[发明专利]用于相位预测的阻抗损耗模型校准和补偿的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及电外科学。更具体来说，本发明涉及用于补偿损耗以获取无绳或固定电抗的有线电外科系统中的准确的电气测量值的系统和方法。

技术背景

电外科手术涉及施加高频电流以在外科手术过程中切割或改变生物组织。电外科手术是使用电外科生成器、有源电极，以及返回电极来执行的。电外科生成器（也简称为电源或波形发生器）生成通过有源电极施加于病人的组织并通过返回电极返回到电外科生成器的交流电（AC）。交流电电流通常具有高于100千赫的频率以避免肌肉和/或神经刺激。

在执行电外科手术过程中，由电外科生成器生成的交流电电流通过位于有源电极和返回电极之间的组织来传导。组织的阻抗将与交流电电流相关联的电能（也简称为电外科能量）转换为热量，该热量使组织温度上升。电外科生成器通过控制提供给组织的电能（即，单位时间的电能）来控制组织的发热。虽然有许多其他可变因素影响组织的总的发热，但是，增大的电流密度通常导致发热增多。电外科能量通常用于切割、分割、烧蚀、凝结和/或密封组织。

电外科生成器包括控制在某个时间段内施加于组织的功率的控制器。施加于组织的功率是基于功率测量值和由用户设置的功率级别或实现期望的组织效果所期望的功率级别来控制的。功率测量值是通过测量由电外科生成器的RF输出级生成的RF信号的电压和电流并基于测量到的电压和电流来计算功率而获得的。

然而，由电外科生成器的传感器测量到的电压和电流可能由于将电外科生成器的RF输出级连接到电外科仪器的电极的传输线路中的RF阻抗损耗而与施加于组织的实际电压和电流不相同。结果，功率计算可能不准确，并可能导致对施加于组织的电外科能量的不适当的控制。

RF阻抗损耗对功率和阻抗计算的影响可以通过更准确地采样电压和电流之间的相位来降低。然而，此方法要求较大的计算复杂性以及更昂贵的高速硬件。

发明内容

本发明的系统和方法基于预测的相位值来准确地确定施加于组织的实际功率和/或组织部位处的实际阻抗。所公开的用于预测相位值的方法简单，要求低计算复杂性，并可以使用常用的微处理器、现场可编程门阵列（FPGA）或数字信号处理器（DSP）来实现。

一方面，本发明公开了补偿电外科设备中的损耗的方法的特征。根据此方法，传感由电外科设备生成并施加于组织部位的电外科信号的电压和电流，以获取传感的电压和传感的电流。接下来，基于传感的电压和传感的电流预测相位值，以获取预测的相位值。然后，基于传感的电压、传感的电流、预测的相位值以及与电外科设备相关联的至少一个阻抗损耗模型参数，计算组织部位处的至少一个度量。

组织部位处的至少一个度量可以通过下列操作来计算：(1)基于预测的相位值将传感的电压转换为复合电压值，(2)基于预测的相位值将传感的电流转换为复合电流值以及，(3)基于复合电压值、复合电流值以及至少一个损耗模型参数，计算组织处的至少一个度量。至少一个阻抗损耗模型参数可以包括源阻抗参数和漏阻抗参数。

可以通过基于传感的电压和传感的电流来计算传感的阻抗值，并基于传感的阻抗值来预测相位值，预测相位值。可以基于传感的阻抗值的诸如三阶多项式函数之类的多项式函数来预测相位值。

组织部位处的至少一个度量可以是负载电流并可以通过下列操作来计算：(1)将传感的电流乘以源阻抗参数，以获取源阻抗电压值，(2)将传感的电压减去源阻抗电压值，以获取负载电压值，(3)将负载电压值除以漏阻抗参数，以获取泄漏电流值以及，(4)将传感的电流减去泄漏电流值，以获取负载电流。至少一个度量可以包括负载电流、负载电压、功率、负载阻抗，或这些度量的任何组合。

在另一方面，本发明公开了电外科设备的特征。电外科设备包括至少一个向组织施加电外科能量的电极，通过传输线路电耦接到至少一个电极的电外科能量输出级。电外科能量输出级生成电外科能量。电外科设备还包括耦接到电外科能量输出级的电压传感器和电流传感器。电压传感器传感电外科能量的电压，以获取传感的电压，电流传感器传感电外科能量的电流，以获取传感的电流。

电外科设备还包括存储与传输线路相关联的至少一个阻抗损耗模型参数的存储器，以及耦接到电压传感器、电流传感器，以及存储器的处理器。处理器(1)基于传感的电压和传感的电流计算传感器阻抗值，(2)基于传感器阻抗值预测相位值，以获取预测的相位值，(3)检索至少一个阻抗损耗模型参数，以及，(4)基于传感的电压值、传感的电流值，预测的相位值以及至少一个阻抗损耗模型参数，计算组织处的至少一个度量。