CN110603001B - 电外科发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电外科发生器(10)，其具有用于电外科器械的接线端(16,18)。电外科发生器(10)包括高电压发生器(14)，其电连接至接线端(16,18)并被设计成在其接通状态下产生高频交流电并经由接线端(16,18)输出。电外科发生器(10)具有有效功率确定单元(22)，其包含相移确定单元(26)，该相移确定单元(26)被设计成提供表示在工作中输出的交流电的电流与电压之间的相移的输出信号(58)。相移确定单元(26)被设计成产生脉冲化直流电压信号(56)，其中，脉冲宽度(B)反映电流过零与电压过零之间的时间差并进而反映所述相移，脉冲化直流电压信号(56)借助低通滤波器(34)被处理成低通滤波器输出信号，其值取决于脉冲化直流电压信号(56)的脉冲的脉冲宽度(B)。

Description

电外科发生器

技术领域

本发明涉及电外科发生器，其具有用于连接电外科器械的接线端。

背景技术

电外科发生器具有高电压发生器，其电连接至电外科器械的接线端并被设计成在其各工作状态中产生高频交流电并经由所述接线端输出。电外科发生器具有有效功率确定单元，该有效功率确定单元能够检测电外科发生器在工作中输出的高频交流电的电流和电压之间相移，以确定在电外科发生器使用情况下经由连接的电外科器械输出的有效功率。

这样的电外科发生器尤其与能够实现身体组织的凝结或消融的电外科器械结合使用。例如已知的是，通过电外科器械在使用中接触身体组织的电极将高频交流电传导经过所邻身体组织，从而通过这种方式加热该身体组织而使其变性。通过这种方式，例如可以治疗肿瘤或者为了其它目的使组织部分萎缩或者并合。

已知的电外科发生器具有有效功率确定单元，其被设计成产生反应在工作中由电外科发生器输出的交流电的电流和电压之间相移的输出信号。该有效功率确定单元具有带低通滤波器的相移确定单元，并被设计成确定电流和电压过零之间的时间差并产生输出信号，其值反应所述时间差。该相移确定单元优选包括过零检测器，其产生检测器输出信号，其脉冲宽度恰好对应于电流与电压之间相移的持续时间。该检测器输出信号随后被低通滤波器转换为直流电压，其值代表相移。当通过这种方式知晓了相移时，有效功率可按照本身已知的方式作为电流和电压的有效值和相移角度余弦的乘积而被确定。

事实表明，这种已知的有效功率确定单元在实践中偶尔会提供错误值。

发明内容

本发明所基于的任务因此是创造一种改进的电外科发生器，其可靠地确定由其输出的有效功率。

为此，根据本发明，在前述类型的电外科发生器中设置一个开关单元，其如此布置和设计，即只有在高电压发生器处于其接通状态时才向低通滤波器提供检测器输出信号，而在高电压发生器被关断时不提供，并且通过接线端可能输出的功率基于关断后的瞬变振荡。

在最简单情况下，有效功率确定单元例如在电外科发生器的高电压发生器被关断时马上也关断。而优选地，开关单元布置在相移确定单元的输出端与低通滤波器的输入端之间，从而一旦高电压发生器被关断，低通滤波器的输入端就获得零信号。

本发明包含以下认识，前言所述类型的有效功率确定单元尤其受到在高电压发生器关断后的瞬变振荡或振荡衰减的影响，以致它们提供有误的输出值。因此有利的是，有效功率确定单元在高电压发生器关断之后没有马上接收由相移确定单元产生的可能错误的检测器输出信号。

开关单元实现瞬变振荡的硬件侧解耦，因此，只有在存在输入控制信号(发生器接通信号)时测得的信号才能用来确定代表输出交流电的有效功率的信号。

在一个特别有利的变型实施方式中，开关单元被设计成具有两个输入端和一个输出端的与门，其中的一个输入端连接至相移确定单元的一个输出端，其中的另一输入端在高电压发生器的工作状态中接收发生器接通信号，并且该开关单元的输出端与低通滤波器相连。换言之，在相移确定单元的输出端与低通滤波器的输入端之间接入一个与门，从而相移确定单元的检测器输出信号只有在与门的第二输入端上有发生器接通信号时才送至低通滤波器的输入端。发生器接通信号此时是这样的信号，其只存在于高电压发生器处于工作中并且未被关断时。如果高电压发生器被关断，则发生器接通信号是零信号并且与门闭锁，使得检测器输出信号无法到达低通滤波器的输入端。

在其它优选的变型实施方式中，相移确定单元具备两个比较器。其中的第一比较器被设计和布置成将电压信号与零信号相比较并且在电压瞬值大于零信号时产生输出信号。第二比较器被设计和布置成将零信号与电流信号相比较并且在该零信号大于电流瞬值、即电流瞬值为负时产生输出信号。换言之，当电压瞬值为正、即大于零时，第一比较器提供输出信号，而当电流值为负、即小于零时，第二比较器提供输出信号。通过这种方式，两个比较器只在电压瞬值已完成从正到负的过零并且同时电流瞬值还未完成从正到负的过零时才都提供输出信号。

显然，这些比较器也能完全相反地切换，从而第一比较器在电压瞬值小于零时提供输出信号，而第二比较器只在电流瞬值大于零时提供输出信号。

两个比较器的输出端在优选的变型实施方式中相互连接，从而两个比较器只在电压瞬值为正(即大于零信号)并且同时电流瞬值为负(即小于零信号)时才输出呈具有高于阈值的值的检测器输出信号形式的组合输出信号。在相反的完全一样可能的情况下，两个比较器的输出端如此相互连接，使得两个比较器只在电流瞬值为正(即大于零信号)并且同时电压瞬值为负(即小于零信号)时才输出呈具有高于阈值的值的检测器输出信号形式的组合输出信号。

该电外科发生器的其它优选变型实施方式的特征在于，高电压发生器被设计成在其工作状态中通过接线端以一定脉冲占空比输出高频交流电。换言之，通过接线端不是输出连续的交流电，而是交流电被定期中断，即被脉冲激发。这例如可以借助于相位控制来完成，因此，无需持续输出最大有效功率，而是要输出的有效功率也可控地被调节至较小值。

这种本身值得期待的电外科发生器中的一个问题是，在脉冲交流电的情况下可能无法实现可靠的有效功率确定，这是因为有效功率确定单元受到输出交流电的脉冲激发的影响。因而在此情况下规定，有效功率确定单元被设计成将由低通滤波器产生的直流电压乘以与输出交流电流的占空比相关的修正值并将经过如此修正的直流电压作为代表相移的信号输出。

显然，也可以与本发明的开关单元无关地规定对由低通滤波器产生的作为代表相移的信号的直流电压的这种修正，因此其是一个应独立实现的发明构思。换言之，可以在前言所述类型的电外科发生器中规定低通滤波器的输出直流电压的与占空比相关的修正，而电外科发生器无需具有像如前所述的开关单元这样的机构，其妨碍了在高电压发生器被关断时向低通滤波器提供检测器输出信号。

两种措施的组合(即用于在高电压发生器关断时闭锁低通滤波器输入端的开关单元和对由低通滤波器产生的直流电压的取决于占空比的修正的组合)实现了可靠许多的有效功率确定。

要与由低通滤波器产生的直流电压相乘的该修正值优选对应于所述占空比的倒数。

电外科发生器优选具有控制单元，其与高电压发生器相连并且对该高电压发生器进行控制。该控制单元优选连接至有效功率确定单元并且被设计成从该有效功率确定单元接收输出信号，该输出信号取决于由电外科发生器在工作中输出的高频交流电的电流与电压之间的相移。

该控制单元优选还被设计成将代表占空比(D)的信号输出至控制电路。

附图说明

下面将结合实施例并参照附图来详细描述本发明，在附图中：

图1示出了电外科发生器连同连接的电外科器械的示意性电路框图；

图2示出了用于图1的电外科发生器的有效功率确定单元的示意性电路框图；

图3示出了根据本发明的有效功率确定单元的示例性电路图；

图4a和图4b示出了用于说明相移确定单元的功能原理的示意图；

图5a至图5c示出了受到高电压发生器的瞬变振荡影响的信号的示意图以说明本发明所基于的问题；

图6a至图6c示出了在没有根据本发明的开关单元时所出现的信号的示意图；

图7a至图7c示出了在具有根据本发明的开关单元时所出现的信号的示意图。

具体实施方式

图1示出了电外科发生器10连同连接的外科器械12的示意性电路框图。

电外科发生器包含高电压发生器14，该高电压发生器14通过其输出端16、18向电外科器械12供应高频交流电压。该高频交流电压通过电外科器械12被输出至身体组织。

为了控制经由电外科器械12输出的功率，对由高电压发生器14输出的高频交流电压进行调制，即其以一定占空比被脉冲激发，做法是高电压发生器14根据该占空比进行通断。高电压发生器14的通断由控制单元20来控制。

实际上，由高电压发生器14经电外科器械12输出至身体组织的有效功率此时尤其还取决于身体组织的阻抗。身体组织的阻抗以及其它影响参数造成了电压与电流之间的相移，即在由高电压发生器14输出的高频交流电压与所属的高频交流电流之间的相移。为了能确定输出的有效功率，电外科发生器10因此必须确定代表各自当前相移的值。

为此，通常设置有效功率确定单元22，其被设计成检测在工作中输出的高频交流电的电流与电压之间的相移。为此，电流和电压测量单元24被电连接至高电压发生器14的输出端16、18，并且一方面分别测量瞬间电压而另一方面分别测量瞬间电流，并且将代表电流瞬值或电压瞬值的输出信号提供给具有未单独示出的后置的低通滤波器的相移确定单元26。

由于电流和电压的瞬值变化，相移确定单元的输入信号一方面代表由高电压发生器14输出的电压的时间曲线，另一方面代表由高电压发生器14输出的电流的时间曲线。代表电压时间曲线的输入信号以及代表电流时间曲线的输入信号两者始终近似周期性地相对于彼此位移。

相移确定单元26被设计成分别检测电流曲线或电压曲线的正过零或负过零，并且在检测到电流和电压曲线的初次过零之后一直输出具有正幅值的输出信号，直到检测到所属的相移的电流曲线或电压曲线的相应的正过零或负过零。通过这种方式，由相移确定单元产生的中间输出信号是脉冲化直流电压信号，此时各自脉冲宽度在时间上对应于电流和电压之间的相移(或反之)。当脉冲化直流电压信号被提供至低通滤波器时，出现平滑直流电压信号，其值取决于所述相移

当相移较大时，所述值较大，并且当相移较小时，平滑(低通滤波)输出信号的值较小。相移确定单元26的平滑低通滤波输出信号因此表示电流和电压之间的相移并且能被考虑用于确定由高电压发生器14输出的有效功率。为此设置确定单元28，其确定电流和电压的有效值并且从其以及相移求出有效功率。

因为代表相移的平滑平均值也取决于用以调制高电压发生器14所输出的高频交流电压的占空比，故代表占空比D的值也被提供给有效功率确定单元。为此，有效功率确定单元22与控制单元20相连。相反，由有效功率确定单元22确定的用于实际输出的有效功率的值被提供给控制单元20，以实现功率调节。

有效功率确定单元22于是可以如下确定有效功率：

因此，相移确定单元26包含求出与相移相关的脉冲序列的平滑平均值的一个部分26.1以及借此修正平滑平均值的另一个部分26.2。所述修正即第二部分26.2的实现以及余弦和有效功率的计算能以软件形式实现并且在控制单元20中进行。即，组成部分26.2、28也能作为控制单元20的一部分以软件来实现。

相移确定单元26的第一部分26.1的一种可能实现方式以电路形式实现并且在图2中被绘制出。

第一比较器30将各自的电压瞬值与零伏信号相比较。第二比较器32将各自的电流瞬值与零安培信号相比较。只要电压瞬值大于零伏，则第一比较器30输出正输出信号。在第二比较器32中，各自的电流瞬值被供给反向输入端，而零安培信号被供给第二比较器32的同向输入端。相应地，只要电流瞬值大于零安培，第二比较器32就一直输出负输出信号。

因此，只要电压瞬值和电流瞬值大于各自零值，两个比较器30和32的输出值就抵消，从而两个比较器30和32总体输出一个零信号。只有当电流瞬值小于零安培时，即当电流瞬值的时间曲线发生负向过零时，两个比较器30和32的组合输出信号才为正，确切说一直为正，直到随后不久电压瞬值的时间曲线也发生从正到负的过零。在电压瞬值小于零伏且因而电流瞬值和电压瞬值两者均小于相应零值的瞬间，比较器30和32的输出信号又抵消。与此相应，只要电压瞬值已经小于零伏而电流瞬值还大于零安培，两个比较器30和32的组合输出值就一直不同。通过这种方式，两个比较器30和32的组合输出信号是一个脉冲化直流电压信号，其脉冲宽度正好对应于电流和电压之间相移的持续时间。

两个比较器30和32因此形成一个过零检测器，其输出信号是脉冲化直流电压信号。

该脉冲化直流电压信号被提供给低通滤波器34，其使该脉冲化直流电压信号平滑。低通滤波平滑直流电压信号的值、即低通滤波器34的输出信号的值此时取决于比较器30和32的脉冲化组合输出信号的脉冲的脉冲宽度。相移越大，脉冲化直流电压信号的脉冲宽度越大，低通滤波器34的低通滤波平滑输出信号的值也越大。如果相移为零，则作为两个比较器30和32的组合输出信号的脉冲化直流电压信号的脉冲宽度为零，低通滤波器34的低通滤波平滑输出信号的值也为零。

因为由高电压发生器14输出的有效功率不仅取决于电流与电压之间的相移，也取决于与高频交流电压(或高频交流电流)相乘的占空比，故低通滤波器34的低通滤波平滑输出信号并非仅表现相移，而是也取决于用以调制高电压发生器14的高频输出电压的占空比。为了实际上获得仅代表相移的值，低通滤波器34的低通滤波平滑输出信号因此还必须乘以占空比D的倒数(即乘以1/D)。这可以在控制单元20中进行。

在实践中，这也没有导致实际上单独代表相移的低通滤波器34输出值，因为在关断后的高电压发生器14的瞬变振荡导致了相移确定单元26也只在高电压发生器14真正已关断时才记录下过零并且比较器30和32的组合输出信号相应具有脉冲化直流电压的脉冲。所述瞬变振荡人为增大了低通滤波器34的输出值，并且导致比实际存在的更大的相移。

为了解决这个问题，设有呈与门形式的开关单元36，其只在高电压发生器14实际上接通时才将比较器30和32的组合输出信号送至低通滤波器34。为此，在一个输入端向与门提供比较器30和32的组合输出信号、即脉冲化直流电压，而将用于高电压发生器14的接通信号供应至与门的另一输入信号。只有当接通信号为正、即高电压发生器14被接通时，脉冲化直流电压的脉冲因此才能作为比较器30和32的组合输出信号到达与门的输出端，进而到达低通滤波器34的输入端。低通滤波器34因此只有在高电压发生器14实际上被接通时才能接收到比较器30和32的组合输出信号，而可能存在的衰减振荡则被消隐。

如从图2中看到的，两个比较器30和32分别通过相应接设的运算放大器实现。开关单元36如已说明地被设计成与门。低通滤波器34按照本身已知的方式包含输入端电阻38和接地的电容器40以及后置的运算放大器42。

图3示出了针对比较器30、32、与门以及带有后置的运算放大器的低通滤波器34的具体设计方案的一个示例。

图4a和图4b示出了相移确定单元26的工作方式。

在图4a中，在上方以虚线示出了用于高电压发生器14的接通信号50的曲线。实线在此应该表示电流时间曲线52，而虚线表示电压时间曲线54.1或54.2。为了简单起见，示出了具有相同幅值的电流和电压，在这里，在实践中所述幅值可能发生变化，这取决于缩放比例。图4a示出了两条不同的电压曲线54.1和54.2，它们代表电流和电压之间的两种不同的相移。在电压曲线54.1的情况下，电流和电压之间的相移与电压曲线54.2的情况相比较小。图4中的下方的线表示比较器30和32的组合输出信号。可以看出，组合输出信号是脉冲化直流电压信号，其中脉冲宽度B正好对应于电流和电压之间的相移的持续时间。在电流曲线52和电压曲线54.1之间的相移较小的情况下，脉冲化直流电压信号56的脉冲具有持续时间B1。在相移较大的情况下，脉冲持续时间较长并且取值B2。

当在图4a中的下方示出的脉冲化直流电压被低通滤波并由此被平滑时，得到具有如下值的直流电压，该值取决于持续时间即脉冲化直流电压信号56的脉冲的脉冲宽度。这在图4b中被示出。下方虚线58.1表示通过对具有脉冲宽度B1的脉冲化直流电压进行低通滤波而获得的低通滤波直流电压，而上方虚线58.2表示通过使用具有持续时间B2的电压脉冲所脉冲化的直流电压进行低通滤波而获得的具有较高值的平滑直流电压。

为了简单起见，图4a局部示出了在高电压发生器14接通时的近似瞬态振荡的状态。

图5示出可在接通信号50下降(见图5a)处看出的高电压发生器14关断后在电流曲线52和电压曲线54还出现瞬变振荡(见图5b)，这导致了其它记录的过零以及进而在脉冲化直流电压信号56曲线中的脉冲60(见图5c)。如果脉冲化直流电压信号56在较长时间内被低通滤波，则所得到的平滑直流电压信号的值也取决于由瞬变振荡引起的脉冲60。如果没有它们，则低通滤波平滑直流电压信号的值较低。当平滑直流电压信号的值乘以用于接通信号50的占空比的倒数时，因由瞬变振荡引起的脉冲60而得到值以及进而相移确定单元的输出信号不能正确反映电流和电压之间的相移，而是因基于瞬变振荡的脉冲60而失真。

为了应对这一点，在相移确定单元26中设置开关单元36、即与门，其事实上消隐掉了由瞬变振荡引起的脉冲60。

这在图6和图7中被说明。图6示出了在未设置开关单元36时所得到的脉冲化直流电压信号56的曲线。

图7示出了，脉冲60通过开关单元36被消隐掉。如果在图7中下方中绘制出的脉冲化直流电压信号56被低通滤波并且低通滤波值被乘以接通信号50的占空比的倒数，则所得到的值相当准确地反映电流曲线52和电压曲线54之间的相移。

接通信号50的占空比此时是：

占空比的倒数因此是：

Claims (9)

1.一种电外科发生器(10)，该电外科发生器(10)具有用于电外科器械的接线端(16,18)以及高电压发生器(14)，该高电压发生器(14)电连接至所述接线端(16,18)并且被设计成在其接通状态下产生高频交流电并经由所述接线端(16,18)输出，其中，所述电外科发生器(10)具有有效功率确定单元(22)，该有效功率确定单元(22)包含相移确定单元(26)，该相移确定单元(26)被设计成提供表示在工作中输出的交流电的电流与电压之间的相移的输出信号(58)，其中，所述相移确定单元(26)被设计成产生脉冲化直流电压信号(56)，在该脉冲化直流电压信号中，脉冲宽度(B)反映电流过零与电压过零之间的时间差并进而反映所述相移，并且所述脉冲化直流电压信号(56)借助低通滤波器(34)被处理成作为所述输出信号(58)的低通滤波器输出信号，其值取决于所述脉冲化直流电压信号(56)的脉冲的所述脉冲宽度(B)，

其特征在于，设有开关单元，该开关单元被布置和设计成只在所述高电压发生器(14)被接通时向所述低通滤波器提供所述脉冲化直流电压，而在所述高电压发生器(14)被关断时不提供。

2.根据权利要求1所述的电外科发生器，其特征在于，所述相移确定单元具有过零检测器，该过零检测器根据所述相移产生所述脉冲化直流电压信号(56)，并且所述开关单元(36)布置在所述过零检测器的输出端与所述低通滤波器(34)的输入端之间。

3.根据权利要求1或2所述的电外科发生器，其特征在于，所述开关单元被实现为与门，该与门的一个输入端连接至所述相移确定单元的一个输出端，并且该与门的另一个输入端在所述高电压发生器的接通状态下接收发生器接通信号，并且其输出端与所述低通滤波器相连。

4.根据权利要求2所述的电外科发生器，其特征在于，所述过零检测器具有两个比较器(30,32)，其中的第一比较器(30)被设计和布置成将电压信号与零信号进行比较并且在电压瞬值大于所述零信号时产生输出信号，而第二比较器(32)被设计和布置成将零信号与电流信号进行比较并且在所述零信号大于电流瞬值时产生输出信号，其中，所述第一比较器(30)与所述第二比较器(32)的输出端相互连接，使得这两个比较器只在所述电压瞬值为正并且同时所述电流瞬值为负时才输出作为具有高于阈值的值的过零检测器输出信号的组合输出信号；或者所述第一比较器(30)与所述第二比较器(32)的输出端相互连接，使得这两个比较器只在所述电流瞬值为正并且同时所述电压瞬值为负时才输出作为具有高于阈值的值的过零检测器输出信号的组合输出信号。

5.根据权利要求1所述的电外科发生器，其特征在于，所述高电压发生器被设计成在其工作状态下通过所述接线端以脉冲的占空比(D)输出所述高频交流电，

其特征在于，所述有效功率确定单元被设计成将所述直流电压乘以取决于所述占空比的修正值

并且将经修正的直流电压作为表示所述相移的信号输出。

6.根据权利要求5所述的电外科发生器，其特征在于，所述修正值对应于所述占空比(D)的倒数

7.根据权利要求5所述的电外科发生器，其特征在于，所述电外科发生器具有控制单元，该控制单元连接至所述高电压发生器并且在工作中对所述高电压发生器进行控制。

8.根据权利要求7所述的电外科发生器，其特征在于，所述控制单元连接至所述有效功率确定单元并且被设计成从所述有效功率确定单元接收输出信号，该输出信号取决于所述电外科发生器在工作中输出的所述高频交流电的电流与电压之间的所述相移。

9.根据权利要求7或8所述的电外科发生器，其特征在于，所述控制单元连接至所述有效功率确定单元并且被设计成向控制电路输出表示所述占空比(D)的信号。

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