CN115811301A - 用于产生治疗电压的发生器和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的发生器（11）包括了多个脉冲发生器（G₁至G_n），这些脉冲发生器通过控制设备（18）以适时灵活的方式单独控制。因此，对于外科器械（12）的电源所需的RF电压由单独的脉冲组成。这同样适用于在器械（12）的电极（14）处流动的电流。由于省略了脉冲发生器（G₁至G_n）中的谐振效应，并且省略了能够振荡的系统（二阶系统）中的能量存储装置，用户对提供给器械（12）的电压和流向器械（12）的电流的波形的控制程度增加了。

Description

用于产生治疗电压的发生器和方法

技术领域

本发明涉及一种用于向医疗器械提供治疗电压和治疗电流的发生器、以及一种用于产生这种治疗电压和治疗电流的方法。

背景技术

用于电外科手术中的电外科器械、探针等通常被提供有射频交流电。为了避免神经肌肉刺激，该交流电或所施加的交流电压的频率通常超过100kHz。这种发生器的功率通常显著地超过1W，并且可以达到几百瓦。

为了产生几百kHz范围内的电外科电压，通常使用外部控制的发生器，例如从DE10 2008 039 884 A1中明显的。这种发生器包括至少一个振荡电路，该振荡电路通过有源晶体管电路振荡，并且电外科能量以变压器类型的方式从该振荡电路中提取。不同的构思是已知的，以便调制发生器电压以实现不同组织效果。

振荡电路中的振荡的变化受到时间限制，由此也对调制类型施加约束。

发明内容

本发明的目的是提供一种发生器，其允许关于所产生的振荡和电压形状的扩展产生可能性。

本目的是通过根据权利要求1的发生器以及根据权利要求12的方法来实现的。

根据本发明的发生器包括多个脉冲发生器，其分别具有控制输入和脉冲发生器输出。优选地，每个脉冲发生器被配置成使得其在其控制输入处接收到控制脉冲时提供输出脉冲。优选地，脉冲发生器的输出与脉冲发生器所产生的输出脉冲到达的发生器的输出相连接。控制设备与脉冲发生器的控制输入相连接，并协调它们的脉冲输出。以这种方式，可以产生具有相等或不同强度的脉冲以及周期性重复的脉冲的脉冲序列、或者还有具有不同的、变化的时间间隔的脉冲序列。因此，大量的可能的电压和电流形状在发生器的输出处是可能的，这些电压和电流形状不能通过并联振荡电路产生或者以不成比例的努力产生。可以产生具有对称脉冲形状的脉冲序列，然而特别地可以产生具有非对称脉冲形状的脉冲序列。

根据本发明的构思将发生器的输出功率分配到多个脉冲发生器上，这些脉冲发生器以这种方式单独地仅分别对由发生器输出的总功率的功率部分贡献作出贡献。这最小化了脉冲发生器中的各个组件的应力，特别是它们的功率开关，并且降低了冷却功率需要。这样做时，功率开关可以被配置为集成的组件，例如配置为晶体管阵列。

优选地，脉冲发生器不是能够自己振荡的系统，即，它们优选地不包括与脉冲发生器输出连接的任何谐振组件、谐振电路等（即，输出电路利用微分方程来描述，至少参考具有在输出频率的幅度内的频率的解，该微分方程的阶数小于2）。因此，不出现谐振效应，这就是为什么脉冲发生器可以以受控方式输出脉冲而没有脉冲后振荡。在输出它们的脉冲时，脉冲发生器分别输出全部存储功率作为输出脉冲。

这提供了对电压形状和输出到器械并因此到生物组织的功率的发生器的改进控制。

优选地，脉冲发生器彼此相比被相同地配置。因此它们在构造上是相同的，并且产生相等幅度的输出脉冲。由于各个脉冲发生器的脉冲输出的定时，可以对输出脉冲序列进行设计。例如，脉冲发生器可以同时激发（递送输出脉冲），使得脉冲发生器的输出脉冲被加在发生器输出处。还可以产生包含以预定义时间方案提供的各个脉冲的脉冲序列。此外，可以提供脉冲发生器，其递送具有不同幅度的输出脉冲，以便例如在发生器的输出处提供由于各个脉冲发生器的输出脉冲的不同组合而具有不同幅度的输出脉冲。

控制设备优选地被配置成以可选择的方案输出控制脉冲，所述可选择的方案被分配给不同的操作模式。例如，可以提供一种模式，其中，按时间顺序输出至少两个脉冲发生器的脉冲。以这种方式，可以在发生器的输出处产生由单独的脉冲组成的脉冲序列。作为补充或替选，控制设备可以被配置成同时向至少两个脉冲发生器输出控制脉冲。然后，这些脉冲发生器也在其输出处同时递送输出脉冲，使得它们在发生器的输出处相加。在调节控制设备时，可以以这种方式在发生器的输出处产生高于其他输出脉冲的输出脉冲。可以产生具有变化脉冲高度和/或变化脉冲时间间隙的脉冲的脉冲序列。

控制设备可以被配置成在选定的操作模式中以规则的时间间隔输出控制脉冲。然后在发生器的输出处产生规则的输出脉冲序列。为了产生特定的手术效果，控制设备还可以被配置成在其他操作模式中在一个或多个预定义的时间模式之后输出控制脉冲。例如，多个（例如六个）单独脉冲的序列之后可以跟随有较长的暂停，在该暂停之后，继而输出单独脉冲的序列。

发生器的脉冲发生器分别包括至少一个能量存储装置，其可以特别地配置为电感器。脉冲发生器输出优选地是以变压器类型方式与电感器耦合的线圈。电感器至少优选地不是能够振荡的系统的一部分，特别地不是并联振荡电路或串联振荡电路的一部分。脉冲发生器输出优选地是由以变压器类型方式与电感器耦合的线圈形成的。脉冲发生器优选地被配置为逆向变换器。它包括电子开关，该电子开关选择性地将电感器与电压源连接以便将能量存储在线圈中，然后将其与电压源分离以便在脉冲发生器输出处提供能量作为具有高电压的脉冲。

在发生器的优选实施例中，脉冲发生器的输出串联连接，因此所有脉冲发生器与发生器的输出连接。由此，优选地，形成脉冲发生器输出的线圈分别同向地串联连接，使得具有相同极性的从各个脉冲发生器输出的脉冲到达发生器输出。

然而，如果需要，也可以将一个或多个线圈以相反的意义与其他线圈串联连接，以便能够在发生器输出处提供正电压脉冲和负电压脉冲。以这种方式，在发生器的输出处，不仅可以产生非对称的输出脉冲序列，而且也可以产生对称的输出脉冲序列。

根据本发明的方法是基于通过在输出侧上彼此连接的多个脉冲发生器来产生电流脉冲序列的。通过使用分别被配置成在接收到控制脉冲时仅输出一个单个输出脉冲的多个脉冲发生器，可以在宽的限制内任意地设计要产生的输出电压以及发生器的所提供的电流，其中，不必考虑振荡电路的瞬态和后脉冲振荡。

附图说明

本发明的细节从实施例中明显，这些实施例在参考包括以下附图的以下描述中进行解释：

图1是根据本发明的发生器的总体框图；

图2和3是用于根据图1的发生器的脉冲发生器的实施例；

图4是根据图1的发生器的简化电路图，以及

图5至10是根据图1和4的发生器在不同操作模式下的控制信号图和输出电压图。

具体实施方式

图1示出了用于外科器械12的电源的发生器11。作为一个示例，图1中示出了用于开放式外科使用的外科器械12，其具有手柄13和电极14。在这种情况下，其为单极器械。为了释放从器械12流向患者的电流，提供了中性电极15，其经由合适的线路与发生器11的输出16连接，就像器械12一样。单极器械12在图1中是作为示例示出的。然而，发生器11也适于双极器械的电源。此外，它还可以被提供用于腹腔镜或内窥镜使用的器械（探针）的电源，而与它们是单极还是双极器械无关。

发生器11包括以适当数量（例如4、6、12或还有与其不同数量）的多个脉冲发生器G₁、G₂、G₃、G₄…G_n。脉冲发生器G₁至G_n彼此相比被相同地配置，并且彼此并联连接到操作电压U_b以及地17。基本上这不是必需的；脉冲发生器G₁至G_n也可以在它们的结构和/或尺寸方面被不同地配置，例如以便递送具有不同量的输出脉冲。

每个脉冲发生器G₁至G_n都包括分别与发生器11的输出16连接的脉冲发生器输出A₁至A_n。为此目的，脉冲发生器输出A₁至A_n例如如图1所示彼此串联连接。这是特别可能的，因为脉冲发生器输出A₁至A_n是低欧姆的，即它们能够转发串联连接中的其他脉冲发生器的输出脉冲。如果脉冲发生器输出A₁至A_n是高欧姆的，则它们可以彼此并联连接，并且可以与输出16连接。

此外，发生器11包括控制设备18，其具有与脉冲发生器G₁至G_n的控制信号输入E₁至E_n连接的控制信号输出。控制设备18继而包括控制输入S，控制设备18可经由该控制输入接收激活信号，该激活信号可通过操作元件（例如脚踏开关、手动开关等）来产生。

在附图中，脉冲发生器G₁被描述为代表所有其他脉冲发生器G₂至G_n。脉冲发生器G₁的以下描述在其配置及其功能方面相应地适用于所有其他脉冲发生器G₂至G_n。

脉冲发生器G₁优选地配置为逆向变换器。它包括电感器L₁，即例如缠绕在仅具有几个绕组的芯上的线圈或空气线圈，该空气线圈的一端连接到操作电压U_b，另一端连接到电子开关T₁，该电子开关将电感器L₁选择性地与地17连接或中断该连接。保护电容器C₁可以被分配给电子开关T₁，其并联连接到电子开关的可切换路径。如果电子开关T₁是晶体管（例如场效应晶体管），则可切换路径是漏极-源极路径。

控制电路V₁被分配给电子开关T₁，控制电路V₁优选在地17和电子开关T₁的控制电极21之间有效。控制电路V₁可以是有源或无源控制电路。它用于通过在控制电极21处相应提供信号来打开或阻断电子开关T₁的受控路径。控制电路V₁包括与控制设备18连接的输入E₁。

操作电压U_b是由DC电压源22提供的，优选地经由去耦二极管23。各个发生器G₁至G_n的二极管23彼此去耦。操作电压U_b存储在每个脉冲发生器G₁至G_n中，优选地在缓冲电容器24上。

脉冲发生器G₁包括输出A₁，其由以变压器类型的方式与电感器L₁耦合的线圈26-1的端部来实现。在本实施例中，电感器L₁和线圈26-1具有同向极性。然而，它们也可以具有相反极性。

根据图3的脉冲发生器G₁基本上与根据图2的脉冲发生器G₁相同。因此，基于相同的附图标记来应用为此提供的描述。根据图3的脉冲发生器G₁的特性是在阻断方向上的二极管D与电子开关T₁的可切换路径的并联连接。它保护开关T₁并降低了脉冲发生器输出A₁的内阻。

从图4明显看出，脉冲发生器G₁至G_n与DC电压并联连接。开关T₁…T_n、电感器L₁…L_n、控制电路V₁…V_n、电容器C₁…C_n和线圈26-1至26-n具有与相应脉冲发生器G₁…G_n相对应的相应字母索引。然而，它们的脉冲发生器输出A₁…A_n即线圈26-1至26-n同向串联连接。图4中的电感器L₁至L_n和线圈26-1至26-n的线圈始端分别用点标记。线圈26-1至26-n的同向串联连接是指线圈始端分别与相邻线圈的线圈末端连接。这尤其适用，如果电感器L₁至L_n的所有线圈始端以相同意义连接，即，所有线圈始端分别与电子开关T₁至T_n连接，并且所有线圈末端分别与操作电压U_b连接（或反之亦然）。

脉冲发生器输出A₁…A_n的串联连接可以经由一个或多个耦合电容器27、28与发生器输出16连接。耦合电容器27、28也可以设置在串联连接的另一位置处，或者也可以替代地被省略。如果提供了它们，则它们消除从发生器11输出的电流的直流分量。如果将允许这样的电流的直流分量，则它们可以被省略，或者可以被提供有受控或非受控的桥接电路。

至此描述的发生器11如下操作：

控制设备18以适时协作的方式产生用于脉冲发生器G₁至G_n的控制脉冲。图5通过具有规则时间间隔的操作模式（第一模式）的示例示出了用于具有六个脉冲发生器G₁至G₆的发生器11的这种控制脉冲I₁至I₆。如图5所示，在已经输出用于脉冲发生器G₁的控制脉冲I₁之后的预定义时间段（例如5μs）之后，可以输出用于脉冲发生器G₂的控制脉冲I₂。这相应地适用于其他控制脉冲I₃、I₄、I₅和I₆。I₃可以比I₂晚例如5μs的时间延迟输出，I₄比I₃晚输出，等等。在根据图5的示例中，总是提供5μs的时间间隔。因此，脉冲发生器G₁至G_n分别在30μs的时间间隔内获得它们的控制脉冲I₁至I_n（六个脉冲发生器G₁至G₆乘以5μs）。在该时段内，所有其他脉冲发生器G₁至G₆以不变的时间间隔（例如在本例中为5μs）接收它们的控制脉冲I₁…I_n。因此，各个脉冲发生器G₁至G₆以5μs间隔顺序地输出它们的输出脉冲。图6中示意性示出的输出脉冲序列是在发生器11的输出16处产生的。脉冲发生器G₁至G_n的各个脉冲在很大程度上幅度相同，并且一起形成具有333kHz基频的脉冲序列。在输出16处提供的电压是不对称的高频电压。在控制脉冲I₁…I_n之间具有其他时间间隔的情况下，也可以获得其他基频。

控制脉冲I₁…I_n是用于电子开关T₁…T_n的阻断脉冲。然而，作为控制脉冲，也可以使用适于使脉冲发生器G₁…G_n输出输出脉冲或输出脉冲序列的所有其他信号形状。

图7示出了另一种控制模式，其中，对于第二操作模式（第二模式），将用于脉冲发生器G₁、G₂、G₃的控制信号即控制脉冲I₁、I₂、I₃同时提供给相应的脉冲发生器，而将控制脉冲I₄、I₅和I₆按时间顺序地提供给脉冲发生器G₄、G₅、G₆。在发生器11的输出16处，产生根据图8的脉冲序列，其具有高的第一输出脉冲29，其是通过叠加三个同时操作的发生器G₁、G₂和G₃的输出脉冲而产生的。另外的输出脉冲30、31和32分别是单独的脉冲发生器的单个输出脉冲。在最终输出脉冲32的输出之后，可以跟随任意持续时间的暂停，例如在本例中为15μs。

用于解释信号配置的灵活性的另一示例是由示出第三操作模式（第三模式）的图9和10产生的。根据图9，发生器G₁和G₂被同步提供有控制脉冲I₁和I₂，因而产生双倍的输出脉冲33。它跟随用于发生器G₃的控制脉冲I₃，其产生单（一倍）输出脉冲34。脉冲发生器G₄、G₅和G₆继而同时接收它们的控制脉冲I₄、I₅和I₆，因而产生三倍输出脉冲35。

显然，由于控制脉冲I₁至I₆的定时，可以产生不能由谐振发生器产生的不同输出电压形状。在这样做时，所提出的电路原理提供了产生具有生理效应的电压形状的可能性，这是不能由先前的发生器产生的。除了这里明确示出的模式之外，可以产生附加模式，其中，脉冲发生器G₁…G_n的控制脉冲I₁…I_n的定时以及因此输出脉冲A₁…A_n的定时和/或脉冲发生器G₁…G_n和/或多个线圈26-1…26-n的数量是变化的。

根据本发明的发生器11包括了多个脉冲发生器G₁至G_n，其通过控制设备18以适时灵活的方式单独控制。因此，对于外科器械12的电源所需的RF电压可以由单独的脉冲组成。这同样适用于在器械12的电极14处流动的电流。由于省略了脉冲发生器G₁至G_n中的谐振效应，并且省略了能够振荡的系统（二阶系统）中的能量存储装置，用户对提供给器械12的电压和流向器械12的电流的波形的控制程度增加了。

参考符号列表：

11：发生器

12：器械

13：手柄

14：电极

15：中性电极

16：输出

G₁…G_n：脉冲发生器

U_b：操作电压

17：地

A₁…A_n：脉冲发生器输出

18：控制设备

L₁…L_n：电感器

E₁…E₂：脉冲发生器G₁…G_n的控制信号输入

I₁…I_n：用于脉冲发生器G₁…G_n的控制脉冲

S：控制输入

T₁…T_n：电子开关

C₁…C_n：保护电容器

V₁…V_n：控制电路

21：控制电极

22：DC电压源

23：去耦二极管

24：缓冲电容器

26-1…26-n：线圈

27、28：耦合电容器

29…35：输出脉冲。

Claims (14)

1.一种发生器（11）：

具有输出（16），医疗器械可连接至所述输出，

具有多个脉冲发生器（G₁…G_n），分别包括控制输入（E₁…E_n）和脉冲发生器输出（26-1…26-n），

具有控制设备（18），所述控制设备与所述控制输入（E₁…E_n）连接，以便将控制脉冲（I₁…I_n）提供给相应的脉冲发生器（G₁…G_n），以使所述脉冲发生器（G₁…G_n）输出输出脉冲（29…35），其中，所有脉冲发生器（G₁…G_n）的脉冲发生器输出（A₁…A_n）与所述发生器（11）的所述输出（16）连接。

2.根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，所有脉冲发生器（G₁…G_n）彼此相比被相同地配置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，每个脉冲发生器（G₁…G_n）被配置成响应于在其控制输入（E₁…E_n）处接收到控制脉冲（I₁…I_n）而在其脉冲发生器输出（A₁…A_n）处输出输出脉冲（29…35）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述控制设备（18）被配置成将控制脉冲（I₁…I_n）顺序地输出到所述脉冲发生器（G₁…G_n）中的至少两个。

5.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述控制设备（18）被配置成同时向所述脉冲发生器（G₁…G_n）中的至少两个输出控制脉冲（I₁…I_n）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述控制设备（18）被配置成根据不同的时间模式来输出控制脉冲（I₁…I_n）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述脉冲发生器输出（A₁…A_n）被串联电连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，每个脉冲发生器（G₁…G_n）包括能量存储装置。

9.根据权利要求8所述的发生器，其特征在于，所述能量存储装置是电感器（L₁…L_n）。

10.根据权利要求9所述的发生器，其特征在于，所述脉冲发生器输出（A₁…A_n）是以变压器类型的方式与所述电感器（L₁…L_n）耦合的线圈（26-1…26-n）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述脉冲发生器（G₁…G_n）是逆向变换器。

12.一种用于产生电压以向电外科器械（12）供应电流脉冲（29…35）的序列的方法，其中，在所述方法期间，通过在其输出侧上彼此连接的多个脉冲发生器（G₁…G_n）来产生电流脉冲（29…35）的序列。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使所述脉冲发生器（G₁…G_n）中的至少两个同时输出电流脉冲（29，33，35）。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，使所述脉冲发生器（G₁…G_n）中的至少两个顺序地输出电流脉冲（30、31、32）。

Images