ES2888404T3 - Dispositivo de aislamiento para aparato electroquirúrgico - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100), que comprende: un circuito de combinación que tiene una primera entrada que puede conectarse para recibir desde un canal de RF radiación electromagnética (EM) de radiofrecuencia (RF), que tiene una primera frecuencia, una segunda entrada que puede conectarse para recibir desde un canal de microondas radiación EM de microondas que tiene una segunda frecuencia, que es más alta que la primera frecuencia, y una salida en comunicación con la primera y la segunda entradas para transportar la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas hasta una ruta de señales común, y un aislador de guía de ondas conectado para aislar el canal de microondas frente a la radiación EM de RF, en donde el aislador de guía de ondas comprende: una sección conductora de entrada (102), una sección conductora de salida (106), una sección conductora intermedia (104), teniendo la sección intermedia (104) un primer extremo que se acopla con la sección de entrada (102), y un segundo extremo que se acopla con la sección de salida (106), una primera barrera de aislamiento de CC (127) dispuesta entre la sección de entrada (102) y la sección intermedia (104), y una segunda barrera de aislamiento de CC (127) dispuesta entre la sección intermedia (104) y la sección de salida (106), en donde la sección de entrada (102), la sección intermedia (104) y la sección de salida (106) encierran juntas una cavidad de la guía de ondas, en donde la salida del circuito de combinación incluye un conductor de señales y un conductor a tierra, y en donde la primera barrera de aislamiento de CC (127) y la segunda barrera de aislamiento de CC (127) proporcionan un par de estructuras capacitivas, conectadas en serie entre el conductor a tierra de la salida del circuito de combinación y la sección conductora de entrada (102) del aislador de guía de ondas, estando dispuesta la estructura capacitiva para inhibir el acoplamiento de la energía EM de RF y la fuga de energía EM de microondas.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de aislamiento para aparato electroquirúrgico
Campo de la invención
La invención se refiere a un aparato electroquirúrgico en el que se utiliza energía de radiofrecuencia para tratar tejido biológico. En particular, la invención se refiere a un aparato quirúrgico capaz de generar energía de radiofrecuencia (RF) para cortar tejido, que puede usarse como parte de un aparato quirúrgico que también suministre energía de frecuencia de microondas para la hemostasia (es decir, sellar los vasos sanguíneos rotos al promover la coagulación de la sangre).
Antecedentes de la invención
La resección quirúrgica es un medio para extraer secciones de órganos del interior de un cuerpo humano o animal. Estos órganos pueden estar muy vascularizados. Cuando se corta (se divide o se secciona) el tejido, se dañan o se rompen unos vasos sanguíneos pequeños llamados arteriolas. Al sangrado inicial le sigue una cascada de coagulación en la que la sangre se transforma en un coágulo, en un intento de taponar el punto de sangrado. Durante una operación, resulta deseable que un paciente pierda la menor cantidad de sangre posible, por lo que se han desarrollado diversos dispositivos en un intento de efectuar cortes sin sangrado. Durante los procedimientos endoscópicos, en caso de que se produzca una hemorragia resulta deseable tratarla lo antes posible, o de manera conveniente, ya que el flujo sanguíneo puede oscurecer la visión del operario y esto puede suponer que haya que finalizar el procedimiento y utilizar otro método en su lugar, p. ej. una cirugía abierta.
Los generadores electroquirúrgicos son habituales en todos los quirófanos de los hospitales, para su uso en procedimientos abiertos y laparoscópicos, y también están cada vez más presentes en las salas de endoscopia. En los procedimientos endoscópicos, el accesorio electroquirúrgico habitualmente se inserta a través de una luz situada dentro de un endoscopio. Si se compara con un canal de acceso equivalente para una cirugía laparoscópica, tal luz es comparativamente estrecha en diámetro y mayor en longitud. En el caso de un paciente bariátrico, el accesorio quirúrgico puede tener una longitud de 300 mm desde el mango hasta la punta de RF, mientras que la distancia equivalente en el caso de un laparoscopio puede superar los 2500 mm.
Se ha utilizado energía de radiofrecuencia (RF) para cortar tejido biológico en lugar de utilizar una cuchilla afilada. El método de corte utilizando energía de RF funciona de acuerdo con el principio de que cuando una corriente eléctrica pasa a través de una matriz de tejido (con la ayuda del contenido iónico de las células y los electrolitos intercelulares), la impedancia al flujo de electrones a través del tejido genera calor. Cuando se aplica un voltaje de RF en la matriz de tejido, se genera suficiente calor dentro de las células para vaporizar el contenido acuoso del tejido. Como resultado de esta creciente desecación, en particular en los puntos adyacentes a la región emisora de RF del instrumento (a la que en el presente documento se hace referencia como cuchilla de RF) que presentan la densidad de corriente más alta de toda la trayectoria de la corriente a través del tejido, el tejido adyacente al polo de corte de la cuchilla de RF pierde contacto directo con la cuchilla. El voltaje aplicado aparece entonces casi en su totalidad a través de este vacío que, como resultado, se ioniza y forma un plasma que cuenta con una resistividad de volumen muy alta en comparación con el tejido. Esta diferenciación resulta importante, ya que enfoca la energía aplicada en el plasma que ha completado el circuito eléctrico entre el polo de corte de la cuchilla de RF y el tejido. Cualquier material volátil que se introduzca en el plasma con la suficiente lentitud será vaporizado y, por lo tanto, la percepción es la de un plasma que diseca tejido.
El documento GB 2486343 da a conocer un sistema de control para un aparato electroquirúrgico que suministra tanto energía de RF como energía de microondas, para tratar tejido biológico. El perfil de suministro de energía, tanto de la energía de RF como de la energía de microondas suministrada a una sonda, se establece en función del voltaje muestreado y la información actual de energía de RF transmitida a la sonda y muestreada hacia delante, así como en función de la información de potencia reflejada para la energía de microondas transportada hacia y desde la sonda.
El documento GB 2 522 533 da a conocer un circuito de aislamiento para un generador electroquirúrgico dispuesto para producir energía de radiofrecuencia (RF) y energía de microondas para tratar tejido biológico. El circuito de aislamiento comprende un aislador de guía de ondas sintonizable, en una unión entre el canal de microondas y el combinador de señales, y puede incluir una estructura capacitiva entre un conductor a tierra del combinador de señales y una sección conductora de entrada del aislador de guía de ondas, para inhibir el acoplamiento de la energía de RF y la fuga de la energía de microondas.
El documento WO 2015/087051 da a conocer un circuito de aislamiento para un generador electroquirúrgico dispuesto para producir energía de radiofrecuencia (RF) y energía de microondas para tratar tejido biológico. El generador tiene un canal de RF y un canal de microondas que se combinan en el combinador de señales, para permitir suministrar la energía de RF y la energía de microondas al tejido a lo largo de una trayectoria de alimentación común. El circuito de aislamiento comprende un aislador de guía de ondas sintonizable, en una unión entre el canal de microondas y el combinador de señales, y puede incluir una estructura capacitiva entre un conductor a tierra del combinador de señales y una sección conductora de entrada del aislador de guía de ondas, para inhibir el acoplamiento de la energía de RF y la fuga de la energía de microondas. El circuito de aislamiento puede combinar en una única unidad sintonizable todos los componentes necesarios para aislar entre sí los canales de microondas y de RF, y al mismo tiempo proporciona un voltaje de resistencia elevado.
El documento GB 2506377 da a conocer un aparato electroquirúrgico para la resección de tejido biológico que comprende un generador de radiofrecuencia (RF), para generar radiación electromagnética de r F con una primera frecuencia, y un generador de señales de microondas para generar radiación electromagnética de microondas con una segunda frecuencia. Una estructura de alimentación comprende un canal de RF, que transmite a una sonda radiación de RF desde el generador de señales de RF, y un canal de microondas que transmite a la sonda la radiación de microondas desde el generador de señales de microondas. El canal de RF y el canal de microondas comprenden rutas de señales físicamente separadas de los generadores. La estructura de alimentación tiene un circuito de combinación con una entrada conectada a la ruta de señales del canal de RF, otra entrada conectada a la ruta de señales del canal de microondas, y una salida conectada a una ruta de señales común para transportar a la sonda la radiación de RF y la radiación de microondas por separado, o simultáneamente. El canal de microondas incluye un aislador de guía de ondas conectado para aislar la ruta de señales del canal de microondas frente a la radiación de RF. También se da a conocer un circuito de aislamiento para un aparato electroquirúrgico.
Sumario de la invención
En su forma más general, la presente invención (que se define en la reivindicación 1) proporciona un dispositivo aislador-diplexor combinado para suministrar a una sonda energía electromagnética (EM) de radiofrecuencia (RF) y energía e M de microondas, que se obtienen desde fuentes separadas, a través de una ruta de señales común. La invención combina en una única unidad todos los componentes necesarios para aislar entre sí los canales de microondas y de RF, y al mismo tiempo proporciona un voltaje de resistencia elevado (por ejemplo, superior a 10 kV).
La invención mejora la estructura dada a conocer en el documento GB 2 522 533, proporcionando el aislamiento necesario mediante una pluralidad de estructuras capacitivas conectadas en serie y formadas integralmente con un aislador de guía de ondas, que ayuda a reducir el acoplamiento capacitivo a través de la barrera de aislamiento.
De acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo aislador-diplexor combinado, que comprende: un circuito de combinación que tiene una primera entrada que puede conectarse para recibir desde un canal de RF radiación electromagnética (EM) de radiofrecuencia (RF), que tiene una primera frecuencia, una segunda entrada que puede conectarse para recibir desde un canal de microondas radiación EM de microondas que tiene una segunda frecuencia, que es más alta que la primera frecuencia, y una salida que comunica con la primera y segunda entradas para transportar la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas hasta una ruta de señales común, y un aislador de guía de ondas conectado para aislar el canal de microondas frente a la radiación EM de RF, en donde el aislador de guía de ondas comprende: una sección conductora de entrada, una sección conductora de salida, una sección conductora intermedia, teniendo la sección intermedia un primer extremo que se acopla con la sección de entrada, y un segundo extremo que se acopla con la sección de salida, una primera barrera de aislamiento de CC, dispuesta entre la sección de entrada y la sección intermedia, y una segunda barrera de aislamiento de CC, dispuesta entre la sección intermedia y la sección de salida, en donde la sección de entrada, la sección intermedia y la sección de salida encierran juntas una cavidad de la guía de ondas, en donde la salida del circuito de combinación incluye un conductor de señales y un conductor a tierra, y en donde la primera barrera de aislamiento de CC y la segunda barrera de aislamiento de CC proporcionan un par de estructuras capacitivas conectadas en serie, entre el conductor a tierra de la salida del circuito de combinación y la sección conductora de entrada del aislador de guía de ondas, estando dispuesta la estructura capacitiva para inhibir el acoplamiento de la energía EM de RF y la fuga de energía EM de microondas.
Al proporcionar una pluralidad (preferentemente un par) de elementos capacitivos conectados en serie dentro de la estructura del propio aislador de guía de ondas, puede reducirse la capacitancia general sin perturbar la transmisión de las microondas a la salida o permitir un nivel inaceptable de radiación o fuga de microondas.
La sección de entrada, la sección intermedia y la sección de salida pueden disponerse en secuencia a lo largo de una dirección longitudinal, en donde la sección intermedia se superpone con la sección de entrada en la dirección longitudinal en la primera barrera de aislamiento de CC, y en donde la sección intermedia se solapa con la sección de salida en la dirección longitudinal en la segunda barrera de aislamiento de CC. Estas regiones de superposición proporcionan dos secciones capacitivas. La sección intermedia está dispuesta para asegurar que las dos secciones capacitivas queden espaciadas por (o alrededor de) un múltiplo de una mitad de longitud de onda a la frecuencia de microondas en la sección intermedia, de modo que se cancele la reflexión de energía de microondas debida al cambio de diámetro en las uniones entre las secciones. La extensión del solapamiento longitudinal entre la sección intermedia y las secciones de entrada y salida, respectivamente, puede restringirse mediante un par de elementos espaciadores. Un primer elemento espaciador puede estar montado entre la sección intermedia y la sección de entrada, y un segundo elemento espaciador puede estar montado entre la sección intermedia y la sección de salida. Los espaciadores pueden montarse dentro de unos rebajes formados en la sección de entrada y la sección de salida, de modo que hagan tope contra un borde opuesto de la sección intermedia. Los elementos espaciadores pueden estar formados por un plástico aislante, tal como Delrin® o cloruro de polivinilo (PVC). Si la guía de ondas es cilindrica, cada uno de los elementos espaciadores puede comprender un manguito anular montado sobre el extremo distal de una de las secciones de entrada o salida del aislador de guía de ondas. La superficie exterior de los manguitos puede estar al ras con la otra superficie de las secciones de entrada y de salida.
La longitud longitudinal de la superposición entre la sección interior y la sección exterior, y las respectivas porciones de la sección intermedia, es preferentemente un (o alrededor de un) número impar de cuartos de longitud de onda (generalmente un cuarto de onda) a la frecuencia de microondas.
Una capa aislante puede estar dispuesta en cada área de superposición, es decir entre la sección de entrada y la sección intermedia en la primera barrera de aislamiento de CC, y entre la sección de salida y la sección intermedia en la segunda barrera de aislamiento de CC. Puede proporcionarse una capa aislante común, es decir una capa aislante puede extenderse entre las regiones superpuestas, p. ej. debajo o a través de la sección intermedia.
La capa aislante puede tener un espesor (p. ej. un espesor radial si la guía de ondas es cilíndrica) que se selecciona para que sea lo más delgado posible y minimizar así la fuga de microondas. Al proporcionar un par de estructuras capacitivas, esta capa puede hacerse más delgada sin que la capacitancia aumente hasta niveles no deseados.
La salida conectada a la ruta de señales común puede incluir una sonda de salida, montada en la sección de salida del aislador de guía de ondas. La sonda de salida puede tener un primer conductor de acoplamiento que se extienda hasta el interior del aislador de guía de ondas, para acoplar la energía EM de microondas del mismo. De manera similar, la segunda entrada puede incluir una sonda de entrada montada en la sección de entrada del aislador de guía de ondas. La sonda de entrada puede tener un segundo conductor de acoplamiento que se extienda hasta el interior del aislador de guía de ondas, para acoplar la energía EM de microondas en la cavidad. El primer conductor de acoplamiento y el segundo conductor de acoplamiento pueden extenderse en una dirección ortogonal a la dirección longitudinal. En un ejemplo, el primer conductor de acoplamiento y el segundo conductor de acoplamiento pueden extenderse hasta el interior de la cavidad de la guía de ondas desde direcciones opuestas.
La primera entrada puede incluir un conector de RF montado en el aislador de guía de ondas. El conector de RF puede tener un conductor de señales que se extienda hasta el interior de la cavidad de la guía de ondas, para hacer contacto eléctrico con el conductor de acoplamiento de la sonda de salida. El conductor de señales puede extenderse en la dirección longitudinal, y puede estar situado de manera que quede sustancialmente alineado con un equipotencial de la energía EM de microondas dentro del aislador de guía de ondas. El hecho de alinear el conductor de señales de esta manera minimiza la cantidad de energía EM de microondas que podría fugarse hacia el conector de RF.
Sin embargo, el conector de RF puede comprender un filtro coaxial a modo de barrera adicional para fugas, conectado a la sección de salida y configurado para inhibir las fugas de energía EM de microondas al exterior del aislador de guía de ondas, a través del conductor de señales del conector de RF. El filtro coaxial puede comprender un filtro coaxial reentrante de dos secciones.
El aislador de guía de ondas puede comprender una impedancia ajustable. Por ejemplo, puede comprender una pluralidad de terminales de sintonización que pueden insertarse de forma ajustable en la cavidad de la guía de ondas a lo largo de la dirección longitudinal. La pluralidad de terminales de sintonización puede comprender un primer terminal de sintonización insertable a través de una cara terminal de la sección de entrada, y un segundo terminal de sintonización insertable a través de una cara terminal de la sección de salida. Si la cavidad de la guía de ondas es cilíndrica, los terminales de sintonización pueden estar en el eje del cilindro.
En otro aspecto, la invención puede proporcionar un aparato electroquirúrgico para la resección de tejido biológico, comprendiendo el aparato: un generador de señales de radiofrecuencia (RF), para generar radiación electromagnética (EM) de RF que tiene una primera frecuencia; un generador de señales de microondas, para generar radiación EM de microondas que tiene una segunda frecuencia que es más alta que la primera frecuencia; una sonda dispuesta para suministrar la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas, por separado o simultáneamente, desde un extremo distal de la misma; y una estructura de alimentación para transportar a la sonda la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas, comprendiendo la estructura de alimentación un canal de RF para conectar la sonda al generador de señales de RF y un canal de microondas para conectar la sonda al generador de señales de microondas, en donde el canal de RF y el canal de microondas comprenden rutas de señales físicamente separadas del generador de señales de RF y el generador de señales de microondas, respectivamente, en donde la estructura de alimentación incluye un dispositivo aislador-diplexor que comprende: un circuito de combinación que tiene una primera entrada, conectada para recibir la radiación EM de RF desde el canal de RF, una segunda entrada conectada para recibir la radiación EM de microondas desde el canal de microondas, y una salida que comunica con la primera y segunda entradas, para transportar a la sonda la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas a lo largo de una ruta de señales común, y un aislador de guía de ondas conectado para aislar el canal de microondas frente a la radiación EM de RF, en donde el aislador de guía de ondas comprende: una sección conductora de entrada, una sección conductora de salida, una sección conductora intermedia, teniendo la sección intermedia un primer extremo que se acopla con la sección de entrada, y un segundo extremo que se acopla con la sección de salida, una primera barrera de aislamiento de CC, dispuesta entre la sección de entrada y la sección intermedia, y una segunda barrera de aislamiento de CC, dispuesta entre la sección intermedia y la sección de salida, en donde la sección de entrada, la sección intermedia y la sección de salida encierran juntas una cavidad de la guía de ondas, en donde la salida del circuito de combinación incluye un conductor de señales y un conductor a tierra, y en donde la primera barrera de aislamiento de CC y la segunda barrera de aislamiento de CC proporcionan un par de estructuras capacitivas conectadas en serie, entre el conductor a tierra de la salida del circuito de combinación y la sección conductora de entrada del aislador de guía de ondas, estando dispuesta la estructura capacitiva para inhibir el acoplamiento de la energía EM de RF y la fuga de energía EM de microondas.
Este aspecto de la invención puede combinarse con todos o con cualquiera de los componentes (individualmente o en cualquier combinación) descritos a continuación con referencia al aparato electroquirúrgico 400 de la Fig. 1. Por ejemplo, el canal de RF y el canal de microondas pueden incluir todos o cualquiera de los componentes descritos a continuación del canal de RF y el canal de microondas, respectivamente. El canal de microondas puede incluir un circulador para separar de una señal directa una señal reflejada en el canal de microondas. En una realización alternativa, se puede usar un acoplador direccional con el mismo fin. En la práctica, el circulador o acoplador direccional exhibirá un aislamiento imperfecto, lo que a su vez afecta a la señal reflejada que se recibe realmente en el detector. El dispositivo aislador-diplexor puede comprender una impedancia ajustable capaz de compensar la imperfección de este aislamiento, y capaz de optimizar la pérdida de retorno y la transmisión del aislador de guía de ondas.
El aparato puede estar configurado para suministrar energía para cortar y coagular tejido simultáneamente (por ejemplo, un modo mixto o combinado), o puede operarse de forma independiente, de modo que la energía de RF y de microondas se suministre a la sonda bajo control manual del usuario (por ejemplo, apoyándose en la operación de un pedal) o automáticamente en función de la información de fase y/o magnitud medida procedente del canal de RF y/o de microondas. El sistema puede usarse para llevar a cabo la ablación y el corte de tejido. En el caso de que se suministren simultáneamente energía de microondas y de RF, pueden usarse una o ambas de la energía de RF y la energía de microondas que regresa a los respectivos generadores, a alta o baja potencia, para controlar el perfil de suministro de energía. En este caso, puede resultar deseable tomar medidas durante el tiempo de APAGADO cuando el formato de suministro de energía está pulsado.
El extremo distal de la sonda puede comprender una estructura emisora bipolar que comprenda un primer conductor separado de un segundo conductor, estando dispuestos el primer y segundo conductores para actuar: como electrodos activos y de retorno, respectivamente, para transportar la radiación EM de RF por conducción, y como una antena o transformador para facilitar la radiación de la energía EM de microondas. Por tanto, el sistema puede disponerse para proporcionar una ruta de retorno local para energía de RF. Por ejemplo, la energía de RF puede pasar por conducción a través del tejido que separa los conductores, o puede generarse un plasma cerca de los conductores para proporcionar la ruta de retorno local. El corte de tejido por RF puede producirse mediante un material dieléctrico fijo que separe el primer y el segundo conductores, siendo delgado el espesor del material dieléctrico, es decir inferior a 1 mm, y siendo la constante dieléctrica elevada, es decir superior a la del aire.
La invención puede resultar particularmente adecuada en los procedimientos gastrointestinales (GI), p. ej. para eliminar pólipos en el intestino, es decir para la resección sub-endoscópica de la mucosa. La invención también puede prestarse a procedimientos endoscópicos de precisión, es decir la resección endoscópica de precisión, y puede usarse en procedimientos de oído, nariz y garganta y en la resección hepática.
En el presente documento el término "conductor" se utiliza con el significado "eléctricamente conductivo", a menos que el contexto indique otra cosa.
La primera frecuencia puede ser una frecuencia fija estable en el intervalo de 10 kHz a 300 MHz y la segunda frecuencia puede ser una frecuencia fija estable en el intervalo de 300 MHz a 100 GHz. La primera frecuencia debe ser lo suficientemente alta como para evitar que la energía provoque la estimulación nerviosa y lo suficientemente baja como para evitar que la energía provoque el blanqueo del tejido o un margen térmico innecesario o daño a la estructura del tejido. Las frecuencias puntuales preferidas para la primera frecuencia incluyen una o más de: 100 kHz, 250 kHz, 400 kHz, 500 kHz, 1 MHz, 5 MHz. Las frecuencias puntuales preferidas para la segunda frecuencia incluyen 915 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz, 14,5 GHz, 24 GHz. Preferentemente, la segunda frecuencia es al menos un orden de magnitud (es decir, al menos 10 veces) más alta que la primera frecuencia.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones de la invención se describen con detalle a continuación haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 es un diagrama de sistema esquemático general de un aparato electroquirúrgico en el que se puede utilizar la presente invención;
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de un ejemplo conocido de un circuito de aislamiento que se puede utilizar en un aparato electroquirúrgico;
La Fig. 3 es una ilustración esquemática en corte de los componentes conductores de un aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención;
La Fig. 4 es una ilustración esquemática en corte de los componentes aislantes del aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención;
La Fig. 5 es una ilustración esquemática en corte de una configuración de diplexor de RF para el aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención;
La Fig. 6 es un diagrama recortado de un modelo de simulación del aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención;
La Fig. 7 es un gráfico que muestra parámetros de transmisión y reflexión predichos que se obtienen usando el modelo de simulación del aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención;
La Fig. 8 es una sección recortada de un modelo de simulación de un filtro de microondas montado en un puerto de RF del aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención; y
La Fig. 9 es un gráfico que muestra parámetros de transmisión y reflexión predichos para el filtro de microondas, que se obtienen usando el modelo de simulación de la Fig. 8.
Descripción detallada; otras opciones y preferencias
Antecedentes
La Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un aparato electroquirúrgico 400 como el descrito en el documento GB 2486343, que resulta útil para comprender la invención. El aparato comprende un canal de RF y un canal de microondas. El canal de RF contiene componentes para generar y controlar una señal electromagnética de frecuencia de RF a un nivel de potencia adecuado para tratar (por ejemplo, cortar o desecar) tejido biológico. El canal de microondas contiene componentes para generar y controlar una señal electromagnética de frecuencia de microondas a un nivel de potencia adecuado para el tratamiento (por ejemplo, coagulación o ablación) de tejido biológico.
El canal de microondas tiene una fuente de frecuencia de microondas 402 a la que sigue un divisor de potencia 424 (por ejemplo, un divisor de potencia de 3 dB), que divide la señal de la fuente 402 en dos ramas. Una rama del divisor de potencia 424 forma un canal de microondas, que tiene un módulo de control de potencia que comprende un atenuador variable 404 controlado por el controlador 406 a través de la señal de control V10 y un modulador de señal 408 controlado por el controlador 406 a través de la señal de control V11, y un módulo amplificador que comprende un amplificador de control 410 y un amplificador de potencia 412 para generar radiación EM de microondas directa para su suministro desde una sonda 420 hasta un nivel de potencia adecuado para el tratamiento. Después del módulo amplificador, el canal de microondas continúa con un módulo de acoplamiento de señal de microondas (que forma parte de un detector de señal de microondas) que comprende un circulador 416 conectado para suministrar energía EM de microondas desde la fuente hasta la sonda a lo largo de una trayectoria entre sus puertos primero y segundo, un acoplador delantero 414 en el primer puerto del circulador 416 y un acoplador reflejado 418 en el tercer puerto del circulador 416. Después de pasar por el acoplador reflejado, la energía EM de microondas del tercer puerto se absorbe en una carga de descarga de potencia 422. El módulo de acoplamiento de señal de microondas también incluye un conmutador 415 operado por el controlador 406 a través de la señal de control V12 para conectar la señal acoplada hacia delante o la señal acoplada reflejada a un receptor heterodino para la detección.
La otra rama del divisor de potencia 424 forma un canal de medición. El canal de medición sortea la línea de amplificación en el canal de microondas y, por tanto, está dispuesto para suministrar una señal de baja potencia desde la sonda. Un conmutador de selección de canal primario 426 controlado por el controlador 406 a través de la señal de control V13 puede operarse para seleccionar una señal del canal de microondas o del canal de medición para el suministro a la sonda. Un filtro de paso de banda alta 427 está conectado entre el conmutador de selección de canal primario 426 y la sonda 420 para proteger el generador de señal de microondas de las señales de RF de baja frecuencia.
El canal de medición incluye componentes dispuestos para detectar la fase y la magnitud de la potencia reflejada por la sonda, lo que puede proporcionar información sobre el material, por ejemplo, tejido biológico presente en el extremo distal de la sonda. El canal de medición comprende un circulador 428 conectado para suministrar energía EM de microondas desde la fuente 402 hasta la sonda a lo largo de una trayectoria entre sus puertos primero y segundo. Una señal reflejada devuelta desde la sonda se dirige al tercer puerto del circulador 428. El circulador 428 se usa para proporcionar aislamiento entre la señal directa y la señal reflejada para facilitar una medición precisa. Sin embargo, como el circulador no proporciona un aislamiento completo entre sus puertos primero y tercero, es decir, parte de la señal directa puede atravesar el tercer puerto e interferir con la señal reflejada, puede usarse un circuito de cancelación de corrientes portadoras que inyecta una parte de la señal directa (desde el acoplador directo 430) de nuevo en la señal que sale del tercer puerto (a través del acoplador de inyección 432). El circuito de cancelación de corrientes portadoras incluye un ajustador de fase 434 para garantizar que la porción inyectada esté desfasada 180° con cualquier señal que entre en el tercer puerto desde el primer puerto para cancelarla. El circuito de cancelación de corrientes portadoras también incluye un atenuador de señal 436 para garantizar que la magnitud de la porción inyectada sea la misma que cualquier señal entrante.
Para compensar cualquier deriva en la señal de avance, se proporciona un acoplador directo 438 en el canal de medición. La salida acoplada del acoplador directo 438 y la señal reflejada desde el tercer puerto del circulador 428 están conectadas al terminal de entrada respectivo de un conmutador 440, que puede operarse mediante el controlador 406 a través de la señal de control V14 para conectar la señal directa acoplada o la señal reflejada a un receptor heterodino para la detección.
La salida del conmutador 440 (es decir, la salida del canal de medición) y la salida del conmutador 415 (es decir, la salida del canal de microondas) se conectan a un terminal de entrada respectivo de un conmutador de selección de canal secundario 442, que puede operarse mediante el controlador 406 a través de la señal de control V15 junto con el conmutador de selección del canal primario para garantizar que la salida del canal de medición esté conectada al receptor heterodino cuando el canal de medición esté suministrando energía a la sonda y que la salida del canal de microondas esté conectada al receptor heterodino cuando el canal de microondas está suministrando energía a la sonda.
El receptor heterodino se usa para extraer la información de fase y magnitud de la salida de señal mediante el conmutador de selección de canal secundario 442. Se muestra un único receptor heterodino en este sistema, pero en caso de ser necesario puede usarse un receptor doble heterodino (que contiene dos osciladores locales y mezcladores) para mezclar la frecuencia de la fuente hacia abajo dos veces antes de que la señal entre en el controlador. El receptor heterodino comprende un oscilador local 444 y un mezclador 448 para mezclar la salida de señal mediante el conmutador de selección de canal secundario 442. La frecuencia de la señal del oscilador local se selecciona de modo que la salida del mezclador 448 esté en una frecuencia intermedia adecuada para ser recibida en el controlador 406. Se proporcionan filtros de paso de banda 446, 450 para proteger el oscilador local 444 y el controlador 406 de las señales de microondas de alta frecuencia.
El controlador 406 recibe la salida del receptor heterodino y determina (por ejemplo, extrae) de él información indicativa de fase y magnitud de las señales directas y/o reflejadas en el canal de medición o de microondas. Esta información se puede utilizar para controlar el suministro de radiación EM de microondas de alta potencia en el canal de microondas o radiación EM de RF de alta potencia en el canal de RF. Un usuario puede interactuar con el controlador 406 a través de una interfaz de usuario 452, como se ha expuesto anteriormente.
El canal de RF que se muestra en la Fig. 1 comprende una fuente de frecuencia de RF 454 conectada a un controlador de puerta 456 que es controlado por el controlador 406 a través de la señal de control V16. El controlador de puerta 456 suministra una señal de operación para un amplificador de RF 458, que es una disposición de medio puente. La tensión de consumo de la disposición de medio puente puede controlarse a través de un suministro de CC variable 460. Un transformador de salida 462 transfiere la señal de RF generada a una línea el suministro a la sonda 420. Un filtro de paso bajo, de paso de banda, de parada de banda o de muesca 464 está conectado en esa línea para proteger el generador de señales de RF frente a las señales de microondas de alta frecuencia.
Un transformador de corriente 466 está conectado en el canal de RF para medir la corriente suministrada a la carga de tejido. Se utiliza un divisor de potencial 468 (que puede extraerse del transformador de salida) para medir la tensión. Las señales de salida del divisor de potencial 468 y el transformador de corriente 466 (es decir, salidas de tensión indicativas de la tensión y corriente) se conectan directamente al controlador 406 después del acondicionamiento mediante los respectivos amplificadores de amortiguación 470, 472 y diodos Zener para tensión constante 474, 476, 478, 480 (mostrados como señales B y C en la Fig. 1).
Para suministrar información de fase, las señales de tensión y corriente (B y C) también están conectadas a un comparador de fase 482 (por ejemplo, una puerta EXOR) cuya tensión de salida está integrada por el circuito RC 484 para producir una salida de tensión (que se muestra como A en la figura 1) que es proporcional a la diferencia de fase entre las formas de onda de tensión y corriente. Esta salida de tensión (señal A) está conectada directamente al controlador 406.
El canal de microondas/medición y el canal de RF están conectados a un combinador de señales 114, que transporta ambos tipos de señal por separado o simultáneamente a lo largo del conjunto de cables 116 hasta la sonda 420, desde la cual se suministra (por ejemplo, se irradia) al tejido biológico de un paciente.
Un aislador de guía de ondas (no mostrado) puede estar situado en la unión entre el canal de microondas y combinador de señales. El aislador de guía de ondas puede configurarse para que lleve a cabo tres funciones: (i) permitir el paso de una potencia de microondas muy alta (por ejemplo, superior a 10 W); (ii) bloquear el paso de potencia de RF; y (iii) proporcionar una tensión de alta resistencia (por ejemplo, superior a 10 kV). También se puede proporcionar una estructura capacitiva (también conocida como ruptura de CC) en (por ejemplo, dentro) o junto al aislador de guía de ondas. El propósito de la estructura capacitiva es reducir el acoplamiento capacitivo a través de la barrera de aislamiento.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de un circuito de aislamiento como el descrito en el documento GB 2522533, que también resulta útil para comprender la invención. El circuito de aislamiento forma parte de una estructura de alimentación para transportar a una sonda radiación EM de RF desde un generador de señales de RF 218, y radiación de microondas desde un generador de señales de microondas 220. La sonda (no mostrada) puede conectarse a un puerto de salida 228 proporcionado en una carcasa 226. En el puerto de salida 228 de la carcasa se proporciona un manguito aislante 229 para evitar una ruta de corriente, para conectar la cubierta puesta a tierra de la carcasa con los componentes flotantes conectados al puerto de salida 228.
La estructura de alimentación comprende un canal de RF que tiene una vía de señales de RF 212, 214, para el transporte de la radiación EM de RF, y un canal de microondas que tiene una vía de señales de microondas 210 para el transporte de la radiación EM de microondas. Las vías de señales para la radiación EM de RF y la radiación de microondas están físicamente separadas entre sí. El generador de señales de RF está conectado a la ruta de señales de RF 212, 214 a través de un transformador de voltaje 216. La bobina secundaria del transformador 216 (es decir, en el lado de sonda de la disposición) es flotante, por lo que no hay una ruta de corriente continua entre el paciente y el generador de señales de Rf 218. Esto significa que tanto el conductor de señales 212 como el conductor a tierra 214 de la vía de señales de RF 212, 214 están flotantes.
El circuito de aislamiento comprende un aislador de guía de ondas 600 cuyo hueco de aislamiento está configurado para proporcionar el nivel necesario de aislamiento de CC, al tiempo que también presenta una reactancia capacitiva que es lo suficientemente baja (a la frecuencia de la energía de microondas) como para evitar fugas de la energía de microondas por el hueco. El hueco puede ser de 0,6 mm o más, p. ej. 0,75 mm. La energía de RF no puede acoplarse entre los dos extremos del aislador porque el diámetro del tubo crea una inductancia muy grande (en serie) con cada una de las sondas a la frecuencia de r F.
El circuito de aislamiento tiene un circuito de combinación integrado con el aislador de guía de ondas 600. Un conductor de señales 212 y de conductor a tierra 214 que llevan la señal de RF están conectados a un conector coaxial de RF 602 (alimentación de RF), que introduce la señal de RF al aislador de guía de ondas 600, desde donde se transporta hacia la sonda desde un puerto de salida 232.
El hueco de aislamiento 603 está dispuesto para evitar que la señal de RF se acople de nuevo en el puerto de entrada 230. Mediante una cuidadosa colocación de la varilla conductora interior dentro del aislador de guía de ondas, se impide que la energía de microondas se acople en el conector de RF 602.
Una unidad de sintonización está incorporada en el aislador de guía de ondas 600, a fin de reducir la pérdida de retorno de la alineación de componentes. La unidad de sintonización comprende tres terminales 231 que pueden insertarse de manera ajustable, p. ej. atornillarse, en el cuerpo de la cavidad.
Adicionalmente, el canal de RF tiene una reactancia ajustable 217 que puede operarse bajo el control de la señal de control C1, para permitir (por ejemplo, compensar) los cambios en la capacitancia que surjan de posibles diferentes longitudes en los cables usados para el generador. La reactancia ajustable 217 puede comprender uno o más condensadores o inductores conmutados o electrónicamente sintonizables, conectados en derivación o en serie con el canal de RF.
Aislador-diplexor combinado mejorado
La presente invención proporciona un aislador-diplexor combinado que mejora el circuito de aislamiento anteriormente analizado con referencia a la Fig. 2. Las realizaciones de la invención pueden proporcionar un aislador-diplexor combinado adecuado para su uso con un generador electroquirúrgico, que genera formas de onda de RF y formas de onda de microondas a frecuencias muy diferentes, p. ej. a 5,8 GHz y 400 kHz, para permitir que un instrumento electroquirúrgico proporcione diferentes formas de tratamiento utilizando energía recibida desde una línea de suministro común.
Se describe a continuación una realización de un aislador-diplexor combinado, con referencia a las Figs. 3 a 5. Los aspectos de su rendimiento, obtenidos mediante simulación (p. ej. utilizando software CST de simulación), se describen a continuación con referencia a las Figs. 6 a 9.
El aislador-diplexor combinado funciona para evitar que la alta tensión de RF llegue a la fuente de microondas, donde podría causar daños, y para evitar que la potencia de microondas se desplace a lo largo del cable hasta la fuente de RF, desde donde se propagaría por irradiación. En cada caso, las fugas también resultarían en el desperdicio de energía generada, lo cual debería evitarse.
El aislador-diplexor combinado proporciona un aislador de guía de ondas que tiene un disyuntor de CC en los conductores interior y exterior que conectan la fuente de microondas a la sonda. El disyuntor de CC funciona para evitar que la alta tensión de RF llegue a la fuente de microondas, sin perturbar la transmisión de microondas a la sonda ni permitir la radiación de microondas a través del disyuntor de CC.
Cuando se usa solo un aislador de guía de ondas, la capacitancia del disyuntor de CC en el conductor exterior puede ser demasiado alta para un funcionamiento eficiente. Este problema se resuelve proporcionando un aislador coaxial además del aislador de guía de ondas, o integrado dentro del mismo, para conectar de manera efectiva una capacitancia en serie al conductor externo sin impedir la transmisión de microondas o permitir la radiación.
La Fig. 3 es una vista esquemática en corte de un aislador-diplexor combinado 100 que es una realización de la invención. El aislador-diplexor combinado comprende un aislador de guía de ondas cilíndrico a lo largo de un eje longitudinal de
En la Fig. 3 sólo se representan los elementos eléctricamente conductores del aislador.
El aislador de guía de ondas cilíndrico del aislador-diplexor combinado 100 está formado por un par de tapas terminales 102, 106 separadas por un casquillo 104.
El aislador de guía de ondas tiene un extremo de entrada formado por una tapa terminal de entrada 102, que está dispuesta para recibir una alimentación de microondas en un puerto de entrada 112. El puerto de entrada 112 está dispuesto en una pared lateral circunferencial de la tapa terminal de entrada 102. El puerto de entrada 112 está adaptado para recibir un cable coaxial y comprende un paso a través de la pared circunferencial de la tapa terminal, para permitir que un conductor interior de un cable coaxial conectado (no mostrado) se extienda radialmente hacia el espacio cilíndrico definido por el aislador de guía de ondas. El espacio cilíndrico puede llenarse con material dieléctrico aislante (por ejemplo, aire).
El aislador de guía de ondas tiene un extremo de salida formado por una tapa terminal de salida 106 que puede conectarse a una línea de salida a través de un puerto de salida 116. El puerto de salida 116 está dispuesto en una pared circunferencial lateral de la tapa terminal de salida 106. El puerto de salida 116 está adaptado para recibir un cable coaxial, y comprende un paso a través de la pared circunferencial de la tapa terminal para permitir que un conductor interior de un cable coaxial conectado (no mostrado) se extienda radialmente hacia dentro del espacio cilíndrico definido por el aislador de guía de ondas. Tal y como se analiza con más detalle a continuación, el conductor interior puede formar parte de una estructura de diplexor de RF para transferir una señal de RF al cable coaxial que está conectado al puerto de salida 116. Así, los conductores interiores de los cables coaxiales que sobresalen hacia la cavidad cilíndrica de la guía de ondas están aislados entre sí por el material dieléctrico de la cavidad.
En este ejemplo, el puerto de entrada 112 y el puerto de salida 116 están en lados opuestos del cilindro formado por la guía de ondas. Esto puede ser útil de cara al encaje con conexiones a otros componentes, pero no resulta esencial. En las simulaciones que se describen a continuación, por ejemplo, el puerto de entrada y el puerto de salida están en el mismo lado del cilindro.
La tapa terminal de entrada 102 y la tapa terminal de salida 106 son elementos cilíndricos que tienen un extremo axial cerrado y un extremo axial abierto. Las tapas terminales 102, 106 están dispuestas con sus ejes alineados y con sus extremos axiales abiertos enfrentados entre sí. La tapa terminal de entrada 102 está configurada para estar en comunicación eléctrica con un conductor exterior de un cable coaxial conectado al puerto de entrada 112. La tapa terminal de salida 106 está configurada para estar en comunicación eléctrica con un conductor exterior de un cable coaxial conectado al puerto de salida 116. Las tapas terminales 102, 106 están físicamente separadas entre sí a lo largo del eje del cilindro. La separación se mantiene mediante un casquillo 104 eléctricamente conductor y un par de espaciadores aislantes 126, 128 (véase la Fig. 4) que están asentados respectivamente en un correspondiente rebaje circunferencial 108, 110 formado en el extremo abierto de la tapa terminal de entrada 102 y la tapa terminal de salida 106.
El casquillo 104 se superpone al espacio axial entre los extremos axiales abiertos de las tapas terminales 102, 106, con el fin de completar la cavidad cilíndrica de la guía de ondas. Para aislar las tapas terminales entre sí (y por lo tanto para aislar los conductores exteriores de los cables coaxiales que están conectados a los mismos), una capa aislante 127 (véase la Fig. 4) está dispuesta alrededor de las superficies exteriores de una porción distal de ambas tapas terminales, para proporcionar una barrera dieléctrica (eléctricamente aislante) en un espacio circunferencial entre las superficies exteriores de las tapas terminales 102, 106 y la superficie interior del casquillo 104 en una región donde se solapan.
Con esta disposición, el aislador de guía de ondas comprende dos porciones aislantes dispuestas en serie a lo largo del eje del cilindro. Una primera porción aislante está presente en la superposición entre la tapa terminal de entrada 102 y el casquillo 104. Una segunda porción aislante está presente en la superposición entre la tapa terminal de salida 106 y el casquillo 104. Con esta estructura puede reducirse la capacitancia entre las dos tapas terminales, de modo que la capacitancia de la estructura sea menor que la lograda con una sola porción aislante. La reducción de la capacitancia no conlleva un aumento significativo de la fuga de microondas porque se refleja la mayor parte de la potencia acoplada desde la guía, debido a que las esquinas afiladas de los extremos de la cavidad crean una alta impedancia al paso de la onda.
La capa aislante 127 puede proporcionarse mediante cualquier material adecuado. En un ejemplo, la capa aislante 127 puede comprender múltiples (p. ej. 2, 3 o más) vueltas de una película Kapton®. El material de la película puede tener una constante dieléctrica de 3,4 y un factor de disipación de 0,002. La película puede tener un espesor de 0,005 mm y pueden utilizarse múltiples vueltas para proporcionar a la capa aislante un espesor apropiado. En otros ejemplos, la capa aislante puede ser un elemento tubular, p. ej. similar a una arandela, asentado entre las tapas terminales 102, 106 y el casquillo 104. Debido a que los dos huecos aislantes están situados en serie, y cualquiera de ellos puede soportar el voltaje requerido, la presencia de un orificio en el aislante no provocará una ruptura en el aislamiento. Por este motivo el aislante puede ser una lámina dieléctrica enrollada (envuelta) con múltiples capas, así como un tubo con una capa.
Cada uno de los espaciadores aislantes 126, 128 puede comprender anillos aislantes rígidos, p. ej. de plástico Delrin® o cloruro de polivinilo (PVC). Los espaciadores pueden tener una longitud axial que se selecciona para definir la longitud correcta de las regiones de solapamiento (cada una de las cuales puede considerarse como un estrangulador separado).
Como se ha mencionado anteriormente, la capa aislante 127 está situada en un hueco circunferencial entre las superficies exteriores de las tapas terminales 102, 106 y la superficie interior del casquillo 104, en una región donde se solapan. El hueco puede tener un diámetro medio de 41,05 mm y un espesor radial de 0,15 mm. La capacitancia de cada hueco, que puede llenarse parcial o completamente con el material dieléctrico de la capa aislante 127, puede ser de aproximadamente 110 pF. Esto significa que los dos huecos en serie proporcionan una capacitancia de aproximadamente 55 pF.
Cada una de las tapas terminales 102, 106 tiene un orificio pasante formado en su extremo axial cerrado. Los orificios pasantes pueden estar dispuestos simétricamente entre sí con respecto al eje del cilindro. En este ejemplo, los orificios pasantes están en el eje del cilindro. Por tanto, la tapa terminal de entrada 102 tiene un orificio pasante 114 formado centralmente en su extremo axial cerrado. La tapa terminal de salida 106 tiene unos orificios pasantes 118 formados centralmente en su extremo axial cerrado. Los orificios pasantes 114, 118 están dispuestos para recibir elementos de pasador o tornillo eléctricamente conductores, que pueden insertarse de forma selectiva y controlable en la cavidad para permitir la sintonización, es decir para permitir la optimización de la pérdida de inserción y la pérdida de retorno del aislador-diplexor combinado.
En el ejemplo mostrado en la Fig. 3, la tapa terminal de salida comprende tres orificios 120, 122, 124 adicionales. Estos orificios están relacionados con la función de diplexor, que se muestra con más detalle en la Fig. 5.
La Fig. 5 muestra una vista en corte de la tapa terminal de salida 106. Un cable coaxial 142 está conectado al puerto de salida 116 mediante un conector 138 adecuado. Un conductor interior 140 del cable coaxial 142 sobresale hacia dentro de la cavidad. El conductor interior 140 todavía está rodeado por el material dieléctrico 141 del cable coaxial, en una porción de su longitud que se extiende hacia dentro de la cavidad.
La funcionalidad de diplexor del dispositivo se obtiene introduciendo un elemento de conexión de RF 132 perpendicularmente a través de un orificio 120 en la cara terminal cerrada de la tapa terminal de salida 106. El orificio 120 está directamente en línea con el conductor interior 140 del cable coaxial de salida, de modo que haga contacto con el conductor interior 140 en parte del recorrido a lo largo del mismo. Si el elemento de conexión de RF 132 se inserta de manera que haga contacto a la distancia correcta por el conductor central, entonces no se generará acoplamiento alguno de energía de microondas con el elemento de conexión de RF 132. Esta conexión afecta ligeramente a la concordancia con el conector de microondas, pero puede recuperarse una buena concordancia con la energía de microondas haciendo cambios en la longitud del conductor interior 140.
La línea de conexión de RF 132 conecta con la tapa terminal de salida 106 mediante un cuerpo conector 130, que está asegurado a la tapa terminal de salida 106 mediante un par de tornillos 134, 136 que se reciben respectivamente en un par de orificios 122, 124, formados en la cara terminal cerrada de la tapa terminal de salida 106. El cuerpo conector 130 comprende un filtro de microondas 131 para bloquear la energía de microondas. En este ejemplo, el filtro de microondas 131 es un filtro coaxial cilíndrico conectado al extremo de la tapa terminal de salida. El filtro coaxial cilíndrico puede ser un filtro coaxial reentrante de dos secciones, p. ej. diseñado para rechazar fuertemente frecuencias de 5.8 GHz y cercanas a esta cifra. El filtro de microondas 131 está situado a una distancia tal de la pared terminal interior de la tapa terminal de salida 106 de modo que, a frecuencias de microondas, parezca que el elemento de conexión de r F 132 está en cortocircuito con la pared terminal, para evitar que la energía de microondas salga a través del elemento de conexión de RF 132.
La señal de RF (p. ej. procedente de las líneas de entrada 212, 214, como se muestra en la Fig. 2) se aplica entre un extremo distal 133 del elemento de conexión de RF 132 y el cuerpo eléctricamente conductor 130 del filtro, que a su vez está eléctricamente conectado a la superficie exterior de la tapa terminal de salida 106. La conexión de la señal de RF podría hacerse mediante un conector coaxial estándar, si esto fuera conveniente.
El elemento de conexión de RF 132 se extiende hasta tocar el conductor interior 140 del cable coaxial de salida (que puede adoptar la forma de un conector de microondas). El elemento de conexión de RF 132 puede estar soldado al conductor interior 140.
El elemento de conexión de RF 132 está aislado de la sección de salida y de las otras partes conductoras del filtro a través de un tubo aislante 146 (véase la Fig. 8), fabricado p. ej. de PTFE o similar. El elemento de conexión de RF 132 puede ser una estructura de clavija rígida. En un ejemplo, el elemento de conexión de RF 132 y el tubo aislante 146 pueden construirse pelando la cubierta exterior de cobre de un tramo corto de cable coaxial semirrígido.
La Fig. 6 es un diagrama recortado de un modelo de simulación del aislador-diplexor combinado, que es una realización de la invención. A las funciones ya descritas se les ha asignado el mismo número de referencia y no volverán a analizarse. Para una mayor claridad, con la excepción de las tres clavijas conectoras 132, 140, 154 y dos elementos de sintonización 150, 152, la Fig. 6 muestra solo los componentes dieléctricos (es decir, eléctricamente aislantes) del aislador-diplexor combinado. Estos componentes dieléctricos incluyen una cantidad de aire 148 dentro de la cavidad de la guía de ondas y una cantidad de aire 144 dentro del filtro de microondas. También incluyen los espaciadores dieléctricos 126, 128 y la capa aislante 127 anteriormente analizados. La simulación se ejecutó sobre la base de que también estaban presentes los componentes conductores analizados anteriormente con referencia a las Figs. 3 y 5.
El dispositivo cuenta con tres puertos. El puerto 1 es el puerto de salida combinado de RF/microondas. El puerto 2 es la línea de conexión de RF 132, que introduce energía de RF a 400 kHz. El puerto 3 es el puerto de entrada de microondas, que introduce energía de microondas (p. ej. a 5,8 GHz en el ejemplo preferido). La simulación se llevó a cabo con ambos puertos de microondas (puerto 1 y puerto 3) en el mismo lado del cilindro.
La Fig. 7 es un gráfico que muestra los parámetros de transmisión y reflexión predichos, obtenidos usando el modelo de simulación del aislador-diplexor combinado de la Fig. 6, a entre 4,8 GHz y 6,8 GHz. La tabla insertada en el gráfico muestra el valor de cada parámetro a 5,8 GHz.
Las líneas 180, 182 muestran que el acoplamiento del puerto de entrada y el puerto de salida con el puerto de RF (S21, S23) es inferior a -60 dB en un intervalo de 5,78 GHz a 5,82 GHz.
La línea 186 muestra que la concordancia en el puerto de entrada (S33) está cercana a entre -20 dB y 5,8 GHz.
La línea 188 muestra que la concordancia en el puerto de salida (S11) también está cercana a entre -20 dB y 5,8 GHz.
La línea 184 muestra que la pérdida entre los puertos de entrada y salida (S31, S13) es de entre -0,19 dB y 5,8 GHz.
La Fig. 8 es una sección recortada de un modelo de simulación del filtro de microondas 131 montado en el puerto de RF. El filtro tiene forma cilíndrica. El elemento de conexión de RF 132 se extiende a lo largo de un eje del cilindro. El elemento de conexión de RF 132 está rodeado por un manguito aislante 146, fabricado p. ej. con p Tf E. El filtro 131 comprende un cuerpo eléctricamente conductor 130 (que se ha omitido para mayor claridad en la Fig. 8, pero se muestra en la Fig. 3) que define un par de cavidades 144 llenas de aire y separadas axialmente que actúan como estranguladores para inhibir o evitar el paso de energía de microondas. A 5,8 GHz cada cavidad llena de aire tiene una longitud de un cuarto de onda, desde la línea de transmisión coaxial hasta su extremo cerrado. Una cavidad de cuarto de onda presenta un circuito abierto en el conductor exterior de la línea de transmisión coaxial, que evita que pase la señal de 5,8 GHz. El espaciamiento de las cavidades está dispuesto de manera que cada una refuerce el efecto de la otra. A 400 kHz el filtro no genera efecto alguno, por lo que la entrada de la señal de RF no se ve obstaculizada.
La Fig. 9 es un gráfico que muestra parámetros de transmisión y reflexión predichos para el filtro de microondas, que se obtienen usando el modelo de simulación de la Fig. 8, a entre 3 GHz y 8,5 GHz.
La línea 160 muestra la transmisión a través del filtro (S12), mientras que la línea 162 muestra la reflexión desde el filtro (S22). Las líneas para S21 y S11 son idénticas a aquellas para S12 y S22.
A 5,8 GHz la pérdida de inserción predicha es muy elevada (-49,5 dB), y la pérdida de reflexión es muy baja (-0,0102 dB). Este rendimiento se obtuvo con unas cargas de 50 O en cada extremo. En la práctica, puede haber una carga de impedancia más elevada en ambos extremos, por lo que el rendimiento real diferirá ligeramente de la simulación. Por ejemplo, la forma y la frecuencia de la caída pueden variar dependiendo de la posición exacta de ambos extremos, y la pérdida de inserción puede ser mayor debido al desajuste de impedancia adicional.
El siguiente análisis resume los resultados de las mediciones realizadas en un ejemplo real del aislador-diplexor combinado anteriormente analizado.
Las mediciones se hicieron entre el puerto 3 (entrada) y el puerto 1 (salida) como se ha descrito para la Fig. 6, en un intervalo de frecuencia de 5,6 GHz a 6 GHz. Las medidas de interés fueron la reflexión (S33), la transmisión (S13) y la pérdida a 5,8 GHz (que es la frecuencia preferida de la energía de microondas).
Los cables coaxiales se conectaron al puerto de entrada y al puerto de salida utilizando conectores de microondas. En este ejemplo, los conectores fueron versiones adaptadas del componente Amphenol P/N 172224. Estos conectores se adaptaron cortando el material dieléctrico de modo que se proyectara 1 mm hacia la cavidad de la guía de ondas, y cortando las clavijas sobresalientes (los conductores interiores mencionados anteriormente) de modo que se extendieran 20 mm desde la brida del conector. Se prevé que la longitud preferida de las clavijas sea de 17,5 mm, por lo que esta técnica proporciona clavijas con un exceso de longitud que pueden recortarse según sea necesario.
Con esta configuración, y mediante el ajuste de los sintonizadores de tomillo de cada tapa terminal, podría obtenerse una pérdida de retorno de -34 dB y una pérdida de inserción de -0,5 dB.
El experimento se repitió con un dispositivo que tenía los puertos de microondas en lados opuestos de la guía de ondas. Se observó que el comportamiento fue significativamente diferente en este caso. Esto implica que los modos de corte de orden superior juegan un papel importante en el acoplamiento, ya que el modo fundamental TE01 (que puede propagarse en la guía de ondas) no debería mostrar diferencias en el acoplamiento entre conectores situados en el mismo lado del cilindro o en lados opuestos. No obstante, con la disposición de la presente invención todavía es posible sintonizar el aislador-diplexor combinado para lograr un buen rendimiento.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100), que comprende:
un circuito de combinación que tiene una primera entrada que puede conectarse para recibir desde un canal de RF radiación electromagnética (EM) de radiofrecuencia (RF), que tiene una primera frecuencia, una segunda entrada que puede conectarse para recibir desde un canal de microondas radiación EM de microondas que tiene una segunda frecuencia, que es más alta que la primera frecuencia, y una salida en comunicación con la primera y la segunda entradas para transportar la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas hasta una ruta de señales común, y
un aislador de guía de ondas conectado para aislar el canal de microondas frente a la radiación EM de RF, en donde el aislador de guía de ondas comprende:
una sección conductora de entrada (102),
una sección conductora de salida (106),
una sección conductora intermedia (104), teniendo la sección intermedia (104) un primer extremo que se acopla con la sección de entrada (102), y un segundo extremo que se acopla con la sección de salida (106), una primera barrera de aislamiento de CC (127) dispuesta entre la sección de entrada (102) y la sección intermedia (104), y
una segunda barrera de aislamiento de CC (127) dispuesta entre la sección intermedia (104) y la sección de salida (106),
en donde la sección de entrada (102), la sección intermedia (104) y la sección de salida (106) encierran juntas una cavidad de la guía de ondas,
en donde la salida del circuito de combinación incluye un conductor de señales y un conductor a tierra, y en donde la primera barrera de aislamiento de Cc (127) y la segunda barrera de aislamiento de CC (127) proporcionan un par de estructuras capacitivas, conectadas en serie entre el conductor a tierra de la salida del circuito de combinación y la sección conductora de entrada (102) del aislador de guía de ondas, estando dispuesta la estructura capacitiva para inhibir el acoplamiento de la energía EM de RF y la fuga de energía EM de microondas.
2. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la sección de entrada (102), la sección intermedia (104) y la sección de salida (106) están dispuestas en secuencia a lo largo de una dirección longitudinal, en donde la sección intermedia (104) se superpone con la sección de entrada (102) en la dirección longitudinal en la primera barrera de aislamiento de CC, y en donde la sección intermedia (104) se superpone con la sección de salida (106) en la dirección longitudinal en la segunda barrera de aislamiento de CC.
3. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde:
la salida conectada a la ruta de señales común incluye una sonda de salida, montada en la sección de salida (106) del aislador de guía de ondas, teniendo la sonda de salida un primer conductor de acoplamiento que se extiende hasta el interior del aislador de guía de ondas para acoplar la energía EM de microondas del mismo, la segunda entrada incluye una sonda de entrada montada en la sección de entrada (102) del aislador de guía de ondas, teniendo la sonda de entrada un segundo conductor de acoplamiento que se extiende hasta el interior del aislador de guía de ondas para acoplar la energía EM de microondas en la cavidad, y
el primer conductor de acoplamiento y el segundo conductor de acoplamiento se extienden en una dirección ortogonal a la dirección longitudinal.
4. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el primer conductor de acoplamiento y el segundo conductor de acoplamiento se extienden hasta el interior de la cavidad de la guía de ondas desde direcciones opuestas.
5. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4, en donde la primera entrada incluye un conector de RF montado en el aislador de guía de ondas, teniendo el conector de RF un conductor de señales que se extiende hasta el interior de la cavidad de la guía de ondas para hacer contacto eléctrico con el conductor de acoplamiento de la sonda de salida, en donde el conductor de señales se extiende en la dirección longitudinal, y en donde el conductor de señales está situado de manera que quede sustancialmente alineado con un equipotencial de la energía EM de microondas dentro del aislador de guía de ondas.
6. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el conector de RF comprende un filtro coaxial conectado a la sección de salida (106) y configurado para inhibir las fugas de energía EM de microondas al exterior del aislador de guía de ondas, a través del conductor de señales del conector de RF.
7. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el filtro coaxial comprende un filtro coaxial reentrante de dos secciones.
8. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en donde el aislador de guía de ondas comprende una pluralidad de terminales de sintonización que pueden insertarse de forma ajustable en la cavidad de la guía de ondas a lo largo de la dirección longitudinal.
9. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la pluralidad de terminales de sintonización comprende un primer terminal de sintonización insertable a través de una cara terminal longitudinal de la sección de entrada (102), y un segundo terminal de sintonización insertable a través de una cara terminal longitudinal de la sección de salida (106).
10. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que incluye una capa aislante dispuesta entre la sección de entrada (102) y la sección intermedia (104) en la primera barrera de aislamiento de CC.
11. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que incluye una capa aislante dispuesta entre la sección de salida (106) y la sección intermedia (104) en la segunda barrera de aislamiento de c C.
12. Un dispositivo aislador-diplexor combinado (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cavidad de la guía de ondas es cilíndrica.
13. Aparato electroquirúrgico para la resección de tejido biológico, comprendiendo el aparato:
un generador de señales de radiofrecuencia (RF) para generar radiación electromagnética (EM) de RF que tiene una primera frecuencia;
un generador de señales de microondas, para generar radiación EM de microondas que tiene una segunda frecuencia que es más alta que la primera frecuencia;
una sonda dispuesta para suministrar la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas, por separado o simultáneamente, desde un extremo distal de la misma; y
una estructura de alimentación para transportar a la sonda la radiación EM de RF y la radiación EM de microondas, comprendiendo la estructura de alimentación un canal de RF para conectar la sonda al generador de señales de RF y un canal de microondas para conectar la sonda al generador de señales de microondas,
en donde el canal de RF y el canal de microondas comprenden rutas de señales físicamente separadas del generador de señales de r F y el generador de señales de microondas, respectivamente,
en donde la estructura de alimentación incluye un dispositivo aislador-diplexor (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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