本發明涉及一種被配置為將高頻交流電壓輸出到電外科器械的電外科發生器。電外科發生器包括發生單元，該發生單元生成待供應到至少兩個輸出插座的高頻(hf)交流電壓，這些輸出插座被配置為同時連接并激活電外科器械。

背景技術：

1、在電外科或高頻手術中，使用諸如電刀的電外科器械，以將高頻交流電施加到人體中的組織。通常，使用約200khz至高達4000khz的射頻范圍內的高頻。這導致組織的局部加熱。因此，通過加熱來切割或切斷組織，并且通過熱切除術將組織去除。這樣做的一個主要優點在于，通過將受影響的血管閉合，可以在切割的同時進行止血，并且電外科器械可以被用于其他應用，例如凝血。不同類型的應用需要不同的電外科器械。

2、對于某些應用，可能需要同時使用多于一個、特別是兩個電外科器械(雙激活)來執行手術任務。為了做到這一點，可以使用單獨的電外科發生器，為每個電外科器械使用一個電外科發生器。遇到的一個典型問題是，由發生器生成的高電壓的輸出之間可能會發生干擾。如果兩個頻率彼此接近但不完全匹配，則這種干擾可能包括不需要的低頻拍，與聲學領域中遇到的現象類似。此外，人體中會產生交叉電流，該交叉電流從電外科器械中的一者流向另一者。這種交叉電流阻礙了對輸送到電外科器械的電流/功率的適當控制，因此對操作安全不利。除此之外，另一個成本高昂的困難是必須提供兩個電外科發生器。

3、如果使用具有雙逆變器和輸出級的單個電外科發生器，從而允許電外科器械的雙重激活，則可能會遇到類似的情況。然而，避免不必要的干擾仍然很困難。這可以通過使用以交替方式向兩個輸出端供應的單個逆變器來緩解。然而，這限制了對具有小于50％占空比的調制模式的使用，這是一個很大的限制。

4、還設想了，在兩個輸出端上進行功率測量。然而，這也有缺點，那就是僅對具有相同設置和模式的輸出端是可行的。此外，這些雙輸出端中的每一者之間的真實功率分布仍然未知。

5、另一種方法是向雙輸出端供應具有兩個不同基頻的電壓，并且使用goertzel型濾波器對兩個輸出端的測量值進行離散傅里葉變換(dft)(ep?3?912?580?a1)。如果該基頻不是完全正交的，則它們之間將會重疊，所述重疊會在goertzel陣列圖中產生不連續性。這被用于檢測是否發生顯著的交叉傳導。如果超過某個閾值，則作為安全措施，hf產生和輸出將被關停。作為另一種變體，基于這種方法，可以測量節拍振幅，以便確定電阻的大小。然而，這樣最多只能估算出橫向電流，而不能精確確定由連接到任一輸出端的相應電外科器械實際注入到工作組織中的工作電流。結果，盡管這可能是一種可行的安全裝置，但是對由相應電外科器械輸送的能量的控制仍需要改進。

技術實現思路

1、因此，本發明的目的是提供一種具有雙輸出端的改進的電外科發生器，以減少這一缺點。

2、一種配置成將高頻交流電壓輸出到電外科器械的電外科發生器，該電外科發生器包括：第一hf發生單元，所述第一hf發生單元將具有第一頻率的第一高頻交流電壓供應到第一輸出端；第二hf發生單元，所述第二hf發生單元將具有與所述第一頻率不同的第二頻率的第二高頻交流電壓供應到第二輸出端，所述第一輸出端和所述第二輸出被配置為與第一電外科器械和第二電外科器械連接，使得在激活狀態下，第一電流流過所述第一電外科器械，并且同時，第二電流流過所述第二電外科器械；以及中央控制單元，所述中央控制單元被配置為控制所述電外科發生器的操作，所述中央控制單元包括用于同時操作所述第一hf發生單元和所述第二hf發生單元的逆變器控制器，其中，根據本發明，所述逆變器控制器被配置成被配置為接收計算出的工作電流作為輸入信號，其中，所述工作電流是由與所述逆變器控制器通信連接的工作電流計算裝置獲得的，所述工作電流計算裝置包括觀測器單元，所述觀測器單元被配置為基于通過在所述第一輸出端和所述第二輸出端處的實際電流輸出的雙重測量而獲得的測量值來間接地確定所述第一工作電流和所述第二工作電流。

3、在下文中，解釋了本發明的上下文中使用的一些表達。

4、在電外科發生器領域中，“高頻”是指通常在200khz和4000khz之間的范圍內的頻率，其也被稱為射頻(rf)。

5、“高壓”通常是指高達10kv、優選地高達4000v、更優選地為至少10v的電壓。

6、在本發明的上下文中，觀測器單元被理解成是一種設計成根據其輸出端的測量來確定系統狀態的裝置。其被配置為通過使用由該系統輸出的參數和其他測量變量來確定不可訪問或至少不能直接訪問的變量或狀態。控制系統領域的技術人員已知曉各種這樣的觀測器。

7、所述逆變器控制器是一種為連接到所述輸出插座的手術器械提供實際高頻交流電壓輸出的裝置。該術語相當寬泛，并且包括逆變器技術以及轉換器和放大器。

8、在所述電外科發生器的激活狀態下，交叉電流是由輸出端發出的總電流的一部分，該電流流向另一個輸出端。工作電流是所述總電流的另一部分，該工作電流實際上從所述輸出端經由所述電外科器械流向待處理的組織(并且在雙極配置的情況下，返回到同一的輸出端，或者在單極配置的情況中，返回到單獨的中性貼片電極)。所述工作電流和所述交叉電流形成相應輸出端的(總)電流。該(總)電流由設置在所述輸出端和/或輸出線處的傳感器測量。

9、根本的問題在于，無法直接測量從所述電外科器械實際輸送到待處理組織的所述工作電流。這在很大程度上是由于所述雙輸出端之間交叉電流的存在。

10、本發明已經認識到，通過使用所述工作電流(或產生的功率)作為控制信號，可以實現對所述輸出端和由其供電的電外科器械的改進控制，盡管所述工作電流不能被直接測量到。雖然乍一看這似乎是矛盾的，但是本發明已經意識到，由此可以克服已知構思所經歷的困難。

11、本發明的核心是使用計算出的而非測量的工作電流，因為不可能進行直接測量，并且旨在創建觀測器單元，該觀測器單元被配置為基于測量值來間接確定所述工作電流，特別是任一輸出端的(總)電流輸出(其可以直接測量到)。然后，使用將由此確定的兩個輸出端的這些工作電流，作為所述中央控制單元的輸入信號。

12、本發明利用了這樣一個事實，即：由于所述第一hf發生單元和所述第二hf發生單元，在所述第一輸出端處施加具有第一頻率的電壓，并且在所述第二輸出端處施加具有不同的第二頻率的電壓，從而產生拍頻和交叉電流。然而，一旦出現交叉電流，在任一輸出端處所測量到的電流均將是兩種頻率的電流的組合。本發明已經認識到，這不僅可以被用于檢測交叉電流的存在，而且該雙頻特性也可以被用于確定由所述輸出端輸送的電流中的作為實際工作電流的部分。

13、因此，本發明允許直接確定用于兩個輸出端的單獨工作電流。這允許大大改善對由相應的電外科器械輸送的能量的控制。此外，可以有效地避免現有技術中僅通過估計遇到的不確定性。可以提高控制質量以及所述電外科發生器的操作安全性，并且可以有效地降低因未檢測到或錯誤估計的過電流和/或交叉電流而給患者帶來的風險。優選地，所述觀測器單元包括傅里葉級數近似裝置和自動系數確定裝置，所述傅里葉級數近似裝置被配置為通過雙傅里葉級數來實際計算近似值，所述裝置中的一者用于所述第一工作電流，而另一個者用于所述第二工作電流，并且所述自動系數確定裝置被配置為：基于所述雙電流輸出端的測量值來計算所述雙傅里葉級數近似值的系數，并且將所述系數傳送到所述傅里葉級數近似裝置。如本領域技術人員所知，通過選擇所述傅里葉級數的階數，可以確定近似值的質量。高階可以提供更精確的結果，然而，這不是必須的。在優選實施方式中，對一階的近似值(即相對于基頻)將在足夠精確的結果與所需的計算工作/處理能力之間提供最佳值。

14、首先，將使用作為一階(基頻)的近似值的簡化傅里葉級數來解釋自動系數確定裝置。其使用所述第一輸出端的可測量(總)電流輸出i1的k個測量樣本來確定圍繞所述第一頻率f1的傅里葉級數的偏移系數：

15、

16、以及兩個一階系數：

17、

18、使用△作為采樣時間。

19、同樣，基于所述第二輸出端的可測量(總)電流輸出i2，確定偏移系數：

20、

21、以及所述兩個一階系數：

22、

23、對于圍繞所述第二頻率f2的第二傅里葉級數也要執行同樣的操作，從而產生一組另外六個系數。如由所述自動系數確定裝置所確定的這些系數被提供給所述觀測器單元的所述傅里葉級數近似裝置。

24、在具有兩個單極電外科器械的系統中，在所述觀測器單元中實現了對流過與所述第一輸出端連接的所述電外科器械的實際工作電流(第一工作電流iw1)以及流過與所述第二輸出端連接的所述電外科器械的實際工作電流(第二工作電流iw2)的確定，如下所示，其中，i(k)表示單個測量值：

25、

26、根據基爾霍夫電流定律，通過從所述第一工作電流iw1(或第二工作電流iw2)中減去相應的測量總電流i1(或i2)，可以很容易確定所述交叉電流icross。相應的電壓為vcross。

27、該阻抗z的相應電阻r根據以下方程式計算，其中，被縮寫為其表示由電壓與電流之間的相移確定的功率因數：

28、

29、基于所述電流，可以根據以下方程式確定由任一輸出端輸送的功率信號：

30、

31、作為所述控制的輸入和輸出信號，每個參數的均方根(rms)值均為在所述采樣時間等于滑動窗口的周期時間的情況下測量的。由于所述阻抗的原因，建議將所述功率計算為所述電阻的函數。接下來，所述平均功率可以根據以下方程式來計算：

32、

33、對于具有兩個雙極電外科器械的系統，所述實際工作電流的確定類似于所述單極系統中的確定。根據基爾霍夫電流定律，以下適用于所述交叉電流

34、icross1＝-icross2＝iw1-i1

35、使用以下方程式來計算所述交叉電阻rcross1和rcross2之和：

36、

37、假設，rcross1等于rcross2，則假設相應的電壓vcross1和vcross2根據以下方程式而相關：

38、

39、每個器械的平均功率根據以下方程式確定：

40、

41、將每個器械的功率與相應的參考功率進行比較，并且可以在功率控制中進行控制。

42、對于電流控制，每個器械的所述輸出電流i1和i2的均方根值可以通過操縱所述輸出電壓來控制。

43、對于電壓控制，將所述輸出電壓與所述交叉阻抗的電壓降進行比較，并且使用最大值作為通過所述輸出電壓本身來操縱的受控變量。

44、本發明的一個重要優點在于，這是在兩個不同的頻率fl和f2下完成的。因此，可用系數的數量將翻倍，從而使所述觀測器單元不僅能夠計算可測量的總電流輸出，而且能夠計算流過所述電外科器械并進入到待處理組織中的不可測量的工作電流。因此，可以實現以前無法實現的所述電流確定的精度和粒度。

45、如可以容易地理解的，考慮到所述第一工作電流和第二工作電流，可以確定其他電參數，如電壓(包括交叉電壓)和/或其他電流(優選地為交叉電流)。還可以確定相應電流、電壓和功率的均方根值(rms)。

46、有利地，所述觀測器單元還包括相位角確定模塊，該相位角確定模塊被配置為分別確定所述第一輸出端和第二輸出端的電壓與所述第一電流和/或第二電流之間的相位角。這允許對任一輸出端處的電壓與電流之間的相移作出適當的考慮。這對于評估由所述電外科器械傳遞到所述組織的有效功率以及能量非常重要。此外，所述相位角確定模塊有助于確定均方根值。

47、為了有效地計算所述傅里葉變換，所述觀測器單元有利地包括用于所述測量值的數據處理的滑動窗口裝置。有利地，所述滑動窗口具有可變長度，該可變長度優選地根據所述第一頻率、所述第二頻率以及所述第一頻率與所述第二頻率之間的頻率差來確定。這就能使所述滑動窗口的長度與所使用的頻率適當匹配。為了計算效率，優選地，可以使用快速(fft)或離散(dft)傅里葉變換，然而，這不是必須的。

48、優選地，所述滑動窗口裝置包括公分母計算單元，并且優選地，被配置為對于所述滑動窗口的長度使用公分母的倒數。因此，所述滑動窗口可以適應所述頻率，從而減少不必要的頻譜泄漏。對于所述滑動窗口的長度使用最大(或第二大)公分母的倒數是特別有利的。這導致，短窗口相對于頻率分辨率和避免頻譜泄漏方面提供了最佳效果。

49、雖然流過所述電外科器械的實際電流是更重要的參數，但是解決所述交叉電流也可能是有益的。為此，有利地提供了交叉電流檢測器，所述交叉電流檢測器被配置為在激活狀態下確定所述第一輸出端與所述第二輸出端之間的交叉電流。這允許用于更精確地計算電外科發生器在其雙輸出端處的總功率輸出。此外，這使得能夠正確考慮所述交叉電流。該交叉電流檢測器還優選地協作地連接到交叉電流調節器，該交叉電流調節器被配置為調節所述第二hf發生單元的電特性(特別是電壓、電流和/或頻率)，以便控制所述交叉電流。

50、優選地，所述第一hf發生單元和所述第二hf發生單元的輸出端分別由相應的第一hf發生控制器和第二hf發生控制器來獨立地控制，優選地使用所述第一工作電流和所述第二工作電流，并且可選地，還使用所述交叉電流作為輸入變量(和/或相應的阻抗)。使用獨立的控制器允許用于對所述電外科器械處的變化阻抗做出最具體的響應，特別是由于應用了相應的電外科器械的組織的不同特性。待治療組織的負載阻抗是一個重要參數，并且可以通過將測量的電壓除以由所述觀測器單元確定的工作電流而被很容易地計算出。如果所述第一發生控制器和所述第二發生控制器能夠應用各種控制法則，優選地為“電流控制”和/或“功率控制”，可選地，也可以是“電壓控制”，則這是有利的。如果要選擇性地采用各種控制法則、特別是根據相應電外科器械的負載和/或功率，則這是特別優選的。如果處理一個以上的控制法則，并且比較每個控制法則的輸出并選擇一者，則這是特別優選的。例如，對于每個控制法則來確定實際值與參考值之間的誤差，并且由選擇裝置使用的具有最小誤差的控制法則來確定用于進一步控制(“電流控制”)的設定點旨在維持電流，從而維持由所述電外科器械實現的組織效果。這對于相當低的負載阻抗特別有用。“功率控制”能夠精確控制每次輸送到所述電外科器械的能量。如上述p1和p2的功率方程中所示，考慮了對于工作電流以及交叉電流的計算值。這對所述電外科器械處的中等負載阻抗特別有用。對于所述電外科器械處的相當高的負載阻抗，提供了“電壓控制”，例如，使得確保輸出和施加的電壓在所述電外科器械和患者的安全限度內。各種控制法則可以被單獨或并行使用，例如利用基礎電壓控制進行的電流控制。進一步優選地，提供了一種解耦控制器，其被配置為獨立控制所述第一hf發生單元和所述第二hf發生單元，所述解耦控制器與所述觀測器單元交互。因此，借助所述觀測器單元并且特別是所計算出的工作電流，可以實現對于所述電外科器械在所述兩個輸出端處的控制解耦。因此，即使考慮到所述第一hf發生單元和所述第二hf發生單元通過所述交叉電流來電連接，也可以使它們之間的不利干擾最小化或避免該干擾。這是應用適當控制的一個主要優勢。重要的是要注意，所述第一hf發生控制器和所述第二hf發生控制器能夠彼此獨立地操作，這包括它們被配置為應用不同的控制法則。

51、然而，也可以將這些第一hf發生單元和第二hf發生單元形成為組合單元，該組合單元使得能輸出夠彼此獨立的所述第一高頻交流電壓和所述第二高頻交流電壓。因此，具有不同電壓和頻率的所述第一頻率和所述第二頻率可以由單個組合單元生成。為此，該組合單元優選為具有多個逆變器單元的多電平逆變器，其中，所述多個逆變器單元的第一部分被配置為生成所述第一高頻交流電壓，而所述多個逆變器單元的第二部分被配置為生成所述第二高頻交流電壓。因此，可以以非常有效的方式生成用于雙輸出的所述第一頻率和所述第二頻率，并且如果僅供應一個輸出端，則同一逆變器可以替代地與一組中的所有逆變器單元一起使用。這以最小的努力實現了更高的通用性。

52、多電平逆變器是一種能夠在不同電平下發出輸出電壓的逆變器單元，而不是僅提供具有正極和/或負極的開/關輸出端。典型的拓撲結構包括但不限于級聯h橋、中性箝位和飛跨電容器。

53、出于實際目的，如果選擇所述第一頻率、所述第二頻率以及所述第一頻率與所述第二頻率之間的頻率差，使得它們的相應值是一個合數，即非質數，這是有益的。由于是非質數，因此可以為所述第一頻率、所述第二頻率和不同的頻率建立一個相當大的公分母，從而允許所述滑動窗口的長度相當短，以用于實現良好的頻譜分辨率并且使頻譜泄漏最小化。