[发明专利]用于通过使用多级功率转换器产生电外科能量的系统和方法

说明书

根据本公开的使用多级功率转换器来产生电外科能量的电外科系统和方法。电外科系统包括具有与电能源耦合并配置为产生电外科能量的功率转换器的电外科生成器。功率转换器包含配置为将来自电能源的第一直流电流转换成第二直流电流的升压转换器和配置为将第二直流电流逆变为交流电流的相位偏移脉冲宽度调制(PS‑PWM)共振逆变器。电外科生成器还包括配置为感测产生的电外科能量的电压和电流的多个传感器和与功率转换器及多个传感器耦合的控制器。控制器包含配置为基于感测的电压和电流确定组织阻抗的信号处理器和配置为基于确定的组织阻抗选择多个输出特性中的一个并且根据选择的输出特性产生用于控制升压转换器和PS‑PWM共振逆变器的控制信号的输出控制器。

技术领域

本公开涉及电外科手术。更特别地，本公开涉及通过使用多级功率转换器来产生电外科能量的电外科生成器和方法。

背景技术

电外科手术涉及在电外科过程中施加高频电流以切割或改变生物组织。电外科手术是通过使用电外科生成器、有源电极和返回电极执行的。电外科生成器(也称为功率供应或波形生成器)产生交变电流(AC)，该交变电流通过有源电极被施加到患者的组织，并通过返回电极返回到电外科生成器。交变电流一般具有高于100千赫(kHz)的频率，以避免肌肉和/或神经刺激。

在电外科手术中，由电外科生成器产生的AC通过设置在有源电极和返回电极之间的组织传导。组织的阻抗将与AC相关的电能(也称为电外科能量)转换成热，这导致组织温度上升。电外科生成器通过控制提供给组织的电功率(即，每次的电能)控制组织的发热。虽然许多其它的变量影响组织的总体发热，但增加电流密度通常导致增加的发热。电外科能量一般被用于切割、解剖、切除、凝结和/或闭合组织。

使用的两种基本类型的电外科手术是单极手术和双极电外科手术。这些类型的电外科手术均使用有源电极和返回电极。在双极电外科手术中，外科仪器包括处于同一仪器上但相互非常接近的有源电极和返回电极，这导致电流流过少量的组织。在单极电外科手术中，返回电极位于患者身体的其它位置，并且通常不是电外科仪器本身的一部分。在单极电外科手术中，返回电极是一般称为返回盘的装置的一部分。

如图4所示，电外科(ES)生成器的理想输出功率特性是，随着输出阻抗的增加，恒定电流410后跟恒定功率420，该恒定功率420又后跟恒定电压430。为了实现这种输出功率特性，ES生成器执行将输出电压和电流采样、基于采样的输出电压和电流计算功率和/或阻抗、通过数字补偿器馈送计算的功率和/或阻抗并然后调整控制功率级的控制信号(例如，调整控制信号的脉冲宽度或相位偏移)的控制回路。但是，与功率级的切换频率相比，该控制回路可能相对较慢。因此，在控制回路赶上功率级且系统达到稳定状态之前，功率级可能向组织过传输或者欠传输希望的功率。出于这种以及其它的原因，当前的ES发生器可能不能提供理想的输出功率特性。

发明内容

本公开的电外科系统和方法改善功率控制中的逆变器的动态响应并减少由于组织阻抗变化导致的功率偏差，这减少对于给定功率在组织中传播的热。本公开的电外科系统和方法使用基于在电外科过程中治疗的组织的阻抗而提供希望的功率水平的二级功率转换器。二级功率转换器包含升压转换器和相位偏移脉冲宽度调制(PS-PWM)共振逆变器。升压转换器将输入的直流电流转换成希望的直流电流，并且PS-PWM共振逆变器将希望的直流电流逆变为适于给定的电外科过程的希望的交变电流。

升压转换器由基于电流编程模式或电压控制模式和电流编程模式产生的控制信号控制。PS-PWM共振逆变器由具有希望的固定相位的控制信号控制。用于控制升压转换器和PS-PWM共振逆变器的信号基于输出特性，例如基于输出特性是恒定电流、恒定功率还是恒定电压而被确定。