ES2839273T3 - Dispositivo electroquirúrgico con fuente de microondas integrada - Google Patents

Abstract

Un instrumento electroquirúrgico para extirpar tejido biológico, comprendiendo el instrumento electroquirúrgico: una porción de tratamiento de tejidos para poner en contacto con el tejido biológico a tratar, y un mango conectado a la porción de tratamiento de tejidos mediante un cable flexible, en donde la porción de tratamiento de tejido forma un conjunto de extremo distal adecuado para la inserción a través de un canal de instrumentos de un dispositivo de exploración quirúrgica; en donde la porción de tratamiento de tejidos comprende: una fuente de alimentación de microondas que comprende un amplificador de potencia dispuesto para generar energía de microondas adecuada para extirpar tejido biológico; y una estructura radiante conectada a la fuente de energía de microondas y configurada para proporcionar la energía de microondas al tejido biológico, en donde el amplificador de potencia está conectado a la estructura radiante mediante una línea de transmisión sintonizable.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo electroquirúrgico con fuente de microondas integrada

Campo de la invención

La invención se refiere a dispositivos electroquirúrgicos para el tratamiento de tejidos biológicos con energía de microondas. En particular, se refiere a dispositivos electroquirúrgicos capaces de generar potencia suficiente para extirpar tejido biológico. La invención puede encontrar un uso particular en procedimientos que utilizan un dispositivo de exploración quirúrgica, por ejemplo, un endoscopio, gastroscopio, broncoscopio o similar, pero el principio es igualmente aplicable a los dispositivos utilizados en procedimientos abiertos y laparoscópicos.

Antecedentes de la invención

El uso de energía de microondas en el tratamiento de tejidos biológicos es bien conocido. Sin embargo, sigue siendo un desafío proporcionar energía de microondas de forma estrictamente controlada, principalmente debido al efecto de las pérdidas entre la fuente de microondas y la estructura del aplicador en contacto con el tejido. Estos efectos pueden ser particularmente problemáticos en procedimientos mínimamente invasivos que utilizan dispositivos de exploración quirúrgica. En dichas disposiciones, el generador normalmente se encuentra fuera del paciente, lo que significa que es necesario llevar una señal de tratamiento de alta potencia a lo largo del cordón del instrumento antes de que pueda utilizarse en la región de tratamiento. Las pérdidas en el cordón del instrumento pueden provocar un calentamiento endoluminal no deseado y, en consecuencia, un límite en la potencia disponible en la región de tratamiento, lo que a su vez conduce a tiempos de tratamiento más prolongados.

El documento US 9.023.025 desvela un sistema electroquirúrgico en el que un amplificador de microondas está montado de forma desmontable en el mango de un instrumento electroquirúrgico. Otros sistemas electroquirúrgicos se desvelan en los documentos US2010/145328 A1, US2012/035688 A1 y US2010/286681 A1.

Sumario de la invención

La invención se define en el conjunto de reivindicaciones adjuntas. En su forma más general, la presente invención contempla integrar al menos la etapa de salida de una línea generadora de señales de microondas en una porción distal de un instrumento electroquirúrgico. En otras palabras, la invención proporciona un instrumento electroquirúrgico en el que el amplificador principal para obtener potencia de microondas está ubicado en la misma región en una estructura radiante para proporcionar esa potencia.

La invención se basa fundamentalmente en el desarrollo de materiales semiconductores de banda ancha, tales como GaN y aleaciones basadas en GaN, que ofrecen la capacidad de fabricar dispositivos que están activos en frecuencias de RF y microondas. En particular, se ha encontrado que los transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) de potencia Al-GaN/GaN tienen un rendimiento de potencia de salida significativamente mejorado que se puede utilizar para electrocirugía.

Los HEMT de GaN tienen una gran brecha de banda de material - esto les permite funcionar a altas tensiones de consumo y alta densidad de potencia, es decir, 10 W/mm3 o más. Esto permite que dispositivos más pequeños se utilicen para lograr una densidad de potencia determinada y se integren en una gama de estructuras radiantes, que incluye estructuras radiantes en forma de espátula para procedimientos ESD/EMR o integración en cámaras en miniatura que se pueden tragar o insertar a través de un orificio natural.

En algunas realizaciones, toda la línea de generación de microondas se puede incorporar al instrumento, lo que significa que solo es necesario introducir alimentación CC. Por tanto, se pueden evitar las pérdidas de potencia de microondas y los inconvenientes asociados presentes en los dispositivos conocidos.

De acuerdo con la invención, puede proporcionarse un instrumento electroquirúrgico para extirpar tejido biológico, el instrumento electroquirúrgico comprende una porción de tratamiento de tejido para contactar el tejido biológico a tratar, teniendo la porción de tratamiento de tejido: una fuente de alimentación de microondas que comprende un amplificador de potencia dispuesto para generar energía de microondas adecuada para extirpar tejido biológico; y una estructura radiante conectada a la fuente de alimentación de microondas y configurada para proporcionar la energía de microondas al tejido biológico. Por lo tanto, el dispositivo para generar la potencia de microondas para el tratamiento se ubica con la estructura radiante, lo que puede minimizar la distancia que la señal de alta potencia necesita ser transportada antes de ser entregada al tejido biológico.

La porción de tratamiento de tejido puede ser parte de un instrumento más grande. Por ejemplo, el instrumento puede incluir un mango para sujetar y/o controlar el funcionamiento del instrumento. El mango puede estar conectado a la porción de tratamiento de tejido mediante uno o más cables, por ejemplo, para transferir señales de control o para transmitir fuerzas mecánicas para dirigir o ajustar el instrumento como se describe a continuación. En algunos casos, estos cables pueden ser largos, por ejemplo, cuando el instrumento se va a utilizar con un dispositivo de exploración quirúrgica. Al proporcionar el amplificador de potencia en la porción de tratamiento de tejidos, la invención asegura que no es necesario transportar una señal de microondas de alta potencia entre el mango y la estructura radiante.

El amplificador de potencia puede incluir un transistor semiconductor de brecha de banda ancha, como un HEMT basado en GaN. Para asegurar una transferencia eficaz de potencia entre una señal de entrada y la energía de microondas de salida, el amplificador de potencia puede tener un diseño de clase F.

La fuente de alimentación de microondas en la porción de tratamiento de tejido puede comprender circuitos del generador para activar el amplificador de potencia. Aunque en principio estos circuitos podrían estar ubicado en otro lugar, por ejemplo, en el mango, es deseable proporcionarlos en la porción de tratamiento de tejido para maximizar la eficacia de conversión de potencia.

Los circuitos del generador pueden comprender: un oscilador dispuesto para recibir una señal de entrada de CC y generar una señal de frecuencia de microondas; y un amplificador controlador dispuesto para recibir la señal de frecuencia de microondas y generar una señal de entrada para el amplificador de potencia. El oscilador puede ser un oscilador controlado por tensión (VCO) o un oscilador resonante dieléctrico (DRO). El amplificador controlador puede ser cualquier dispositivo MMIC adecuado. Los circuitos del generador pueden incluir un modulador de señal, por ejemplo, conmutador, para pulsar la salida del oscilador. En algunos ejemplos, puede ser deseable impulsar el amplificador de potencia con pulsos de energía de microondas. Puede proporcionarse el modulador para controlar estos pulsos. Los circuitos del generador pueden incluir un atenuador de señal, por ejemplo, antes del amplificador controlador, para permitir que se controle la magnitud de la señal de entrada para el amplificador de potencia.

La porción de tratamiento de tejidos puede incluir una fuente de alimentación, por ejemplo, para proporcionar la señal de entrada de CC. No es necesario que la fuente de alimentación forme parte de la porción de tratamiento de tejidos. Puede, por ejemplo, estar ubicada en el mango descrito anteriormente. Sin embargo, al incluir la fuente de alimentación en la porción de tratamiento de tejidos, la invención puede materializarse como un dispositivo completamente independiente que puede insertarse completamente o introducirse de otro modo en el cuerpo de un paciente, es decir, sin necesidad de mantener conexiones físicas con una porción externa. Por ejemplo, la invención puede realizarse como una cápsula de endoscopia o similar.

La fuente de alimentación puede ser una célula para proporcionar alimentación CC. Por ejemplo, la fuente de alimentación puede comprender una batería (por ejemplo, una batería de iones de litio), supercondensador o pila de combustible. Como alternativa o adicionalmente, la fuente de alimentación puede comprender una unidad de acoplamiento para acoplar inductiva o magnéticamente potencia de una fuente externa.

Para mejorar aún más la eficacia del suministro de energía en los tejidos, el amplificador de potencia puede estar conectado a la estructura radiante en la porción de tratamiento de tejido mediante una línea de transmisión sintonizable. La línea de transmisión puede tener cualquier estructura adecuada; puede ser una línea coaxial o una estructura basada en microtira. La capacidad de sintonización de la estructura puede proporcionarse permitiendo que la línea de transmisión presente una longitud eléctrica ajustable.

En una realización, la línea de transmisión sintonizable puede comprender una estructura coaxial extensible axialmente, por ejemplo, tener dos secciones coaxiales de acoplamiento separadas que pueden moverse axialmente entre sí. La sección coaxial puede incluir material dieléctrico extensible axialmente y porciones conductoras extensibles para mantener la funcionalidad de la línea de transmisión cuando se ajusta su longitud.

En otra realización, el amplificador de potencia puede moverse con relación a la estructura radiante a lo largo de la línea de transmisión sintonizable para ajustar su longitud eléctrica.

La porción de tratamiento de tejido puede estar rodeada por un manguito, por ejemplo, para proteger los componentes de la fuente de alimentación de microondas. El manguito puede ser retráctil para exponer la estructura radiante.

La estructura radiante puede comprender cualquier antena adecuada para lanzar potencia de microondas al tejido biológico. La estructura radiante puede ser bipolar, es decir, comprender un primer conductor y un segundo conductor separados por un material dieléctrico de una manera que hace que actúen como una antena para la energía de microondas. La estructura radiante puede ser una estructura coaxial o una estructura basada en microtiras. Por ejemplo, la estructura radiante puede comprender una antena dipolo, una antena ranurada o similar.

El instrumento de la invención puede adaptarse específicamente para su uso con un dispositivo de exploración quirúrgica. Por ejemplo, el instrumento puede comprender un mango conectado a la porción de tratamiento de tejidos a través de un eje flexible, en el que la porción de tratamiento de tejido forma un conjunto de extremo distal adecuado para la inserción (por ejemplo, dimensionado para ajustarse) a través de un canal de instrumentos de un dispositivo de exploración quirúrgica.

El instrumento de la invención puede encontrar aplicación en una amplia gama de procedimientos. Por ejemplo, se puede usar en un dispositivo de resección de tejido adecuado para usar el tracto gastrointestinal. La estructura radiante puede ser una antena omnidireccional adecuada para extirpar tumores. Como se ha descrito anteriormente, el instrumento puede ser parte de una cápsula o cámara PILL para visión y extirpación en el tracto GI. La invención puede encontrar uso en un dispositivo implantable para su inserción en el hueso (o en otro lugar), especialmente las realizaciones que se pueden energizar desde una fuente externa. Estos dispositivos implantados se pueden usar para controlar el crecimiento de tumores u otras afecciones en las que una masa de tejido crece a un ritmo mayor de lo normal. Una aplicación particular aquí es controlar el crecimiento de tumores cerebrales.

En esta memoria descriptiva, "microondas" puede usarse ampliamente para indicar un intervalo de frecuencia de 400 MHz a 100 GHz, pero preferentemente el intervalo de 1 GHz a 60 GHz. Las frecuencias específicas que se han contemplado son las siguientes: 915 MHz, 2. 45 GHz, 3. 3 GHz, 5. 8 GHz, 10 GHz, 14. 5 GHz y 24 GHz.

De forma similar, las referencias a un "conductor" o material "conductor" en el presente documento deben interpretarse en el sentido de eléctricamente conductor a menos que el contexto aclare que se pretende otro significado.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la invención se explican con detalle a continuación haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un sistema de electrocirugía para su uso con una realización de la invención;

la Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un conjunto de extremo distal que tiene una fuente de microondas integrada que es una realización de la invención;

la Figura 3 es un diagrama esquemático de componentes en el conjunto de extremo distal de la Figura 2; las Figuras 4A y 4B son vistas laterales esquemáticas que ilustran el funcionamiento de una línea de transmisión sintonizable que se puede utilizar en realizaciones de la invención;

las Figuras 5A y 5B son vistas esquemáticas en sección transversal que ilustran el funcionamiento de una línea de transmisión coaxial sintonizable que se puede utilizar en realizaciones de la invención;

la Figura 6 es un diagrama esquemático que muestra componentes en un ejemplo de etapa de salida que se puede usar en realizaciones de la invención; y

la Figura 7 es una vista esquemática en sección transversal a través de una estructura radiante que puede usarse en realizaciones de la invención.

Descripción detallada Otras opciones y preferencias

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de electrocirugía 100 en el que se puede utilizar la presente invención.

El sistema comprende un dispositivo de exploración quirúrgica 114, como un endoscopio, gastroscopio, laparoscopio o dispositivo similar. El dispositivo de exploración quirúrgica 114 comprende un cuerpo 116 que tiene varios puertos de entrada y un puerto de salida desde el cual se extiende un cordón 120 del instrumento. El cordón 120 del instrumento comprende una camisa externa que rodea una pluralidad de lúmenes. La pluralidad de lúmenes transporta varias cosas desde el cuerpo 116 hasta un extremo distal del cordón 120 del instrumento. Uno de la pluralidad de lúmenes es un canal de instrumento (de trabajo). Un eje flexible 112 se puede insertar a lo largo de toda la longitud del canal del instrumento (de trabajo). Otros lúmenes pueden incluir un conducto para transportar radiación óptica, por ejemplo, para proporcionar iluminación en el extremo distal o para recopilar imágenes del extremo distal. El cuerpo 116 puede incluir un ocular 122 para ver el extremo distal. Para proporcionar iluminación en el extremo distal, una fuente de luz 124 (por ejemplo, un LED o elemento similar) puede conectarse al cuerpo 116 por un puerto de entrada de iluminación 126.

En un extremo proximal del eje flexible 112 hay un mango 106, que puede estar conectado para recibir un suministro de fluido 107 desde un dispositivo de suministro de fluido 108, tal como una jeringa, aunque esto no tiene por qué ser esencial. Si es necesario, el mango 106 puede alojar un mecanismo de control de instrumento que se opera deslizando un gatillo 110, por ejemplo, para controlar el movimiento longitudinal (de ida y vuelta) de uno o más alambres de control o varillas de empuje (no se muestran). Si hay una pluralidad de alambres de control, puede haber múltiples gatillos deslizantes en el mango para proporcionar un control total.

En un extremo distal del eje flexible 112, hay un conjunto 118 distal (no dibujado a escala en la Figura 1) que tiene la forma de pasar a través del canal de instrumentos del dispositivo 114 de exploración quirúrgica y sobresalir (por ejemplo, dentro del paciente) en el extremo distal del cordón 120 del instrumento. El conjunto de extremo distal incluye una punta activa para proporcionar energía de microondas en el tejido biológico, como se expone con más detalle a continuación.

La estructura del conjunto distal 118 puede disponerse para que tenga un diámetro exterior máximo igual o menor que 2,0 mm, por ejemplo, menos de 1,9 mm (y más preferentemente menos de 1,5 mm) y la longitud del eje flexible puede ser igual o superior a 1,2 m.

El cuerpo 116 puede incluir una fuente de alimentación CC 128 que está conectada para suministrar energía de CC al conjunto de extremo distal 118 a lo largo del eje flexible, por ejemplo, utilizando hilos conductores adecuados. La fuente de alimentación CC puede ser una batería (por ejemplo, una batería de iones de litio), supercondensador o una pila de combustible montada en el cuerpo 116. En otro ejemplo, la fuente de alimentación CC 128 puede ser una unidad de acoplamiento dispuesta para acoplar energía inductiva o magnéticamente al dispositivo desde una fuente remota (no mostrada). En este caso, la unidad de acoplamiento puede comprender rectificación y filtrado internos para obtener una señal de CC a partir de la energía acoplada.

En otros ejemplos adicionales, la fuente de alimentación CC puede ser parte del conjunto de extremo distal, en cuyo caso no se requieren hilos conductores que se extiendan a lo largo del canal del instrumento.

Puede ser deseable controlar la posición de al menos el extremo distal del cordón 120 del instrumento. El cuerpo 116 puede incluir un accionador de control 130 que está acoplado mecánicamente al extremo distal del cordón 120 del instrumento por uno o más alambres de control (no mostrados), que se extienden a través del cordón 120 del instrumento. Los alambres de control pueden viajar dentro del canal del instrumento o dentro de sus propios conductos específicos. El accionador de control 130 puede ser una palanca o perilla giratoria, o cualquier otro dispositivo de manipulación para catéter conocido. La manipulación del cordón 120 del instrumento puede ser asistida por software, por ejemplo, usando un mapa virtual tridimensional armado a partir de imágenes de tomografía computarizada (TC).

La Figura 2 muestra un conjunto de extremo distal 118 que incorpora un instrumento electroquirúrgico que es una realización de la invención. El instrumento electroquirúrgico de la invención se caracteriza por tener componentes que generan energía de microondas in situ, por lo que no es necesario transmitir una señal de microondas a lo largo del eje flexible. El conjunto de extremo distal 118 comprende por lo tanto una línea 131 de generadores de microondas que tiene circuitos 132 del generador y una etapa de salida 134 que comprende un transistor basado en GaN, por ejemplo, un dispositivo GaN HEMT de alta densidad. La línea 131 de generadores de microondas está conectada a una estructura radiante 138 a través de una línea de transmisión 136. Como se analiza a continuación, la línea de transmisión 136 puede ser ajustable para mejorar la eficacia del suministro de potencia desde la línea del generador de microondas hasta la estructura 138 radiante.

El conjunto 118 de extremo distal puede estar encerrado en una camisa o manguito 140. Esto puede proteger los componentes del conjunto de extremo distal cuando se insertan a lo largo del canal del instrumento. El manguito 140 puede ser un sobremolde de polímero formado directamente sobre el dispositivo o un revestimiento aislante depositado.

En la Figura 2, el manguito 140 se muestra con un extremo abierto. Se puede utilizar un manguito de extremo abierto cuando sea deseable tener la estructura radiante 138 en contacto directo con el tejido. En el manguito de extremo abierto también puede ser útil si el conjunto de extremo distal también está configurado para proporcionar energía de radiofrecuencia (RF), en el que es deseable tener contacto directo con los tejidos.

Sin embargo, tener un manguito abierto no tiene por qué ser esencial. Por ejemplo, la camisa puede tener un extremo distal cerrado. Puede estar completamente sellado para formar una barrera entre el tejido y los componentes internos. El extremo distal puede conformarse, por ejemplo, para ayudar a colocar el dispositivo o conformar el campo de salida.

En un lado proximal de los circuitos 132 del generador, puede haber otros circuitos y/o cables de interfaz, por ejemplo, un cable 142 para transportar potencia CC a los circuitos del generador desde la fuente de alimentación CC 128. Como se ha descrito anteriormente, la fuente de alimentación CC 128 puede estar en el cuerpo 116 del dispositivo de exploración, o puede ser parte del conjunto de extremo distal 118.

Todos los circuitos de la línea 131 de generadores de microondas se pueden montar sobre un sustrato flexible. Esto puede hacer que el conjunto de extremo distal 118 sea flexible. Como resultado, podría estar doblado, flexionado o deformado en formas predefinidas (es decir, plano, cilíndrico) como se desee.

La Figura 3 es una vista esquemática que muestra otros componentes de la línea 131 de generadores de microondas. Los circuitos 132 del generador que comprenden un oscilador 144 para emitir una señal de microondas, por ejemplo, con una frecuencia de 1 GHz o más, preferentemente de 5,8 GHz o más. El oscilador 144 puede ser un oscilador controlado por tensión (VCO) o un oscilador resonador dieléctrico (DRO). El oscilador 144 puede recibir la alimentación CC descrita anteriormente como entrada. La salida del oscilador 144 puede ser pulsada por un modulador 146. La salida del oscilador 144 se proporciona a un amplificador controlador 148, que está dispuesto para generar una señal de entrada para la etapa de salida 134. El amplificador controlador 148 puede ser cualquier dispositivo MMIC adecuado. La línea puede incluir un atenuador (no mostrado) para proporcionar control sobre la amplitud de la señal entregada a la etapa de salida 134. La propia etapa de salida 134 puede comprender un circuito de polarización 150 y un transistor 152 basado en GaN configurado como amplificador de potencia. La etapa de salida puede incluir circuitos (no mostrados) para proteger los componentes de la etapa de salida de la señal reflejada desde la estructura radiante. Por ejemplo, se puede montar un circulador en una trayectoria directa desde el transistor basado en GaN. El circulador puede desviar la potencia reflejada a una carga de descarga. Sin embargo, esta estructura de protección no es esencial porque la estructura basada en GaN puede ser lo suficientemente robusta para protegerla.

La Figura 3 ilustra una realización en la que el oscilador 144 y el conmutador de modulación 146 son parte del conjunto de extremo distal 118. Esto no tiene por qué ser necesario (aunque es deseable). Por ejemplo, el oscilador 144 y el conmutador de modulación 146 pueden estar ubicados dentro o en el cuerpo 116 del dispositivo de exploración quirúrgica. En otro ejemplo, todos los circuitos 132 del generador (es decir, incluido el amplificador controlador 148) pueden estar ubicados a una distancia proximal del conjunto de extremo distal, por ejemplo, en el cuerpo 116. Por tanto, la señal de entrada para la etapa de salida 134 puede transmitirse a lo largo del canal de instrumentos.

Como ilustración, un ejemplo puede comprender un DRO con una potencia de salida de 10 dBm (1 mW) y un MMIC con una ganancia de 20 dB ubicado en el cuerpo del dispositivo de exploración. Incluso si la pérdida de inserción del cable es de 10 dB en este escenario, todavía habría 20 dBm (100 mW) disponibles en el conjunto de extremo distal. En este ejemplo, la etapa de salida puede comprender un segundo MMIC seguido del transistor 152 basado en GaN. Si el segundo MMIC tiene una ganancia de 10 dB y un dispositivo de GaN de alta densidad una ganancia de 10 dB, entonces habrán 40 dBm (10 W) disponibles para la entrega.

La línea de transmisión 136 puede ser cualquier estructura adecuada para transportar la potencia de microondas generada por la etapa de salida 134 a la estructura radiante. Por ejemplo, se pueden utilizar tanto estructuras coaxiales (incluida la guía de ondas) como estructuras de microtira, como se explica con más detalle a continuación.

La línea de transmisión 136 puede proporcionar una función de adaptación de impedancia para mejorar la eficacia del suministro de energía a la estructura radiante. Por ejemplo, la adaptación a bordo o in situ se puede lograr variando la distancia (por ejemplo, en fracciones o longitud de onda o fase) entre la carga (que probablemente incluirá la estructura radiante) y la etapa de salida, por ejemplo, unión de salida del dispositivo de GaN de alta densidad. En este ejemplo, también se puede proporcionar un ramal variable conectado en paralelo o en derivación dispuesto para anular la susceptancia una vez que la longitud de la línea ha movido la carga al círculo de conductancia unitaria.

En otro ejemplo, la línea de transmisión puede ser un transformador de cuarto de onda conectado en línea o en serie. Esta estructura adapta la impedancia real de la carga con la parte real de la impedancia compleja de la salida del transistor GaN.

Ejemplos de estructuras de base coaxial (incluidas guías de ondas no coaxiales, como guías de onda cuadradas) que se pueden utilizar para la línea de transmisión, puede ser como sigue:

(a) una estructura de corta longitud, por ejemplo, que tenga una longitud igual o inferior a una décima parte de una longitud de onda. Esto daría como resultado una pérdida mínima y una no adaptación de impedancia reducida (si la línea de transmisión y la impedancia de la etapa de salida no son idénticas) en comparación con una longitud de línea arbitraria más larga.

(b) se puede utilizar una línea de transmisión de un cuarto de longitud de onda (o un múltiplo impar de un cuarto de longitud de onda). La geometría de la línea de transmisión puede seleccionarse de forma que la impedancia de la línea de transmisión actúe como un transformador de impedancia entre la etapa de salida y el radiador. Esto daría como resultado una mejor adaptación a cargas no ideales.

(c) se puede utilizar una línea de transmisión de media longitud de onda (o múltiplo impar de media longitud de onda). Esto da como resultado que la impedancia observada por la etapa de salida (en la interfaz entre la etapa de salida y la línea de transmisión) sea sustancialmente equivalente a la impedancia de entrada de la estructura radiante. Como resultado, la impedancia (y la geometría) de la línea de transmisión está menos restringida.

Los mismos principios de las líneas de transmisión de base coaxial anteriores pueden también aplicarse a las líneas de transmisión basadas en microtira, líneas de tiras o estructuras de líneas coplanares.

La adaptación de la línea de transmisión para que pueda ayudar con la adaptación se puede lograr al permitir el movimiento axial relativo entre los componentes en los extremos opuestos de la línea de transmisión, para alterar así su longitud efectiva.

En un ejemplo, esto se puede hacer permitiendo el movimiento axial de uno o más componentes internos dentro del manguito 140 con respecto a la estructura radiante 138. Dicho movimiento se puede permitir mediante juntas deslizantes o flexibles (ajuste de interferencia o conductores flexibles soldados) dentro de la línea de transmisión distal 136, es decir, entre la etapa de salida 134 y la estructura radiante 138.

Las Figuras 4A y 4B muestran un ejemplo de una línea de transmisión ajustable. En este ejemplo, la línea de transmisión 136 es una estructura de microtira que tiene un conductor superior 154 y un conductor inferior 156 formado sobre una capa de material dieléctrico 158. La estructura radiante 138 se muestra esquemáticamente conectada a un extremo distal 160 de la línea de transmisión 136. Esta conexión puede ser fija.

La etapa de salida 134 está montada en un extremo próximo 162 de la línea de transmisión 136. Se proporcionan hilos conductores flexibles 164, 166 para conectar las partes relevantes de la etapa de salida al conductor superior 154 y al conductor inferior 156 respectivamente.

La etapa de salida 134 está adaptada para deslizarse con relación a la estructura radiante 138 a lo largo de la línea de transmisión 136. Puede proporcionarse una capa de aislamiento 167 en la etapa de salida 134 para evitar que la conexión eléctrica con la línea de transmisión 136 se produzca en ubicaciones no deseadas. Los mecanismos adecuados para controlar el movimiento se describen a continuación.

Como se muestra en la Figura 4B, cuando la etapa de salida 134 se desliza a lo largo de la línea de transmisión 136, la posición en la que el hilo conductor 164 se conecta al primer conductor 154 también cambia. Este movimiento permite cambios de fase debido a cambios efectivos en la longitud de la línea de transmisión a la estructura radiante 138. Como resultado, la impedancia se puede cambiar para que sea puramente real, es decir, sin reactancia (componentes capacitivos o inductivos). La adaptación de impedancia mejorada permite un acoplamiento más eficaz de la energía desde el circuito del generador a la estructura radiante y, por lo tanto, también un suministro de energía más eficaz al tejido que rodea la estructura radiante.

Las figuras 5A y 5B muestran vistas en sección transversal a través de una unión de transformador coaxial deslizante que puede usarse para alterar la longitud de una línea de transmisión coaxial. En este ejemplo, la línea de transmisión 136 comprende una estructura coaxial que tiene un conductor interno formado por una parte distal 168 y una parte proximal 170. Estas partes tienen elementos de acoplamiento mutuo que se deslizan uno sobre el otro en una dirección axial para permitir que la longitud del conductor interno varíe sin romper la trayectoria conductora. En el ejemplo específico que se muestra, la parte distal tiene un elemento macho 172 que se acopla con un elemento hembra 174 en la parte proximal 170.

Un material dieléctrico axialmente extensible 176 (por ejemplo, formado a partir de un resorte, espuma o similar) separa el conductor interno de un conductor externo coaxial 178. El conductor externo 178 tiene dos partes que se corresponden y se mueven con la parte distal 168 y la parte proximal 170 del conductor interno. Una funda conductora 180 descansa sobre la unión entre las partes del conductor externo para asegurar que se mantenga la trayectoria conductora. El conductor externo 170 y la funda 180 del transformador coaxial pueden ser flexibles o rígidos. En una realización alternativa, el conductor externo 170 puede comprender un resorte enrollado o trenzado, de tal forma que a medida que se abre la brecha 182, el resorte se extiende para mantener la trayectoria conductora. Esta estructura puede facilitar la adaptación de impedancia, por ejemplo, permitiendo mayores cambios en la geometría y separación entre los conductores interno y externo.

Como se muestra en la Figura 5B, a medida que la línea de transmisión se extiende axialmente, por ejemplo, tirando de la parte proximal 170 en la dirección proximal, el material dieléctrico 176 se expande en la brecha 182 para mantener la integridad de la estructura de la línea de transmisión cuando las partes distal y proximal se separan.

La estructura mostrada en las Figuras 5A y 5B forman así un transformador de un cuarto de onda plegable.

En otros ejemplos, la línea de transmisión puede incluir tanto una estructura de microtira como una estructura de base coaxial.

El control del movimiento axial se puede realizar mecánicamente, por ejemplo, cuando el operador desliza un alambre o manguito de empuje/tracción interno o externo usando un deslizador 110 en el mango 106. Como alternativa, el movimiento axial puede accionarse eléctricamente, por ejemplo, con un conmutador electromecánico. Se puede lograr un movimiento preciso mediante el uso de un micro motor paso a paso o similar, que se puede montar en el mango 106 en el cuerpo 116 del dispositivo de exploración.

La Figura 6 es un diagrama esquemático de los componentes en una etapa de salida 134 que puede usarse en una realización de la invención. Como se ha descrito anteriormente, la etapa de salida 134 usa un HEMT 152 basado en GaN de alta densidad como un amplificador para una señal de entrada recibida desde los circuitos 132 del generador. Si bien se puede utilizar cualquier configuración de amplificador adecuada, puede ser deseable polarizar el transistor de salida 152 utilizando esquemas distintos a los tradicionales de clase A, B, A-B o C para optimizar la eficacia de conversión de alimentación CC a microondas.

En particular, si la fuente de alimentación CC se encuentra también en el conjunto de extremo distal, por ejemplo, como batería independiente o como unidad de acoplamiento para extraer energía de una fuente externa, Puede ser deseable configurar el dispositivo para llevar la eficacia de potencia agregada (PAE) cerca de su límite teórico. La Figura 6 muestra una etapa de salida 134 en la que esto se consigue estableciendo una estructura de polarización de clase F. Esta estructura puede alcanzar hasta un 90 % de PAE. En un ejemplo, un ramal abierto con una longitud física establecida en 1/12 de la longitud de onda de la frecuencia se monta en la salida del transistor. Esta disposición puede incrementar la eficacia de operación al afectar las formas de onda de la tensión de consumo y de la corriente de consumo. En un escenario ideal, se desea una tensión de salida cero cuando la tensión de consumo es máximo o se desea una corriente cero cuando la corriente de consumo es máxima. Esto asegura que la potencia disipada en el dispositivo de GaN esté relacionada con la corriente que fluye desde el consumo a la fuente y la tensión a través de la unión consumo-fuente.

La estructura de clase F en la Figura 6 proporciona un primer circuito resonante (por ejemplo, un circuito LC o de tanque) 184 en una entrada al HEMT 152 basado en GaN y un segundo circuito resonante 190 en una salida del mismo. Cada circuito resonante 184, 190 tiene un circuito de adaptación respectivo 186, 188 (por ejemplo, un circuito LC en serie). El dispositivo está sesgado cerca o en el corte, de forma similar a la operación de clase B.

Para aumentar la eficacia en términos de la cantidad de potencia de microondas producida en la salida a CC y la señal de microondas de entrada en la entrada, es deseable operar el dispositivo GaN usando un esquema diferente al esquema lineal estándar de Clase A, es decir, Clase B, a B, C, D, E o F.

La eficacia de un amplificador está limitada por las características de los transistores utilizados en el diseño. Si se utiliza un diseño de clase F, en teoría es posible lograr el 100% de eficacia, pero esto supone que el transistor sea una fuente de corriente ideal. En la práctica, debería ser posible lograr hasta un 10 % de eficacia energética agregada (PAE) utilizando una disposición de clase F.

El segundo circuito resonante 190 está configurado para dar forma a la forma de onda de salida basándose en la carga que aparece como un cortocircuito a armónicos pares (es decir, cortocircuito en 2fo, en el que fo es la frecuencia de resonancia del circuito) y como un circuito abierto a armónicos impares (es decir, circuito abierto en 3fo). En consecuencia, la forma de onda de tensión de consumo tiene una forma de onda cuadrada, mientras que la corriente de consumo tiene una forma que se asemeja a una forma de onda sinusoidal de media onda.

El primer circuito resonante 184 ayuda a asegurar que el dispositivo sea accionado por pulsos de onda cuadrada.

El elemento radiante 138 mostrado esquemáticamente en la Figura 2 puede adoptar cualquier forma adecuada para suministrar energía de microondas. El elemento radiante 138 puede ser bipolar, es decir, incluye un primer conductor y una segunda disposición de conductor para actuar como antena para irradiar energía de microondas al tejido biológico. Las estructuras de este tipo que son adecuadas para la inserción por el canal del instrumento de un dispositivo de exploración quirúrgica incluyen sondas de tipo espátula como las descritas en los documentos WO 2011/010089, w O 2012/095653 y WO 2014/006369. Como alternativa, se pueden utilizar antenas dipolo o ranuradas. Radiadores dieléctricos, por ejemplo, similares a los descritos en el documento WO 2008/044013 se pueden usar también.

La Figura 7 es una vista en sección transversal del extremo distal de una estructura radiante 200 que se puede usar en el conjunto distal 118 para suministrar energía de microondas al tejido biológico. La estructura radiante 200 comprende un cable coaxial 202 que está conectado en su extremo proximal a la estructura de la línea de transmisión descrita anteriormente para recibir energía de microondas desde la etapa de salida. El cable coaxial 202 comprende un conductor interno 206, que está separado de un conductor externo 208 por un primer material dieléctrico 210. El cable coaxial 202 pierde preferentemente poca energía de microondas. Se puede proporcionar un estrangulador (no mostrado) en el cable coaxial para inhibir la propagación de regreso de la energía de microondas reflejada desde el extremo distal y, por lo tanto, limitar el calentamiento hacia atrás a lo largo del dispositivo.

El cable coaxial 202 termina en su extremo distal con una sección de punta radiante 204. En esta realización, la sección de punta radiante 204 comprende una sección conductora distal 212 del conductor interno 206, que se extiende ante un extremo distal 209 del conductor externo 208. La sección conductora distal 212 está rodeada en su extremo distal por una punta dieléctrica 214 formada a partir de un segundo material dieléctrico, que puede ser igual o diferente del primer material dieléctrico 210. La longitud de la punta dieléctrica 214 es más corta que la longitud de la sección conductora distal 212.

El cable coaxial 202 y la sección de punta radiante 204 pueden tener una funda externa biocompatible (no mostrada) formada sobre sus superficies más externas. La funda externa 218 puede estar formada por un material biocompatible.

La punta dieléctrica 214 puede tener cualquier forma distal adecuada, por ejemplo, cualquiera de: forma de cúpula, cilíndrica, cónica, etc. Se puede preferir una forma de cúpula lisa porque aumenta la movilidad de la antena a medida que se maniobra a través de los pequeños conductos.

Aunque la estructura radiante 200 que se muestra en la Figura 7 se basa en una estructura coaxial, esto no tiene por qué ser esencial. Por ejemplo, la estructura radiante puede ser plana y estar formada sobre una estructura de tipo microtira. Como alternativa, la estructura radiante puede formarse sobre una subestructura extensible, por ejemplo, un globo hinchable o una estructura articulada de tipo fórceps como la descrita en el documento WO 2015/097472.

La energía de microondas suministrada por la estructura radiante puede tener un nivel de potencia adecuado para extirpar tejidos. Este puede ser el uso principal de la invención electroquirúrgica de la invención. Sin embargo, el instrumento también puede funcionar a niveles de potencia más bajos, por ejemplo, para medir las propiedades del tejido en el extremo distal del dispositivo.

En un ejemplo, el dispositivo puede estar dispuesto para operar a una frecuencia más alta para la medición que para la extirpación. Por ejemplo, La extirpación se puede realizar a los 5,8 GHz, mientras que la medición puede realizarse a 60 GHz o 77 GHz. Estas frecuencias más altas pueden permitir la obtención de medidas sensibles. Al integrar la fuente de microondas en el conjunto de extremo distal, se evita la incertidumbre de medición causada por la variación de fase y magnitud debida al doblez y flexión del cable.

La señal de medición de frecuencia más alta puede obtenerse acoplando una señal de baja potencia del oscilador 144 y proporcionando un oscilador local separado que tiene una frecuencia seleccionada para permitir que las señales se mezclen hasta una frecuencia para la medición. Esta disposición puede permitir que la extirpación y la medición tengan lugar simultáneamente.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un instrumento electroquirúrgico para extirpar tejido biológico, comprendiendo el instrumento electroquirúrgico: una porción de tratamiento de tejidos para poner en contacto con el tejido biológico a tratar, y

un mango conectado a la porción de tratamiento de tejidos mediante un cable flexible, en donde la porción de tratamiento de tejido forma un conjunto de extremo distal adecuado para la inserción a través de un canal de instrumentos de un dispositivo de exploración quirúrgica;

en donde la porción de tratamiento de tejidos comprende:

una fuente de alimentación de microondas que comprende un amplificador de potencia dispuesto para generar energía de microondas adecuada para extirpar tejido biológico; y

una estructura radiante conectada a la fuente de energía de microondas y configurada para proporcionar la energía de microondas al tejido biológico, en donde

el amplificador de potencia está conectado a la estructura radiante mediante una línea de transmisión sintonizable.

2. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el amplificador de potencia incluye un transistor semiconductor de brecha de banda ancha.

3. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el amplificador de potencia incluye un HEMT basado en GaN.

4. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el amplificador de potencia tiene un diseño de clase F.

5. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la fuente de alimentación de microondas comprende circuitos del generador para activar el amplificador de potencia.

6. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que los circuitos del generador comprenden:

un oscilador dispuesto para recibir una señal de entrada de CC y generar una señal de frecuencia de microondas; y

un amplificador controlador dispuesto para recibir la señal de frecuencia de microondas y generar una señal de entrada para el amplificador de potencia.

7. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la porción de tratamiento de tejidos incluye una fuente de alimentación.

8. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la fuente de alimentación es una célula para generar alimentación CC.

9. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la fuente de alimentación comprende una unidad de acoplamiento para acoplar de forma inductiva o magnética la potencia de una fuente externa.

10. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la línea de transmisión sintonizable tiene una longitud eléctrica ajustable.

11. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 10, en el que la línea de transmisión sintonizable comprende una estructura coaxial axialmente extensible.

12. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 10, en el que el amplificador de potencia puede moverse con respecto a la estructura radiante a lo largo de la línea de transmisión sintonizable para ajustar la longitud eléctrica del mismo.

13. Un instrumento electroquirúrgico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la porción de tratamiento de tejido está encerrada por un manguito.