电路10的操作的示例中，外科医生或用户可以提供用户选择16作为用于操作手术器械的多个操作参数的输入。操作参数可以包括但不限于手术操作模式、功率设置和功率模式。在一个示例中，通过对用户选择16的输入，例如激活手持件上的手指开关，激活脚踏开关，或通过触摸输入屏幕上的触摸屏特征或按钮，来将操作参数传送到电外科器械。用户选择16被传送到主处理器12的操作控制程序22并被用于执行用于由波形生成模块30生成波形信号的存储的控制程序。在一个示例中，用户选择16用单极手持件在期望的功率设置处输入CUT手术操作模式，且波形生成模块30生成如图3A至3C所述的CUT波形435。在操作的另一示例中，用户选择16已经利用单极手持件选择了CUT/COAG手术操作模式，波形生成模块30生成如图4A至4H所述的CUT/COAG波形400。应该理解的是，可以存储和执行任何数量的程序，以基于用户选择16产生任意数量的波形信号。

基于用户选择16的输入，波形生成模块30输出用于放大的选择的波形信号40，并且向功率放大MOSFET 44输入栅偏压42信号。同时，操作控制程序22检测所选择的功率电平并与电源14进行通信，以向功率MOSFET44提供适当的电源14电平以放大输出波形信号34。在模式测试50处测试来自功率放大器MOSFET44的输出射频功率46，以验证正确的单极或双极手持件将基于输入到模式控制程序26的用户选择16被激活。模式测试50验证输出射频功率46与模式控制程序26参数的预期值相匹配。根据选择和验证的功率模式，功率信号52或62然后被馈送到单极变压器54或双极变压器64。在每种情况下，变压器54或64将电力输送到相关的电外科手持件58或68或手术工具以供在执行选择的手术过程中使用，其中选择的手术过程例如CUT、CUT/COAG、脉冲混合或其他选择的操作模式。在本发明的另一个示例中，在功率信号52或62激活至手持件58或68之前，可能需要来自用户选择16的附加输入，诸如来自按钮激活的输入信号或来自脚踏开关的输入信号。

在操作中时，示例性单极感测电路56或双极感测电路66在手术过程期间收集与电外科手持件的功率电平和负载电阻有关的测量数据。所收集的读数被馈送到功率反馈控制电路80用于分析和与目标功率电平进行比较。需要时，功率调整控制信号从反馈控制电路80发送到电源14。来自功率感测电路56或66的参数测量数据被连续发送到功率反馈控制电路80，用于确定任何功率调节，然后将其馈送到电源14以提供连续匹配电外科手持件处的期望功率水平的输出功率水平。

在一个实施例中，输出显示器和状态组件18从输出显示器和状态控制程序28以及功率感测电路56或66接收数据，以提供操作状况和警报的实时状态，从而将当前信息提供给电外科器械的外科医生或使用者。

在本说明书中，可参考附图描述各种优选实施例。然而，显而易见的是，在不脱离接下来权利要求中所述的本发明的更宽泛的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变，且可以实施额外的实施例。因此，本发明不应被解释为限于特定实施例，并且说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。

应该理解的是，本文描述的系统和方法具有广泛的应用。为了说明方法和装置的原理以及一些实际应用，所以选择和描述了前述实施例。前面的描述使得本领域的其他技术人员能够利用各种实施例中的方法和装置并且利用适合于预期的特定用途的各种修改。根据专利法规的规定，已经在示例性实施例中解释和说明了本发明的原理和操作模式。

旨在通过以下权利要求限定本发明的方法和设备的范围。然而，必须理解的是，在不脱离其精神或范围的情况下，可以以不同于具体解释和说明的方式来实施本发明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离如下权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以在实践权利要求时采用本文所述实施例的各种替代方案。本发明的范围不应参考上面的描述来确定，而是应该参考所附权利要求以及这些权利要求有权享有的等同物的全部范围来确定。预期并意图未来的发展将在本文讨论的技术中发生，并且所公开的系统和方法将被并入到这样的未来示例中。此外，权利要求中使用的所有术语旨在给予本领域技术人员所理解的其最广泛的合理构造和其普通含义，除非在此作出相反的明确指示。具体地，除非权利要求列举相反的明确限制，否则应使用单数冠词如“一个”，“该”，“所述”等来叙述一个或多个所指示的元件。意图以下权利要求限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和装置及其等同物。总之，应该理解，本发明能够进行修改和变化，并且仅由以下权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种产生RF功率的装置，用于电外科器械，所述装置的特征在于：

一控制器，其被编程为生成具有在200kHz至4MHz之间的一振荡波形的电信号，并且被编程为在37Hz至75Hz之间的频率，在90％和98％之间的占空比，在多个ON和OFF状态之间调制所述振荡波形，以在多个ON状态中创建波形的离散分组；

一放大器，与所述电波形通信连接，所述放大器放大所述波形以产生一输出电信号；以及

一电外科连接器，其被配置为接收一电外科器械并将所述输出电信号传递至所述电外科器械；其中所述振荡波形具有RF频谱中的频率，并且其中创建所述离散分组的多个ON和OFF状态具有比所述振荡波形更小的频率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

控制器被配置为在SUB ON和SUB OFF状态之间调制每个离散分组以形成波形的多个子离散分组；并且SUB ON和SUB OFF状态的频率在3kHz和19kHz之间，占空比在1％和90％之间。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置为在SUB ON和SUB OFF状态之间调制每个离散分组以形成波形的多个至少第一级子离散分组。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振荡波形是在第一最小电压电平与第一最大电压电平之间波动的交变正弦波。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述振荡波形具有200kHz与4MHz之间的频率。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，创建所述离散分组的所述多个ON和OFF状态具有在37Hz至75Hz之间的频率。

7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，创建所述子离散分组的多个SUB ON和SUBOFF状态具有小于所述振荡波形并且大于所述离散分组的频率。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器被配置为，调制在第二电平SUBON与第二电平SUB OFF状态之间的子离散分组中的每一个，以在每个子离散分组中形成多个第二级子离散分组。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，创建所述第二级子离散分组的所述多个第二级SUB ON和第二级SUB OFF状态具有小于所述振荡波形并且大于所述子离散数据分组的频率。

10.如权利要求1所述的设备，还包括：

电外科工具；

至少一个感测装置，布置在所述电动工具内，所述感测装置被配置为收集来自所述电动工具的电功率使用信号，所述电功率使用信号表示由所述电外科器械分配至手术区域的功率量；以及

一反馈电路，与感测装置电连接，以接收电功率使用信号并调整至电外科器械的输出信号，以保持手术区域的功率量基本恒定。