KR20220002894A - 전기 외과용 기구를 위한 마이크로파 증폭 장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 실시 예들은 전기 외과용 기구를 위한 마이크로파 증폭 장치를 제공한다. 마이크로파 증폭 장치는: 케이블 조립체; 근위 개시부, 및 원위 증폭부를 포함한다. 근위 개시부는 케이블 조립체의 근위 단부에 연결되고, 근위 개시부는: 케이블 조립체를 따라 DC 신호를 개시하도록 구성된 DC원, 및 케이블 조립체를 따라 마이크로파 신호를 개시하도록 구성된 마이크로파원을 포함한다. 원위 증폭부는 케이블 조립체의 원위 단부에 연결되고, 원위 증폭부는: 마이크로파 신호를 증폭되어야 할 입력 신호로서 수신하는 전력 증폭기를 포함한다. 원위 증폭부는 DC 신호를 전력 증폭기에 걸쳐 드레인 전압으로서 인가하도록 구성된다. 또한, 전력 증폭기는 마이크로파 에너지를 생체 조직으로 전달하도록 구성된 구조체에 증폭된 마이크로파 신호를 전달하도록 연결 가능한 출력을 가진다. 다른 실시 예들은 마이크로파 증폭 장치를 포함하는 전기 외과용 기구를 제공한다.

Description

전기 외과용 기구를 위한 마이크로파 증폭 장치
본 발명은 마이크로파 주파수 에너지가 생체 조직을 치료하기 위해, 예를 들어 절제 또는 지혈(즉, 혈액 응고를 촉진함으로써 파열된 혈관을 봉합함)을 수행하기 위해, 사용되는 전기 외과용 장치에 관한 것이다. 이는 예를 들어 조직을 절개하기 위해, 무선 주파수 에너지를 또한 전달하는 수술 장치의 일부로서 사용될 수 있다.
전자기(electromagnetic; EM) 에너지, 및 특히 마이크로파 및 무선 주파수(radiofrequency; RF) 에너지는 전기 외과 수술들에서, 신체 조직의 절개력, 응고력, 및 절제력에 유용한 것으로 밝혀졌다. 통상적으로, EM 에너지를 신체 조직에 전달하기 위한 장치는 EM 에너지원을 포함하는 발생기, 및 에너지를 조직에 전달하기 위해 생성기에 연결된 전기 외과용 기구를 포함한다. 통상적인 전기 외과용 기구들은 보통 환자의 신체에 경피적으로 삽입되도록 설계된다. 그러나, 예를 들어, 타겟 부위가 움직이는 폐, 또는 위장(gastrointestinal; GI)관의 얇은 벽으로 둘러싸인 구획에 있는 경우, 기구를 경피적으로 신체에 위치시키는 것은 어려울 수 있다. 다른 전기 외과용 기구들은 기도 또는 식도 또는 결장의 내강과 같은 신체의 통로들을 통해 이어질 수 있는 외과 관찰 디바이스(예를 들어, 내시경)에 의해 타겟 부위로 전달될 수 있다. 이는 최소 침습 치료를 가능하게 하여, 환자의 사망률을 줄이고 수술 중 및 수술 후 합병증률을 줄일 수 있다.
마이크로파 EM 에너지를 사용한 조직 제거는 생체 조직이 주로 물로 구성되어 있다는 사실에 기초한다. 사람의 연부 기관 조직은 수분 함량이 통상적으로 70%와 80% 사이이다. 물 분자들은 영구적인 전기 쌍극자 모멘트를 가지며, 이는 분자에 걸쳐 전하 불균형이 존재한다는 것을 의미한다. 이러한 전하 불균형은 분자들이 자신들의 전기 쌍극자 모멘트를 인가된 전계의 극성과 정렬시키기 위해 회전함에 따라 시변 전계의 인가에 의해 발생된 힘에 반응하여 분자들이 이동하게 한다. 마이크로파 주파수들에서, 빠른 분자 진동은 마찰 발열 및 이에 따른 열 형태로의 전계 에너지의 소산을 초래한다. 이를 유전 가열(dielectric heating)이라고 한다.
이러한 원리가 마이크로파 절제 요법에 이용되며, 이 경우 타겟 조직에서의 물 분자들이 마이크로파 주파수들의 국소 전자기장의 인가에 의해 빠르게 가열되어, 조직 응고 및 세포 사멸을 초래한다. 마이크로파 방출 프로브들을 사용하여 폐 및 다른 기관들에서의 다양한 병태들을 치료하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 폐에서, 천식을 치료하고 종양 또는 병변을 절제하기 위해 마이크로파 방사가 사용될 수 있다.
외과적 절제는 사람의 신체 또는 동물체 내로부터 기관들의 구획들을 제거하는 수단이다. 이러한 기관들은 혈관이 매우 많을 수 있다. 조직이 절개될(갈라지거나 절단)될 때, 세동맥이라 불리는 작은 혈관들이 손상되거나 파열된다. 초기 출혈에는 응고 연쇄 반응(coagulation cascade)이 뒤따르며, 이때 혈액은 출혈 지점을 메우려는 시도로 혈전으로 전환된다. 수술 동안, 환자가 가능한 한 적은 피를 흘리는 것이 바람직하므로, 무혈 절개를 제공하기 위한 시도로 다양한 디바이스들이 개발되었다. 내시경 시술들의 경우, 또한 출혈이 발생하는 것 그리고 가능한 빨리 또는 적절한 방식으로 처리되지 않는 것은 바람직하지 않은데, 이는 혈류가 수술자의 시각을 흐리게 할 수 있기 때문이며, 이는 시술이 중단되어야 하게 하고 대신 또 다른 방법, 예를 들어 개복술이 사용되게 할 수 있다.
전기 외과용 발생기들은 개복 및 복강경 시술들에 사용하기 위해, 병원 수술실들에 널리 퍼지고 있고, 내시경 검사 세트에도 점점 증가하고 있다. 내시경 시술들에서, 전기 외과용 부속품은 통상적으로 내시경 내부의 루멘을 통해 삽입된다. 복강경 수술을 위한 동등한 접근 채널과 비교해서 고려해보면, 상기한 루멘은 보어가 비교적 좁고 길이가 더 길다. 비만 환자의 경우, 외과용 부속품은 핸들로부터 RF 팁까지 300 mm의 길이를 가질 수 있는 반면, 복강경의 경우에 등가 거리는 2500 mm를 초과할 수 있다.
생체 조직을 절개하기 위해 예리한 날 대신에, 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하는 것이 알려져 있다. RF 에너지를 사용하여 절개하는 방법은 전류가 (세포들 및 세포간 전해질의 이온 함량에 의한 보조로) 조직 기질을 관통할 때, 조직에 걸친 전자들의 흐름에 대한 교류 저항이 열을 발생시킨다는 원리를 사용하여 작동한다. 조직 기질에 RF 전압이 인가될 때, 조직의 수분 함량을 증발시키기에 충분한 열이 세포들 내에서 발생된다. 특히 조직을 통한 전체 전류 경로 중 최고 전류 밀도를 갖는 기구(본 명세서에서 RF 날이라고 지칭됨)의 RF 방출 영역에 인접하여, 이러한 건조의 증가로서, RF 날의 절단 극에 인접한 조직은 날과의 직접 접촉이 끊긴다. 이어서, 인가된 전압이 이 보이드 거의 전체에 걸쳐 나타나 결과적으로 이온화되어 플라즈마를 형성하며, 이는 조직에 비해 매우 높은 체적 저항률을 가진다. 이러한 분화는 RF 날의 절단 극과 조직 사이의 전기 회로를 완성하는 플라즈마에 인가된 에너지를 집중시키기 때문에 중요하다. 플라즈마로 충분히 느리게 진입하는 임의의 휘발성 물질이 증발되고, 이에 따라 조직 박리 플라즈마의 인식이 이루어진다.
GB 2 486 343은 생체 조직을 치료하기 위해 RF 및 마이크로파 에너지 양자를 전달하는 전기 외과용 장치를 위한 제어 시스템을 개시한다. 프로브로 전달된 RF 에너지 및 마이크로파 에너지 양자의 에너지 전달 프로파일은 프로브로 전달되는 RF 에너지의 샘플링된 전압 및 전류 정보 및 프로브로 그리고 프로브로부터 전달되는 마이크로파 에너지에 대한 샘플링된 순방향 및 반사 전력 정보에 기초하여 셋팅된다.
가장 일반적으로, 본 발명은 가요성 케이블 조립체, 예를 들어 환자의 신체를 통해 치료 부위로, 가능하게는 외과용 관찰 디바이스, 예를 들어 내시경, 기관지경 등의 기구 채널을 통해 삽입하기에 적합한 케이블 조립체의 원위 단부에 위치되는 전기 외과용 기구의 일부로서 마이크로파 증폭 장치를 제공한다. 케이블 조립체는 저전력 마이크로파 신호 및 DC 신호에 대한 공통 경로를 제공할 수 있다. 마이크로파 증폭 장치는 저전력 마이크로파 입력을 치료에 적합한 전력 레벨로 증폭하도록 배열된 전력 증폭기를 포함한다. 일 예에서, 케이블 조립체는 전력 증폭기의 드레인 전압을 제공하기 위한 일차 DC 신호 및 전력 증폭기에 대한 바이어스 전압을 제공하기 위한 이차 DC 신호 양자를 전달할 수 있다. 또 다른 예에서, 마이크로파 증폭 장치는 단일 DC 신호로부터 전력 증폭기에 대한 드레인 전압 및 게이트 전압을 도출하기 위한 회로부를 원위 단부에 포함한다.
두 배열체들은 치료를 가능하게 하기에 적합한 전력 레벨의 마이크로파 에너지가 근위 측에서 발생된 다음 케이블 조립체에 의해 전달되는 통상적인 구조들과 대조될 수 있다. 본 배열체는 이전의 배열체에서 발생할 수 있는 바람직하지 않은 케이블 손실을 방지할 수 있다. 이는 예로 설명될 수 있다. 기구에서 10 W의 전력이 요구되고 케이블 길이를 따라 10 dB 손실이 나타나는 경우, 통상적인 시스템에는 100 W의 입력 전력이 필요하다. 이러한 시스템에서는, 케이블을 따라 90 W의 전력이 손실되고 근위 증폭기가 100 W 이상의 출력 전력을 달성할 수 있어야 한다. 대조적으로, 본 발명의 장치는 원위 단부에서 10 dB의 이득을 갖는 증폭기를 사용함으로써, 원위부에서 수신된 마이크로파 신호가 1 W의 전력을 가지면 10 W의 출력을 달성할 수 있다. 케이블 손실이 10 dB이면, 이는 마이크로파 신호가 근위 단부에서 10 W의 전력을 가질 것을 필요로 한다. 따라서, 이러한 상황에서 케이블에 따른 손실(9 W)이 통상적인 배열체들보다 한 자릿수 더 낮다.
본 발명에 따르면, 전기 외과용 기구를 위한 마이크로파 증폭 장치가 제공되며, 마이크로파 증폭 장치는: 케이블 조립체; 케이블 조립체의 근위 단부에 연결되는 근위 개시부(launch portion) - 근위 개시부는: 케이블 조립체를 따라 DC 신호를 개시하도록 구성된 DC원; 및 케이블 조립체를 따라 마이크로파 신호를 개시하도록 구성된 마이크로파원을 포함함 -; 및 케이블 조립체의 원위 단부에 연결되는 원위 증폭부 - 원위 증폭부는: 마이크로파 신호를 증폭되어야 할 입력 신호로서 수신하는 전력 증폭기를 포함함 - 을 포함하되, 원위 증폭부는 DC 신호를 전력 증폭기에 걸쳐 드레인 전압으로서 인가하도록 구성되고, 전력 증폭기는 마이크로파 에너지를 생체 조직으로 전달하도록 구성된 구조체에 증폭된 마이크로파 신호를 전달하도록 연결 가능한 출력을 가진다. 이 장치에서, DC 신호는 케이블 조립체의 원위 단부에서 전력 증폭기의 동작을 가능하게 하도록 조작된다. 따라서, 본 장치는 케이블 조립체를 따라 고전력 마이크로파 신호들을 전달하지 않고 동작한다.
본 장치는 DC 신호로부터 바이어스 전압을 추출하고 바이어스 전압을 전력 증폭기의 게이트에 인가하도록 구성된 게이트 전압 추출 모듈을 포함할 수 있다. 게이트 전압 추출 모듈은 원위 증폭부 또는 근위 개시부에 있을 수 있다. 근위 개시부에 있을 때, DC 신호는 두 개의 별개의 성분들: 전력 증폭기의 드레인 전압에 대응하는 일차 DC 신호, 및 전력 증폭기의 바이어스 전압에 대응하는 이차 DC 신호를 포함할 수 있다. 별개의 성분들은 케이블 조립체에서 독립적인 전송선들에 의해 전달될 수 있다.
케이블 조립체는 유전체 물질에 의해 외측 전도체와 분리된 내측 전도체를 포함하는 동축 전송선을 포함할 수 있다. 마이크로파 신호는 동축 전송선에 의해 전달될 수 있다. 바람직하게는, DC 신호는 내측 전도체를 따라 전달될 수 있으며, 이에 의해 공통 전송선 구조체가 마이크로파 신호 및 DC 신호 양자를 전달하는 데 사용된다. 다른 예들에서, DC 신호는 케이블 조립체에서 별개의 전송선에 의해 전달될 수 있다. DC 신호가 두 개의 성분들을 갖는 경우, 하나의 성분(예를 들어, 이차 DC 신호)은 동축 전송선의 내측 전도체 상에서 전송될 수 있는 한편, 다른 성분은 별개의 전송선 상에서 전송된다.
마이크로파 신호는 커패시터를 통해 동축 전송선으로 결합될 수 있다. 이는 DC 신호가 마이크로파원으로 다시 누설되는 것을 방지한다. DC원은 마이크로파 신호가 누설되는 것을 방지하기 위해 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.
전력 증폭기의 출력은 증폭된 마이크로파 신호를 구조체에 결합하도록 구성된 커패시터를 포함할 수 있다. 커패시터는 DC 신호가 마이크로파 에너지를 생체 조직으로 전달하기 위한 구조체 내로 이동하는 것을 방지하기 위한 DC 격리기 역할을 한다. 이에 따라, 커패시터는 DC 신호로부터 환자를 보호할 수 있다.
상기 게이트 전압 추출 모듈은 바이어스 전압을 발생시키기 위해 DC 신호의 전압을 하향 변환(down convert)하도록 구성된 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, DC-DC 컨버터는 벅 컨버터(buck converter)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 게이트 전압 추출 모듈은 DC 신호로부터 바이어스 전압들의 쌍을 추출하도록 구성될 수 있다. 바이어스 전압들의 쌍은 전력 증폭기의 비전도 상태에 대응하는 제1 바이어스 전압, 및 전력 증폭기의 전도 상태에 대응하는 제2 바이어스 전압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전압 추출 모듈은 병렬로 연결된 벅 컨버터들의 쌍을 포함할 수 있되, 벅 컨버터들의 쌍은 제1 바이어스 전압을 발생시키기 위한 제1 벅 컨버터, 및 제2 바이어스 전압을 발생시키기 위한 제2 벅 컨버터를 포함한다. 본 장치는 제1 바이어스 전압 또는 제2 바이어스 전압을 전력 증폭기의 게이트에 선택적으로 인가하도록 구성된 게이트 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 제어 모듈은 (전력 증폭기가 비전도이고 이에 따라 입력 신호에 어떠한 이득도 제공하지 않도록 하기 위해) 제1 바이어스 전압을 디폴트 조건으로서 인가하도록 구성될 수 있으며, 이는 특정 환경들에서(즉, 조직 치료가 요구될 때) 제2 바이어스 전압을 인가하기 위해 오버라이드될 수 있다. 예를 들어, 게이트 제어 모듈은 제1 바이어스 전압 또는 제2 바이어스 전압을 전력 증폭기의 게이트에 선택적으로 인가하도록 배열된 스위치를 포함할 수 있다. 원위 증폭부는 DC 신호에 의해 제공되는 가동 전압을 채택하도록 배열된 전압 레일을 포함한다. 스위치는 가동 전압을 전압 레일에 인가시 제2 바이어스 전압을 선택하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 스위치는 전압 레일에 작동 가능하게 연결되되, 스위치의 작동이 전압 레일 상의 전압에 의존한다. 전압 레일 상의 전압이 임계치 미만일 때(예를 들어, DC 신호의 부재를 나타냄), 스위치는 디폴트 위치를 채택하고 전력 증폭기는 비전도 상태에 있다.
게이트 제어 모듈은 가동 전압의 전압 레일에의 인가와 제2 바이어스 전압을 선택하기 위한 스위치의 작동 사이에 시간 지연을 도입하도록 배열된 지연 회로를 더 포함할 수있다.
게이트 추출 전압 모듈은 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압 양자가 드레인 전압과 반대인 극성을 갖게 하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 드레인 전압은 28 V이며, 제1 바이어스 전압이 -6 V이고, 제2 바이어스 전압이 -2 V이다. 이 예에서, 제2 바이어스 전압은 전력증폭기의 특성상 전도 상태로의 전이에 가깝도록 선택된다.
마이크로파 신호는 케이블 조립체의 근위 단부에서 1 W 이하의 전력을 가질 수 있다. 그러나, 증폭된 마이크로파 신호는 5 W 이상, 예를 들어 10 W 이상의 전력을 가질 수 있다.
원위 증폭 모듈은 마이크로파 신호로부터 DC 신호를 핸들링하는 구성요소를 보호하기 위한 격리 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 원위 증폭 모듈은 게이트 전압 추출 모듈과 전력 증폭기의 게이트 사이에 연결되는 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 저역 통과 필터는 마이크로스트립 전송선 상에 제조될 수 있다. 저역 통과 필터는 각각
Figure pct00001
의 길이를 갖는 사분파 스터브들의 쌍을 포함할 수 있되, 사분파 스터브들의 쌍은 전력 증폭기의 게이트로부터 거리
Figure pct00002
에 위치되는 제1 사분파 스터브, 및 제1 사분파 스터브로부터 거리
Figure pct00003
만큼 이격되는 제2 사분파 스터브를 포함하며, 여기서 λ는 마이크로파 신호의 파장이고, n은 1 이상의 정수이다.
상기 원위 증폭부는 DC 신호에 의해 제공되는 가동 전압을 채택하도록 배열된 전압 레일을 포함하되, 전압 레일은 DC 신호를 수신하기 위해 제1 연결선에 의해 케이블 조립체의 원위 단부에 연결되고, 전압 레일은 드레인 전압을 제공하기 위해 제2 연결선에 의해 전력 증폭기의 드레인에 연결된다. 전압 레일은 저역 통과 필터들의 적합한 위치 설정에 의해, 게이트 전압 추출 모듈과 유사한 방식으로 마이크로파 신호로부터 보호될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결선 상에 근위 저역 통과 필터 및 기 제2 연결선 상에 원위 저역 통과 필터가 있을 수 있다. 근위 저역 통과 필터는 각각
Figure pct00004
의 길이를 갖는 사분파 스터브들의 쌍을 포함하되, 사분파 스터브들의 쌍은 제1 연결선과 케이블 조립체 사이의 연결 지점으로부터 거리
Figure pct00005
에 위치되는 제1 사분파 스터브, 및 제1 사분파 스터브로부터 거리
Figure pct00006
만큼 이격되는 제2 사분파 스터브를 포함하며, 여기서 λ는 마이크로파 신호의 파장이고, n은 1 이상의 정수이다. 원위 저역 통과 필터는 각각
Figure pct00007
의 길이를 갖는 사분파 스터브들의 쌍을 포함하되, 사분파 스터브들의 쌍은 전력 증폭기의 드레인로부터 거리
Figure pct00008
에 위치되는 제1 사분파 스터브, 및 제1 사분파 스터브로부터 거리
Figure pct00009
만큼 이격되는 제2 사분파 스터브를 포함하며, 여기서 λ는 마이크로파 신호의 파장이고, n은 1 이상의 정수이다.
또 다른 양태에서, 전기 외과용 기구가 제공되며, 전기 외과용 기구는: 위에서 제시된 바와 같은 마이크로파 증폭 장치; 및 전력 증폭기의 출력에 연결된 방사 팁을 포함하되, 방사 팁은 증폭된 마이크로파 신호를 생체 조직으로 방사하도록 구성된 안테나를 포함한다. 임의의 적합한 안테나 구조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 방사 팁은 동축 구조를 가질 수 있으며, 이 구조에서 내측 전도체는 외측 전도체의 원위 단부를 너머 연장되어 안테나를 형성한다. 대안적으로, 방사 팁은 양 표면들 상에 금속화 층들을 갖는 절연 유전체의 평면편을 포함하여, 평면형 구조를 가질 수 있다. 금속화 층들은 안테나로서 동작하도록 구성될 수 있다.
마이크로파 증폭 장치 및 방사 팁은 외과 관찰 디바이스의 기구 채널을 통해 삽입 가능한 치수로 만들어질 수 있다.
방사 팁은 추가적인 입력들, 예를 들어 무선 주파수 에너지를 수신하도록 구성될 수 있다. 방사 팁은 치료 부위에 유체를 전달하기 위한 수단(예를 들어, 니들 등)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "내측(inner)"은 기구 채널 및/또는 동축 케이블의 중심(예를 들어, 축)에 방사상 더 가까운 것을 의미한다. 용어 "외측(outer)"은 기구 채널 및/또는 동축 케이블의 중심(예를 들어, 축)으로부터 방사상 더 먼 것을 의미한다.
용어 "전도성(conductive)"은 문맥상 달리 서술하지 않는 한, 본 명세서에서 전기적으로 전도성이라는 의미로 사용된다.
본 명세서에서, 용어들 "근위(proximal)" 및 "원위(distal)"는 가늘고 긴 기구의 단부들을 지칭한다. 사용시, 근위 단부는 RF 및/또는 마이크로파 에너지를 제공하기 위한 발생기에 보다 가까운 반면, 원위 단부는 발생기로부터 보다 멀다.
본 명세서에서, "마이크로파"는 400 MHz 내지 100 GHz의 주파수 범위, 그러나 바람직하게는 1 GHz 내지 60 GHz의 범위를 나타내는 것으로 광범위하게 사용될 수 있다. 마이크로파 EM 에너지에 대해 바람직한 스폿 주파수들은: 915 MHz, 2.45 GHz, 3.3 GHz, 5.8 GHz, 10 GHz, 14.5 GHz 및 24 GHz를 포함한다. 5.8 GHz가 바람직할 수 있다. 디바이스는 이들 마이크로파 주파수들 중 하나보다 많은 마이크로파 주파수들의 에너지를 전달할 수 있다.
용어 "무선 주파수(radiofrequency)" 또는 "RF"는 300 kHz와 400 MHz 사이의 주파수를 나타내기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 첨부한 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명되며, 도면들에서:
도 1은 본 발명에 대한 이해를 돕는 전기 외과용 장치의 전반적인 시스템 개략도이다;
도 2는 본 발명이 사용될 수 있는 전기 외과용 기구의 원위 단부의 분해도이다;
도 3은 본 발명의 일 실시예인 원위 기구 기반 마이크로파 발생 모듈의 개략도이다;
도 4는 DC 전력 및 저전력 마이크로파 에너지를 동축 전송선의 근위 단부로 보내기 위한 구성요소들의 개략도이다;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 원위 마이크로파 증폭 모듈을 도시하는 개략적인 회로도이다; 그리고
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 원위 기구 기반 마이크로파 발생 모듈의 개략도이다.
배경기술 - 전기 외과용 장치
도 1은 본 발명을 이해하는 데 유용한 GB 2 486 343에 개시된 것과 같은 전기 외과용 장치(400)의 개략도를 도시한다. 장치는 RF 채널 및 마이크로파 채널을 포함한다. RF 채널은 생체 조직을 치료(예를 들어, 절개 또는 건조)하는데 적합한 전력 레벨에서 RF 주파수 전자기 신호를 발생시키고 제어하기 위한 구성요소들을 포함한다. 마이크로파 채널은 생체 조직을 치료(예를 들어, 응고 또는 절제)하는데 적합한 전력 레벨에서 마이크로파 주파수 전자기 신호를 발생시키고 제어하기 위한 구성요소들을 포함한다. 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 본 발명은 이 장치에서 마이크로파 채널을 대체할 수 있는 마크로파 에너지를 공급하는 수단을 제공한다.
마이크로파 채널은 마이크로파 주파수원(402)에 뒤이어 전력 분할기(424)(예를 들어, 3 dB 전력 분할기)를 가지며, 전력 분할기는 주파수원(402)으로부터의 신호를 두 개의 분기들로 분배한다. 전력 분할기(424)로부터의 하나의 분기는 마이크로파 채널을 형성하며, 마이크로파 채널은 제어 신호(V10)를 통해 제어기(406)에 의해 제어되는 가변 감쇠기(404) 및 제어 신호(V11)를 통해 제어기(406)에 의해 제어된 신호 변조기(408)를 포함하는 전력 제어 모듈, 및 치료에 적합한 전력 레벨에서 프로브(420)로부터의 전달을 위해 순방향 마이크로파 EM 방사선을 발생시키기 위한 구동 증폭기(410) 및 전력 증폭기(412)를 포함하는 증폭기 모듈을 가진다. 증폭기 모듈 후에, 마이크로파 채널은 주파수원으로부터 마이크로파 EM 에너지를 프로브로 제1 포트와 제2 포트 사이의 경로를 따라 전달하도록 연결된 서큘레이터(416), 서큘레이터(416)의 제1 포트에 있는 순방향 결합기(414), 및 서큘레이터(416)의 제3 포트에 있는 반사 결합기(418)를 포함하는 마이크로파 신호 결합 모듈(마이크로파 신호 검출기의 일부를 형성함)로 계속된다. 반사 결합기를 통과한 후, 제3 포트로부터의 마이크로파 EM 에너지는 전력 차단 부하(power dump load)(422)에 흡수된다. 마이크로파 신호 결합 모듈은 또한 검출을 위해 순방향 결합 신호 또는 반사 결합 신호 중 어느 하나를 헤테로다인 수신기(heterodyne receiver)에 연결하기 위해 제어 신호(V12)를 통해 제어기(406)에 의해 동작되는 스위치(415)를 포함한다.
전력 분할기(424)로부터의 다른 분기는 측정 채널을 형성한다. 측정 채널은 마이크로파 채널 상의 증폭 라인업을 우회하고, 이로 인해 프로브로부터 저전력 신호를 전달하도록 배열된다. 제어 신호(V13)를 통해 제어기(406)에 의해 제어되는 일차 채널 선택 스위치(426)는 프로브에 전달하기 위해 마이크로파 채널 또는 측정 채널 중 어느 하나로부터 신호를 선택하도록 동작 가능하다. 일차 채널 선택 스위치(426)와 프로브(420) 사이에는 저주파 RF 신호들로부터 마이크로파 신호 발생기를 보호하기 위해 고역 통과 필터(427)가 연결된다.
측정 채널은 프로브로부터 반사된 전력의 위상 및 크기를 검출하도록 배열된 구성요소들을 포함하며, 이는 프로브의 원위 단부에 존재하는 물질, 예를 들어 생체 조직에 대한 정보를 산출할 수 있다. 측정 채널은 주파수원(402)으로부터 마이크로파 EM 에너지를 프로브로 제1과 제2 포트들 사이의 경로를 따라 전달하도록 연결된 서큘레이터(428)를 포함한다. 프로브로부터 복귀된 반사 신호는 서큘레이터(428)의 제3 포트로 지향된다. 서큘레이터(428)는 정확한 측정을 가능하게 하기 위해 순방향 신호와 반사 신호 사이의 격리를 제공하기 위해 사용된다. 그러나, 서큘레이터가 이의 제1 포트와 제3 포트 사이의 완전한 격리를 제공하지 않기 때문에, 즉 순방향 신호의 일부가 제3 포트를 뚫고 나아가 반사 신호와 간섭할 수 있기 때문에, (순방향 결합기(430)로부터의) 순방향 신호의 일부분을 (주입 결합기(432)를 통해) 제3 포트로부터 나오는 신호로 다시 주입하는 캐리어 상쇄 회로가 사용될 수 있다. 캐리어 상쇄 회로는 주입된 부분이 제1 포트로부터 제3 포트로 뚫고 나아가는 임의의 신호를 상쇄하기 위해 이와 위상이 180° 다르도록 하는 위상 조정기(434)를 포함한다. 캐리어 상쇄 회로는 또한 주입된 부분의 크기가 임의의 브레이크스루 신호와 동일하도록 하는 신호 감쇠기(436)를 포함한다.
순방향 신호의 임의의 드리프트를 보상하기 위해, 측정 채널 상에 순방향 결합기(438)가 제공된다. 순방향 결합기(438)의 결합된 출력 및 서큘레이터(428)의 제3 포트로부터의 반사 신호는 스위치(440)의 각 입력 단자에 연결되며, 스위치는 결합된 순방향 신호 또는 반전 신호 중 어느 하나를 검출을 위해 헤테로다인 수신기에 연결하기 위해 제어 신호(V14)를 통해 제어기(406)에 의해 동작된다.
스위치(440)의 출력(즉, 측정 채널로부터의 출력) 및 스위치(415)의 출력(즉, 마이크로파 채널로부터의 출력)은 이차 채널 선택 스위치(442)의 각 입력 단자에 연결되며, 이차 채널 선택 스위치는 측정 채널이 프로브에 에너지를 공급할 때 측정 채널의 출력이 헤테로다인 수신기에 연결되고 마이크로파 채널이 프로브에 에너지를 공급할 때 마이크로파 채널의 출력이 헤테로다인 수신기에 연결되도록 하기 위해 일차 채널 선택 스위치와 함께 제어 신호(V15)를 통해 제어기(406)에 의해 동작가능하다.
헤테로다인 수신기는 이차 채널 선택 스위치(442)에 의해 출력된 신호로부터 위상 및 크기 정보를 추출하기 위해 사용된다. 이 시스템에 단일 헤테로다인 수신기가 도시되어 있지만, 신호가 제어기로 진입하기 전에 소스 주파수를 두 번 믹스 다운하기 위해 (두 개의 국부 발진기들 및 믹서들을 포함하는) 이중 헤테로다인 수신기가 필요하다면 사용될 수 있다. 헤테로다인 수신기는 이차 채널 선택 스위치(442)에 의해 출력된 신호를 믹스 다운하기 위해 국부 발진기(444) 및 믹서(448)를 포함한다. 국부 발진기 신호의 주파수는 믹서(448)로부터의 출력이 제어기(406)에서 수신되기에 적합한 중간 주파수에 있도록 선택된다. 고주파 마이크로파 신호들로부터 국부 발진기(444) 및 제어기(406)를 보호하기 위해 대역 통과 필터들(446, 450)이 제공된다.
제어기(406)는 헤테로다인 수신기의 출력을 수신하고 이로부터 마이크로파 또는 측정 채널 상의 순방향 및/또는 반사 신호들의 위상 및 크기를 나타내는 정보를 결정(예를 들어, 추출)한다. 이 정보는 마이크로파 채널 상의 고전력 마이크로파 EM 방사선 또는 RF 채널 상의 고전력 RF EM 방사선의 전달을 제어하는 데 사용될 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스(452)를 통해 제어기(406)와 상호 작용할 수 있다.
도 1에 도시된 RF 채널은 제어 신호(V16)를 통해 제어기(406)에 의해 제어되는 게이트 드라이버(456)에 연결되는 RF 주파수원(454)을 포함한다. 게이트 드라이버(456)는 하프 브릿지(half-bridge) 배열체인 RF 증폭기(458)에 대한 동작 신호를 공급한다. 하프 브릿지 배열체의 드레인 전압은 가변 DC 서플라이(460)를 통해 제어 가능하다. 출력 변압기(462)는 발생된 RF 신호를 프로브(420)에 전달하기 위한 선 상으로 전달한다. 해당 선 상에는 RF 신호 발생기를 고주파 마이크로파 신호들로부터 보호하기 위해 저역 통과, 대역 통과, 대역 차단 또는 노치 필터(464)가 연결된다.
RF 채널 상에는 조직 부하에 전달되는 전류를 측정하기 위해 변류기(466)가 연결된다. 전압을 측정하는 데에는 분압기(468)(출력 변압기에서 탭 오프될(tapped off) 수 있음)가 사용된다. 분압기(468) 및 변류기(466)로부터의 출력 신호들(즉, 전압 및 전류를 나타내는 전압 출력들)은 각각의 버퍼 증폭기들(470, 472) 및 전압 클램핑 제너 다이오드들(Zener diodes)(474, 476, 478, 480)에 의한 컨디셔닝 후에 제어기(406)에 직접 연결된다(도 1에서 신호들 B 및 C로서 도시됨).
전압 및 전류 신호들(B 및 C)은 또한 위상 정보를 도출하기 위해, 위상 비교기(482)(예를 들어, EXOR 게이트)에 연결되며, 위상 비교기의 출력 전압은 RC 회로(484)에 의해 적분되어 전압과 전류 파형들 사이의 위상차에 비례하는 전압 출력(도 1에서 A로서 도시됨)을 생성한다. 이 전압 출력(신호 A)은 제어기(406)에 직접 연결된다.
마이크로파/측정 채널 및 RF 채널은 신호 조합기(114)에 연결되며, 신호 조합기는 양 유형의 신호를 케이블 조립체(116)를 따라 별개로 또는 동시에 프로브(420)로 전달하며, 프로브로부터 신호는 환자의 생체 조직으로 전달(예를 들어, 방사)된다. 케이블 조립체(116)는 외과 관찰 디바이스(도시되지 않음)의 기구(작업) 채널의 전체 길이를 통해 삽입 가능할 수 있다. 프로브(420)는 외과 관찰 디바이스의 기구 채널을 통과하고 내시경 관의 원위 단부에서 (예를 들어, 환자 내부에서) 돌출하도록 성형될 수 있다. 프로브(420)는 RF EM 에너지 및/또는 마이크로파 EM 에너지를 생체 조직으로 전달하기 위한 활성 팁 및 유체를 전달하기 위한 인입식 피하 니들을 포함할 수 있다. 이러한 조합된 기술들은 원치 않는 조직을 절개 및 소실시키기 위한 유일무이한 해결책 및 타겟 영역 주위의 혈관들을 봉합할 수 있는 기능을 제공한다.
마이크로파 채널과 신호 조합기(114) 사이의 이음부에는 도파관 격리기(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 도파관 격리기는 다음의 세 가지 기능들: (i) 초고 마이크로파 전력(예를 들어, 10 W 초과)의 통과를 허용하는 기능; (ii) RF 전력의 통과를 차단하는 기능; 및 (iii) 고 내전압(withstanding voltage)(예를 들어, 10 kV 초과)을 제공하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한 도파관 격리기에(예를 들어, 도파관 격리기 내에) 또는 도파관 격리기에 인접하게 용량성 구조체(DC 브레이크로도 알려짐)가 제공될 수 있다. 용량성 구조체의 목적은 격리 장벽에 걸친 용량성 결합을 감소시키는 것이다.
배경기술 - 전기 외과용 기구
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 전기 외과용 기구인 예시적인 프로브(214)(때때로 원위 단부 조립체 또는 기구 팁으로 지칭됨)의 분해도를 도시한다. 프로브(214)는 예를 들어 도 1을 참조하여 위에서 논의된 케이블 조립체(116)에 대응하는 가요성 샤프트의 외측 캐뉼라 관(216)의 원위 단부에 장착된다. 캐뉼라 관(216)은 기구 팁으로 유체를 이송하기 위한 루멘을 획정하는 가요성 슬리브를 형성하며, 기구 팁은 이의 원위 단부에 고정된다. 외측 캐뉼라 관(216)은 토크 전달 기능을 제공하기 위해, 예를 들어 방사상 내측 폴리머 층과 방사상 외측 폴리머 층 - 이때 폴리머는 예를 들어 Pebax®일 수 있다 - 사이에 장착되는 편조 와이어(예를 들어, 스테인리스 스틸) 랩을 포함하는 편조 관으로 형성된다.
외측 캐뉼라 관(216)은 원위 단부가 비편조 관형부(218)에 연결되며, 관형부는 가요성 도관일 수 있다. 관형부(218)는 임의의 적합한 폴리머 물질, 예를 들어 Pebax® 등으로 형성될 수 있다. 관형부(218)는 1 mm 이상의 축방향 길이(즉, 샤프트 축에 따른 길이)를 가질 수 있다. 이는 마이크로파 에너지의 사용 동안 용량성 컨덕턴스의 결과로서 편조 가닥(braid)의 임의의 가열 위험을 방지하기 위해 편조의 단부와 원위 단부 조립체(214)의 근위 에지 사이에 안전 거리가 도입되도록 할 수 있다. 이러한 배열은 또한 평면형 전송선의 두 개의 플레이트들 또는 동축 전송선 내의 두 개의 전도체들이 단락되거나 서로 연결되는 것을 방지할 수도 있다.
관형부(218)는 '소프트 팁(soft tip)'(218)으로 지칭될 수 있다. 소프트 팁(218)은 일부 예들에서 슬리브 또는 캐뉼라 관(216)의 원위 단부에 본딩되는 폴리머 관의 추가적인 길이일 수 있다. 본딩은 임의의 적합한 접착제, 예를 들어 에폭시 등을 사용할 수 있다. 관형부(218)와 캐뉼라 관(216) 사이의 이음부 위에는 추가적인 기계적 강도를 제공함으로써 이음 부위를 보강하기 위해 지지 관(217)이 장착될 수 있다. 지지 관(217)은 내부에서 관형부(218) 및 캐뉼라 관(216) 양자가 예를 들어 본딩에 의해, 고정되는 폴리머 관의 짧은 구획일 수 있다. 지지 관(217)은 가요성일 수 있고/거나 샤프트의 가요성에 악영향을 주지 않도록 선택된 길이를 가질 수 있다.
또한 관형부(218), 캐뉼라 관(216) 및 지지 관(217)의 이음부는 샤프트의 원위 단부에서 추가의 구조적 강도를 제공하기 위해 열 수축 슬리브(heat shrink sleeve)(도시되지 않음) 내에 캡처될 수도 있다.
캐뉼라 관(216) 내의 편조는 샤프트의 근위 단부에 인가되는 토크가 기구 팁의 회전 움직임으로 변환될 수 있게 한다.
관형부(218)의 원위 단부는 보호용 헐(protective hull)(222)의 대응하는 근위 부분(220) 위에 끼워지도록 배열된다. 보호용 헐(222)은 생체 조직과의 저마찰력을 갖는 강성 물질, 예를 들어 스테인리스 스틸로 형성된다. 헐(222)은 바람직하게는 금속 물질로 형성되지만, 비금속 물질들, 예를 들어 세라믹으로 형성될 수도 있다. 헐은 다음의 다수의 기능들을 수행하도록 성형된다.
- 원위 단부 조립체(214)를 캐뉼라 관(216)에 고정하는 기능,
- 에너지를 주변 생체 조직으로 전달하는 활성 팁 구조체를 위한 보호용 밑면을 제공하는 기능,
- 인입식 니들을 위한 보호용 하우징 및 지지 프레임을 제공하는 기능, 및
- 조립 및 후속 사용 동안 활성 팁 구조체를 동축 케이블에 관한 위치시키는 기능
이들 기능들을 수행하는 헐(222)의 구조체의 부분들은 아래에서 더 상세히 논의된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 보호용 헐(222)은 또한 도 3 내지 도 5에 대해 보다 상세히 논의될 바와 같은, 마이크로파 발생 회로부의 원위 구성요소들(본 명세서에서 원위 마이크로파 발생 모듈이라고도 지칭됨)을 하우징하도록 구성된다.
원위 단부 조립체(214)는 활성 팁(224)을 포함하며, 활성 팁은 그 상측면 및 하측면 상에 전도성 층들(예를 들어, 금속화 층들)을 갖는 유전체 물질(221)(예를 들어 알루미나)의 평면편이다. 전도성 층들은 캐뉼라 관(216)에 의해 전달되는 동축 케이블(142)의 내측 전도체(228) 및 외측 전도체(226)의 각 전도체에 각각 전기적으로 연결된다. 동축 케이블(142)의 원위 단부에서, 이의 외측 시스는 일정 길이의 외측 전도체(226)를 노출시키도록 제거된다. 동축 케이블의 내측 전도체(228)는 외측 전도체(226)의 원위 단부를 너머 연장된다. 동축 케이블(142) 및 활성 팁(224)은 내측 전도체(228)의 돌출 부분이 활성 팁의 제1 전도성 층 상에 놓이는 한편, 외측 전도체(226)가 보호용 헐(222)을 통해 제2 전도성 층과 전기 연결되도록 서로에 관해 장착된다. 제1 전도성 층은 외측 전도체(226)와 격리되고, 제2 전도성 층은 내측 전도체(228)와 격리된다.
전도성 층들은 고융점 전도체들, 예를 들어 W 또는 Ti로 형성될 수 있다. 그러나, 일 예에서, 동축 케이블(142)의 내측 및 외측 전도체들과 활성 팁(224) 사이의 전기적 연결에서 땜납의 사용을 가능하게 하기 위해, 저융점 전도체가 전기적 연결이 이루어지는 전도성 층들 상의 인접 영역들에 퇴적될 수 있다. 저융점 전도체들은 은(Ag) 또는 금(Au)일 수 있다.
활성 팁(224)의 원위 단부는 환자 내에 예리한 모서리들을 제공하는 것을 방지하기 위해 만곡된다.
외측 전도체(226)는 보호용 헐(222)을 통해 활성 팁(224)의 밑면 상의 하측 전도성 층에 전기적으로 연결된다. 보호용 헐(222)의 근위 단부에는 동축 피드 케이블(142)의 원위 단부를 수용하고 지지하기 위한 U자형 채널(248)이 형성된다. 원위 단부 조립체는 외측 전도체(226)의 노출된 부분이 U자형 채널(248)에 안착되도록 구성된다. 슬리브 또는 칼라와 같은 전기 전도성 요소(230)는 외측 전도체(226)의 노출된 부분을 크림핑(crimping)하기 위해 사용된다. 크림프에 의해 야기되는 압축은 동축 케이블의 보호용 헐(222)에 의해 수용되는 영역이 변형됨을 의미한다. 예를 들어, 외측 전도체(226)가 노출되는 동축 케이블의 부분은 타원형 단면을 가질 수 있으며, 이에 의해 U자형 채널(248)의 측면들과 접하고 강한 전기 접촉을 형성한다. 이에 따라, 크림핑된 외측 전도체(226)는 억지 끼워맞춤(interference fit)을 통해 헐에 의해 리테이닝될 수 있다.
외측 전도체(226)와 활성 팁(224) 상의 하측 전도성 층(229) 사이의 전기적 연결을 완성하기 위해, 보호용 헐(222)은 하측 전도성 층에 예를 들어 납땜에 의해, 전기적으로 결합된다(예를 들어 도 5 참조). 이 실시 예에서, 납땜 예비 성형체(231)가 이 목적을 위해 제공된다. 납땜 예비 성형체(231)는 보호용 헐(222)의 상측면에 형성된 리세스(249) 내에 수용 가능하도록 성형된다. 이 예에서, 리세스(49)는 직사각형이고, 납땜 예비 성형체(231)는 대응하는 형상을 갖지만, 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있다. 리세스(249)는 땜납이 활성 팁(224)의 하측면과 보호용 헐(222) 사이에만 존재하도록, 즉 활성 팁(224)의 측부 에지들로 유동하지 않도록 하는 방식으로 보호용 헐의 에지들로부터 후방에 셋팅된다. 조립될 때, 납땜 예비 성형체(231)는 위에서 논의된 바와 같이 저융점 전도체(예를 들어, 금)로 코팅되는 활성 팁(224)의 하측면 상의 영역과 정렬될 수 있다. 납땜 공정을 가능하게 하기 위해 구성요소들이 조립될 때 적합한 가요선(도시되지 않음)이 납땜 예비 성형체에 제공될 수 있다. 납땜 공정 자체는 유도 납땜일 수 있다. 유도 납땜 효과는 납땜 예비 성형체(231)에서의 보호용 헐(222) 및 활성 팁(224)의 영역에 한정될 수 있다.
상기한 구성은 보호용 헐(222)이 정확하고 반복 가능한 조립을 보장하는 고정된 공간 관계로 (i) 활성 팁(224), (ii) 납땜 예비 성형체(231), 및 (iii) 동축 케이블(142) 모두를 리테이닝하기 때문에 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에서, 활성 팁(224)과 동축 케이블(142)의 원위부 사이의 연결은 아래에서 더 상세히 논의될 바와 같은 원위 마이크로파 발생 모듈을 통해 이루어질 수 있다.
원위 단부 조립체는 보호용 헐(222)의 밑면에 형성된 리세스 내에 리테이닝되는 니들 가이드(232)를 더 포함한다. 니들 가이드(232)는 예를 들어 폴리이미드로 만들어지는, 중공 관(예를 들어, 페룰)이며, 이의 내부에서 피하 니들(234)이 슬라이딩 가능하게 장착된다. 니들(234)은 치료 부위로의 전달을 위해 내부에 존재하는 액체를 수용하기 위해 캐뉼라 관(216)의 내부 체적과 유체 연통한다.
원위 단부 조립체(214)가 조립된 후에, 이는 억지 끼워맞춤 및 접착제(예를 들어, 에폭시)에 의해 관형부(218)의 원위 단부 내에 고정될 수 있다. 접착제는 또한 관형부(218)의 원위 단부에 대한 플러그를 형성하여 계면 이음 부위에서 도입된 유체를 위한 유일한 출구가 니들(234)을 통함을 의미하는 유체 기밀을 제공할 수 있다. 유사하게, 내측 전도체(228)와 상측 전도성 층(227) 사이의 이음부(예를 들어, 납땜된 이음부)도 적합한 접착제(예를 들어 에폭시)로 형성될 수 있는 보호용 커버(251)(도 5 참조)를 가질 수 있다. 보호용 커버(251)는 보호용 헐(222)과 활성 팁(224) 사이의 연결을 강화하면서, 또한 관형 부분(218)에 대한 단부 플러그, 즉, 계면 이음 부위에서 도입된 유체를 위한 유일한 출구가 니들을 통함을 의미하는 유체 기밀을 형성할 수 있다.
사용시, 활성 팁(224)은 환자와 밀접한 접촉을 한다. 니들(234)은 니들(234)을 전개 및 인입시키기 위해 제어 와이어(235) 상에 작용하는 계면 이음 부위 상의 슬라이더 메커니즘의 제어를 통해 활성 팁(224)의 원위 단부를 너머 연장되고 가이드 관(232) 내부의 후방 위치로 인입될 수 있다. 니들은 연장된 위치에서, 조직을 국부적으로 팽창 및/또는 마킹하기 위해 유체를 주입하는 데 사용된다. 활성 팁(224) 상의 전도성 층들은 RF 및/또는 마이크로파 전자기 에너지를 전달하기 위한 양극성 전극들을 형성한다.
니들 가이드(232)는 RF/마이크로파 활성화가 활성 팁(224)의 원위 팁 영역에 걸쳐서만 발생하도록 하기 위해 연장된 연면(creepage) 공간(clearance)을 제공하도록 원위 조립체에 근접하게 그리고 이의 내부의 후방으로 연장된다.
기구 기반 마이크로파 증폭
도 3은 본 발명의 일 실시 예인 마이크로파 발생 장치(300)를 도시한다. 마이크로파 발생 장치(300)는 가요성 케이블 조립체(306)에 의해 분리되어 있는 근위 개시부(302) 및 원위 증폭부(304)를 가진다. 케이블 조립체(306)는 도 1에 대해 위에서 논의된 케이블 조립체(116)에 대응할 수 있다.
근위 개시부(302)는 DC 전력 및 마이크로파 신호(310) 양자를 케이블 조립체(306)로 개시하는 기능을 한다. 케이블 조립체(306)는 마이크로파 신호(310)를 원위 증폭부(304)로 전달하기 위한 동축 전송선을 포함한다. 케이블 조립체(306)는 DC 전력을 원위 증폭부(304)로 전달하기 위한 독립적인 세장형 전도체(예를 들어, 와이어)를 포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, DC 전력은 마이크로파 신호(310)를 반송하는 동축 전송선의 내측 전도체 상에서 개시될 수 있다.
근위 개시부(302)는 DC 전력을 발생시키기 위한 DC 전력 발생기(316)를 포함한다. DC 전력 발생기(316)는 예를 들어, 28 V의 전압(VDD)을 갖는 DC 신호를 출력할 수 있다.
근위 개시부(302)는 마이크로파 신호(310)를 생성하도록 배열된 마이크로파 신호 발생기(314)를 포함한다. 마이크로파 신호 발생기(314)는 도 4를 참조하여 아래에서 설명된다. 마이크로파 신호 발생기(314)로부터의 마이크로파 신호(310)는 커패시터(312)를 통해 동축 전송선에 결합되며, 커패시터는 DC 전력 발생기(316)로부터의 DC 신호가 마이크로파 신호 발생기(314)로 누설되는 것을 방지하기 위한 DC 격리 장벽 역할을 한다.
마이크로파 발생기(314)로부터의 마이크로파 신호(310)는 생체 조직을 치료(예를 들어, 절제 또는 응고)하기 위해 필요한 것보다 더 작은 전력 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 마이크로파 발생기(314)로부터 출력된 마이크로파 신호(310)는 10 W 이하의 전력 레벨을 가질 수 있다. 케이블 조립체의 길이를 따라 10 dB 손실이 나타나는 경우, 이는 원위 단부에서 마이크로파 신호(322)의 전력이 1 W임을 의미한다. 이에 따라, 전력 증폭기(320)가 10 dB의 이득을 나타내는 경우, 치료에 이용 가능한 전력은 10 W이다.
마이크로파 신호 발생기로부터 저전력 마이크로파 신호를 전송하는 것은 케이블 조립체(306)를 통한 전송 동안 더 적은 전력이 손실됨을 의미한다. 이는 마이크로파 손실로 인한 케이블 조립체(306)의 가열을 방지하거나 감소시키고, 이에 따라 케이블 조립체의 경로에 따른 갑작스런 조직 가열의 위험을 방지한다.
원위 증폭부(304)는 케이블 조립체(306)로부터 수신된 마이크로파 신호(310)를 치료에 적합한 전력 레벨로 증폭하는 기능을 한다. 증폭된 마이크로파 신호(318)는 원위 증폭부(304)에 의해 출력되며, 이에 증폭된 마이크로파 신호는 커패시터(319)를 통해 위에서 논의된 활성 팁(224)과 같은 기구 팁(308)에 결합되며, 이로부터 증폭된 마이크로파 신호가 치료 부위에서의 생체 조직으로 전달(예를 들어, 방사되거나 그 외 방출)된다. 커패시터(319)는 DC 신호가 기구 팁에 도달하는 것을 방지하기 위해 기구 팁(308)과 원위 증폭부(304) 사이의 DC 장벽으로서 동작한다.
원위 증폭부(304)는 전력 증폭기(320), 예를 들어 전력 MOSFET 등을 포함한다. 전력 증폭기(320)는 동축 전송선으로부터 출력된 마이크로파 신호(322)를 입력으로서 수신한다. 전력 증폭기(320)로의 입력은 케이블 조립체(306)에서 커패시터(324)에 의해 DC 신호로부터 보호된다.
원위 증폭부(304)는 DC 전력을 마이크로파 신호와 분리하고, 마이크로파 신호를 전력 증폭기(320)에 걸쳐 인가하도록 배열된다. 원위 증폭부(304)는 DC 신호(VDD)가 인가되는 전압 레일(326)을 포함할 수 있다. 마이크로파 신호(322)는 필터링 배열체(328)에 의해 전압 레일(326)로부터 차단될 수 있으며, 필터링 장치는 아래에서 더 상세히 논의될 바와 같이 사분파 스터브들의 쌍을 포함할 수 있다. 유사하게, 마이크로파 에너지가 전력 증폭기(320)로부터 전압 레일(326) 상에 누설되는 것을 방지하기 위해 필터링 배열체(330)가 또한 전압 레일(326)과 전력 증폭기(320) 사이의 연결부 상에 배치될 수 있다.
원위 증폭부(304)는 DC 신호로부터 전력 증폭기(320)의 게이트에 인가될 바이어스 전압(VGG)을 도출하도록 동작하는 게이트 전압 추출 모듈(332)을 더 포함한다. 게이트 전압 추출 모듈(332)은 DC 신호 전압을 전력 증폭기(320)에 적합한 레벨로 하향 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
원위 증폭부(304)는 전력 증폭기(320)로의 게이트 전압의 인가를 제어하기 위한 게이트 제어 모듈(334)을 더 포함할 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의될 바와 같이, 게이트 제어 모듈(334)은 전력 증폭기(320)에 대한 온(전도) 및 오프(비전도) 상태에 각각 대응하는 두 바이어스 전압 상태들 사이에서 스위칭하도록 동작할 수 있다. 게이트 제어 모듈(334)은 증폭 프로세스의 평활한 초기화를 보장하기 위해 전력 증폭기(320)에 걸친 DC 신호의 인가(즉, 이의 드레인 전압으로서)와 전력 증폭기(320)를 턴 온하기 위한 바이어스 전압의 인가 사이에 시간 지연을 도입하도록 동작할 수 있다.
필터링 배열체(336)는 마이크로파 에너지가 전력 증폭기(320)로부터 게이트 제어 모듈(334)로 누설되는 것을 방지하기 위해 게이트 제어 모듈(334)과 전력 증폭기(320) 사이의 연결부 상에 배치될 수 있다.
게이트 전압 추출 모듈(332) 및 게이트 제어 모듈(334)에 대한 상세한 구조들은 도 5를 참조하여 아래에서 논의된다.
이에 따라, 마이크로파 발생 장치(300)는 사용시, 저전력 입력 마이크로파 신호의 치료에 적합한 전력 레벨로의 증폭을 수행한다. 증폭된 전력 레벨은 입력 전력 레벨보다 한 자릿수 이상(예를 들어 10 W 이상) 더 높을 수 있다. 이러한 배열체에 의해, 케이블 조립체(306)에 따른 전력의 손실이 훨씬 적으며, 이는 케이블 조립체(306)에 의해 취해지는 경로에 따른 조직의 갑작스런 가열 위험의 감소를 의미한다.
원위 증폭부(304)는 도 2에 도시된 바와 같은 원위 단부 조립체(214)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 원위 증폭부(304)는 활성 팁(224)의 근위 단부와 동축 케이블(142)의 원위 단부 사이에 배치될 수 있다. 보호용 헐(222)은 원위 증폭부(304)의 구성요소들을 지지하기 위해 기판(예를 들어, PCB 등)일 수 있거나 기판 위에 장착될 수 있다.
도 4는 마이크로파 신호 및 DC 신호가 동축 전송선(370)의 근위 단부로 개시되는 근위 개시부(302)의 일 예의 개략도이다. 도 3과 공통되는 특징부들에는 동일한 참조 부호가 주어지고 다시 설명되지 않는다. 동축 전송선(370)은 유전체 물질(374)에 의해 외측 전도체(376)와 분리된 내측 전도체(372)를 포함한다. 동축 전송선(370)은 예를 들어, Huber+Suhner에 의해 제조된 Sucoform 케이블일 수 있다.
도 4는 마이크로파 신호 발생기(314)에 대한 구성요소들을 도시한다. 이 예에서, 마이크로파 신호 발생기(314)는 마이크로파 주파수원(378)에 뒤이어 가변 감쇠기(380)를 가지며, 이는 도 1에 도시된 시스템과 유사한 방식으로 제어 신호를 통해 제어기(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 가변 감쇠기(380)의 출력은 신호 변조기(382)에 입력되며, 이는 또한 예를 들어, 펄스 파형을 마이크로파 신호에 인가하도록, 제어기에 의해 제어될 수 있다. 신호 변조기로부터의 출력은 원위 증폭부로의 전송에 요구되는 전력 레벨의 마이크로파 신호를 발생시키기 위해 구동 증폭기(384)에 입력된다. 마이크로파 신호는 커패시터(312)를 통해 동축 전송선(370)에 결합된다.
DC 전력 발생기(316)는 동축 전송선(370)의 내측 전도체(372)에 DC 전압을 인가하도록 연결되는 전압원(386)을 포함한다. 전압원(386)은 스위칭 모드 파워 서플라이(switched mode power supply)일 수 있거나, 또는 장치가 휴대 가능하게 하기 위해, 배터리가 사용될 수 있다. 연결부는 마이크로파 신호의 전압원(386)으로의 역전송을 방지하기 위해 저역 통과 필터(390)가 제공되는 마이크로스트립 전송선(388)의 구획이거나 구획을 포함할 수 있다. 저역 통과 필터(390)는 마이크로스트립 전송선(388) 상의 사분파 스터브들의 쌍(392, 394)을 포함한다. 제1 스터브(392)는 동축 전송선(370)의 내측 전도체(372)에 대한 연결 지점(396)으로부터 반파장(즉,
Figure pct00010
)(여기서, λ는 마이크로파 전송선(388) 상의 마이크로파 신호의 파장, n은 1 이상의 정수) 거리에 위치된다. 이는 제1 사분파(즉,
Figure pct00011
) 스터브(392)의 베이스가 단락 회로 상태에 있도록 하여, 사분파 스터브(392)의 다른 단부가 개방 회로 상태에 있게 한다. 제2 사분파 스터브(394)는 제1 스터브로부터 반파장(즉,
Figure pct00012
) 거리만큼 이격된다.
DC 전력 발생기(316)는 DC 신호 경로 상의 임의의 다른 원치 않는 AC 성분을 제거하기 위해 DC 신호를 전달하는 전송선에 분로로 연결된 커패시터 세트(387)를 더 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 원위 마이크로파 증폭 모듈(304)을 도시하는 개략적인 회로도이다. 이전 도면들과 공통되는 특징부들에는 동일한 참조 부호가 주어지고 다시 설명되지 않는다.
이 예에서, 케이블 조립체(306)의 원위 단부가 원위 마이크로파 증폭 모듈(304)에 연결된다. 케이블 조립체(306)는 마이크로파 신호 및 DC 신호 양자를 전달하는, 위에서 논의된 동축 전송선(370)을 포함할 수 있다. 원위 마이크로파 증폭 모듈(304)은 필터들을 사용하여 DC 신호에서 마이크로파 신호를 분리시킨다. DC 신호는 마이크로파 신호의 통과를 방지하도록 배열된 사분파 스터브들의 쌍(328)을 포함하는 저역 통과 필터를 갖는 제1 연결선(502)을 통해 DC 레일(326)로 전달된다.
스터브들의 쌍(328)은 마이크로스트립 전송선 상에 제조될 수 있다. 제1 스터브는 동축 전송선의 내측 전도체에 대한 연결 지점으로부터 반파장(즉,
Figure pct00013
)(여기서, λ는 마이크로파 전송선 상의 마이크로파 신호의 파장, n은 1 이상의 정수) 거리에 위치된다. 이는 제1 사분파(즉,
Figure pct00014
) 스터브의 베이스가 단락 회로 상태에 있도록 하여, 사분파 스터브의 다른 단부가 개방 회로 상태에 있게 한다. 제2 사분파 스터브는 제1 스터브로부터 반파장(즉,
Figure pct00015
) 거리만큼 이격된다.
한편, 마이크로파 신호는 연결선(504)을 따라 전력 증폭기(320)로 전달되어, 증폭될 입력 신호가 된다. 연결선(504)은 마이크로스트립 전송선 등일 수 있다. 연결선(504)은 커패시터(324)를 포함하며, 이 커패시터를 통해 마이크로파 신호가 결합되지만 DC 신호는 차단된다. 이에 따라, 커패시터(324)는 전력 증폭기(320)를 케이블 조립체(306) 내의 동축 전송선(370)으로부터 전달되는 임의의 DC 성분으로부터 격리시킨다.
연결선(506)은 DC 신호의 전압을 전력 증폭기(320)에 걸쳐 인가하기 위해(즉, 드레인 서플라이로서) 전압 레일(326)을 전력 증폭기(320)에 연결시킨다. 마이크로파 에너지가 전력 증폭기(320)에서 연결선(506) 상에 누설되는 것을 방지하기 위해, 사분파 스터브들의 쌍(330)이 저역 통과 필터로서 배열된다. 스터브들의 쌍(330)은 연결선(506)과 전력 증폭기(320)사이의 연결 지점에 대한 것이지만, 스터브들(328)과 유사한 방식으로 배열될 수 있다.
연결선(506)은 DC 신호 경로 상의 임의의 다른 원치 않는 AC 성분을 제거하기 위해 DC 신호를 전달하는 연결선에 분로로 연결된 커패시터 세트(508)를 더 포함한다.
연결선(506)은 전력 증폭기(320)와 전압 레일(326) 사이에 직렬로 연결된 인덕터(510)를 더 포함한다. 인덕턴스 또한 AC 신호들의 전압 레일(326) 상으로의 누설을 억제한다.
위에서 논의된 연결선들 각각은 DC 또는 마이크로파 신호들을 적절하게 전달하는 데 적합한 전송선으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 콤팩트한 구성으로 랩핑될 수 있는 가요성 기판 상의 마이크로스트립 선들이 적합한 예이다.
이 실시 예에서, 원위 마이크로파 증폭 모듈(304)은 전압 레일(326)로부터 전력 증폭기에 대한 바이어스 전압(VGG)을 추출하도록 구성된다. 전압 레일(326)은 비교적 높은 전압, 예를 들어, 28 V 또는 유사한 전압일 수 있는 반면, 전력 증폭기(320)에 대한 바이어스 전압은 한 자릿수 더 낮아야 할 수 있다. 바이어스 전압을 획득하기 위해, 원위 마이크로파 증폭 모듈(304)은 게이트 전압 추출 모듈(332)을 포함한다. 게이트 전압 추출 모듈(332)은 DC-DC 컨버터로서 기능하고, 이 실시 예에서 이는 병렬 벅 컨버터들의 쌍(512, 514)으로서 구현되며, 이들 각각은 상이한 전압을 출력하도록 구성되어, 바이어스 전압이 두 상이한 상태들 사이에서 스위칭될 수 있게 한다.
각각의 벅 컨버터(512, 514)는 입력 전압을 제공하기 위해 전압 레일(326)에 연결된다. 각각의 벅 컨버터(512, 514) 내의 커패시턴스 및 인덕턴스의 값들은 입력 전압을 요구되는 출력 전압으로 변환하도록 선택된다. 출력 전압들은 전력 증폭기의 가동 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 이 예에서, 벅 컨버터들(512, 514)은 각 컨버터에서 적절한 전류 흐름 방향을 제어하기 위해 다이오드를 사용함으로써 음의 출력 전압을 발생시키도록 구성된다. 이는 출력 전압들(바이어스 전압들)의 특성이 전력 증폭기가 전도 상태로 들어가는 지점에 가깝게 설정될 수 있음을 의미한다.
예를 들어, 제1 벅 컨버터(512)는 전력 증폭기 특성의 비전도 부분에 있는 바이어스 전압, 예를 들어 -6 V를 출력하도록 구성될 수 있다. 제2 벅 컨버터(514)는 전력 증폭기 특성의 전도 부분에 있는, 바람직하게는 전도 상태로의 전이를 지나는 순간의 바이어스 전압, 예를 들어 -2 V를 출력하도록 구성될 수 있다.
벅 컨버터들의 쌍(512, 514)으로부터의 출력들은 게이트 제어 모듈(334)의 일부를 형성하는 스위치(516)의 각 입력 극들에 연결된다. 스위치(516)의 출력은 연결선(518)에 연결되며, 이는 차례로 게이트 전압 추출 모듈(332)로부터의 바이어스 전압을 전력 증폭기(320)의 게이트에 제공하기 위해 연결선(504)에 연결된다.
마이크로파 에너지가 전력 증폭기(320)에서 연결선(518) 상에 누설되는 것을 방지하기 위해, 사분파 스터브들의 쌍(336)이 저역 통과 필터로서 배열된다. 스터브들의 쌍(336)은 연결선(518)과 연결선(504)사이의 연결 지점에 대한 것이지만, 스터브들(328)과 유사한 방식으로 배열될 수 있다.
연결선(518)은 바이어스 전압 신호 경로 상의 임의의 다른 원치 않는 AC 성분을 제거하기 위해 바이어스 전압을 전달하는 연결선(518)에 분로로 연결된 커패시터 세트(520)를 더 포함한다.
게이트 제어 모듈(334)은 전력 증폭기(320)의 게이트에 필요한 바이어스 전압을 인가하도록 동작한다. 이에 따라, 게이트 제어 모듈(334)은 전력 증폭기(320)를 선택적으로 활성화하도록 효과적으로 동작한다. 이 예에서, 게이트 제어 모듈(334)은 전력 증폭기(320)에 바이어스 전압을 제공하도록 벅 컨버터(512, 514)를 선택하는 스위치(516)를 제어하는 기능을 한다. 스위치(516)는 DC 신호의 전압 레일(326)로의 인가시에 가압되는(energised) 인덕터(522)에 의해 제어될 수 있다. 이에 따라, 스위치(516)는 인덕터(522)가 가압되지 않을 때 디폴트(예를 들어, 오프) 구성을 채택할 수 있다. 이 구성에서, 스위치(516)는 비전도 전압 레벨(예를 들어, -6 V)을 갖는 벅 컨버터를 전력 증폭기에 연결한다. 인덕터(522)가 가압될 때, 스위치는 활성화된(예를 들어, 온) 구성을 채택하며, 이 구성에서 전도 전압 레벨(예를 들어, -2 V)을 갖는 벅 컨버터가 전력 증폭기에 연결된다.
이 실시 예에서, 게이트 제어 모듈(334)은 전력 증폭기(320)에 대한 '소프트 스타트(soft-start)' 회로(524)를 포함하며, 이는 인덕터(522)에 인가되는 전압을 평활하게 증가시킴으로써 스위치의 상태 변화를 지연시키는 역할을 한다. 이러한 배열체의 이점은 전력 증폭기를 활성화하기 위한 바이어스 전압이 인가되기 전에 전력 증폭기(320)에 걸친 드레인 전압이 정상 상태에 도달할 수 있게 한다는 것이다. '소프트 스타트' 회로(524)는 RC 회로(528)로부터의 가변 제1 입력과 분압기 회로(530)로부터의 고정 입력 사이의 차이에 기초하여 인덕터(522)로의 출력을 발생시키는 비교기(526)를 사용하여 구현된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예인 마이크로파 증폭 장치(550)의 또 다른 예를 도시한 개략도이다. 도 3과 공통되는 특징부들에는 동일한 참조 부호가 주어지고 다시 설명되지 않는다.
도 6의 장치(550)는 게이트 전압이 근위 단부에서 발생되고 케이블 조립체(306)를 통해 이차 DC 신호로서 전달된다는 점에서 도 3의 장치와 상이하다. 이에 따라, 이 예에서 DC 전력 발생기(316)는 케이블 조립체(306)를 따라 이송할 DC 신호(전압 VDD를 가짐)를 출력하는 DC원(386)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 케이블 조립체는 DC 신호를 위한 전용 전송선(371)을 포함한다. 근위부(304)에서, 전송선(371)의 원위 단부가 위에서 설명된 유형을 가질 수 있는 저역 통과 필터(330)를 통해 전력 증폭기(320)의 드레인에 결합된다. 전용 전송선(371)은 저역 통과 필터를 통해 드레인에 직접 연결될 수 있거나, 도 6에 도시된 바와 같이 전압 레일(326)을 통해 연결될 수 있다.
DC 전력 발생기(316)는 또한 전력 증폭기에 대한 바이어스 전압을 발생시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 바이어스 전압은 예를 들어, 드레인 전압에 대한 DC원(386)보다 더 낮은 전압에서 동작하는, 별개의 DC원을 사용하여 발생될 수 있다. 그러나, 도 6에 도시된 실시 예에서, 바이어스 전압은 근위부(302)에 게이트 전압 추출 모듈(332)을 제공함으로써 드레인 전압과 동일한 DC원으로부터 획득된다. 게이트 전압 추출 모듈(332)은 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다. 근위부(302)는 또한 케이블 조립체(306)에 공급되는 바이어스 전압을 제어하기 위한 게이트 제어 모듈(334)을 포함할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 전압은 케이블 조립체(306) 내의 동축 전송선(370)의 내측 전도체를 따라 원위부로 전달된다. 동축 전송선(370)은 또한 마이크로파 신호 발생기(314)로부터의 마이크로파 신호(310)를 전달하기 위해서도 사용된다.
일부 예들에서, DC 신호에 대한 전용선(371)은 동축 전송선(370)의 외측 전도체 주위에 형성되고, 절연층에 의해 이와 분리되어, 예를 들어 효과적으로 신호 3축 케이블을 형성하는 추가적인 전도성 층일 수 있다. 이 예에서, 마이크로파 신호가 전압 레일(326) 상으로 누설되는 것을 방지하기 위해 원위부(304)에서 DC 신호가 동축 전송선(370)에서 분리되는 지점에 로우 필터를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

Claims (25)

  1. 전기 외과용 기구를 위한 마이크로파 증폭 장치로서,
    케이블 조립체;
    상기 케이블 조립체의 근위 단부에 연결되는 근위 개시부(launch portion)로서:
    상기 케이블 조립체를 따라 DC 신호를 개시하도록 구성된 DC원; 및
    상기 케이블 조립체를 따라 마이크로파 신호를 개시하도록 구성된 마이크로파원을 포함하는, 상기 근위 개시부; 및
    상기 케이블 조립체의 원위 단부에 연결되는 원위 증폭부로서:
    상기 마이크로파 신호를 증폭될 입력 신호로서 수신하는 전력 증폭기를 포함하는, 상기 원위 증폭부를 포함하되,
    상기 원위 증폭부는 상기 DC 신호를 상기 전력 증폭기에 걸쳐 드레인 전압으로서 인가하도록 구성되고,
    상기 전력 증폭기는 마이크로파 에너지를 생체 조직으로 전달하도록 구성된 구조체에 증폭된 마이크로파 신호를 전달하도록 연결 가능한 출력을 갖는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DC 신호로부터 바이어스 전압을 추출하고 상기 바이어스 전압을 상기 전력 증폭기의 게이트에 인가하도록 구성된 게이트 전압 추출 모듈을 더 포함하는, 마이크로파 증폭 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 게이트 전압 추출 모듈은 상기 바이어스 전압을 발생시키기 위해 상기 DC 신호의 전압을 하향 변환(down convert)하도록 구성된 DC-DC 컨버터를 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 DC-DC 컨버터는 벅 컨버터(buck converter)를 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게이트 전압 추출 모듈은 상기 DC 신호로부터 바이어스 전압들의 쌍을 추출하도록 구성되되, 상기 바이어스 전압들의 쌍은 상기 전력 증폭기의 비전도 상태에 대응하는 제1 바이어스 전압, 및 상기 전력 증폭기의 전도 상태에 대응하는 제2 바이어스 전압을 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 게이트 전압 추출 모듈은 병렬로 연결된 벅 컨버터들의 쌍을 포함하되, 상기 벅 컨버터들의 쌍은 상기 제1 바이어스 전압을 발생시키기 위한 제1 벅 컨버터, 및 상기 제2 바이어스 전압을 발생시키기 위한 제2 벅 컨버터를 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 바이어스 전압 또는 상기 제2 바이어스 전압을 상기 전력 증폭기의 상기 게이트에 선택적으로 인가하도록 구성된 게이트 제어 모듈을 더 포함하는, 마이크로파 증폭 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 게이트 제어 모듈은 상기 제1 바이어스 전압 또는 상기 제2 바이어스 전압을 상기 전력 증폭기의 상기 게이트에 선택적으로 인가하도록 배열된 스위치를 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 원위 증폭부는 상기 DC 신호에 의해 제공되는 가동 전압을 채택하도록 배열된 전압 레일을 포함하고, 상기 스위치는 상기 가동 전압을 상기 전압 레일에 인가시 상기 제2 바이어스 전압을 선택하도록 구성되는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 게이트 제어 모듈은 상기 가동 전압의 상기 전압 레일에의 인가와 상기 제2 바이어스 전압을 선택하기 위한 상기 스위치의 작동 사이에 시간 지연을 도입하도록 배열된 지연 회로를 더 포함하는, 마이크로파 증폭 장치.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 바이어스 전압 및 상기 제2 바이어스 전압 양자는 상기 드레인 전압과 반대인 극성을 갖는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게이트 전압 추출 모듈은 상기 원위 증폭부에 있는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 게이트 전압 추출 모듈과 상기 전력 증폭기의 상기 게이트 사이에 연결되는 저역 통과 필터를 더 포함하는, 마이크로파 증폭 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 저역 통과 필터는 각각
    Figure pct00016
    의 길이를 갖는 사분파 스터브들의 쌍을 포함하되, 상기 사분파 스터브들의 쌍은 상기 전력 증폭기의 상기 게이트로부터 거리
    Figure pct00017
    에 위치되는 제1 사분파 스터브, 및 상기 제1 사분파 스터브로부터 거리
    Figure pct00018
    만큼 이격되는 제2 사분파 스터브를 포함하며, 여기서 λ는 상기 마이크로파 신호의 파장이고, n은 1 이상의 정수인 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  15. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게이트 전압 추출 모듈은 상기 근위 개시부에 있고, 상기 DC 신호는 상기 케이블 조립체에 의해 상기 원위 증폭부로 전달되는 바이어스 전압을 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이블 조립체는 유전체 물질에 의해 외측 전도체와 분리된 내측 전도체를 포함하는 동축 전송선을 포함하고, 상기 마이크로파 신호는 상기 동축 전송선에 의해 전달되며, 상기 DC 신호는 상기 내측 전도체를 따라 전달되는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 커패시터를 통해 상기 동축 전송선으로 결합되는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 증폭기의 상기 출력은 상기 증폭된 마이크로파 신호를 상기 구조체에 결합하도록 구성된 커패시터를 포함하는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 상기 케이블 조립체의 상기 근위 단부에서 10 W 이하의 전력을 갖는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원위 증폭부는 상기 DC 신호에 의해 제공되는 가동 전압을 채택하도록 배열된 전압 레일을 포함하되, 상기 전압 레일은 상기 DC 신호를 수신하기 위해 제1 연결선에 의해 상기 케이블 조립체의 원위 단부에 연결되고, 상기 전압 레일은 상기 드레인 전압을 제공하기 위해 제2 연결선에 의해 상기 전력 증폭기의 드레인에 연결되는 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 연결선 상의 근위 저역 통과 필터 및 상기 제2 연결선 상의 원위 저역 통과 필터를 더 포함하는, 마이크로파 증폭 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 근위 저역 통과 필터는 각각
    Figure pct00019
    의 길이를 갖는 사분파 스터브들의 쌍을 포함하되, 상기 사분파 스터브들의 쌍은 상기 제1 연결선과 상기 케이블 조립체 사이의 연결 지점으로부터 거리
    Figure pct00020
    에 위치되는 제1 사분파 스터브, 및 상기 제1 사분파 스터브로부터 거리
    Figure pct00021
    만큼 이격되는 제2 사분파 스터브를 포함하며, 여기서 λ는 상기 마이크로파 신호의 파장이고, n은 1 이상의 정수인 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 원위 저역 통과 필터가 각각
    Figure pct00022
    의 길이를 갖는 사분파 스터브들의 쌍을 포함하되, 상기 사분파 스터브들의 쌍은 상기 전력 증폭기의 상기 드레인으로부터 거리
    Figure pct00023
    에 위치되는 제1 사분파 스터브, 및 상기 제1 사분파 스터브로부터 거리
    Figure pct00024
    만큼 이격되는 제2 사분파 스터브를 포함하며, 여기서 λ는 상기 마이크로파 신호의 파장이고, n은 1 이상의 정수인 것인, 마이크로파 증폭 장치.
  24. 전기 외과용 기구로서,
    제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 마이크로파 증폭 장치; 및
    상기 전력 증폭기의 상기 출력에 연결된 방사 팁을 포함하되, 상기 방사 팁은 상기 증폭된 마이크로파 신호를 생체 조직으로 방사하도록 구성된 안테나를 포함하는 것인, 전기 외과용 기구.
  25. 제24항에 있어서, 상기 마이크로파 증폭 장치 및 방사 팁은 외과 관찰 디바이스의 기구 채널을 통해 삽입 가능한 치수로 만들어지는 것인, 전기 외과용 기구.
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