CN109219411B - 电外科发生器 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生射频(RF)电磁(EM)能量和微波EM能量的电外科发生器，包括：微波源，所述微波源用于产生微波信号；微波信道，所述微波信道用于输送来自所述微波源的所述微波信号以从所述发生器进行输出；RF信道，所述RF信道用于输送RF信号以从所述发生器进行输出；以及微波至RF转换器，所述微波至RF转换器是可连接的以接收所述微波信号，所述微波至RF转换器被布置成：从所述微波信号产生所述RF信号；以及将所述RF信号递送至所述RF信道。

Description

电外科发生器
技术领域
本发明涉及其中使用射频能量和微波频率能量来处理生物组织的电外科设备。明确地说，本发明涉及能够产生用于切割组织的射频(RF)能量和用于止血(即，通过促进血液凝结而密封破了的血管)或组织消融的微波频率能量的外科设备。
发明背景
外科切除是从人体或动物体内移除器官的部分的手段。此类器官可能是血管丰富的。当切割组织(分割或横切)时，被称作微动脉的小血管会受损或破裂。初始出血之后是凝血级联，其中血液变成血块以试图塞住出血点。在手术期间，希望患者失去尽可能少的血液，所以已开发出各种装置来试图提供无血切割。对于内镜手术，也不希望出血发生并且没有尽早或以应急方式得到处理，因为血流可能会妨碍实施手术者的视觉，这可能会导致需要终止手术并且改为使用另一种方法，例如，开放性手术。
代替锋利的刀片，已知使用射频(RF)能量来切割生物组织。使用RF能量进行切割的方法使用以下原理来操作：在电流穿过组织基质(借助于细胞的离子内含物)时，对穿过组织的电子流的阻抗会产生热。当对组织基质施加纯正弦波时，在细胞内会产生足够的热来使组织的水分蒸发。因此细胞的内压显著升高，这无法由细胞膜控制，从而导致细胞破裂。当这在宽区域内发生时，可以看到组织已被横切。
虽然以上原理在无脂肪组织中精妙地起作用，但是在脂肪组织中效率较低，因为存在较少的离子成分来帮助传递电子。这表示使细胞的内含物蒸发所需的能量大得多，因为脂肪的蒸发潜伏热远大于水的蒸发潜伏热。
RF凝结是通过对组织施加较低效率的波形来操作，借此代替被蒸发，将细胞内含物加热至约65℃。这通过失水来使组织干燥并且还使血管壁和组成细胞壁的胶原蛋白中的蛋白质变性。使蛋白质变性充当凝结级联的刺激物，因此增强凝块。同时，使壁中的胶原蛋白变性并且从棒状分子变为卷曲，这样导致血管收缩并且大小减小，为血块给予锚点，并且要塞住较小的区域。
然而，在脂肪组织存在时，RF凝结效率较低，因为电效应减小。因此可能非常难以封住脂肪出血处。替代具有干净的白边，组织具有发黑、灼烧过的外观。
实际上，RF装置可以使用具有中等的波峰因数的波形来操作，所述波峰因数是在切割输出与凝结输出的中间。
GB 2 486 343公开一种用于电外科设备的控制系统，其中基于输送至探针的RF能量的经采样的电压和电流信息以及输送至探针以及从探针输送的微波能量的经采样的正向和反射功率信息来设置递送至探针的RF能量与微波能量的能量递送分布。
图1示出如GB 2 486 343中陈述的电外科设备400的示意图。所述设备包括RF信道和微波信道。所述RF信道含有用于产生和控制处于适合于处理(例如，切割或失水)生物组织的功率电平的RF频率电磁信号的部件。所述微波信道含有用于产生和控制处于适合于处理(例如，凝结或消融)生物组织的功率电平的微波频率电磁信号的部件。
微波信道具有微波频率源402，后面跟有功率分配器424(例如，3dB功率分配器)，所述功率分配器将来自源402的信号分割到两个分支中。从功率分配器424分出的一个分支形成微波信道，所述微波信道具有：功率控制模块，所述功率控制模块包括经由控制信号V10由控制器406控制的可变衰减器404和经由控制信号V11由控制器406控制的信号调制器408；以及放大器模块，所述放大器模块包括用于产生正向微波EM辐射以从探针420以适合于处理的功率电平递送的驱动放大器410和功率放大器412。在放大器模块之后，微波信道以微波信号耦合模块(其形成微波信号检测器的部分)继续，所述微波信号耦合模块包括：循环器416，所述循环器被连接以沿着其第一端口与第二端口之间的路径将来自源的微波EM能量递送至探针；处于循环器416的第一端口处的正向耦合器414；以及处于循环器416的第三端口处的反射耦合器418。在穿过反射耦合器之后，来自第三端口的微波EM能量被吸收在电力切断负载422中。所述微波信号耦合模块还包括经由控制信号V12由控制器406操作的开关415，所述开关用于将正向耦合信号或反射耦合信号连接至外差接收器以进行检测。
从功率分配器424分出的另一个分支形成测量信道。所述测量信道绕过了微波信道上的放大装置，并且因此被布置成从探针递送低功率信号。在这个实施方案中，经由控制信号V13由控制器406控制的主信道选择开关426可操作以选择来自微波信道或测量信道的信号来递送至探针。高带通滤波器427连接在主信道选择开关426与探针420之间以保护微波信号发生器免受低频率RF信号影响。
测量信道包括被布置成检测从探针反射的功率的相位和量值的部件，所述相位和量值可以得到关于材料(例如，存在于探针的远端处的生物组织)的信息。测量信道包括循环器428，所述循环器被连接以沿着其第一端口与第二端口之间的路径将来自源402的微波EM能量递送至探针。将从探针返回的反射信号引导至循环器428的第三端口中。使用循环器428来提供正向信号与反射信号之间的隔离以促进精确的测量。然而，由于循环器不提供其第一端口与第三端口之间的完全隔离，即，正向信号中的一些可能会闯入到第三端口并且干扰反射信号，因此使用载波抵销电路，所述载波抵销电路将正向信号(来自正向耦合器430)的一部分注射回到来自第三端口的信号中(经由注射耦合器432)。载波抵销电路包括相位调整器434以确保所注射的部分与来自第一端口的闯入到第三端口中的任何信号180°异相，以便将其抵销。载波抵销电路还包括信号衰减器436以确保所注射部分的量值与任何闯入信号相同。
为了补偿正向信号的任何漂移，在测量信道上设有正向耦合器438。正向耦合器438的耦合输出和来自循环器428的第三端口的反射信号连接至开关440的相应输入端子，所述开关经由控制信号V14由控制器406操作以将耦合正向信号或反射信号连接至外差接收器以进行检测。
开关440的输出(即，来自测量信道的输出)和开关415的输出(即，来自微波信道的输出)连接至辅信道选择开关442的相应输入端子，所述辅信道选择开关经由控制信号V15由控制器406结合主信道选择开关来控制以确保在测量信道对探针供应能量时测量信道的输出连接至外差接收器并且在微波信道对探针供应能量时微波信道的输出连接至外差接收器。
使用外差接收器来从由辅信道选择开关442输出的信号提取相位和量值信息。在此系统中示出了单外差接收器，但是在必要时可以使用用于在信号进入控制器之前将源频率向下混合两次的双外差接收器(含有两个本地振荡器和混频器)。外差接收器包括用于将由辅信道选择开关442输出的信号向下混合的本地振荡器444和混频器448。选择本地振荡器信号的频率，使得来自混频器448的输出处于适合于在控制器406中接收的中间频率。提供带通滤波器446、450来保护本地振荡器444和控制器406免受高频率微波信号影响。
控制器406接收外差接收器的输出并且根据所述输出来确定(例如，提取)指示微波信道或测量信道上的正向信号和/或反射信号的相位和量值的信息。可以使用此信息来控制微波信道上的高功率微波EM辐射或RF信道上的高功率RF EM辐射的递送。如上文所讨论，用户可以经由用户接口452与控制器406交互。
图1中所示的RF信道包括连接至门驱动器456的RF频率源454，所述门驱动器经由控制信号V16由控制器406控制。门驱动器456供应用于RF放大器458的操作信号，所述RF放大器是半桥布置。半桥布置的漏电压可经由可变DC供应器460来控制。输出变压器462将所产生的RF信号传送至某线路上以递送至探针420。低通、带通、带阻或陷波滤波器464连接在该线路上以保护RF信号发生器免受高频率微波信号影响。
电流互感器466连接在RF信道上以测量递送给组织负载的电流。使用分压器468(所述分压器可以是从输出变压器分接出)来测量电压。来自分压器468和电流互感器466的输出信号(即，指示电压和电流的电压输出)在通过相应的缓冲放大器470、472和电压钳位齐纳二极管474、476、478、480调节之后(在图1中示出为信号B和C)直接连接至控制器406。
为了得到相位信息，所述电压信号和电流信号(B和C)还连接至相位比较器482(例如，异或门)，所述相位比较器的输出电压由RC电路484整合以产生与电压波形与电流波形之间的相位差成比例的电压输出(在图1中示出为A)。此电压输出(信号A)直接连接至控制器406。
微波/测量信道和RF信道连接至信号组合器114，所述信号组合器沿着电缆组件116将两种类型的信号单独地或同时地输送至探针420，从所述探针，所述信号被递送(例如，辐射)到患者的生物组织中。在WO 2014/049332中公开一种合适的信号组合器。
发明内容
最一般来说，本发明提出一种电外科发生器，在所述电外科发生器中，从信号频率源得到微波信号与RF信号。此类发生器可以能够以适合于切割(例如，切除或剖切)或凝结的波形来递送RF能量以及递送适合于凝结、消融或测量的微波能量。本发明可以实现在多频率电外科系统中所需的部件的数目的减少。这可以降低制造成本，并且还可以促进较小尺寸的装置(例如，便携式或手持式电外科发生器)的制造。
根据本发明，提供一种用于产生射频(RF)电磁(EM)能量和微波EM能量的电外科发生器，所述发生器包括：微波源，所述微波源用于产生微波信号；微波信道，所述微波信道用于输送来自所述微波源的所述微波信号以从所述发生器进行输出；RF信道，所述RF信道用于输送RF信号以从所述发生器进行输出；微波至RF转换器，所述微波至RF转换器是可连接的以接收所述微波信号，所述微波至RF转换器被布置成：从所述微波信号产生所述RF信号；以及将所述RF信号递送至所述RF信道。在此布置中，使用相同的能量源(微波源)来产生所述RF信号和所述微波信号。这表示在发生器装置中仅需要排列单个功率源，与已知系统相比，这样可以减少部件的数目。
所述微波源可以包括(例如)能够在单个稳定微波频率下输出具有100W或更多的功率的微波能量的功率放大器。
所述微波至RF转换器可以包括：RF切换单元，所述RF切换单元被布置成将RF特性引入到所述微波信号中；以及整流单元，所述整流单元用于在保持所述RF特性的同时对所述微波信号进行整流，其中从所述整流单元的输出端获得所述RF信号。可以以确保在所述微波信号中不会丢失功率或丢失可忽略量的功率的方式来引入RF特性。举例来说，RF切换单元可以是能够快速地进行切换的调制器，例如，使用快速切换的PIN二极管或类似者实施的调制器，或者可以是使所述微波信号在不同的目标之间交替的SPDT开关。
所述整流单元被布置成将微波(即，GHz级频率)信号转换成DC信号。通过将RF特性作为微波信号内的基本上瞬时的开-关转变来引入，微波信号的整流可能会对RF特性有很少影响或没有影响。在此阶段保持RF特性使得能够使用所述RF特性来提取RF信号的所要波形。在本文中给出的实例中，输出RF信号可以具有正弦形，即，可以基本上是单个稳定频率。
所述整流单元可以作为用于所述微波信号的全波整流器来操作，使得可以利用整个微波波形。
所述RF特性可以包括具有在100kHz与300MHz之间，优选是400kHz的单个频率的主RF分量。所述RF切换单元可以在所述主RF分量频率下操作。
在一个实例中，所述RF切换单元可以包括用于在小于300MHz的频率下对所述微波信号施以脉冲的调制器。所述调制器可以被布置成按50％的占空比来操作。此设置可以最大化所得方波中的基频(其可以对应于主RF分量)的振幅。
在另一个实例中，所述整流单元可以包括第一整流器和第二整流器，并且所述RF切换单元可以被布置成在小于300MHz的频率下使所述微波信号在所述第一整流器与所述第二整流器之间交替。所述微波至RF转换器可以被布置成由从所述第一整流器和所述第二整流器输出的整流信号形成复合的整流信号。在一个实例中，所述第一整流器和所述第二整流器的极性可以是相反的，使得所述复合信号是具有所述第一整流器或第二整流器独自的振幅的两倍的振幅的方波。
所述微波至RF转换器可以包括滤波单元，所述滤波单元被布置成从所述整流单元的输出去除不想要的频率分量。换句话说，所述滤波单元可以被布置成从所述整流单元的输出选择所要的频率或窄频带。在所述输出是方波的情况下，所述滤波单元可以被布置成从所述信号去除较高谐波。所述RF信号可以因此主要基于所述方波的基频。
为了实现所述RF信号的所要电压电平，所述微波至RF转换器可以包括设置变压器。
所述发生器可以被配置成单独地，例如，以互斥方式，来递送所述微波能量和所述RF信号。所述发生器可以因此包括用于将所述微波信号选择性地引导至所述微波信道或所述微波至RF转换器的开关。
所述发生器可以包括用于将所述微波信号和所述RF信号朝向所述递送探针输送的共同输出信道。可以提供将所述微波信道和所述RF信道连接至所述共同输出信道的信号组合器。所述信号组合器可以是开关或双工器。
所述发生器的操作可以由控制器(例如，微处理器或类似者)管理。所述控制器可以被布置成(例如)通过将适当的控制信号发送至所述RF切换单元和/或整流单元来操作所述微波至RF转换器。
在另一个方面中，本发明提供一种用于将射频(RF)电磁(EM)能量和微波EM能量递送至生物组织中的电外科系统，所述系统包括：如上文限定的电外科发生器；以及递送探针，所述递送探针被连接以从所述电外科发生器接收所述微波信号和所述RF信号。所述递送探针可以是能够递送用于切割生物组织的RF能量和用于凝结或消融生物组织的微波能量的电外科器械。
在本说明书中，“微波”可以在广义上使用来指示400MHz至100GHz的频率范围，但优选是1GHz至60GHz的范围。已考虑的特定频率是：915MHz、2.45GHz、3.3GHz、5.8GHz、10GHz、14.5GHz和24GHz。相比之下，本说明书使用“射频”或“RF”来指示至少低了三个数量级的频率范围，例如，多达300MHz，优选是10kHz至1MHz，并且最优选是400kHz。
附图说明
在下文参看附图来详细地讨论本发明的实例，其中：
图1是用于提供微波信号和RF信号的已知电外科发生器配置的示意性系统图，并且在上文进行描述；
图2是具有微波至RF转换器的电外科发生器的示意性框图，所述电外科发生器是本发明的实施方案；
图3是可以在本发明的实施方案中使用的微波至RF转换器的部件的示意性框图；
图4是示出可以在本发明中使用的微波至RF转换器的第一实例中的信号转变的阶段的示意图；以及
图5是示出可以在本发明中使用的微波至RF转换器的第二实例中的信号转变的阶段的示意图。
具体实施方式
图2是用于产生用于处理生物组织的微波能量和RF能量的电外科设备100的示意性框图，所述电外科设备是本发明的实施方案。设备100包括用于产生具有单个稳定频率的微波信号的微波发生器102。优选频率是5.8GHz。微波发生器102可以包括在上文参看图1所讨论的微波信道上的部件。明确地说，微波发生器102可以包括能够将功率为100W的微波信号发射到具有50Ω阻抗的负载中的功率放大器。
从微波发生器102输出的微波信号由模式开关104接收，所述模式开关由控制器(未图示)控制以为所述微波信号选择路径。所述控制器可以操作模式开关104以在微波递送模式与RF递送模式之间进行选择，在所述微波递送模式下，沿着第一路径107朝向递送探针(未图示)引导微波信号，在所述RF递送模式下，沿着第二路径109朝向微波至RF转换器106引导所述微波信号，所述微波至RF转换器将所述微波信号转换成RF信号，所述RF信号沿着第三路径111朝向递送探针输送。在下文更详细地讨论微波至RF转换器106。
第一路径107和第二路径109可以由可以在低损失下输送高功率微波能量的传输线路(例如，同轴电缆或类似的)形成。类似地，模式开关104可以是同轴开关(例如，同轴信号极点、双掷开关)或类似者。第三路径111可以由适合于在低损失的情况下输送RF信号的传输线路形成。同样，同轴电缆可以是合适的。
可以使用信号组合器108来在共同的输出路径113上将来自第三路径111的RF信号或来自第二路径109的微波信号朝向递送探针输送。信号组合器108可以是开关或双工器布置，所述开关或双工器布置保护微波至RF转换器106和微波发生器102免受从探针反射回的能量影响。如果在信号组合器108中使用开关，那么开关可以与模式开关104同步地由控制器操作。
递送探针可以是适合于对生物组织使用RF能量和微波能量(例如)来进行切割、凝结、测量、消融或类似者的任何电外科器械。可能的探针可见于(例如)WO 2014/006369、WO2014/184544和WO 2015/097446中。递送探针可以在开放性手术、腹腔镜手术和内镜手术中的任一者中使用。在一些实例中，信号组合器108可以被布置成将RF信号和微波信号传送至柔性馈电电缆(例如，同轴电缆)，所述电缆穿过外科镜装置的器械通道。
图3是在本发明的实施方案中使用的微波至RF转换器106的功能元件的示意性框图。可以理解，可以选择部件的多种组合来执行图3中的框的功能，并且本发明无需限于部件的任何特定组合。
微波至RF转换器106包括RF切换单元110，所述RF切换单元可以是用于对微波信号施以脉冲的调制器或用于在多个路径之间引导微波信号的开关。在下文参看图4和图5来更详细地讨论这两个替代方案。RF切换单元110操作以将RF特性引入到微波信号。RF特性包括与将从转换器106输出的RF信号的所要主频率对应的频率分量。举例来说，微波信号可以作为连续波(CW)信号输入至转换器106。RF切换单元110可以被布置成将CW微波信号转换成一个或多个脉冲微波信号，其中脉冲频率拥有RF特性。RF切换单元110可以在控制器(未图示)的控制下操作。可以使用PIN二极管来形成RF切换单元110，所述PIN二极管能够在高功率的信号下快速切换。
RF切换单元110的输出由整流单元112接收，所述整流单元被布置成对微波信号进行整流，即，将脉冲微波信号的每个脉冲的微波频率AC分量转换成DC信号。任何合适的整流器电路可以用于这个目的，但是如下文所讨论，希望转换效率较高。整流器可以包括(例如)使用肖特基二极管或类似者的反向放大器布置。整流器优选是(例如)具有全桥配置的全波整流器。此布置充分利用了微波信号，这样可以帮助获得具有所要电压的RF信号。整流单元112可以包括(例如)由分路连接至整流器输出端的变容二极管或类似者提供的平流电容器布置。
整流单元112的输出由滤波单元114接收，所述滤波单元被布置成从整流信号提取所要RF信号。所述整流信号可以类似于方波，即，处于由RF切换单元110引入的RF频率的开启和关闭脉冲的序列。滤波单元114可以被布置成去除整流信号的较高谐波内容以产生输出RF信号，所述输出RF信号的主要构成是处于基频的正弦波。
滤波单元的输出由变压器单元116接收，所述变压器单元的功能是将RF信号的电压设置为使用时的所要电平。任何常规的设置变压器配置可以用于这个目的。在一个实例中，设置变压器可以合并到上文参看图1所讨论的变压器462中。换句话说，转换器106可以在与图1中所示的系统类似的系统中实施，其中所述转换器替换产生RF信号的部件。
可以选择微波至RF转换器106的配置和微波发生器102在切换为产生RF能量时的输出功率以使得能够产生具有适合于处理生物组织的性质的RF信号。举例来说，可能希望在用于切割生物组织的过程中使用所产生的RF信号。
在一个实例中，RF信号的所要输出电压是约300V rms。RF信号可能会“看到”相对较高的阻抗，例如，约1kΩ或更高。在这种情形中，RF信号将导致300mA rms电流，所述电流因此对应于约90W的RF功率。输入微波信号的功率和微波至RF转换器106的效率因此优选地被选择为使得能够产生此水平的功率。举例来说，如果微波信号在50Ω时具有100W的功率，那么转换效率将需要为90％。
如果无法实现90％的效率，那么可能需要操作到比1kΩ高的阻抗中(即，具有比300mA rms低的电流)，或具有比300V rms低的RF电压。
为了便于说明微波至RF转换器106的操作，以下分析是基于以100％效率可以实现的情况。
如果使用全波整流器以100％效率来对在50Ω时具有100W的CW微波信号进行整流，那么整流电压是100V。可以通过在RF频率(400kHz循环频率)下使微波功率开启和关闭来产生RF信号。此将产生在100V与0V之间交替的400kHz信号，即，100V峰至峰。这是方波，方波具有高谐振内容(3阶、5阶、7阶等)。如果这被滤波以仅选择基频(为400kHz)，那么基础正弦波的振幅将是方波的振幅的127.4％，即，127.4V峰值至峰值。与其它占空比相比，方波(即，50％占空比)使基频的振幅最大化。在下文就图4来讨论此操作方法。
然而，如果整流器输出被反相而非关闭，那么峰值至峰值电压可以加倍，以产生±100V。这将会在滤波之前给出200V的峰值至峰值电压，并且在400kHz时约254.8V峰值至峰值。为此，可以在400kHz的循环频率下切换整流器极性。这样做的一种方式是使用一对微波开关和两个相反极性的全波整流器。在下文就图5来讨论此操作方法。
300V rms信号的峰值至峰值电压是848.5V峰值至峰值。设置变压器因此可以被布置为3:10电压变压器以将254V峰值至峰值变换成所要水平。3:10电压变压器将按9:100来变换阻抗，即，从50Ω变换为555.5Ω，因此所述设备可以被配置成确保输出阻抗处于支持整流单元递送如上文计算的峰值输出的水平。
图4是在一个实施方案中如何通过微波至RF转换器来变换微波信号的示意性图示。
所述微波信号作为CW微波信号130输入至转换器，所述CW微波信号由RF切换单元110接收，所述RF切换单元在此实例中是调制器，例如，藉由控制器(未图示)操作的基于PIN二极管的装置。RF切换单元110的输出是包括多个微波能量突发的脉冲微波信号132。
脉冲微波信号132由全波整流器单元112接收，所述全波整流器单元对微波能量的每个突发整流以形成整流信号134，所述整流信号类似于由开启部分和关闭部分的序列形成的方波。所述方波的占空比对应于RF切换单元的切换占空比。在这个实例中，占空比是50％。微波信号的频率可以是5.8GHz，而RF切换单元的切换频率可以是400kHz。图4中绘示的波形并未按比例绘制，而是大体上指示方波的频率比微波信号的频率小多个数量级(例如，至少三个数量级)的事实。
整流信号134由整流单元114接收，所述滤波单元滤去方波信号中的较高谐波并且输出具有与方波的基频对应的频率的RF信号136。接着可以将RF信号136输送至如上文讨论的设置变压器以递送至探针。
图5是在另一个实施方案中如何通过微波至RF转换器来变换微波信号的示意性图示。
在此实例中，微波信号也作为CW微波信号130输入至转换器。CW微波信号130由RF切换单元110接收，所述RF切换单元在此实例中是开关，例如，由Teledyne TechnologiesIncorporated制造的高功率开关。RF切换单元110使CW微波信号130在两个整流器单元117、118之间交替。第一整流器单元117因此接收包括多个微波能量突发的第一脉冲微波信号140，而第二整流器单元118接收与第一脉冲微波信号140异相的第二脉冲微波信号142，使得在第一整流器单元117和第二整流器单元118中交替地接收微波能量的突发。
每个整流器单元117、118对微波能量的突发进行整流以形成相应的整流信号144、146，所述整流信号类似于由开启部分和关闭部分的序列形成的方波。所述方波的占空比对应于RF切换单元110的切换占空比。在此实例中，占空比是50％，因此所得的整流信号144、146具有相同的频率。微波信号的频率可以是5.8GHz，而RF切换单元的切换频率可以是400kHz。图5中绘示的波形并未按比例绘制，而是大体上指示方波的频率比微波信号的频率小多个数量级(例如，至少三个数量级)的事实。
第二整流器单元118的极性被布置成与第一整流器单元117的极性相反。来自整流器单元117、118的输出因此包括具有相反极性和相位偏移的第一整流信号144和第二整流信号146。
第一整流信号144与第二整流信号146通过切换单元120组合成复合信号148，所述切换单元的切换频率与切换单元110相同并且可以通过控制器(未图示)使所述切换单元的操作与切换单元110同步。复合信号148是具有每个整流信号144、146的两倍振幅的方波。
复合信号148由滤波单元114接收，所述滤波单元滤去方波信号中的较高谐波并且输出具有与方波的基频对应的频率的RF信号150。接着可以将RF信号150输送至如上文讨论的设置变压器以递送至探针。

Claims (13)

1.一种用于产生射频(RF)电磁(EM)能量和微波电磁(EM)能量的电外科发生器，所述发生器包括：
微波源，所述微波源用于产生微波信号；
微波信道，所述微波信道用于输送来自所述微波源的所述微波信号以从所述发生器进行输出；
RF信道，所述RF信道用于输送RF信号以从所述发生器进行输出；
微波至RF转换器，所述微波至RF转换器被连接以接收所述微波信号，所述微波至RF转换器被布置成：
从所述微波信号产生所述RF信号，以及
将所述RF信号递送至所述RF信道，
其中所述微波至RF转换器包括：
RF切换单元，所述RF切换单元被布置成将RF特性引入到所述微波信号中；
整流单元，所述整流单元用于在保持所述RF特性的同时对所述微波信号进行整流；
滤波单元，所述滤波单元被布置成从所述整流单元的输出去除不想要的频率分量；以及
升压变压器，
其中从所述整流单元的输出端获得所述RF信号。
2.根据权利要求1所述的电外科发生器，其中所述整流单元作为用于所述微波信号的全波整流器来操作。
3.根据权利要求1或2所述的电外科发生器，其中所述RF特性包括频率为400kHz的主RF分量。
4.根据权利要求1所述的电外科发生器，其中所述RF切换单元包括用于在小于300MHz的频率下对所述微波信号施以脉冲的调制器。
5.根据权利要求4所述的电外科发生器，其中所述调制器被布置成按50％的占空比来操作。
6.根据权利要求5所述的电外科发生器，其中所述整流单元被布置成输出方波。
7.根据权利要求1所述的电外科发生器，其中所述整流单元包括第一整流器和第二整流器，并且其中所述RF切换单元被布置成在小于300MHz的频率下使所述微波信号在所述第一整流器与所述第二整流器之间交替。
8.根据权利要求7所述的电外科发生器，其中所述微波至RF转换器被布置成由从所述第一整流器和所述第二整流器输出的整流信号形成复合的整流信号。
9.根据权利要求8所述的电外科发生器，其中所述复合的整流信号是方波。
10.根据权利要求1所述的电外科发生器，所述电外科发生器包括用于将所述微波信号选择性地引导至所述微波信道或所述微波至RF转换器的开关。
11.根据权利要求1所述的电外科发生器，所述电外科发生器包括用于将所述微波信道和所述RF信道连接至共同的输出信道的信号组合器。
12.根据权利要求1所述的电外科发生器，所述电外科发生器包括被布置成操作所述微波至RF转换器的控制器。
13.一种用于将射频(RF)电磁(EM)能量和微波电磁(EM)能量递送至生物组织中的电外科系统，所述系统包括：
根据任一前述权利要求所述的电外科发生器；
递送探针，所述递送探针被连接以从所述电外科发生器接收所述微波信号和所述RF信号。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1302588A (zh) * 2001-01-18 2001-07-11 耿国明 微波射频多频率手术治疗仪
CN1461632A (zh) * 2002-03-13 2003-12-17 耿国明 微波射频手术治疗仪
EP2253286A1 (en) * 2009-05-19 2010-11-24 Vivant Medical, Inc. Tissue impedance measurement using a secondary frequency
GB2486343A (en) * 2010-12-10 2012-06-13 Creo Medical Ltd Electrosurgical apparatus
WO2014184544A1 (en) * 2013-05-13 2014-11-20 Creo Medical Limited Dual-function plasma and non-ionising microwave coagulating electrosurgical instrument and electrosurgical apparatus incorporating the same

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990076651A (ko) * 1995-12-22 1999-10-15 어드밴스드 클로저 시스템즈, 인코포레이티드 절제 및 응고가 동시에 일어나는 절제경 전극어셈블리
GB9913652D0 (en) * 1999-06-11 1999-08-11 Gyrus Medical Ltd An electrosurgical generator
US20030144680A1 (en) * 2002-01-22 2003-07-31 Sontra Medical, Inc. Portable ultrasonic scalpel/cautery device
US7197363B2 (en) * 2002-04-16 2007-03-27 Vivant Medical, Inc. Microwave antenna having a curved configuration
JP4469723B2 (ja) * 2002-11-27 2010-05-26 メディカル・デバイス・イノベーションズ・リミテッド 組織焼勺装置および組織を焼勺する方法
US7094231B1 (en) * 2004-01-22 2006-08-22 Ellman Alan G Dual-mode electrosurgical instrument
DE602005024952D1 (de) 2004-05-26 2011-01-05 Medical Device Innovations Ltd Gewebenachweis- und ablationsgerät
US9529025B2 (en) * 2012-06-29 2016-12-27 Covidien Lp Systems and methods for measuring the frequency of signals generated by high frequency medical devices
MX2018003945A (es) * 2015-09-30 2018-11-09 Ethicon Llc Circuitos para suministrar tensión de corriente directa (dc) aislada a instrumentos quirúrgicos.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1302588A (zh) * 2001-01-18 2001-07-11 耿国明 微波射频多频率手术治疗仪
CN1461632A (zh) * 2002-03-13 2003-12-17 耿国明 微波射频手术治疗仪
EP2253286A1 (en) * 2009-05-19 2010-11-24 Vivant Medical, Inc. Tissue impedance measurement using a secondary frequency
GB2486343A (en) * 2010-12-10 2012-06-13 Creo Medical Ltd Electrosurgical apparatus
WO2014184544A1 (en) * 2013-05-13 2014-11-20 Creo Medical Limited Dual-function plasma and non-ionising microwave coagulating electrosurgical instrument and electrosurgical apparatus incorporating the same

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