[发明专利]用于电外科中的窄带实阻抗控制的系统和方法

说明书

背景

1.技术领域

本公开涉及电外科。具体而言，本公开涉及用于电外科中的精确组织处理的窄带实阻抗控制的系统和方法。

2.背景技术

电外科涉及在电外科手术中应用高频电流来切割或改变生物组织。电外科使用电外科发生器、主动电极和返回电极进行。电外科发生器（也称为电源或波形发生器）产生交变电流（AC），该电流通过主动电极应用到患者组织，并通过返回电极返回到电外科发生器。AC 典型地具有超过100千赫兹（kHz）的频率，以避免肌肉和/或神经刺激。

在电外科过程中，由电外科发生器产生的AC通过布置在主动电极与返回电极之间的组织传导。组织的阻抗将与AC相关联的电能（也称为电外科能量）转变为热，热导致组织温度上升。电外科发生器通过控制提供给组织的电功率（即每时间的电能）来控制组织的发热。尽管许多其他变量影响组织的整体发热，但是增大的电流密度通常导致增大的发热。电外科能量典型地用于切割、剖开、烧蚀、凝结和/ 或封闭组织。

所使用的两种基本类型的电外科为电极和双极电外科。这些类型的电外科均使用主动电极和返回电极。在双极电外科中，外科器具包括同一器具上或彼此非常接近的主动电极和返回电极，常常使得电流流过少量的组织。在单极电外科中，返回电极位于患者身体的其他地方，并且典型地不是电外科器具自身的一部分。在单极电外科中，返回电极是通常称为返回垫的装置的一部分。

有些电外科发生器包括控制器，其基于电外科发生器附近的电压和电流测量来控制某一时间段上传递到组织的功率。这些发生器使用离散傅立叶变换（DFT）或多相解调来计算电压和电流测量之间的相差，以便计算实功率并进行校正和补偿。

某些电外科发生器还通过在组织几乎是电阻性的假设下将宽带均方根（RMS）电压除以宽带RMS电流来计算组织阻抗。使用校正和补偿技术来补偿任何增益引起的或相位引起的误差。然而，RMS电压和电流的宽带测量中的噪音没有得到衰减。事实上，RMS计算的“平方”部分关联了噪音，并将噪音量值加到RMS电压和电流的量值。在低电压和电流下，噪音量值相对于RMS电压和电流量值甚至更为显著，导致RMS电压和电流的不准确的测量。

发明内容

本公开的系统和方法提供了RMS电压和电流、组织阻抗以及输出功率的准确测量。在一方面中，本公开以一种包括输出级、传感器和控制器的电外科发生器为特征。输出级产生对组织进行处理的电外科能量，且传感器感测电外科能量的电压波形和电流波形。控制器耦合到输出级和传感器，并控制所产生的电外科能量。控制器包括信号处理器，其：（1）使用窄带滤波器基于由传感器感测的电压波形和电流波形来确定复值电压和复值电流，以及（2）使用复值电压和复值电流来计算组织阻抗的实部。控制其还包括输出控制器，其基于计算得到的组织阻抗的实部来控制输出级。

窄带滤波器可以为多相抽取滤波器或Goertzel DFT滤波器。多相抽取滤波器可以是外差载波中心多相滤波器，其具有作为电外科能量频率的谐波倍数的中心频率。另外，电外科能量可以为射频（RF）能量。

在多个方面中，信号处理器根据下面的公式计算组织阻抗的实部：

其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复值电流的虚部。信号处理器还可根据下面的公式计算组织阻抗的虚部：

其中，a是复值电压的实部，b是复值电压的虚部，c是复值电流的实部，且d是复值电流的虚部。

在多个方面中，信号处理器可基于计算得到的组织阻抗的实部和虚部来计算组织阻抗的量值。

在多个方面中，电外科发生器可包括模数转换器（ADC），其对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行采样，以获得感测电压波形和感测电流波形各自的预定数量的采样。预定数量的采样可对应于整数数量的电压波形和电流波形周期。电外科发生器还可包括低通滤波器，其在ADC对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行采样之前对感测到的电压波形和感测到的电流波形进行滤波。电外科发生器还可包括抽取器，其对采样得到的电压波形和采样得到的电流波形进行抽取，在此之后窄带滤波器对抽取得到的电压波形和抽取得到的电流波形进行滤波。

在多个方面中，输出控制器基于阻抗实部与希望的阻抗实部之间的差来产生反馈波形。反馈波形可用于控制输出级。

在多个方面中，控制器可在现场可编程门阵列、专用集成电路、专用标准产品集成电路或数字信号处理器中实现。