ES2902802T3 - Aparato electroquirúrgico - Google Patents

Abstract

Un generador electroquirúrgico que comprende una agrupación de amplificadores que comprende: un generador de señales de microondas para generar radiación electromagnética (EM) de microondas; un modulador dispuesto para emitir en forma de pulsos la radiación EM de microondas; y un módulo amplificador conectado al modulador y dispuesto para aumentar la potencia de los pulsos de radiación EM de microondas recibidos del mismo, comprendiendo el módulo amplificador una matriz de amplificadores conectados en paralelo, en donde las señales de salida de la matriz de amplificadores se combinan para producir una señal de microondas de salida; y una estructura de alimentación para transportar la señal de microondas de salida a una sonda, en donde el modulador está configurado para hacer que la señal de microondas de salida comprenda una serie de pulsos de microondas que tienen un ciclo de trabajo igual o inferior al 20 %, en donde cada pulso de microondas tiene una duración igual o inferior a 0,1 s.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato electroquirúrgico

Campo de la invención

La invención se refiere a un aparato electroquirúrgico en el que se usa energía de frecuencia de microondas para tratar tejido biológico. En particular, la invención se refiere a una agrupación de amplificadores para un generador electroquirúrgico capaz de generar pulsos de frecuencia de microondas de alta potencia para la coagulación o extirpación de tejido biológico.

Antecedentes de la invención

Se conoce el uso de sondas emisoras de microondas para tratar diversas afecciones en los pulmones y otros tejidos corporales. Por ejemplo, en los pulmones, puede usarse radiación de microondas para tratar el asma y la extirpación de tumores o lesiones.

El documento GB 2 486 343 desvela un sistema de control para un aparato electroquirúrgico que suministra tanto energía de RF como 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 de la tensión muestreada y la información actual de la energía de RF transportada a la sonda y la información de potencia reflejada y directa muestreada para la energía de microondas transportada hacia y desde la sonda. Además, se hace referencia al documento US2016/0374752 A1.

Sumario de la invención

La invención se define en el conjunto de reivindicaciones adjuntas. En su forma más general, la presente invención proporciona un aparato capaz de generar pulsos de frecuencia de microondas de alta potencia para su uso con un dispositivo electroquirúrgico. El aparato puede usarse para tratar, por ejemplo, coagulando o extirpando, tejido biológico.

De acuerdo con la invención, se proporciona una agrupación de amplificadores para un generador electroquirúrgico, comprendiendo la agrupación de amplificadores: un generador de señales de microondas para generar radiación electromagnética (EM) de microondas; un modulador dispuesto para emitir en forma de pulsos la radiación EM de microondas; y un módulo amplificador conectado al modulador y dispuesto para aumentar la potencia de los pulsos de radiación EM de microondas recibidos desde el mismo, comprendiendo el módulo amplificador una matriz de amplificadores conectados en paralelo, en donde las señales de salida de la matriz de amplificadores se combinan para producir una señal de microondas de salida; y una estructura de alimentación para transportar la señal de microondas de salida a una sonda. El módulo amplificador funciona proporcionando un conjunto de amplificadores que muestran una ganancia que es mayor que la pérdida total experimentada en los componentes que dividen la señal de entrada y, a continuación, combinan las señales de salida. Por ejemplo, si cada amplificador de la matriz tiene una ganancia de 10 dBm, es viable usar divisores y combinadores de potencia convencionales para obtener una señal de microondas de salida con una potencia sustancialmente mayor que la proporcionada por los generadores electroquirúrgicos convencionales.

La invención propone una agrupación de amplificadores que suministra una carga útil de energía determinada como una serie de pulsos de alta potencia de corta duración. El tejido objetivo recibe la carga útil de energía y, por lo tanto, muestra un efecto de extirpación deseado. Por ejemplo, una carga útil de energía de 2 kJ puede crear una lesión de aproximadamente 3,5 cm de diámetro en el tejido biológico. Sin embargo, la duración y la magnitud de los pulsos pueden seleccionarse tanto para garantizar un tiempo de tratamiento general relativamente corto, como para, al mismo tiempo, minimizar los efectos (por ejemplo, pérdidas térmicas) asociados con la estructura de alimentación.

Es deseable tener un tiempo de tratamiento global más corto tanto para la comodidad del paciente como para evitar efectos térmicos no deseados asociados con la perfusión en el tejido. Dada una carga útil de energía objetivo de 2 kJ, puede considerarse suministrar esta como una señal de onda continua de 20 W durante 100 s, o como una serie de pulsos cortos de 2 kW repartidos en un período mucho más corto, por ejemplo, igual o inferior a 10 s. El suministro continuo de energía durante 100 segundos puede provocar incomodidad en el paciente y la transferencia de energía fuera del sitio objetivo por perfusión. Estos efectos se reducen mediante el uso de la técnica pulsada propuesta en el presente documento. Además, dado que el cuerpo humano muestra un tiempo de reacción distinto de cero al detectar y responder a la energía recibida, especialmente la energía térmica, aplicando altos niveles de energía en ráfagas cortas (por ejemplo, con una duración igual o inferior al tiempo de reacción del cuerpo), es posible que el cuerpo no tenga tiempo suficiente para ejecutar sus mecanismos naturales de compensación térmica. Dado que estos mecanismos (por ejemplo, aumento del flujo sanguíneo a la superficie de la piel, etc.) actúan para transferir energía térmica lejos de una región calentada, la acción de eludirlos permite que la invención proporcione una focalización o localización más precisa de la energía suministrada.

Se aplican efectos similares a la estructura para transportar la energía. Por ejemplo, un cable que lleva una señal de onda continua de 20 W se calentará significativamente durante un período de tratamiento de 100 s. Al utilizar la técnica pulsada propuesta en el presente documento, esos efectos térmicos pueden reducirse suministrando la energía en pulsos que tengan una duración que sea más rápida que la respuesta térmica del cable. En pocas palabras, acortando el tiempo en el que el cable realmente transmite potencia y acortando el tiempo total de tratamiento, pueden reducirse o evitarse los efectos térmicos no deseados.

Otra ventaja de reducir el tiempo de tratamiento, es que permite el uso de cables coaxiales de menor diámetro (que normalmente presentan una mayor pérdida). Esto permite la inserción de la sonda en estructuras o cavidades biológicas más pequeñas.

El módulo amplificador puede comprender una unidad divisora de potencia dispuesta para recibir los pulsos de radiación EM de microondas del modulador y, a continuación, dividirlos en señales de entrada para la matriz de amplificadores. De manera similar, el módulo amplificador puede comprender una unidad combinadora de potencia dispuesta para combinar las señales de salida de la matriz de amplificadores. La unidad divisora de potencia y la unidad combinadora de potencia pueden disponerse simétricamente. La unidad divisora de potencia puede tener una sola etapa de una a muchas, o una pluralidad de etapas en cascada.

La agrupación puede comprender un amplificador de excitación conectado entre el modulador y el módulo amplificador, por ejemplo, para garantizar que la radiación EM de microondas suministrada al módulo amplificador tenga la potencia adecuada.

Los pulsos de entrada permanecen sincronizados a través del módulo amplificador de manera que la señal de salida amplificada se combine de manera aditiva. La señal de microondas de salida (es decir, la señal combinada) puede comprender una serie de pulsos de microondas, teniendo cada uno de los mismos una potencia igual o superior a 400 W y, preferentemente, igual o superior a 2 kW. Cada uno de pulsos de microondas puede tener una duración igual o inferior a 0,1 s, preferentemente igual o inferior a 1 ms. La señal de microondas de salida puede tener un ciclo de trabajo igual o inferior al 50 %, preferentemente igual o inferior al 20 %.

La magnitud (potencia), la duración y el ciclo de trabajo de la señal de microondas de salida pueden seleccionarse, por ejemplo, en función de una carga útil de energía objetivo, para garantizar que el tiempo total de tratamiento sea inferior a un umbral. El umbral puede ser igual o inferior a 20 segundos. De esta manera, pueden suministrarse pulsos EM de microondas de alta potencia al tejido sin un calentamiento significativo de los componentes que forman el aparato electroquirúrgico. Esto reduce la necesidad de sistemas de refrigeración y también puede ayudar a prolongar el tiempo operativo eficaz y la vida útil del aparato.

La matriz de amplificadores puede comprender ocho amplificadores. Preferentemente, los amplificadores pueden comprender transistores de alta movilidad de electrones (HEMT). Al usar tales transistores, el aparato puede operar de manera eficiente y eficaz a frecuencias de microondas con pérdidas mínimas, y los transistores pueden proporcionar una gran ganancia, de tal manera que el circuito amplificador puede requerir menos amplificadores. Por ejemplo, los transistores pueden ser HEMT de nitruro de galio. Cada transistor puede tener una ganancia de al menos 10 dBm y puede tener una potencia de salida de al menos 56 dBm o 400 W.

La estructura de alimentación puede comprender un cable coaxial que tenga un diámetro igual o inferior a 3 mm, preferentemente igual o inferior a 2,2 mm.

En determinadas realizaciones, la agrupación de amplificadores puede usarse en un generador electroquirúrgico que también comprende un generador de señales de radiofrecuencia (RF) para generar radiación EM de RF. El aparato puede, en tales realizaciones, comprender una estructura de alimentación de RF para transportar la radiación EM de RF a la sonda, que también puede configurarse para suministrar radiación EM de RF.

La agrupación de amplificadores puede formar parte de un sistema electroquirúrgico que incluye una sonda conectable en un extremo distal de la estructura de alimentación. La sonda puede insertarse a través de un canal de instrumento de un dispositivo de alcance quirúrgico, tal como un endoscopio o broncoscopio. De esta manera, el aparato puede usarse para procedimientos endoscópicos. La expresión "dispositivo de alcance quirúrgico" puede usarse en el presente documento para significar cualquier dispositivo quirúrgico provisto de un tubo de inserción que sea un conducto rígido o flexible (por ejemplo, orientable) que se introduzca en el cuerpo de un paciente durante un procedimiento invasivo. El tubo de inserción puede incluir el canal de instrumento y un canal óptico (por ejemplo, para transmitir luz para iluminar y/o capturar imágenes de un sitio de tratamiento en el extremo distal del tubo de inserción. El canal de instrumento puede tener un diámetro adecuado para recibir herramientas quirúrgicas invasivas. El diámetro del canal de instrumento puede ser de 5 mm o menos.

En la presente 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 considerado son las siguientes: 915 MHz, 2,45 GHz, 3,3 GHz, 5,8 GHz, 10 GHz, 14,5 GHz y 24 g Hz . El dispositivo puede suministrar energía en más de una de estas frecuencias de microondas. Por el contrario, la presente memoria descriptiva usa "radiofrecuencia" o "RF" para indicar un intervalo de frecuencia que es, al menos, tres órdenes de magnitud menor, por ejemplo, hasta 300 MHz, preferentemente de 10 kHz a 1 MHz.

Breve descripción de los dibujos

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

la figura 1 es un diagrama de sistema esquemático general de un aparato electroquirúrgico conocido;

la figura 2 es un diagrama esquemático que muestra una agrupación de amplificadores de microondas que es una realización de la presente invención;

la figura 3 es un diagrama de sistema esquemático de un módulo amplificador que es una realización de la presente invención.

Descripción detallada; opciones y preferencias adicionales

Antecedentes

La figura 1 muestra un diagrama esquemático de un aparato electroquirúrgico 400, tal como el desvelado en el documento GB 2486343, que es 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 el tratamiento (por ejemplo, corte o desecación) de 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 extirpación) de tejido biológico.

El canal de microondas tiene una fuente de frecuencia de microondas 402 seguida de 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 un 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 excitación 410 y un amplificador de potencia 412 para generar radiación EM de frecuencia de microondas directa para suministrar desde una sonda 420 a 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 señales de microondas) que comprende un circulador 416 conectado para suministrar energía EM de frecuencia de microondas desde la fuente a la sonda a lo largo de una trayectoria entre sus puertos primero y segundo, un acoplador directo 414 en el primer puerto del circulador 416 y un acoplador reflejado 418 en el tercer puerto del circulador 416. Después de pasar a través del acoplador reflejado, la energía EM de frecuencia de microondas del tercer puerto se absorbe en una carga de descarga de potencia 422. El módulo de acoplamiento de señal de microondas incluye también un conmutador 415, operado por el controlador 406 a través de una señal de control V12, para conectar ya sea la señal acoplada directa o la señal acoplada reflejada a un receptor heterodino para su detección.

La otra rama del divisor de potencia 424 forma un canal de medición. El canal de medición elude la agrupación de amplificación en el canal de microondas y, por lo 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 ya sea del canal de microondas o del canal de medición para suministrar 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, el tejido biológico presente en el extremo distal de la sonda. El canal de medición comprende un circulador 428 conectado para suministrar energía EM de frecuencia de microondas desde la fuente 402 a 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 penetrar en 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 vuelta a 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 parte inyectada esté desfasada 180° con cualquier señal que penetre 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 penetrante.

Para compensar cualquier desviación en la señal directa, 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 se opera mediante el controlador 406 a través de la señal de control V14 para conectar ya sea la señal directa acoplada o la señal reflejada a un receptor heterodino para su 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) están conectadas 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 de canal primario para garantizar que la salida del canal de medición se conecte al receptor heterodino cuando el canal de medición esté suministrando energía a la sonda y que la salida del canal de microondas se conecte al receptor heterodino cuando el canal de microondas esté 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 si fuera necesario podría usarse un receptor heterodino doble (que contiene dos osciladores locales y mezcladores) para mezclar la frecuencia de fuente 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 de oscilador local se selecciona de manera que la salida del mezclador 448 esté en una frecuencia intermedia adecuada para recibirse 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) a partir del mismo, información indicativa de la fase y magnitud de las señales directas y/o reflejadas en el canal de microondas o de medición. Esta información puede usarse para controlar el suministro de radiación EM de frecuencia 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 mostrado en la figura 1 comprende una fuente de frecuencia de RF 454 conectada a un excitador de puerta 456 que se controla mediante el controlador 406 a través de la señal de control V16. El excitador 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 c C variable 460. Un transformador de salida 462 transfiere la señal de RF generada a una línea para suministrar a la sonda 420. Un filtro 464 de paso bajo, de paso de banda de parada de banda o de muesca está conectado en esa línea para proteger el generador de señal de RF de las señales de microondas de alta frecuencia.

Un transformador de corriente 466 se conecta en el canal de RF para medir la corriente suministrada a la carga de tejido. Se usa 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 la corriente) se conectan directamente al controlador 406 después del acondicionamiento mediante los respectivos amplificadores de amortiguación 470, 472 y diodos Zener de mantenimiento de tensión 474, 476, 478, 480 (mostrados como señales B y C en la figura 1).

Para obtener información de fase, las señales de tensión y corriente (B y C) también se conectan 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 (mostrada como A en la figura 1) que sea proporcional a la diferencia de fase entre las formas de onda de tensión y corriente. Esta salida de tensión (señal A) se conecta directamente al controlador 406.

El canal de microondas/medición y el canal de RF se conectan a un combinador de señales 114, que transporta ambos tipos de señales por separado o simultáneamente a lo largo del conjunto de cables 116 hasta la sonda 420, desde la que se suministra (por ejemplo, se irradia) al tejido biológico de un paciente.

La presente invención se refiere a adaptaciones o mejoras para el canal de microondas en el aparato expuesto anteriormente.

La figura 2 muestra un diagrama de sistema esquemático de una agrupación de amplificadores de microondas 100 de acuerdo con una realización de la invención. La agrupación de amplificadores 100 puede usarse como generador autónomo, por ejemplo, para circunstancias en las que solo se requiera energía de microondas. Como alternativa, la agrupación de amplificadores 100 puede incorporarse en un generador del tipo expuesto anteriormente. La agrupación de amplificadores 100 está configurada para producir pulsos de alta potencia de energía electromagnética (EM) de frecuencia de microondas para administrarse por un instrumento electroquirúrgico.

La agrupación de amplificadores 100 tiene una fuente de frecuencia de microondas 102 para generar radiación EM de frecuencia de microondas, seguido de un modulador de señal 104 que puede controlarse por un controlador externo a través de una señal de fuente (no mostrada). El modulador 104 modula la salida de onda continua de la fuente de microondas 102 en una serie de pulsos de microondas que, a continuación, se pasan a un atenuador 106. El atenuador 106 puede ser un atenuador variable que también se controla mediante un controlador a través de una señal de control.

La fuente de microondas 102 puede emitir una señal a una frecuencia entre 5,2 GHz y 5,9 GHz, preferentemente 5,8 GHz, con una potencia de 15 dBm o 32 mW, por ejemplo. Después de pasar a través del modulador 104 y el atenuador 106, esta señal de microondas aparece como un tren de pulsos de una longitud predeterminada, tal como 100 ps, con un ciclo de trabajo de al menos el 10 %, por ejemplo, el 20 % o hasta el 50 %. El atenuador 106 puede reducir la potencia de los pulsos de microondas a 10 dBm o 10 mW, por ejemplo, basándose en un circuito de retroalimentación para la salida de potencia controlada en el propio instrumento. En algunas realizaciones, el atenuador 106 puede no estar presente.

Los pulsos de microondas están sujetos a una serie de etapas de amplificación para aumentar la potencia y permitir un tratamiento eficaz del tejido biológico. Un amplificador de excitación 108 y un amplificador de potencia 110 se usan para aumentar la potencia de pulso de microondas a un nivel que sea adecuado como entrada a un módulo amplificador 200 (también denominado en el presente documento circuito amplificador o unidad amplificadora de alta potencia), que se describe con más detalle a continuación con respecto a la figura 3. En las realizaciones preferidas, la potencia de entrada al circuito amplificador 200 puede ser de aproximadamente 56,5 dBm o 450 W. El amplificador de excitación 108 y el amplificador de potencia 110 pueden elegirse de manera que la potencia de salida alcance este nivel. Por ejemplo, el amplificador de excitación 108 puede tener una ganancia de aproximadamente 30 dBm y el amplificador de potencia una ganancia de aproximadamente 16,5 dBm. Como alternativa, la potencia de la energía de frecuencia de microondas suministrada al circuito amplificador 200 puede ser menor, de tal manera que sustancialmente toda la amplificación de la señal de microondas de baja potencia sea resultado del módulo amplificador 200.

La figura 2 muestra un amplificador de excitación 108 y un amplificador de potencia 110, pero también puede usarse cualquier otra combinación de componentes para aumentar la potencia a un nivel que sea adecuado como entrada al circuito amplificador 200. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el generador 100 puede comprender cuatro preamplificadores conectados en serie.

Después de pasar a través del módulo amplificador 200, los pulsos de microondas tienen preferentemente una potencia de aproximadamente 63,5 dBm o 2,2 kW. La salida del circuito amplificador 200 se conecta a un circulador 112 conectado para suministrar energía de microondas a un cable coaxial (no mostrado) para enviar pulsos de microondas al instrumento electroquirúrgico o sonda para el tratamiento del tejido. El circulador 112 da como resultado pérdidas de inserción de aproximadamente 0,5 dBm, de tal manera que la potencia de la energía de microondas suministrada al instrumento es de aproximadamente 63 dBm o 2 kW.

En la figura 3, se muestra un diagrama esquemático de un módulo amplificador 200 que es adecuado para su uso en el generador 100. A nivel general, el circuito amplificador 200 comprende una serie de divisores de potencia 202, 204, 206 que alimentan energía de microondas a una serie de amplificadores 208A-208n, cuyas salidas se combinan para producir una única señal de microondas pulsada de alta potencia que se proporciona a un instrumento electroquirúrgico a través de un cable coaxial.

Los pulsos de microondas del amplificador de potencia 110 se dividen en dos señales mediante un primer divisor de potencia 202. Por ejemplo, el primer divisor de potencia 202, y cada divisor de potencia usado en el circuito amplificador 200, puede ser un divisor de potencia Wilkinson que divide una señal de entrada en dos señales de salida iguales.

Cada señal de salida del primer divisor de potencia 202 se usa como entrada a un siguiente divisor de potencia en un primer rango de divisores de potencia 204, que en esta realización contiene dos divisores de potencia adicionales. Las señales de salida de cada divisor de potencia en el primer rango 204 pueden proporcionar una entrada a cada divisor de potencia en un rango adicional de divisores de potencia. El número de divisores de potencia y rangos de divisores de potencia requeridos depende del número de amplificadores 208A-208n que se elijan. En algunas realizaciones, los divisores de potencia pueden dividir una señal de entrada en más de dos salidas, por ejemplo, al menos uno de los divisores de potencia puede ser un divisor de potencia de cuatro vías.

Un rango final de divisores de potencia 206 proporciona señales de entrada para una pluralidad de amplificadores 208A-208n. Por ejemplo, en una realización preferida puede haber ocho amplificadores 208A-208n, aunque el número de amplificadores 208A-208n puede elegirse dependiendo de la potencia deseada para un instrumento electroquirúrgico.

Cada amplificador 208 puede comprender un transistor de alta movilidad de electrones de nitruro de galio (GaN) (HEMT), tal como un transistor CGHV9350 fabricado por Cree (RTM). A una frecuencia de microondas preferida en el intervalo de 5,2 GHz a 5,9 GHz, cada amplificador 208 puede proporcionar una ganancia de aproximadamente 10 dBm. Sin embargo, puede considerarse cualquier amplificador o transistor adecuado que proporcione la ganancia requerida.

Las señales de salida de cada amplificador 208A-208n se combinan, a continuación, a través de una serie de rangos de combinadores de potencia 210, 212, 214. Por ejemplo, los rangos de los combinadores de potencia pueden reflejar los divisores de potencia descritos anteriormente. Cada combinador de potencia en los rangos 210, 212 y 214 puede ser un combinador de potencia Wilkinson y puede ser, preferentemente, un combinador de potencia de dos vías, aunque también pueden usarse combinadores de potencia de cuatro vías. Combinando las señales de salida de cada amplificador 208A-208n, el circuito amplificador 200 produce una serie de pulsos de microondas de alta potencia. Estos pulsos de alta potencia se alimentan a una sonda o instrumento electroquirúrgico, por ejemplo, a través de un cable coaxial, para el tratamiento de tejido biológico.

A continuación, se describirá una realización especialmente preferida de un módulo amplificador 200 con referencia a la figura 3, suponiendo una potencia de microondas de entrada de 56,5 dBm o 450 W. Una realización preferida de la invención comprende ocho amplificadores 208A-208n, teniendo cada uno de los mismos una ganancia de aproximadamente 10 dBm. Cada divisor de potencia descrito en el presente documento divide una señal de entrada en dos señales de salida, teniendo cada una de las mismas una potencia que es 3 dBm menor que la de la señal de entrada, y se supone que da como resultado pérdidas de inserción adicionales de aproximadamente 0,5 dBm.

El primer divisor de potencia 202 toma la señal de entrada de microondas que tiene una potencia de 56,5 dBm y divide la señal entre dos ramas, teniendo cada una de las mismas una potencia de microondas de 53 dBm. Un primer rango de divisores de potencia 204 contiene dos divisores de potencia, de tal manera que la salida del primer rango de divisores de potencia 204 es de cuatro señales, teniendo cada una de las mismas una energía de microondas de 49,5 dBm. El rango final 206 contiene cuatro divisores de potencia, cuya salida son ocho señales, teniendo cada una de las mismas una energía de microondas de 46 dBm. Cada una de estas ocho señales se proporciona como entrada a un amplificador respectivo 208A-208n, que amplifica la señal de microondas recibida a una potencia de 56 dBm, o aproximadamente 400 W. La salida de potencia total de los ocho amplificadores 208A-208n es, por lo tanto, de aproximadamente 3,2 kW.

Las señales de salida de los ocho amplificadores 208A-208n se combinan, a continuación, a través de una serie de combinadores de potencia. Cada combinador de potencia descrito en el presente documento combina dos señales de entrada en una señal de salida que tiene una potencia que es 3 dBm más alta que la de la señal de entrada, antes de las pérdidas de inserción de aproximadamente 0,5 dBm.

Las salidas de los ocho amplificadores 208A-208n se envían a un primer rango de combinadores de potencia 210, que contiene cuatro combinadores de potencia. La salida del primer rango 210 son cuatro señales, teniendo cada una de las mismas una energía de microondas de 58,5 dBm. Estas cuatro señales se proporcionan como entradas a un segundo rango de combinadores de potencia 212, que contiene dos combinadores de potencia, dando como resultado dos señales que tienen una energía de microondas de 61 dBm. Un combinador de potencia final 214 da una única salida del circuito amplificador 200, que tiene una potencia de microondas de aproximadamente 63,5 dBm o 2,2 kW.

Al proporcionar una cascada de amplificadores cuya ganancia supera las pérdidas de divisor como se ha descrito anteriormente, puede obtenerse una señal de microondas en forma de tren de pulsos de alta potencia y corta duración de energía EM de microondas.

Al proporcionar un módulo amplificador 200 en un aparato electroquirúrgico de esta manera, el tratamiento electroquirúrgico puede realizarse en sustancialmente menos tiempo que con los generadores conocidos. Por ejemplo, se necesitan aproximadamente 2 kJ de energía para suministrar al tejido biológico para un tratamiento de extirpación eficaz. Para energía de frecuencia de microondas pulsada que opera a una potencia de 2 kW, si cada pulso de energía tiene una duración de 100 ps y el aparato opera con un ciclo de trabajo del 50 %, el tejido biológico puede extirparse en aproximadamente 2 segundos. Si el ciclo de trabajo se reduce al 20 %, la extirpación lleva aproximadamente 5 segundos; y con un ciclo de trabajo del 10 %, la extirpación puede llevar aproximadamente 10 segundos.

En general, reducir el tiempo de tratamiento puede minimizar los efectos de calentamiento no deseados provocados por las pérdidas de energía, por ejemplo, a lo largo de un cable que transporta la señal de microondas al sitio de tratamiento. Al suministrar la energía requerida en un pulso corto, la presente invención puede reducir aún más el calentamiento del cable coaxial debido a que la respuesta térmica del cable no puede reaccionar a la magnitud de la potencia dentro del marco de tiempo de la duración del pulso. En consecuencia, para una determinada cantidad de energía transportada por el cable, puede haber menos pérdida de calor si esa energía se transmite como una serie de pulsos cortos de alta potencia que si se transmite como una forma de onda continua de menor potencia.

Como resultado de la técnica de suministro de energía del presente documento, pueden usarse cables coaxiales de menor diámetro para suministrar una carga útil de energía determinada, permitiendo de este modo la inserción en cavidades corporales de menor diámetro para la electrocirugía.

La naturaleza pulsada de la señal también puede ayudar a evitar problemas con la perfusión y otros mecanismos naturales que surgen como respuesta del cuerpo del paciente al calentamiento provocado por la extirpación u otro tratamiento.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un generador electroquirúrgico que comprende una agrupación de amplificadores que comprende:

un generador de señales de microondas para generar radiación electromagnética (EM) de microondas;

un modulador dispuesto para emitir en forma de pulsos la radiación EM de microondas; y

un módulo amplificador conectado al modulador y dispuesto para aumentar la potencia de los pulsos de radiación EM de microondas recibidos del mismo, comprendiendo el módulo amplificador una matriz de amplificadores conectados en paralelo, en donde las señales de salida de la matriz de amplificadores se combinan para producir una señal de microondas de salida; y una estructura de alimentación para transportar la señal de microondas de salida a una sonda,

en donde el modulador está configurado para hacer que la señal de microondas de salida comprenda una serie de pulsos de microondas que tienen un ciclo de trabajo igual o inferior al 20 %, en donde cada pulso de microondas tiene una duración igual o inferior a 0,1 s.

2. El generador electroquirúrgico de la reivindicación 1, en donde el módulo amplificador comprende:

una unidad divisora de potencia dispuesta para recibir los pulsos de radiación EM de microondas del modulador y dividirlos a continuación en señales de entrada para la matriz de amplificadores; y

una unidad combinadora de potencia dispuesta para combinar las señales de salida de la matriz de amplificadores.

3. El generador electroquirúrgico de las reivindicaciones 1 o 2 comprende un amplificador de excitación conectado entre el modulador y el módulo amplificador.

4. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde cada uno de la serie de pulsos de microondas tiene una potencia igual o superior a 400 W.

5. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde cada uno de la serie de pulsos de microondas tiene una potencia igual o superior a 2 kW.

6. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde cada pulso de microondas tiene una duración igual o inferior a 1 ms.

7. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde la matriz de amplificadores comprende ocho amplificadores.

8. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde cada amplificador de la matriz de amplificadores comprende unos transistores de alta movilidad de electrones.

9. El generador electroquirúrgico de la reivindicación 8, en donde los transistores son transistores de nitruro de galio.

10. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde cada amplificador de la matriz de amplificadores tiene una ganancia igual o superior a 10 dBm.

11. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde la señal de salida de cada amplificador tiene una potencia de 400 W.

12. El generador electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde la estructura de alimentación comprende un cable coaxial que tiene un diámetro igual o inferior a 3 mm.