具有連續(xù)和任意可變的峰值因數(shù)的電外科發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有連續(xù)和任意可變的峰值因數(shù)的電外科發(fā)生器。提供了一種電外科發(fā)生器。所述電外科發(fā)生器包括：配置成輸出大致方形電外科波形的非諧振射頻輸出級(jí)；以及耦合到所述非諧振射頻輸出級(jí)的控制器，所述控制器配置成在逐周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的峰值因數(shù)。
【專利說明】具有連續(xù)和任意可變的峰值因數(shù)的電外科發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及電外科系統(tǒng)和用于操作電外科發(fā)生器的方法。更特別地，本公開涉及 用于調(diào)節(jié)由具有DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器和DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器的電外科發(fā)生器生成的電外科波形 的峰值因數(shù)的系統(tǒng)、方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電外科手術(shù)包括將高射頻電流施加到手術(shù)部位以切割、消融或凝固組織。在單極 電外科手術(shù)中，源或有源電極將來自電外科發(fā)生器的射頻交流電流輸送到靶組織?；颊叻?回電極遠(yuǎn)離有源電極放置以將電流傳導(dǎo)回到發(fā)生器。
[0003] 在雙極電外科手術(shù)中，返回和有源電極彼此緊靠地放置，使得在兩個(gè)電極（例如， 在電外科鉗的情況下）之間形成電路。以該方式，施加的電流被限制到位于電極之間的身 體組織。因此，在期望獲得定位在器械（例如鉗等）上的兩個(gè)電極之間的電外科能量的聚 焦輸送的情況下，雙極電外科手術(shù)通常包括器械的使用。鉗是鉗狀器械，依賴于它的鉗夾之 間的機(jī)械動(dòng)作來抓緊、夾緊和限制血管或組織。電外科鉗（開放式或內(nèi)窺鏡）使用機(jī)械夾 緊動(dòng)作和電能來實(shí)現(xiàn)夾緊組織的止血。鉗包括將電外科能量施加到夾緊組織的電外科導(dǎo)電 表面。通過控制通過導(dǎo)電板施加到組織的電外科能量的強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間，外科醫(yī)生可 以凝固、燒灼和/或閉合組織。然而，以上示例僅僅用于示例性目的并且在本公開的范圍內(nèi) 可以有許多其它已知的雙極電外科器械。
[0004] 上述的電外科程序可以在基于反饋的控制系統(tǒng)中使用各種組織和能量參數(shù)。一直 需要改善能量到組織的輸送。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本公開提供一種電外科發(fā)生器。所述電外科發(fā)生器包括：配置成 輸出大致方形電外科波形的非諧振射頻輸出級(jí)；以及耦合到所述非諧振射頻輸出級(jí)的控制 器，所述控制器配置成在逐周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的峰值因數(shù)。
[0006] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述非諧振射頻輸出級(jí)還包括：配置成輸出DC波形 的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器包括以第一占空比操作的至少一個(gè)第一切換 元件。
[0007] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述非諧振射頻輸出級(jí)還包括：DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器， 所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器并且包括以第二占空比操作的至少一 個(gè)第二切換元件，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器配置成轉(zhuǎn)換所述DC波形以生成所述大致方形電外 科波形。
[0008] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述控制器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器和所述 DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，并且所述控制器還配置成調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占空比以調(diào) 節(jié)所述大致方形電外科波形的占空比。
[0009] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述第一占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的每 個(gè)周期的峰值電壓。
[0010] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述第二占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的占 空比。
[0011] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述發(fā)生器包括用于選擇期望峰值因數(shù)的用戶輸 入，并且所述控制器配置成響應(yīng)所述期望峰值因數(shù)調(diào)節(jié)所述第一和第二占空比。
[0012] 根據(jù)另一實(shí)施例，本公開提供一種電外科發(fā)生器。所述電外科發(fā)生器包括：配置成 輸出DC波形的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器包括以第一占空比操作的至少一 個(gè)第一切換元件；DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器 并且包括以第二占空比操作的至少一個(gè)第二切換元件，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器配置成轉(zhuǎn)換 所述DC波形以生成大致方形電外科波形；以及控制器，所述控制器耦合到所述DC-DC降壓 轉(zhuǎn)換器和所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，并且配置成調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占空比以在 逐周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的峰值因數(shù)。
[0013] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述第一占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的每 個(gè)周期的電壓。
[0014] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，其中所述第二占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形 的占空比。
[0015] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述發(fā)生器包括用于選擇期望峰值因數(shù)的用戶輸 入，并且所述控制器配置成響應(yīng)所述期望峰值因數(shù)調(diào)節(jié)所述第一和第二占空比。
[0016] 根據(jù)另一實(shí)施例，本公開提供一種用于控制電外科發(fā)生器的方法。所述方法包括： 以第一占空比操作DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)第一切換元件以輸出DC波形；以第二占空 比操作耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器的DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)第二切換元件以轉(zhuǎn)換 所述DC波形從而生成大致方形電外科波形；以及調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占空比 以操作至少一個(gè)電外科波形從而在逐周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的峰值 因數(shù)。
[0017] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述方法還包括：控制所述第一占空比以調(diào)節(jié)所述 大致方形電外科波形的每個(gè)周期的峰值電壓。
[0018] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述方法還包括：控制所述第二占空比以調(diào)節(jié)所述 大致方形電外科波形的占空比。
[0019] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述方法還包括：選擇期望峰值因數(shù)；以及響應(yīng)所 述期望峰值因數(shù)調(diào)節(jié)所述第一和第二占空比。
[0020] 根據(jù)以上實(shí)施例的一個(gè)方面，所述方法還包括：測(cè)量組織或能量性質(zhì)中的至少一 個(gè)；以及響應(yīng)被測(cè)量的組織或能量性質(zhì)調(diào)節(jié)所述第一和第二占空比。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 在本文中參考附圖描述本公開的各實(shí)施例，其中：
[0022] 圖1是根據(jù)本公開的電外科系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的部件的透視圖；
[0023] 圖2是根據(jù)本公開的電外科發(fā)生器的一個(gè)實(shí)施例的前視圖；
[0024] 圖3是根據(jù)本公開的圖2的電外科發(fā)生器的實(shí)施例的示意性方塊圖；
[0025] 圖4是根據(jù)本公開的圖2的電外科發(fā)生器的DC-DC轉(zhuǎn)換器和DC-AC轉(zhuǎn)換器的示意 性方塊圖；
[0026] 圖5是根據(jù)本公開的期望輸出特性的圖形表示；
[0027] 圖6是具有諧振電路的現(xiàn)有技術(shù)的電外科發(fā)生器的示意性方塊圖；
[0028] 圖7是現(xiàn)有技術(shù)的正弦電外科波形的圖形表示；
[0029] 圖8是具有調(diào)制占空比的現(xiàn)有技術(shù)的正弦電外科波形的圖形表不；
[0030] 圖9是根據(jù)本公開的由圖2的電外科發(fā)生器輸出的方形電外科波形的圖形表不；
[0031] 圖10是根據(jù)本公開的由圖2的電外科發(fā)生器輸出的、具有一致峰值因數(shù)的方形電 外科波形的圖形表示；以及
[0032] 圖11是根據(jù)本公開的由圖2的電外科發(fā)生器輸出的、具有變化峰值因數(shù)的方形電 外科波形的圖形表示。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 在下文中參考附圖描述本公開的特定實(shí)施例。在以下描述中，未詳細(xì)地描述公知 的功能或構(gòu)造以避免以不必要的細(xì)節(jié)使本公開晦澀。
[0034] 根據(jù)本公開的發(fā)生器可以執(zhí)行例如包括切割、凝固、消融和血管閉合程序的單極 和/或雙極電外科程序。發(fā)生器可以包括用于與各種電外科器械（例如，單極器械、返回電 極、雙極電外科鉗、腳踏開關(guān)等）接口的多個(gè)輸出。此外，發(fā)生器包括配置成生成專門適合 于各種電外科模式（例如，切割、混合、凝固、用止血分隔、電灼、噴霧等）和程序（例如，單 極、雙極、血管閉合）的射頻能量的電子電路。在實(shí)施例中，發(fā)生器可以嵌入、集成或以另外 方式耦合到電外科器械，提供全合一（all-in-one)電外科裝置。
[0035] 圖1是根據(jù)本公開的雙極和單極電外科系統(tǒng)10的一個(gè)示例性實(shí)施例的部件的透 視圖。系統(tǒng)10可以包括具有用于治療患者的組織的一個(gè)或多個(gè)電極23 (例如，電外科切割 探針、（一個(gè)或多個(gè)）消融電極等）的一個(gè)或多個(gè)單極電外科器械20。電外科交流電流由 發(fā)生器200經(jīng)由連接到發(fā)生器200的有源端子230 (圖3)的供應(yīng)線24供應(yīng)到器械20,允 許器械20凝固、消融和/或以另外方式治療組織。交流電流通過返回電極26經(jīng)由發(fā)生器 200的返回端子232 (圖3)處的返回線28返回到發(fā)生器200。對(duì)于單極操作，系統(tǒng)10可以 包括在使用中布置在患者身上的多個(gè)返回電極26以通過最大化與患者的總接觸面積最小 化組織損傷的機(jī)會(huì)。另外，發(fā)生器200和返回電極26可以配置成用于監(jiān)測(cè)組織到患者的接 觸以保證足夠的接觸存在于其間。
[0036] 系統(tǒng)10也可以包括一個(gè)或多個(gè)雙極電外科器械，例如具有用于治療患者的組織 的一個(gè)或多個(gè)電極的雙極電外科鉗30。電外科鉗30包括外殼31和布置在軸32的遠(yuǎn)端處 的相對(duì)的鉗夾部件33和35。鉗夾部件33和35具有分別布置在其中的一個(gè)或多個(gè)有源電 極34和返回電極36。有源電極34和返回電極36通過電纜38連接到發(fā)生器200,所述電 纜包括分別耦合到有源和返回端子230、232(圖3)的供應(yīng)和返回線24、28。電外科鉗30在 具有到有源和返回端子230和232的連接（例如，針腳）的連接器處經(jīng)由布置在電纜38的 端部處的插頭耦合到發(fā)生器200,其中插頭包括來自供應(yīng)和返回線24、28的觸頭，如下面更 詳細(xì)地所述。
[0037] 參考圖2,顯示發(fā)生器200的正面240。發(fā)生器200可以是任何合適的類型（例如， 電外科、微波等）并且可以包括多個(gè)連接器250-262以適應(yīng)各種類型的電外科器械（例如， 電外科鉗30等）。
[0038] 發(fā)生器200包括用戶界面241，所述用戶界面具有用于為用戶提供各種輸出信息 (例如，強(qiáng)度設(shè)置、治療完成指示器等）的一個(gè)或多個(gè)顯示屏幕或信息面板242、244、246。屏 幕242、244、246中的每一個(gè)與對(duì)應(yīng)的連接器250-262關(guān)聯(lián)。發(fā)生器200包括用于控制發(fā)生 器200的合適的輸入控制（例如，按鈕、啟動(dòng)器、開關(guān)、觸摸屏等）。顯示屏幕242、244、246 還配置成顯示電外科器械（例如，電外科鉗30等）的對(duì)應(yīng)菜單的觸摸屏。用戶然后通過簡 單地觸摸對(duì)應(yīng)的菜單選項(xiàng)調(diào)節(jié)輸入。
[0039] 屏幕242控制單極輸出和連接到連接器250和252的裝置。連接器250配置成耦 合到單極電外科器械（例如，電外科器械20)并且連接器252配置成耦合到腳踏開關(guān)（未 示出）。腳踏開關(guān)提供附加輸入（例如，發(fā)生器200的復(fù)制輸入）。屏幕244控制單極和雙 極輸出和連接到連接器256和258的裝置。連接器256配置成耦合到其它單極器械。連接 器258配置成耦合到雙極器械（未示出）。
[0040] 屏幕246控制由可以插入連接器260和262中的鉗30執(zhí)行的雙極閉合程序。發(fā) 生器200通過連接器260和262輸出能量，所述能量適合于閉合由鉗30夾持的組織。特別 地，屏幕246輸出用戶界面，所述用戶界面允許用戶輸入用戶定義強(qiáng)度設(shè)置。用戶定義設(shè)置 可以是允許用戶調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)能量輸送參數(shù)（例如，功率、電流、電壓、能量等）或閉合參 數(shù)（例如，能率限制器、閉合持續(xù)時(shí)間等）的任何設(shè)置。用戶定義設(shè)置傳輸?shù)娇刂破?24,其 中設(shè)置可以保存在存儲(chǔ)器226中。在實(shí)施例中，強(qiáng)度設(shè)置可以是例如從一到十或從一到五 的數(shù)字標(biāo)度。在實(shí)施例中，強(qiáng)度設(shè)置可以與發(fā)生器200的輸出曲線關(guān)聯(lián)。強(qiáng)度設(shè)置可以特 定于正在使用的每個(gè)鉗30,使得各種器械為用戶提供對(duì)應(yīng)于鉗30的特定強(qiáng)度標(biāo)度。
[0041] 圖3顯示配置成輸出電外科能量的發(fā)生器200的示意性方塊圖。發(fā)生器200包括 控制器224、電源227和射頻（RF)放大器228。電源227可以是連接到AC源（例如，線路電 壓）的高電壓、DC電源，并且經(jīng)由導(dǎo)線227a和227b將高電壓、DC電提供給RF放大器228， RF放大器然后將高電壓、DC電轉(zhuǎn)換成治療能量（例如，電外科或微波）并且將該能量輸送 到有源端子230。能量從那里經(jīng)由返回端子232返回。有源和返回端子230和232通過隔 離變壓器229耦合到RF放大器228。RF放大器228配置成在多個(gè)模式下操作，在此期間發(fā) 生器200輸出具有特定占空比、峰值電壓、峰值因數(shù)等的對(duì)應(yīng)波形。可以預(yù)見，在另一實(shí)施 例中，發(fā)生器200可以基于其它類型的合適電源拓?fù)洹?br> [0042] 控制器224包括可操作地連接到存儲(chǔ)器226的處理器225,所述存儲(chǔ)器可以包括 臨時(shí)型存儲(chǔ)器（例如，RAM)和/或非臨時(shí)型存儲(chǔ)器（例如，閃存介質(zhì)、磁盤介質(zhì)等）。處理 器225包括可操作地連接到電源227和/或RF放大器228的輸出端口，允許處理器225根 據(jù)打開和/或閉合控制環(huán)方案控制發(fā)生器200的輸出。閉環(huán)控制方案是反饋控制環(huán)，其中 多個(gè)傳感器測(cè)量各種組織和能量性質(zhì)（例如，組織阻抗、組織溫度、輸出功率、電流和/或電 壓等），并且將反饋提供給控制器224?？刂破?24然后向電源227和/或輸出級(jí)228發(fā)信 號(hào)，然后電源和/或RF放大器分別調(diào)節(jié)DC和/或電源。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)處理器 225可以由適合于執(zhí)行本文中所述的計(jì)算和/或指令集的任何邏輯處理器（例如，控制電 路）代替，包括但不限于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、數(shù)字信號(hào)處理器和它們的組合。
[0043] 根據(jù)本公開的發(fā)生器200包括多個(gè)傳感器280,例如RF電流傳感器280a和RF電 壓傳感器280b。發(fā)生器200的各種部件（即，RF放大器228、RF電流和電壓傳感器280a 和280b)可以布置在印刷電路板（PCB)上。RF電流傳感器280a耦合到有源端子230并且 提供由RF放大器228供應(yīng)的RF電流的測(cè)量。RF電壓傳感器280b耦合到有源和返回端子 230和232,提供由RF放大器228供應(yīng)的RF電壓的測(cè)量。在實(shí)施例中，RF電流和電壓傳感 器280a和280b可以耦合到有源和返回導(dǎo)線228a和228b，所述導(dǎo)線分別將有源和返回端子 230和232互連到RF放大器228。
[0044] RF電流和電壓傳感器280a和280b分別將被感測(cè)RF電壓和電流信號(hào)提供給控制 器224,所述控制器然后響應(yīng)被感測(cè)RF電壓和電流信號(hào)調(diào)節(jié)電源227和/或RF放大器228 的輸出?？刂破?24也接收來自發(fā)生器200、器械20和/或鉗30的輸入控制的輸入信號(hào)。 控制器224使用輸入信號(hào)調(diào)節(jié)由發(fā)生器200輸出的功率和/或?qū)ζ鋱?zhí)行其它控制功能。
[0045] 圖4顯示發(fā)生器200的另一實(shí)施例，所述發(fā)生器配置成用近無差拍 (near-deadbeat)控制操作以保持發(fā)生器200的期望AC輸出。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"無 差拍（deadbeat) "或"近無差拍"表示由發(fā)生器200對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，從波形的大約1個(gè)周 期到大約100個(gè)周期，在實(shí)施例中從大約10個(gè)周期到大約25個(gè)周期。術(shù)語周期表示具有 正和負(fù)半周期的電外科交替波形的完整周期。根據(jù)本公開的發(fā)生器200可以具有從大約 IOOkHz到大約1，OOOkHz并且在某些實(shí)施例中從大約200kHz到大約500kHz的操作頻率，因 此以IOOkHz的預(yù)定頻率操作的發(fā)生器200輸出具有每秒100, 000個(gè)周期的波形?？梢砸?相同頻率（例如，電外科波形的1個(gè)周期）或大約〇. 1的因數(shù)（例如，電外科波形的每10 個(gè)周期）對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)示例性實(shí)施例，近無差拍控制通過保證僅僅期望量的功率 輸送到電外科器械而最小化意外燒焦。在現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)生器中，轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載阻抗的變化 的慢瞬時(shí)響應(yīng)可能導(dǎo)致可能持續(xù)500個(gè)周期或以上未被檢測(cè)到的功率的過量輸送。
[0046] 發(fā)生器200也配置成在恒定電壓限制模式、恒定電流限制模式、恒定功率模式和 它們的組合中的任一模式下操作。模式選擇通?；谂c正在切割的組織關(guān)聯(lián)的阻抗。不同 類型的組織（例如肌肉和脂肪）具有不同的阻抗。就電外科操作而言，恒定功率輸出傾向 于均勻地汽化組織，導(dǎo)致清潔切開。而恒定電壓輸出傾向于猛烈地汽化或碳化組織（"黑凝 固"），并且恒定電流輸出傾向于熱凝固組織而不汽化（"白凝固"）。如果外科醫(yī)生希望快 速地破壞表面組織，則碳化在外科上是有用的，并且熱凝固常規(guī)地與機(jī)械壓力聯(lián)系以閉合 肝或淋巴血管。然而，外科醫(yī)生通常期望使用恒定功率輸出操作，并且重要的是，如果有偏 差則盡可能快速地返回使用恒定功率輸出。
[0047] 相對(duì)于發(fā)生器200的AC輸出并且在示例性實(shí)施例中，"恒定功率"被定義為表示在 每個(gè)切換周期中輸送的平均功率是大致恒定的。類似地，"恒定電壓"和"恒定電流"被定義 為這樣的模式，其中AC電壓或電流的相應(yīng)均方根（RMS)值被調(diào)節(jié)到大致固定值。期望輸出 特性的示例性圖形表示在圖5中示出。在示例性實(shí)施例中，當(dāng)負(fù)載阻抗增加并且電壓增加 時(shí)，對(duì)應(yīng)增加的輸出電壓觸發(fā)從顯示為區(qū)域A的恒定電流模式到顯示為區(qū)域B的恒定功率 模式和顯示為區(qū)域C的恒定電壓模式的過渡。類似地，在示例性實(shí)施例中，當(dāng)負(fù)載阻抗減小 并且電流增加時(shí)，對(duì)應(yīng)減小的輸出電壓觸發(fā)從恒定電壓區(qū)域C到恒定功率區(qū)域B和恒定電 流區(qū)域A的相反過渡。
[0048] 參考圖4中所示的示意圖，發(fā)生器200包括DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器10UDC-AC升壓轉(zhuǎn)換 器102、感應(yīng)器103、變壓器104和控制器224。在實(shí)施例中，DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101和DC-AC 升壓轉(zhuǎn)換器102是RF輸出級(jí)228的一部分。在示例性實(shí)施例中，DC電壓源Vg(例如電源 227)連接到DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101。此外，感應(yīng)器103電耦合在DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101和 DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102之間。DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102的輸出將功率傳輸?shù)阶儔浩?04的初 級(jí)繞組，其穿過變壓器104的次級(jí)繞組到達(dá)負(fù)載Z (例如，正在治療的組織）。
[0049] DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101包括切換元件IOla并且DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102包括以H橋 拓?fù)洳贾玫亩鄠€(gè)切換元件l〇2a-102d。在實(shí)施例中，DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102可以根據(jù)任何合 適的拓?fù)溥M(jìn)行配置，包括但不限于半橋、全橋、推挽等。合適的切換元件包括電壓控制裝置， 例如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FETs)、它們的組合等。在示例性實(shí)施例中，控制器224與DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器101和DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102兩者、特別是相應(yīng)地與切換元件10 Ia和102a-102d 通信?？刂破?24配置成將可以是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的控制信號(hào)輸出到切換元件IOla和 102a-102d，如下面關(guān)于電壓模式控制器112更詳細(xì)地所述。特別地，控制器224配置成控 制供應(yīng)到DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101的切換元件IOla的控制信號(hào)的占空比dl和供應(yīng)到DC-AC 升壓轉(zhuǎn)換器102的切換元件102a-102d的控制信號(hào)的占空比d2。另外，控制器224配置成 測(cè)量發(fā)生器200的功率特性，并且至少部分地基于被測(cè)量功率特性控制發(fā)生器200。被測(cè)量 功率特性的示例包括通過感應(yīng)器103的電流和DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102的輸出處的電壓。在 示例性實(shí)施例中，控制器224通過基于每個(gè)周期的感應(yīng)器電流和非線性載波控制電流的比 較生成占空比dl而控制降壓轉(zhuǎn)換器101。
[0050] 根據(jù)示例性實(shí)施例，控制器224包括電流模式控制器111、電壓模式控制器112、模 式選擇器113和控制邏輯（steering logic)114。模式選擇器113將輸出電壓ν_(?)和 感應(yīng)器電流ijt)與設(shè)置限制比較以便確定發(fā)生器200的期望操作模式。操作模式可以是 如圖5中所示的恒定（或最大）電流I max (例如，恒定電流區(qū)域A)、來自DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器 101的恒定功率P1、來自DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102的恒定功率P 2 (例如，恒定功率區(qū)域B)或恒 定（或最大）電壓Vmax(例如，恒定電壓區(qū)域C)或它們的組合。模式選擇器113的輸出選 擇傳遞到控制邏輯114。在示例性實(shí)施例中，控制邏輯114控制電流模式控制器111和電壓 模式控制器112中的至少一個(gè)的哪些被啟用。此外，控制邏輯114選擇哪個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)接收電 流模式控制器111和/或電壓模式控制器112的輸出。
[0051] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，取決于正在產(chǎn)生期望輸出特性的哪個(gè)部分，控制邏輯114 用恒定功率的電流模式控制在操作DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101或DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102之間切 換。電壓模式控制器112和/或電流模式控制器111調(diào)節(jié)電流模式控制的占空比dl和/ 或d2。此外，控制邏輯114選擇DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101和/或DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102中的 每一個(gè)接收的占空比。
[0052] 電流模式控制器111比較感應(yīng)器電流i Jt)和非線性載波控制電流ie(t)(例如， 期望設(shè)置點(diǎn)電流）。在示例性實(shí)施例中，非線性載波控制電流L由Pset (例如，期望功率設(shè) 置點(diǎn)）的選擇設(shè)置，其可以由用戶完成或由查找表提供。在示例性實(shí)施例中，電流模式控制 器111使用鎖存電路比較感應(yīng)器電流ijt)和電流限制信號(hào)⑴或功率限制信號(hào)（P 1)。鎖 存電路的控制信號(hào)是從控制邏輯114傳遞的模式信號(hào)。鎖存電路的輸入是時(shí)鐘信號(hào)，和電 流限制信號(hào)（I)或功率限制信號(hào)（Pi)。電流模式控制器111輸出的選擇響應(yīng)發(fā)生器200的 當(dāng)前模式。發(fā)生器200的操作模式可以由模式選擇器113傳遞。在示例性實(shí)施例中，如果感 應(yīng)器電流i Jt)低于非線性載波控制電流i。⑴，則在切換周期的開始時(shí)切換波形d (t)切換 為"高"。此外，在示例性實(shí)施例中，響應(yīng)感應(yīng)器電流ijt)超過非線性載波控制電流ie(t)， 切換波形d(t)切換為"低"。換句話說，感應(yīng)器電流ijt)與非線性載波控制電流ijt)的 比較便于調(diào)節(jié)降壓轉(zhuǎn)換器101的占空比dl的脈沖持續(xù)時(shí)間，如先前所述。
[0053] 為了生成并且控制來自發(fā)生器200的恒定電流，感應(yīng)器電流i Jt)的平均值設(shè)置 為大致等于固定控制電流限制K * Pset。對(duì)于小感應(yīng)器電流紋波，換句話說，電流 模式控制器將感應(yīng)器電流ijt)調(diào)節(jié)到大致等于固定恒定電流限制的大約恒定值。根據(jù)示 例性實(shí)施例，電流模式控制器111能夠通過在從大約1個(gè)周期到大約100個(gè)周期、在實(shí)施例 中從大約2到大約20個(gè)周期、在另外的實(shí)施例中從大約3到大約10個(gè)周期內(nèi)調(diào)節(jié)電流而 保持感應(yīng)器電流ijt)的大約恒定值。該低周期調(diào)節(jié)提供如上所述的近無差拍或無差拍控 制。
[0054] 在示例性實(shí)施例中并且繼續(xù)參考圖4,控制器224的電壓模式控制器112包括比較 器121、補(bǔ)償器122和脈沖寬度調(diào)制器（PWM) 123。在示例性實(shí)施例中，電壓模式控制器112 在比較器121處比較輸出電壓ν_α)和參考電壓Vmax。比較器121的輸出傳遞到補(bǔ)償器 122,所述補(bǔ)償器轉(zhuǎn)而輸出驅(qū)動(dòng)PWM123的誤差信號(hào)。在示例性實(shí)施例中，補(bǔ)償器122的輸出 穿過PWM123,所述PWM在某些模式下設(shè)置信號(hào)的占空比d2。
[0055] 此外，在示例性實(shí)施例中，模式選擇器113包括編碼器并且執(zhí)行多重比較。關(guān)于圖 5,模式選擇器113使用電壓比較信號(hào)和電流比較信號(hào)來確定發(fā)生器200是否正在恒定電流 輸出區(qū)域（A)、恒定功率輸出區(qū)域（B)的區(qū)域P1、恒定功率輸出區(qū)域（B)的區(qū)域P2或恒定電 壓輸出區(qū)域（C)中操作。此外，來自模式選擇器113的輸出模式信號(hào)控制控制邏輯114中 的開關(guān)位置。當(dāng)輸出電壓V^a)超過第一電壓限制V limit」、第二電壓限制Vlimit 2和第三電 壓限制Vlimit_3時(shí)，則編碼器選擇恒定電壓模式。來自模式選擇器113的恒定電壓模式信號(hào) 導(dǎo)致控制邏輯114的開關(guān)的位置到達(dá)"V"位置，如圖4和下面的表1中所示，表1通過操作 模式顯示DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器101和DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器102的占空比。在表1中，值"1"可 以設(shè)置為低于100%的任何固定占空比。
[0056] 表 1
[0057]

【權(quán)利要求】
1. 一種電外科發(fā)生器，其包括： 配置成輸出大致方形電外科波形的非諧振射頻輸出級(jí)；以及 耦合到所述非諧振射頻輸出級(jí)的控制器，所述控制器配置成在逐周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所 述大致方形電外科波形的峰值因數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其中所述非諧振射頻輸出級(jí)還包括： 配置成輸出DC波形的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器包括以第一占空比操 作的至少一個(gè)第一切換元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電外科發(fā)生器，其中所述非諧振射頻輸出級(jí)還包括： DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器并且包括以第 二占空比操作的至少一個(gè)第二切換元件，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器配置成轉(zhuǎn)換所述DC波形以 生成所述大致方形電外科波形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電外科發(fā)生器，其中所述控制器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換 器和所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，并且所述控制器還配置成調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占 空比以調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的占空比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電外科發(fā)生器，其中所述第一占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外 科波形的每個(gè)周期的峰值電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電外科發(fā)生器，其中所述第二占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外 科波形的占空比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電外科發(fā)生器，其中所述發(fā)生器包括用于選擇期望峰值因數(shù) 的用戶輸入，并且所述控制器配置成響應(yīng)所述期望峰值因數(shù)調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第 -占空比。
8. -種電外科發(fā)生器，其包括： 配置成輸出DC波形的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器包括以第一占空比操 作的至少一個(gè)第一切換元件； DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器并且包括以第 二占空比操作的至少一個(gè)第二切換元件，所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器配置成轉(zhuǎn)換所述DC波形以 生成大致方形電外科波形；以及 控制器，所述控制器耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器和所述DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器，并且配置 成調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占空比以在逐周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所述大致方形電外科 波形的峰值因數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電外科發(fā)生器，其中所述第一占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電外 科波形的每個(gè)周期的電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電外科發(fā)生器，其中所述第二占空比調(diào)節(jié)所述大致方形電 外科波形的占空比。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電外科發(fā)生器，其中所述發(fā)生器包括用于選擇期望峰值因 數(shù)的用戶輸入，并且所述控制器配置成響應(yīng)所述期望峰值因數(shù)調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述 第-占空比。
12. -種用于控制電外科發(fā)生器的方法，所述方法包括： 以第一占空比操作DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)第一切換元件以輸出DC波形； 以第二占空比操作耦合到所述DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器的DC-AC升壓轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)第二 切換元件以轉(zhuǎn)換所述DC波形從而生成大致方形電外科波形；以及 調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占空比以操作至少一個(gè)電外科波形從而在逐周期的 基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的峰值因數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括： 控制所述第一占空比以調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的每個(gè)周期的峰值電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括： 控制所述第二占空比以調(diào)節(jié)所述大致方形電外科波形的占空比。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括： 選擇期望峰值因數(shù)；以及 響應(yīng)所述期望峰值因數(shù)調(diào)節(jié)所述第一和第二占空比。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括： 測(cè)量組織和能量性質(zhì)中的至少一個(gè)；以及 響應(yīng)被測(cè)量的組織或能量性質(zhì)調(diào)節(jié)所述第一占空比和所述第二占空比。
【文檔編號(hào)】A61B18/12GK104287822SQ201410302980
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】D·弗里德里克斯, J·A.·吉爾伯特, S·C·拉普 申請(qǐng)人:柯惠有限合伙公司