一種射頻發(fā)生器及利用該射頻器產(chǎn)生射頻能量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種射頻發(fā)生器及利用該射頻器產(chǎn)生射頻能量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)用射頻發(fā)生器，是高頻類手術(shù)設(shè)備的硬件核心部件。又稱其為醫(yī)用高頻發(fā)生器。高頻類手術(shù)設(shè)備，廣泛用于對(duì)目標(biāo)組織的消融、凝血、切割。目前，高頻類手術(shù)設(shè)備，已經(jīng)成為外科手術(shù)或微創(chuàng)腫瘤治療不可或缺的醫(yī)用電子設(shè)備。
[0003]目前市面上的各類、各品牌的高頻類手術(shù)設(shè)備，其高頻發(fā)生器可分為兩大類:一類是以高頻電刀為代表的設(shè)備。另一類是以射頻消融系統(tǒng)為代表的設(shè)備。
[0004]以高頻電刀為代表的設(shè)備，沒(méi)有功率放大器單元，利用高頻功率振蕩器直接將輸入電源轉(zhuǎn)換為所需頻率和功率的結(jié)構(gòu)。其中，高頻功率振蕩器主要有三種形式:火花式振蕩器、電子管式振蕩器、固體振蕩器。高頻電刀的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于沒(méi)有高頻功率放大器單元，是通過(guò)振蕩間隙時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出功率大小的。高頻電刀的特點(diǎn)是:(I)輸出電壓高，最大開(kāi)路峰峰電壓值Vp-p可達(dá)數(shù)千伏。(2)能適應(yīng)的負(fù)載阻抗范圍大，負(fù)載從30 Ω-1500 Ω皆能獲得預(yù)期的輸出功率。高頻電刀的設(shè)定功率隨負(fù)載變化曲線如圖5-1所示。(3)應(yīng)用科室廣泛，幾乎所有科室都可以用于對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)組織的切割和凝血。(4)但并不適合與對(duì)目標(biāo)組織的消融和治療，包括心臟消融、肝臟腫瘤消融、甲狀腺消融和治療等。其原因在于:
(I)輸出電壓一直處于很高的狀態(tài)且其電壓值是相對(duì)固定的，輸出功率的大小僅與其間隙時(shí)間大小有關(guān)。高頻電刀在不同功率設(shè)置下，負(fù)載為100 Ω時(shí)的輸出波形如圖7-1、圖7-2和圖7-3所示。無(wú)論是心臟消融還是肝臟腫瘤消融，其病灶組織的阻抗主要集中在低阻區(qū)域，上述那么高的電壓注入病灶時(shí)，極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)令電極周圍組織碳化，能量無(wú)法繼續(xù)注入病灶，不能達(dá)到預(yù)期的消融范圍，且伴有劇烈的電火花，潛在的風(fēng)險(xiǎn)巨大。(2)為了調(diào)整輸出功率大小，除主載頻率(200ΚΗζ-1000ΚΗζ)外，還包括頻率為f = 1/(TQN+TQFF)的低頻調(diào)制波，該頻率大都選在10KHz-30KHz范圍，這個(gè)頻段的電流對(duì)人體肌肉和神經(jīng)有一定的刺激作用。
[0005]以射頻消融系統(tǒng)為代表的設(shè)備，利用功率放大器單元將輸入電源轉(zhuǎn)換為所需頻率和功率的結(jié)構(gòu)。高頻功率放大器單元主要有四種形式:A類、B類、AB類、C類。射頻消融儀的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示?，F(xiàn)有射頻消融設(shè)備的特點(diǎn)是:(I)為減少對(duì)肌肉和神經(jīng)的刺激，以及減少或避免對(duì)治療電極臨近組織的碳化程度，必須以恒功率方式輸出連續(xù)高頻等幅度波。因此，高頻電刀的功率調(diào)整方式并不適合于用于消融或治療的射頻設(shè)備。(2)功率放大器單元為模擬放大器，即功率放大管猶如一個(gè)可變電阻，高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度越大，功率放大管打開(kāi)得更多，導(dǎo)通電阻越小，流過(guò)的輸出電流越大，則負(fù)載獲得的功率越大;高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度越小，功率放大管打開(kāi)得更小，導(dǎo)通電阻越大，流過(guò)的輸出電流越小，則負(fù)載獲得的功率越小。由于功放管自身?yè)p耗較大，需要采用較大的散熱器、散熱風(fēng)機(jī)等散熱措施。(3)輸出電壓低，最大開(kāi)路峰峰電壓值Vp-p—般在800V以下。由于射頻消融系統(tǒng)主要工作在低阻區(qū)域，輸出電壓不能太高，若電壓過(guò)高，達(dá)不到對(duì)病灶的消融或治療的目的。(4)恒功率區(qū)域的負(fù)載阻抗范圍小，且集中在低阻區(qū)域。以肝臟射頻消融設(shè)備為例，其恒功率的負(fù)載范圍為10 Ω-150Ω。若要增加恒定功率的負(fù)載范圍的上限值，則必須增加功率放大器單元的直流輸入電壓，則當(dāng)工作在低阻抗區(qū)域時(shí)，模擬功率放大器單元的功放管需要承受更高的管壓降，功耗增加，可靠性進(jìn)一步降低。(5)用于不同科室的射頻產(chǎn)品的恒功率區(qū)域的負(fù)載阻抗范圍差別巨大。肝臟射頻消融的設(shè)定功率隨負(fù)載變化曲線如圖5-2所示。(6)特別適合對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)組織的消融或治療。(7)由于最大輸出電壓較低，阻抗上升后，輸出功率急劇下降，在高阻抗區(qū)的負(fù)載所能獲得的功率很少，無(wú)法對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行切割作用。
[0006]綜上所述，高頻電刀的負(fù)載從30Ω-1500 Ω皆能獲得預(yù)期的輸出功率，應(yīng)用科室廣泛，幾乎所有科室都可以用于對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)組織的切割和凝血，但不適合與對(duì)目標(biāo)組織的消融和治療。而射頻消融設(shè)備的恒功率的負(fù)載區(qū)間較窄，主要工作在低阻等特定的阻抗區(qū)域，特別適合對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)組織的消融或治療，但又無(wú)法對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行切割作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種射頻發(fā)生器及利用該射頻器產(chǎn)生射頻能量的方法，其既可以作用于目標(biāo)組織的切割和凝血，又可以作用于目標(biāo)組織的消融或治療。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種射頻發(fā)生器，包括依次連接的輸入電壓?jiǎn)卧?、智能電源單元、電壓采集單元、功率放大單元、輸出單元和?fù)載單元;電壓采集單元與智能電源單元之間連接有處理器單元；功率放大器單元與處理器單元之間設(shè)有電流采集單元;其中，輸入電壓?jiǎn)卧?，用于為智能電源單元提供直流電?智能電源單元，用于為功率放大器單元提供可變的直流電壓；電壓采集單元，用于采集智能電源單元的實(shí)際輸出電壓；電流采集單元，用于采集智能電源單元的實(shí)際輸出電流;處理器單元，用于根據(jù)采集到的實(shí)際輸出電壓和實(shí)際輸出電流得出智能電源單元的實(shí)際輸出功率和負(fù)載單元的實(shí)際阻抗和獲得的實(shí)際功率，將智能電源單元的實(shí)際輸出功率和負(fù)載單元的實(shí)際阻抗與預(yù)設(shè)值分別進(jìn)行，并根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)智能電源單元的輸出電壓或輸出功率，使智能電源單元的實(shí)際輸出功率與預(yù)設(shè)功率保持一致，使負(fù)載單元獲得預(yù)期的射頻能量；以及信號(hào)發(fā)送與驅(qū)動(dòng)單元，與功率放大器單元的驅(qū)動(dòng)端連接，用于產(chǎn)生高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率放大器單元工作。
[0009]進(jìn)一步地，智能電源單元的輸出電壓值、輸出電流值和輸出功率值不是固定的，而是根據(jù)外部的不同需要，可以自由調(diào)節(jié)的。
[0010]進(jìn)一步地，智能電源單元為開(kāi)關(guān)電源變換器，其包括依次并聯(lián)連接的第一電容C21、第一晶體管Q21、第二電感L22、第三電容C23;第一電容C21的正極性端與第一晶體管Q21的漏極之間串聯(lián)有第一電感L21，且第一電感L21的同名端與第一電容C21的正極性端連接;第一晶體管Q21的柵極與處理器單元的Pmi端連接;第二電感L22的異名端與第三電容C23之間依次串聯(lián)有第二電容C22和二極管D21，且二極管D21的陰極與第三電容C23的正極性端連接，第二電容C22的正極性端與第二電感L22的異名端連接。
[0011]進(jìn)一步地，電壓采集單元包括串聯(lián)后并聯(lián)連接在第三電容C23的兩端的第一電阻R31和第二電阻R32，第一電阻R31和第二電阻R32的連接節(jié)點(diǎn)連接至處理器單元的電壓采集端口。
[0012]進(jìn)一步地，電流采集單元包括與功率放大器單元連接的第三電阻R41，第三電阻R41與功率放大器單元的連接節(jié)點(diǎn)連接至處理器單元的電流采集端口。
[0013]進(jìn)一步地，輸出單元包括高頻隔離變壓器、輔助電極和治療電極監(jiān)測(cè)、控制單元。
[0014]進(jìn)一步地，射頻發(fā)生器還包括與處理器單元連接的用于輸入控制命令的輸入控制單元。
[0015]—種利用上述射頻發(fā)生器產(chǎn)生射頻能量的方法，包括以下步驟:
[0016]S1:通過(guò)智能電源單元為功率放大器提供直流電源，并對(duì)智能電源單元的實(shí)際輸出電壓和實(shí)際輸出電流進(jìn)行采集，根據(jù)采集到的信息得出智能電源單元的實(shí)際輸出功率和實(shí)時(shí)等效阻抗，以及計(jì)算出負(fù)載單元的實(shí)際阻抗和獲得的實(shí)際功率；
[0017]S2:將智能電源單元的實(shí)際輸出功率與預(yù)設(shè)功率進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)智能電源單元的占空比，使智能電源單元的輸出功率恒定于預(yù)設(shè)功率；
[0018]S3:比較負(fù)載單元的實(shí)際阻抗與預(yù)設(shè)阻抗的閾值大小，根據(jù)比較結(jié)果，自動(dòng)控制射頻能量繼續(xù)輸出或停止輸出。
[0019]進(jìn)一步地，步驟SI具體包括以下步驟:
[0020]Sll:通過(guò)智能電源單元為功率放大器提供直流電源，并對(duì)智能電源單元的實(shí)際輸出電壓和實(shí)際輸出電流進(jìn)行采集，得到智能電源單元的實(shí)際輸出電壓和實(shí)際輸出電流；
[0021]S12:根據(jù)P2Q = V* I計(jì)算得出智能電源單元的實(shí)際輸出功率;根據(jù)R2Q = V/1計(jì)算得出智能電源單元的實(shí)際阻抗；
[0022]S13:根據(jù)負(fù)載單元獲得的實(shí)際功率Po = P2q—(功率放大器損耗+輸出單元損耗)，而功率放大器和輸出單元的損耗是可知的，且很小，由智能電源單元的實(shí)際輸出功率計(jì)算得出負(fù)載單元獲得的實(shí)際功率。
[0023]S14:根據(jù)輸出單元中的高頻隔離變壓器的初級(jí)、次級(jí)繞組比例關(guān)系，由智能電源單元的實(shí)際阻抗計(jì)算得出負(fù)載單元的實(shí)際阻抗。
[0024]進(jìn)一步地，步驟S2具體操