微波消融生成器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種微波能量輸送和測量系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行醫(yī)學(xué)手術(shù)的微波生成器和微波能量輸送設(shè)備，以及用于測量微波能量信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的遠(yuǎn)端功率耦合器系統(tǒng)，該遠(yuǎn)端功率耦合器系統(tǒng)包括位于微波能量輸送設(shè)備中的遠(yuǎn)端RF傳感器和與微波能量輸送設(shè)備的處理單元耦合的功率耦合器處理器。
【專利說明】微波消融生成器控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于執(zhí)行醫(yī)學(xué)手術(shù)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，其中所述系統(tǒng)、設(shè)備和方法包 括與輸送給微波能量輸送設(shè)備的手柄的微波能量相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)的測量。

【背景技術(shù)】
[0002] 在微波消融手術(shù)中，微波能量輸送系統(tǒng)（例如，包括生成器、微波能量輸送設(shè)備、 配置為從生成器向設(shè)備手柄輸送微波能量信號的波導(dǎo)以及天線的系統(tǒng)）的電氣性能在消 融治療的整個(gè)過程當(dāng)中變化。性能的變化可能是由于輸送設(shè)備的變化、組織屬性的變化或 者輸送路徑的變化。觀察指示這些變化的參數(shù)的能力提供了對微波能量輸送的更好控制。
[0003] 例如，測量天線阻抗是用于確定天線性能和/或天線屬性中變化的常見方法。微 波系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成特性阻抗，諸如像50歐姆，其中生成器、輸送系統(tǒng)、消融設(shè)備和組織的阻 抗大約等于該特性阻抗。當(dāng)系統(tǒng)任一部分的阻抗變化時(shí)，能量輸送的效率降低。
[0004] 對于低頻RF系統(tǒng)，通過利用眾所周知的算法在已知的電壓測量所輸送的電流并 且計(jì)算組織阻抗，阻抗可以很容易地確定。在微波頻率獲得組織阻抗的準(zhǔn)確測量更難，因?yàn)?電路在微波頻率有不同的表現(xiàn)。例如，不像RF系統(tǒng)中的電極，微波系統(tǒng)中的天線不把電流 傳導(dǎo)到組織。此外，微波系統(tǒng)中的其它部件可以發(fā)送或輻射能量，就像天線，或者部件可以 把能量反射回生成器中。因此，難以確定由微波生成器生成的能量中百分之多少實(shí)際輸送 到組織，并且用于組織阻抗的常規(guī)算法通常不準(zhǔn)確。
[0005] 因此，測量阻抗的其它方法通常在微波系統(tǒng)中使用。一種眾所周知的方法是利用 正向和反向功率的測量的間接方法。雖然這是一種一般而言可以被接受的方法，但是這種 方法也被證明是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樵摲椒ㄎ茨芙鉀Q部件損耗并且依賴于間接測量，諸如像來 自定向耦合器的正向和反向功率測量，來計(jì)算阻抗。此外，這種方法不提供與相位相關(guān)的信 息，而這是對確定天線阻抗至關(guān)重要的一個(gè)成分。
[0006] 本公開內(nèi)容描述了一種微波能量輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配置為測量與輸送到微波 能量輸送設(shè)備的手柄的能量相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)的微波能量輸送設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開內(nèi)容涉及用于執(zhí)行醫(yī)學(xué)手術(shù)的微波能量輸送和測量系統(tǒng)，包括微波生成器 和微波能量輸送設(shè)備。在本發(fā)明的一方面，微波能量輸送和測量系統(tǒng)包括用于微波能量信 號輸送的微波生成器和配置為接收微波能量信號的微波能量輸送設(shè)備。微波生成器包括配 置為控制微波能量信號以預(yù)定微波頻率的生成和輸送并且配置為從微波能量輸送設(shè)備接 收與微波能量信號相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)測量信號的處理單元。微波生成器還包括配置為在微 波生成器生成與微波能量信號的正向功率和/或反向功率相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)生成器測量 信號并把其提供給處理單元的定向耦合器。微波能量輸送設(shè)備包括外罩、耦合到外罩并且 配置為接收微波能量信號并在預(yù)定微波頻率共振的微波天線、遠(yuǎn)端RF傳感器和遠(yuǎn)端感測 接口。遠(yuǎn)端RF傳感器位于外罩中、耦合到微波天線并且配置為生成并提供一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端 測量信號。遠(yuǎn)端感測接口耦合在微波生成器的處理單元和遠(yuǎn)端RF傳感器之間。遠(yuǎn)端感測 接口配置為從遠(yuǎn)端RF傳感器接收一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號并且向處理單元提供遠(yuǎn)端測量 信號。
[0008] 在本公開內(nèi)容的其它方面，遠(yuǎn)端RF傳感器可以包括遠(yuǎn)端定向耦合器。另外，來自 遠(yuǎn)端感測接口的遠(yuǎn)端測量信號可以關(guān)于在遠(yuǎn)端定向耦合器的微波能量信號的正向功率和/ 或反向功率。
[0009] 在本公開內(nèi)容的其它方面，遠(yuǎn)端感測接口可以包括親合在微波能量輸送設(shè)備和微 波生成器之間的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，或者遠(yuǎn)端感測接口可以在微波能量輸送設(shè)備和微波生成 器之間生成無線連接。
[0010] 在本公開內(nèi)容的其它方面，處理單元可以配置為基于生成器測量信號和/或遠(yuǎn)端 測量信號的屬性來調(diào)整與微波能量信號相關(guān)的參數(shù)。處理單元可以包括配置為生成與生成 器測量信號和遠(yuǎn)端測量信號的比較相關(guān)的比較器信號的比較器。生成器測量信號和/或遠(yuǎn) 端測量信號可以關(guān)于正向功率和/或關(guān)于反向功率。
[0011] 在本公開內(nèi)容的其它方面，遠(yuǎn)端RF傳感器可以包括遠(yuǎn)端定向耦合器和連接到遠(yuǎn) 端定向耦合器的中頻生成器。遠(yuǎn)端定向耦合器可以配置為以與微波能量信號相關(guān)的預(yù)定頻 率生成未經(jīng)調(diào)節(jié)的（unconditioned)測量信號。連接到遠(yuǎn)端定向稱合器的中頻生成器配置 為混合每個(gè)未經(jīng)調(diào)節(jié)的的測量信號與載波信號，由此生成與由遠(yuǎn)端定向耦合器生成的每個(gè) 測量彳旨號相關(guān)的中間測量彳目號。
[0012] 在本公開內(nèi)容的其它方面，中頻生成器可以包括振蕩器和功率混合器。振蕩器可 以配置為以載波信號頻率生成載波信號。功率混合器可以配置為通過混合載波信號和由遠(yuǎn) 端定向稱合器生成的未經(jīng)調(diào)節(jié)的測量信號來生成中間測量信號。由遠(yuǎn)端RF傳感器接口提 供給微波生成器的遠(yuǎn)端測量信號可以包括由功率混合器生成的中間測量信號。
[0013] 在本公開內(nèi)容的其它方面，處理單元可以包括電外科生成器處理單元和遠(yuǎn)端功率 耦合器處理單元。電外科生成器處理單元可以配置為控制微波能量信號以預(yù)定微波頻率的 生成和輸送。遠(yuǎn)端功率耦合器處理單元可以配置為接收與微波能量信號相關(guān)的遠(yuǎn)端測量信 號并且配置為把該遠(yuǎn)端測量信號提供給電外科生成器處理單元。在本公開內(nèi)容的一方面， 遠(yuǎn)端功率耦合器處理單元是結(jié)合到電外科生成器當(dāng)中的附加設(shè)備。
[0014] 本公開內(nèi)容的各方面可以包括用于測量微波能量信號的屬性的輕型定向耦合器。 該輕型定向耦合器可以包括直通信號同軸電纜和耦合的同軸電纜，每根電纜都包括以同軸 關(guān)系形成的內(nèi)部導(dǎo)體和外部導(dǎo)體，鄰接并沿其長度彼此平行。直通信號同軸電纜和耦合的 同軸電纜各自都在其中定義具有第一長度的第一個(gè)槽和具有第二長度的第二個(gè)槽。第一個(gè) 槽和第二個(gè)槽彼此相鄰，以便把直通信號同軸電纜和耦合的同軸電纜彼此操作性耦合。
[0015] 在本公開內(nèi)容的其它方面，每個(gè)槽可以通過除去外部導(dǎo)體的一部分由此在每個(gè)槽 形成半圓柱形開口來形成。第一個(gè)槽和第二個(gè)槽當(dāng)中每一個(gè)的槽長度可以相等并且第一個(gè) 槽和第二個(gè)槽之間沿長度的間隔可以相等。第一個(gè)槽和第二個(gè)槽之間的間隔可以等于提供 給直通信號同軸電纜的微波能量信號的波長的四分之一（λ/4)。第一槽長度和第二槽長度 可以在13mm和15mm之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 下文參考附圖描述本公開內(nèi)容的各方面，其中：
[0017] 圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施例的微波能量輸送系統(tǒng)的透視圖；
[0018] 圖2是典型電外科生成器的控制電路、電氣框圖；
[0019] 圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施例的微波能量輸送系統(tǒng)的控制電路、電氣框圖；
[0020]圖4A是包括緊湊型遠(yuǎn)端定向耦合器的微波能量輸送設(shè)備的透視圖；
[0021]圖4B是圖4A的包括緊湊型遠(yuǎn)端定向耦合器的微波能量輸送設(shè)備的分解視圖；及 [0022]圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施例的遠(yuǎn)端定向耦合器的功能框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 本文描述本公開內(nèi)容的具體實(shí)施例；但是，應(yīng)當(dāng)理解，所公開的實(shí)施例僅僅是示例 性的并且可以以各種形式體現(xiàn)。因此，本文所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)解釋為限 制，而僅僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)并且作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以基本上任何適當(dāng)?shù)木唧w 結(jié)構(gòu)使用本公開內(nèi)容的代表性基礎(chǔ)。
[0024]在附圖中和以下描述中，如傳統(tǒng)意義上的，術(shù)語"近端的"將指更靠近用戶的一端， 而術(shù)語"遠(yuǎn)端的"將指更遠(yuǎn)離用戶的一端。
[0025] 現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的用于為微波理療供應(yīng)微波能量的系統(tǒng) 示為10。微波能量輸送系統(tǒng)10包括具有控制電路22的電外科生成器20和經(jīng)傳輸線34耦 合到電外科生成器 2〇的微波能量輸送設(shè)備30,其中控制電路22用于控制電外科生成器20 的操作。
[0026] 傳輸線34包括同軸電纜34a(即，波導(dǎo)）和輔助電纜34b。同軸電纜34a配置為 在電外科生成器20和微波能量輸送設(shè)備30的手柄36之間輸送微波能量信號。輔助電纜 34b配置為在手柄36和電外科生成器20之間輸送一個(gè)或多個(gè)?目號。在手柄36和電外科生 成器20之間輸送的一個(gè)或多個(gè)信號可以包括用于給手柄36中的電路系統(tǒng)供電的DC功率 信號以及包含關(guān)于在手柄36、（從手柄36延伸的）軸38和/或（在微波能量輸送設(shè)備30 的遠(yuǎn)端的）從其輻射理療能量的天線32的微波能量信號的條件和/或質(zhì)量的實(shí)時(shí)或歷史 息的信息信號。
[0027] 位于傳輸線34的近端的傳輸線連接器24連接到電外科生成器20上的傳輸線接 收器46。傳輸線34的遠(yuǎn)端連接到微波能量輸送設(shè)備30。
[0028] 電外科生成器20可以包括具有鍵區(qū)42的操作人員接口 40,用于輸入與電外科生 成器20、微波能量輸送設(shè)備10相關(guān)的參數(shù)和/或與微波能量的輸送相關(guān)的參數(shù)。顯示器 44可以指示或者圖形化與微波能量的輸送相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)和/或與微波生成器20、 傳輸線34和/或微波能量輸送設(shè)備1〇相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
[0029] 微波能量輸送設(shè)備30包括手柄36、軸38和在軸38的遠(yuǎn)端形成的天線32。如圖 1中所說明的，一種合適的微波能量輸送設(shè)備30是由Covidien以商標(biāo)Evident?微波消融 外科天線銷售的組織穿透型微波能量輸送設(shè)備30,但是本文所述的實(shí)施例可以適于能夠輸 送微波能量等的任何設(shè)備。本文所述的實(shí)施例還可適用于任何合適的能量輸送設(shè)備，如以 下更具體解釋的。
[0030] 參考圖2,示出了總體上示為控制電路1〇〇的典型電外科生成器20的控制電路、電 氣框圖。為了清晰，電外科生成器20的控制電路100只提供典型微波生成器20的控制電 路的通用功能并且沒有包括微波生成器2〇的所有方面。個(gè)別部件的功能可以在一個(gè)或多 個(gè)部件中組合或包括，并且各個(gè)部件可以利用合適的電纜和/或連接器互連。
[0031] 控制電路1〇〇包括能夠生成并向放大器110供應(yīng)高頻微波信號的信號生成器105。 信號生成器1〇 5可以是單頻生成器，可以包括變頻能力或者可以包括提供包括兩個(gè)或更多 相關(guān)頻率的信號的能力，其中微波能量輸送設(shè)備30 (見圖1)配置為在兩個(gè)或更多個(gè)相關(guān)或 不相關(guān)的頻率共振。
[0032] 放大器110從信號生成器105接收高頻微波信號并放大到期望的能量水平。放大 器110可以包括單級或多級放大器并且可以包括一個(gè)或多個(gè)信號調(diào)節(jié)電路或?yàn)V波器（未示 出），諸如像低通濾波器電路、高通濾波器電路或者帶通濾波器電路。放大器110的增益可 以是固定的或者由合適的控制器，諸如像監(jiān)控系統(tǒng)（未示出）、中央處理單元120 (CPU)中的 控制算法來控制，或者放大器110的增益可以通過鍵區(qū)42(見圖1)由臨床醫(yī)生手動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0033] 放大器110向熱切換繼電器125供應(yīng)持續(xù)的、放大的微波信號。熱切換繼電器125 由CPU 120控制并且配置為把放大的微波信號切換到放大器燒化負(fù)載電阻器（burn-off load resistor) 130和循環(huán)器135之一。例如，在位置A，熱切換繼電器125把能量輸送到 燒除負(fù)載電阻器130,而在位置B，把能量輸送到循環(huán)器135。
[0034] 熱切換繼電器125可以是能夠切換高功率微波能量信號的任何合適的固態(tài)高功 率開關(guān)。熱切換繼電器125從信號生成器105和放大器110接收高功率微波信號，并且在 放大器燒化負(fù)載電阻器130和循環(huán)器135之間傳遞信號，而不把信號生成器105或放大器 110斷電。在使用當(dāng)中，通過消除把信號生成器105或放大器110斷電的需求，熱切換繼電 器125允許電外科生成器20提供幾乎瞬間功率（例如，可以以非?？焖俚拈_/關(guān)能力提供 幾乎連續(xù)的功率），而不產(chǎn)生放大器瞬態(tài)。
[0035] 放大器燒化負(fù)載電阻器130可以是能夠在信號生成器105的帶寬上在生成最小電 壓駐波比（VSWR)或者反射能量的同時(shí)耗散微波能量的任何合適的同軸端結(jié)器。
[0036] 循環(huán)器135是無源的三端口設(shè)備，它消除了熱切換繼電器125和定向耦合器145 之間的駐波。循環(huán)器135把在端口 A上接收到的信號傳遞到端口 B，把在端口 B上接收到的 信號傳遞到端口 C并且把在端口 C上接收到的信號傳遞到端口 A。當(dāng)熱切換繼電器125處 于位置A時(shí)，微波能量信號從循環(huán)器135的端口 A傳遞到連接到端口 B的定向耦合器145。 在端口 B上接收到的來自定向耦合器145 (例如，連接到傳輸線134和微波能量輸送設(shè)備 130的傳輸線接收器146)的反射能量傳遞到端口 C并且通過反向能量燒化負(fù)載電阻器142 耗散。反向能量燒化負(fù)載電阻器142的功能與放大器燒化負(fù)載電阻器130相似，如上文中 所討論的。
[0037] 定向耦合器145可以配置為像可用領(lǐng)域中已知的大部分常規(guī)定向耦合器一樣操 作。定向耦合器145以最小的插入損耗把在端口 1上接收到的高功率微波能量信號傳遞到 端口 2。能量通過傳輸線接收器46反射回去（從傳輸線134和微波能量輸送設(shè)備30)并 且在定向耦合器145的端口 2上被接收，經(jīng)過定向耦合器145并離開定向耦合器Η5的端 口 1，并且到達(dá)循環(huán)器135的端口 B。循環(huán)器135把通過端口 B接收到的能量傳遞到循環(huán)器 135的端口 C，并且能量被反向能量燒化負(fù)載電阻器142耗散。
[0038] 定向耦合器145采樣在端口 1和端口 2上接收到的每個(gè)信號的一小部分，并且把 每個(gè)信號的這一小部分分別傳遞到端口 3和4。端口 3和4上的信號分別與正向和反向功 率成比例，并且提供給CPU 120。
[0039] 來自定向耦合器145的正向和反向功率信號由配置為獲得信號的樣本的（例如， 包含在CPU 12〇當(dāng)中的）測量系統(tǒng)測量。測量是持續(xù)地或者周期性地取得的，由此提供對 所輸送能量（即，正向功率）和反射能量（反向功率）的間接測量。來自位于微波生成器 20中的定向耦合器145的這些功率測量受限于供應(yīng)給傳輸線接收器146的微波能量信號的 特性并且不一定是由微波能量輸送設(shè)備30接收到的微波能量信號的相同特性并且不一定 是由天線32輸送到患者組織的微波能量信號的相同特性。
[0040] 圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施例的微波能量輸送系統(tǒng)的控制電路框圖并且總體上 表示為2〇0。為了清晰，電外科生成器20的控制電路框圖200只提供通用的功能并且沒有 包括微波生成器20的所有方面。個(gè)別部件的功能可以在一個(gè)或多個(gè)部件中組合或包括，并 且各個(gè)部件可以利用合適的電纜和/或連接器互連。
[0041] 控制電路框圖200包括電外科生成器220中的部件和通過傳輸線234連接的微波 能量輸送設(shè)備230中的部件。傳輸線234的近端上的傳輸線連接器224連接到電外科生成 器 22〇上的傳輸線接收器246,并且傳輸線234的遠(yuǎn)端連接到微波能量輸送設(shè)備230。傳輸 線234包括用于在微波生成器220和微波能量輸送設(shè)備230之間發(fā)送微波能量信號的同軸 電纜234a以及輔助電纜234b。輔助電纜234b可以包括遠(yuǎn)端RF功率電纜（DC功率）、正向 測量信號電纜、反向測量信號電纜以及用于發(fā)送與微波能量輸送設(shè)備230中微波信號的條 件和/或質(zhì)量相關(guān)的實(shí)時(shí)或歷史信息的信息信號電纜。
[0042] 微波生成器220包括配置為控制微波能量信號以預(yù)定微波頻率的生成和輸送的 處理單元（CPU 12〇)。CPU 120還配置為接收與在微波能量輸送系統(tǒng)中的各個(gè)位置的微波 能量信號相關(guān)的測量信號。例如，CPU 120從位于微波生成器220中的雙向耦合器145接收 與微波生成器220中的微波能量信號相關(guān)的測量信號并且還從遠(yuǎn)端RF傳感器260b接收與 微波能量輸送設(shè)備230中的微波能量信號相關(guān)的測量信號。通過接收與在輸送路徑中的各 個(gè)位置的微波能量相關(guān)的信息，CPU 120能夠確定在系統(tǒng)中各個(gè)位置的能量損耗并且可以 基于接收到的信息對微波能量信號執(zhí)行調(diào)整。由定向耦合器145和遠(yuǎn)端RF傳感器260b生 成的測量信號可以關(guān)于如在下文中具體討論的正向功率、反向功率，以及正向和反向功率。 [0043] 遠(yuǎn)端功率耦合器系統(tǒng)260的功能塊包括功率耦合器處理器260a和遠(yuǎn)端RF傳感器 260b。遠(yuǎn)端RF傳感器260b位于微波能量輸送設(shè)備230中，并且包括遠(yuǎn)端定向耦合器245、 遠(yuǎn)端振蕩器265、遠(yuǎn)端功率分裂器266、遠(yuǎn)端正向和反向功率混合器263、264、遠(yuǎn)端正向和反 向中間信號發(fā)射器268、269以及正向和反向功率轉(zhuǎn)換器268、269。遠(yuǎn)端RF傳感器260b的 各個(gè)部件及其功能可以由單個(gè)設(shè)備或部件執(zhí)行。遠(yuǎn)端RF傳感器260b位于傳輸線234和天 線232之間并且可以位于手柄336中（如圖4a中所說明的）或者位于軸238中。
[0044] 遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a位于電外科生成器220中和/或直接連接到其并且 耦合到遠(yuǎn)端RF傳感器260b。遠(yuǎn)端RF傳感器260b生成與經(jīng)過遠(yuǎn)端RF傳感器260b的微波 能量信號相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)信號。由遠(yuǎn)端RF傳感器260b生成的信號直接或間接地提供給 遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a (例如，無線地發(fā)送或者經(jīng)遠(yuǎn)端感測接口電纜234b中的一個(gè)或 多個(gè)導(dǎo)體發(fā)送）。遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a處理來自遠(yuǎn)端RF傳感器260b的信號和/或 數(shù)據(jù)并且把與測出的微波能量信號（例如，提供給遠(yuǎn)端RF傳感器260b的信號）相關(guān)的特 性、信號和/或值提供給電外科生成器220中的CPU 120。
[0045] 在一種實(shí)施例中，遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a是可以結(jié)合到電外科生成器220當(dāng) 中的內(nèi)部或外部插卡和/或附加設(shè)備。例如，遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a可以可拆卸地連 接到端口，諸如像串行數(shù)據(jù)端口、通信端口或者直接總線連接端口。在另一種實(shí)施例中，遠(yuǎn) 端功率耦合器處理器260a的功能結(jié)合到電外科生成器220的CPU 120中。
[0046] 遠(yuǎn)端定向稱合器245在端口 3上的未經(jīng)調(diào)節(jié)的正向功率測量信號和端口 2上的正 向微波能量信號之間按比例劃分由電外科生成器220生成并提供給端口 1的正向功率微波 能量信號。端口 3上的正向功率測量信號提供給正向功率混合器263并且端口 2上的正向 能量信號提供給天線232。如下文中所討論的，未經(jīng)調(diào)節(jié)的正向功率測量信號被轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié) 并提供給遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a。
[0047]來自端口 2的正向微波能量信號的至少一部分從端口 2和/或天線232之間的傳 輸路徑反射回來。反射的能量（例如，反向信號）提供給端口 2并且反向信號的一部分在端 口 4上的未經(jīng)調(diào)節(jié)的反向功率測量信號和端口 1上的反向微波能量信號之間按比例劃分。 端口 4上的未經(jīng)調(diào)節(jié)的反向功率測量信號提供給正向功率混合器264并且被轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)并 提供給遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a，如下文中所討論的。
[0048]正向和反向功率混合器263和264接收由振蕩器265生成并被功率分裂器266分 裂的載波信號。正向和反向功率混合器263和264還從遠(yuǎn)端定向耦合器245接收對應(yīng)的未 經(jīng)調(diào)節(jié)的正向和反向功率測量信號。正向和反向功率混合器263、264每個(gè)都混合載波信號 與各自的未經(jīng)調(diào)節(jié)的正向和反向功率測量信號，由此把未經(jīng)調(diào)節(jié)的正向和反向測量信號降 頻轉(zhuǎn)換成kHz范圍內(nèi)的正向和反向中頻IF信號。例如，如圖3中所說明的，遠(yuǎn)端RF傳感器 260b可以配置為利用915MHz的載波信號把未經(jīng)調(diào)節(jié)的正向和反向測量信號從915MHz降頻 轉(zhuǎn)換為100kHz的IF信號頻率。
[0049] 來自混合器263和264的正向和反向IF信號分別提供給正向和反向功率發(fā)射器 268和269,并且發(fā)送到遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a。信號可以經(jīng)遠(yuǎn)端感測接口電纜234b 中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體發(fā)送，或者信號可以被正向和反向功率發(fā)射器數(shù)字化并且無線地發(fā)送 到遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a。功率發(fā)射器268、289可以通過在發(fā)送之前濾波和/或放大 正向和反向IF信號來調(diào)節(jié)正向和反向IF信號。功率發(fā)射器268、289可以配置為把與正向 和反向IF信號相關(guān)的信息發(fā)送到遠(yuǎn)端功率耦合器處理器260a (例如，與載波信號相關(guān)的增 益值和信息）。來自功率發(fā)射器268、289的信息可以通過作為輔助電纜234b的一部分包括 的獨(dú)立信息信號電纜傳送、添加到正向和反向IF信號或者無線地發(fā)送到遠(yuǎn)端功率耦合器 處理器260a。
[0050] 遠(yuǎn)端功率稱合器處理器260a把正向和反向IF信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從數(shù)字信號 和/或所傳送的信息提取信息并且把提取出的信息提供給電外科生成器20的CPU 120。提 取出的信息可以包括信號振幅、相位信息、相位關(guān)系信息（例如，正向和反射信號之間的相 位關(guān)系）和/或反射系數(shù)。
[0051] 在一種實(shí)施例中，預(yù)測量校準(zhǔn)過程在把能量輸送到患者組織之前校準(zhǔn)遠(yuǎn)端定向耦 合器245。預(yù)測量校準(zhǔn)過程可以包括在各種加載和/或未加載條件（例如，短路、開路和匹 配負(fù)載條件）下執(zhí)行測量。在預(yù)測量校準(zhǔn)過程期間來自一個(gè)或兩個(gè)定向耦合器145、24δ的 測量可以在電外科能量輸送算法和/或控制算法中使用?；蛘?，在另一種實(shí)施例中，遠(yuǎn)端定 向耦合器 245的校準(zhǔn)可以允許電外科生成器220中的定向耦合器245被暫時(shí)繞過和/或消 除。
[0052] 在還有另一種實(shí)施例中，校準(zhǔn)（或重新校準(zhǔn)）遠(yuǎn)端定向耦合器245的校準(zhǔn)過程在 能量輸送過程期間執(zhí)行，或者作為電外科能量輸送控制算法和/或控制算法中的一個(gè)步 驟。
[0053] 如果來自遠(yuǎn)端功率耦合器系統(tǒng)260的一個(gè)或多個(gè)測量或值超過閾值、一個(gè)或多個(gè) 值之差超過閾值或者值當(dāng)中的變化超過閾值，則電外科生成器220可以修改、暫?；蚪K止 能量輸送。在另一種實(shí)施例中，電外科生成器220確定電外科系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的生 命力（例如，有用壽命和/或預(yù)期壽命），諸如像電纜334的生命力、微波能量輸送設(shè)備 330 的生命力和/或其一個(gè)或多個(gè)部件的生命力。
[0054] 在另一種實(shí)施例中，CPU 120利用來自遠(yuǎn)端功率耦合器系統(tǒng)260 (功率耦合器處理 器260a和/或遠(yuǎn)端RF傳感器2e〇b)的測量、數(shù)據(jù)或信號來確定能量輸送路徑的條件變化 和/或目標(biāo)組織的條件變化。例如，CPU 120可以確定一個(gè)或多個(gè)參數(shù)中發(fā)生的變化，或者 CPU120可以確定一個(gè)或多個(gè)參數(shù)中發(fā)生的變化率的變化。變化可以指示條件、可以指示組 織中的變化、可以指示組織屬性的變化，和/或可以用來預(yù)定或預(yù)測條件。CPU 120可以使 用計(jì)算出的變化或者計(jì)算出的變化率來修改操作參數(shù)、修改能量輸送參數(shù)和/或確定電外 科系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的生命力。
[0055] 在另一種實(shí)施例中，在定向耦合器145和/或遠(yuǎn)端RF傳感器260b處參數(shù)變化、 參數(shù)變化率和/或變化和/或參數(shù)變化率的比較的使用可以消除校準(zhǔn)遠(yuǎn)端定向耦合器245 的需求，因?yàn)閷?shí)際的值是不相關(guān)的并且只用來確定變化是否發(fā)生。例如，當(dāng)能量輸送被啟動(dòng) 時(shí)，CPU120可以在定向耦合器145并在遠(yuǎn)端RF傳感器260b記錄微波能量信號的初始快照 (例如，與微波能量信號相關(guān)的各種參數(shù)）。該初始快照可以用作能量輸送基線，來確定所 輸送能量當(dāng)中的任何變化或者能量輸送路徑中的任何變化。
[0056] 在另一種實(shí)施例中，CPU 120比較在定向耦合器145測出的正向功率的變化與在 遠(yuǎn)端RF傳感器260b的正向功率的變化，以確定在電外科生成器220的功率損耗，或者功率 損耗率，是否與在遠(yuǎn)端RF傳感器260b的測量不同。CPU 120還可以比較在定向耦合器145 測出的、計(jì)算出的反向功率的變化與在遠(yuǎn)端RF傳感器260b測出的、計(jì)算的反向功率的變 化。該比較可以確定在定向耦合器145的反射功率中的變化是否與在遠(yuǎn)端RF傳感器260b 的反射功率中的變化不同。
[0057] 在另一種實(shí)施例中，CPU 120比較在遠(yuǎn)端定向耦合器245的計(jì)算出的反向功率的 變化率與在遠(yuǎn)端RF傳感器260b的計(jì)算出的正向功率測量的變化率，以測量快速變化的事 件，諸如組織屬性的變化。組織屬性的變化將通過在兩個(gè)定向耦合器145和245的反射功 率的變化來觀察。該比較也可以用來預(yù)測條件并用來基于預(yù)測控制能量輸送。通過使用變 化或變化率，測量的相對準(zhǔn)確度不與變化的測量或者變化率的測量相關(guān)。
[0058] 在另一種實(shí)施例中，CPU 120比較在遠(yuǎn)端定向耦合器245的正向功率測量與在定 向耦合器145的正向功率測量，以確定電纜234a中的正向功率損耗或者確定電纜234a中 正向功率損耗的變化。此外，或者作為選擇，CPU可以比較在遠(yuǎn)端定向耦合器245的反向功 率測量與在定向耦合器145的反向功率測量，以確定電纜234a中的反向功率損耗或者確定 電纜234a中反向功率損耗的變化。
[0059] 本公開內(nèi)容的另一種實(shí)施例是適于放在微波能量輸送設(shè)備230的手柄336中并使 用的輕型同軸耦合器。由位于新澤西州丹維爾（Denville，NJ)的MECA Electronics制造 并銷售的一種常用的同軸耦合器被分級為500W的最大功率，具有25dB的方向性和30dB的 耦合以及大約1磅的重量。照此，雖然在為遠(yuǎn)端定向耦合器提供期望的功能，但這種常用的 同軸耦合器可能不是商業(yè)成功的，因?yàn)檫@種常用同軸耦合器將給微波能量輸送設(shè)備230添 加的附加和額外重量。
[0060] 圖4A是根據(jù)本公開內(nèi)容另一種實(shí)施例的、包括輕型遠(yuǎn)端定向耦合器345的微波能 量輸送設(shè)備3 3〇的透視圖，而圖4B是其分解視圖。作為下文中所討論的遠(yuǎn)端功率耦合器系 統(tǒng)26〇 -部分的輕型遠(yuǎn)端定向耦合器345集成到手柄336中。輕型遠(yuǎn)端定向耦合器34δ的 空間需求可以要求手柄的稍微擴(kuò)大或者不擴(kuò)大并且對微波能量輸送設(shè)備330的總重量只 增加大約100克，由此使得如上文中所描述的遠(yuǎn)端功率耦合器系統(tǒng)260的添加是對任何微 波能量輸送系統(tǒng)的可行添加。
[0061] 如圖4B中所述，輕型遠(yuǎn)端定向耦合器345包括直通信號同軸電纜345a和耦合的 同軸電纜345b。直通信號同軸電纜 34如是軸338的一部分或者連接到其，并且從傳輸線 334的同軸電纜334a接收微波能量信號。耦合的同軸電纜345b連接到遠(yuǎn)端正向和反向混 合器363、364。遠(yuǎn)端正向和反向功率混合器361364連接到遠(yuǎn)端功率分裂器366并且從其 接收由遠(yuǎn)端振湯器 365生成的載波/[目號。在使用當(dāng)中，輕型遠(yuǎn)端定向輔合器345向?qū)?yīng)的 混合器363和況4提供正向功率測量信號和反向功率測量信號?；旌掀?63和364利用載 波信號降頻轉(zhuǎn)換各自的測量信號并且降頻轉(zhuǎn)換后的信號由正向和反向功率轉(zhuǎn)換器368、369 提供給輔助電纜334a，如上文中所討論的。
[0062]圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施例的輕型遠(yuǎn)端定向耦合器345的功能框圖。輕型遠(yuǎn)端 定向耦合器345測量微波能量信號的一個(gè)或多個(gè)屬性并且包括直通信號同軸電纜345a和 耦合的同軸電纜345b，每根電纜都分別包括以同軸關(guān)系形成的內(nèi)部導(dǎo)體344a、344b和外部 導(dǎo)體342a、342b。直通信號同軸電纜345a和耦合的同軸電纜345b的外部導(dǎo)體342a、342b 每個(gè)都包括在其中形成的第一個(gè)槽346a和第二個(gè)槽346b。第一和第二個(gè)槽346a、346b形 成為允許兩個(gè)電纜345a、345b之間的耦合。
[0063]在每根電纜345a、345b上提供的標(biāo)記對應(yīng)于用于定向耦合器的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志，輸入信 號表示為端口 1，直通信號表示為端口 2,正向耦合的信號表示為端口 3,并且反向耦合的信 號表示為端口 4。照此，直通信號同軸電纜345a在端口 1連接到傳輸線334的同軸電纜 334a并且在端口 2連接到天線332,并且耦合的同軸電纜345b在端口 3連接到遠(yuǎn)端正向混 合器363(向其提供正向耦合的信號）并且在端口 4連接到遠(yuǎn)端反向混合器364(向其提供 反向耦合的信號）。
[0064] 在一種實(shí)施例中，槽346a、346b是通過剝除每根電纜345a、345b的外部導(dǎo)體342a、 342b的一部分產(chǎn)生的。對于每個(gè)槽346a、346b，外部導(dǎo)體342a、342b的一半被除去，由此在 每個(gè)槽346a、346b形成半圓柱形的槽。如圖5中所說明的，每個(gè)槽346a、346b的長度由槽 長度"SL"指示，并且槽346a、346b之間的間隔由槽間隔"SS"指示。
[0065] 輕型遠(yuǎn)端定向稱合器345的性能和/或操作參數(shù)是槽間隔"SS"和槽長度"SL" 的函數(shù)。槽間隔SS是每個(gè)槽346a、346b的內(nèi)邊緣之間的距離，并且槽長度"SL"是每個(gè)槽 3j6a、346b的開口寬度。槽間隔"SS"關(guān)于微波信號波長的四分之一的長度。通過改變槽間 隔"SS"和改變槽長度"SL"執(zhí)行的模擬確定槽間隔"SS"的修改導(dǎo)致方向性的大變化。例 如，在一個(gè)模擬中，槽間隔" SS"只改變0· 5mm那么小就導(dǎo)致方向性的變化。為了防止電纜 345a、345b的位置的任何彎曲或重新定位，包含第一和第二個(gè)槽346a、346b的片段關(guān)于彼 此并且關(guān)于手柄336是固定的。
[0066]如圖5中所說明的，槽346a、346b定位成隔開大約波長的四分之一（λ /4)(例如， 利用標(biāo)準(zhǔn)的RG 58電纜，在91δΜΗζ是5· 5cm),以允許正向功率信號在端口 3同向添加并且 在端口 4異相添加。類似地，反向功率信號將在端口 4同向添加并且在端口 3異相添加。照 此,只有正向耦合的信號在端口 3上保留，并且反向耦合的信號在端口 4上保留。
[0067]利用大約13mm和15mm之間的槽長度，利用變化的槽長度sl進(jìn)行的模擬導(dǎo)致25dB 和42dB之間的方向性。很顯然，槽間隔"SS"和槽長度"SL"的變化可以提供其它變化并且 在本公開內(nèi)容的范圍之內(nèi)。
[0068] 返回圖4B，如上文中所討論的，暴露內(nèi)部導(dǎo)體344a和344b會(huì)導(dǎo)致輻射從手柄336 的不期望釋放。照此，可以添加配置為環(huán)繞至少第一和第二個(gè)槽346a、346b的金屬屏蔽 370,以減少和/或消除從手柄336釋放的任何不期望輻射。在一種實(shí)施例中，金屬屏蔽370 是由連接到一起并且構(gòu)成管狀金屬性屏蔽370的第一屏蔽構(gòu)件370a和第二屏蔽構(gòu)件370b 形成的。
[0069] 利用金屬性屏蔽37〇進(jìn)行的模擬導(dǎo)致大約25dB的方向性減少以及直通信號同軸 電纜345a和耦合的同軸電纜345b之間耦合因子的減少。
[0070] 在另一種實(shí)施例中，圖3、4B和4B中所說明并在上文中討論的遠(yuǎn)端RF傳感器260b 的至少一部分是利用微帶或帶狀引線（stripline)構(gòu)造形成的。該構(gòu)造可以包括被介電基 板隔開的導(dǎo)電條和地平面。微帶可以包括本文所述的遠(yuǎn)端RF傳感器260b、361的任何部分， 包括遠(yuǎn)端定向耦合器245、振蕩器265、功率分裂器266、混合器263、264和功率轉(zhuǎn)換器268、 269當(dāng)中任何一個(gè)或多個(gè)。
[0071] 以微帶或帶狀引線構(gòu)造制造的定向耦合器的一個(gè)例子是分支線耦合器。分支線耦 合器可以由通過兩條次要，或分支，線分路連接的兩條主要傳輸線形成。這兩條主要傳輸線 和兩條次要線構(gòu)成一個(gè)幾何形狀，使得四個(gè)端口在兩條主要傳輸線的兩個(gè)輸入端口和兩個(gè) 輸出端口之間具有90度的相位差。
[0072] 在一種實(shí)施例中，位于手柄336中的電路系統(tǒng)是由微帶電路形成的，其中傳輸電 纜334連接到在微帶電路的近端上形成的第一同軸連接器，并且軸338連接到在微帶電路 的遠(yuǎn)端上形成的第二同軸連接器。
[0073] 由于在不背離本公開內(nèi)容范圍的情況下可以對以上構(gòu)造進(jìn)行各種變化，因此預(yù)期 以上描述中所包含的全部內(nèi)容都將解釋為是說明性的而不是限制?？梢钥吹?，本公開內(nèi)容 的幾個(gè)目標(biāo)都實(shí)現(xiàn)了并且還獲得了其它有利的結(jié)果，如由以下權(quán)利要求的范圍定義的。
【權(quán)利要求】
1. 一種微波能量輸送和測量系統(tǒng)，包括： 微波生成器，包括： 、 處理單元，配置為控制微波能量信號以預(yù)定微波頻率的生成和輸送并且還配置為接收 與所述微波能量信號相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)測量信號；及 定向耦合器，配置為在所述微波生成器處生成與所述微波能量信號的正向功率和反向 功率之一相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)生成器測量信號并把其提供給所述處理單兀， 微波能量輸送設(shè)備，配置為接收所述微波能量信號，該微波能量輸送設(shè)備包括： 外￥; 微波天線，耦合到所述外罩并且配置為接收所述微波能量信號并在所述預(yù)定微波頻率 共振； 遠(yuǎn)端RF傳感器，位于所述外罩中并且耦合到所述微波天線，該遠(yuǎn)端RF傳感器配置為生 成并提供一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號；及 一 - ....... 遠(yuǎn)端感測接口，耦合在所述微波生成器的處理單元和所述遠(yuǎn)端即傳感器之間，該遠(yuǎn)端 感測接口配置為從所述遠(yuǎn)端RF傳感器接收所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號當(dāng)中的至少一個(gè) 并且向所述處理單元提供所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號。 一
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)端傳感器包括遠(yuǎn)端定向鍋合器。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號之一與所述遠(yuǎn)端定向 耦合器處的微波能量信號的正向功率相關(guān)。
4. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量之一與所述定向稱合器處 的微波能量信號的反向功率相關(guān)。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)端感測接口包括耦合在所述微波能量輸送設(shè) 備和微波生成器之間的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)端感測接口在所述微波能量輸送設(shè)備和微波 生成器之間生成無線連接。 > π>
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述處理單元配置為基于所述一個(gè)或多個(gè)生成器測 量信號和所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號之一的屬性來調(diào)整與所述微波能量信號相關(guān)的參 數(shù)。 、
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述處理單元還包括配置為接收所述一個(gè)或多個(gè)生 成器測量信號之一和所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號之一的比較器，該比較器還配置為生成 與所述一個(gè)或多個(gè)生成器測量信號之一和所述一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號之一的比較相關(guān) 的比較器信號。 1 、
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)生成器測量信號之一和所述一個(gè)或 多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號之一與正向功率相關(guān)。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)生成器測量信號之一和所述一個(gè) 或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號之一與反向功率相關(guān)。
11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)端RIM專感器還包括： 遠(yuǎn)端定向耦合器，配置為以與提供給所述微波能量輸送設(shè)備的微波能量信號相關(guān)的預(yù) 定頻率生成一個(gè)或多個(gè)未經(jīng)調(diào)節(jié)的測量信號；及 中頻生成器，連接到所述定向耦合器并且配置為混合處于預(yù)定頻率的一個(gè)或多個(gè)未經(jīng) 調(diào)節(jié)的測量信號當(dāng)中每一個(gè)與載波信號，由此生成與由所述定向耦合器生成的每個(gè)未經(jīng)調(diào) 節(jié)的測量信號相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)中間測量信號。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述中頻生成器包括： 振蕩器，配置為以載波信號頻率生成所述載波信號；及 功率混合器，配置為通過混合所述載波信號和由所述遠(yuǎn)端定向耦合器生成的一個(gè)或多 個(gè)未經(jīng)調(diào)節(jié)的測量信號之一來生成所述一個(gè)或多個(gè)中間測量信號之一。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中由所述遠(yuǎn)端RF傳感器接口提供給所述微波生成器 的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號包括由所述功率混合器生成的一個(gè)或多個(gè)中間測量信號之一。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理單元包括電外科生成器處理單元和遠(yuǎn)端 功率耦合器處理單元，其中所述電外科生成器處理單元配置為控制微波能量信號以預(yù)定微 波頻率的生成和輸送，并且所述遠(yuǎn)端功率耦合器處理單元配置為接收與所述微波能量信號 相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號并且把這一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端測量信號提供給電外科生成器 處理單元。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)端功率耦合器處理單元是結(jié)合到所述電外 科生成器當(dāng)中的附加設(shè)備。
16. -種用于測量微波能量信號的一個(gè)或多個(gè)屬性的輕型定向耦合器，該輕型定向耦 合器包括： 直通信號同軸電纜，包括以同軸關(guān)系形成的直通信號內(nèi)部導(dǎo)體和直通信號外部導(dǎo)體； 耦合的同軸電纜，包括以同軸關(guān)系形成的耦合的內(nèi)部導(dǎo)體和耦合的外部導(dǎo)體，所述耦 合的同軸電纜和直通信號同軸電纜鄰接并沿其長度彼此平行； 其中所述直通信號同軸電纜和耦合的同軸電纜各自都在其中定義具有第一長度的第 一個(gè)槽和具有第二長度的第二個(gè)槽，其中第一個(gè)槽和第二個(gè)槽彼此相鄰，以便把所述直通 信號同軸電纜和耦合的同軸電纜彼此操作性耦合。
17. 如權(quán)利要求16所述的輕型定向耦合器，其中每個(gè)槽是通過除去外部導(dǎo)體的一部分 由此在每個(gè)槽處形成半圓柱形開口而形成的。
18. 如權(quán)利要求17所述的輕型定向耦合器，其中所述第一個(gè)槽的第一槽長度和第二個(gè) 槽的第二槽長度相等并且所述第一個(gè)槽和第二個(gè)槽之間沿其長度的間隔相等。
19. 如權(quán)利要求18所述的輕型定向耦合器，其中所述第一個(gè)槽和第二個(gè)槽之間的間隔 大約等于提供給所述直通信號同軸電纜的微波能量信號的波長的四分之一（λ /4)。
20. 如權(quán)利要求18所述的輕型定向耦合器，其中所述第一槽長度和第二槽長度在13_ 和15mm之間。
【文檔編號】A61N5/02GK104203344SQ201380013751
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】J·D·布蘭南, K·R·里克, M·威斯, J·C·格拉齊爾 申請人:柯惠有限合伙公司