ES2998497T3 - Electrosurgical generator control system - Google Patents

Abstract

Se describen sistemas y métodos para mejorar los resultados quirúrgicos proporcionando generadores que tienen una salida de RF óptima para sellar, fusionar y/o cortar tejido o vasos bajo todas las condiciones dinámicas. Los ejemplos de condiciones dinámicas pueden incluir la variación de la carga de impedancia del tejido debido a operaciones electroquirúrgicas o efectos del tejido, cualquier condición operativa y comandos determinados por el cirujano, procedimiento quirúrgico y/o secuencia de comandos del dispositivo. Esto se logra implementando un sistema de control de bucle cerrado digital dentro del generador electroquirúrgico para regular el voltaje, la corriente y la potencia de la salida de RF. El sistema de control de bucle cerrado digital puede incluir un amplificador de RF para generar energía de RF, un sistema de retroalimentación para monitorear constantemente las características eléctricas, por ejemplo, voltaje, corriente y potencia, de la energía de RF suministrada a un instrumento electroquirúrgico conectable y un microcontrolador para procesar datos de medición del sistema de retroalimentación y ajustar la salida del amplificador de RF para cumplir con un objetivo de regulación deseado bajo cualquier condición variable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de control del generador electroquirúrgico

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sistema de control digital de bucle cerrado para su uso con un generador electroquirúrgico para regular dinámicamente la salida del generador para proporcionar energía de radiofrecuencia (RF) óptima para sellar, fusionar y/o cortar tejidos o vasos sanguíneos.

Antecedentes

Los dispositivos o instrumentos manuales electroquirúrgicos han llegado a estar disponibles para utilizar energía de radiofrecuencia (RF) para realizar determinadas tareas quirúrgicas. Los instrumentos electroquirúrgicos pueden incluir uno o más electrodos que están configurados para ser alimentados con energía eléctrica desde un generador electroquirúrgico. La energía eléctrica se puede utilizar para fundir, sellar o cortar tejido al que se aplica. Ejemplos de tales instrumentos electroquirúrgicos o quirúrgicos pueden incluir pinzas, tijeras, tenacillas, cuchillas o agujas.

Los instrumentos electroquirúrgicos caen normalmente dentro de dos clasificaciones: monopolar y bipolar. En instrumentos monopolares, se suministra energía eléctrica a uno o más electrodos en el instrumento con alta densidad de corriente mientras un electrodo de retorno separado está acoplado eléctricamente a un paciente y a menudo está diseñado para minimizar la densidad de corriente. Los instrumentos electroquirúrgicos monopolares pueden ser útiles en determinados procedimientos, pero pueden incluir un riesgo de ciertos tipos de lesiones del paciente, tales como quemaduras eléctricas, atribuibles a menudo al menos parcialmente al funcionamiento del electrodo de retorno. En instrumentos electroquirúrgicos bipolares, uno o más electrodos están acoplados eléctricamente a una fuente de energía eléctrica de una primera polaridad y uno o más electrodos adicionales están acoplados eléctricamente a una fuente de energía eléctrica de una segunda polaridad opuesta a la primera polaridad. Los instrumentos electroquirúrgicos bipolares, que funcionan sin electrodos de retorno separados, pueden entregar señales eléctricas a un área de tejido enfocado con riesgos reducidos.

Sin embargo, incluso con los efectos quirúrgicos relativamente enfocados de los instrumentos electroquirúrgicos bipolares, los resultados quirúrgicos a menudo dependen en gran medida de la habilidad del cirujano. Se han fabricado generadores mejorados para reducir esta dependencia y un ejemplo de tal generador se describe en la solicitud de patente europea, número de publicación EP 2574300 A1.

Compendio

Según la presente invención, se proporciona un sistema de control digital de bucle cerrado, como el expuesto en la reivindicación 1, para uso con un generador electroquirúrgico que suministra energía electroquirúrgica de RF a un sitio quirúrgico.

Breve descripción de los dibujos

La presente descripción se describe junto con las figuras adjuntas:

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un generador electroquirúrgico que tiene un sistema de control digital de bucle cerrado según la presente invención.

La FIG. 2 es una vista en perspectiva de un dispositivo manual electroquirúrgico, para su uso con la presente invención.

La FIG. 3 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de un dispositivo manual electroquirúrgico para su uso con la presente invención.

La FIG. 4 representa un diagrama de bloques de un generador electroquirúrgico de un sistema electroquirúrgico según diferentes realizaciones de la presente invención.

La FIG.5 representa, con mayor detalle, un diagrama de bloques de una realización de un sistema de realimentación. La FIG. 6 representa, con mayor detalle, un diagrama de bloques de un microcontrolador primario dentro de un sistema de control de un generador electroquirúrgico.

Las FIGS. 7-8 son una ilustración esquemática de modos operativos y bloques funcionales de diferentes circuitos y sistemas dentro de un microcontrolador primario de un sistema de control electroquirúrgico de la presente invención. La FIG. 9 representa un diagrama de bloques de un sistema de control de un generador electroquirúrgico que funciona en un modo de regulación pasiva.

La FIG. 10 es un diagrama de flujo de una operación o proceso en modo de regulación pasiva de un generador electroquirúrgico.

En las figuras adjuntas, los componentes y/o características similares pueden tener la misma etiqueta de referencia. Cuando se utiliza la etiqueta de referencia en la memoria descriptiva, la descripción es aplicable a cualquiera de los componentes similares que tienen la misma etiqueta de referencia.

Descripción detallada

La siguiente descripción proporciona una realización o realizaciones ejemplares preferidas solamente, y no pretende limitar el alcance, aplicabilidad o configuración de la descripción.

Esta descripción se refiere en general a sistemas electroquirúrgicos. Se refiere específicamente a una nueva generación de generadores electroquirúrgicos capaces de regular la tensión, la corriente y la potencia de la salida de RF bajo cargas de impedancia y condiciones de control que cambian dinámicamente.

Las realizaciones de la presente invención se dirigen a sistemas para mejorar los resultados quirúrgicos proporcionando sistemas de control para controlar generadores para que tengan una salida de RF óptima para sellar, fusionar y/o cortar tejido o vasos sanguíneos en todas las condiciones dinámicas tales como, por ejemplo, variar la carga de impedancia del tejido debido a operaciones electroquirúrgicas o efectos en el tejido y cualesquiera condiciones operativas y comandos determinados por el cirujano, el procedimiento quirúrgico y/o el script del dispositivo. Esto se logra implementando un sistema de control digital de bucle cerrado para regular la tensión, la corriente y la potencia de la salida de RF. El sistema de control digital de bucle cerrado puede incluir un amplificador de RF para generar energía de RF, un sistema de realimentación para medir y monitorizar constantemente las características eléctricas, p. ej., tensión, corriente y potencia, de la energía de RF suministrada a un instrumento electroquirúrgico conectable y un microcontrolador para procesar datos de medición del sistema de realimentación y ajustar la salida del amplificador de RF para cumplir con un objetivo de regulación deseado en cualquier condición variable.

Según las realizaciones de la presente invención, el sistema de realimentación mide, a través de al menos un canal, la salida de RF analógica y digitaliza las mediciones. El sistema de realimentación en diferentes realizaciones recoge sus mediciones de tensión y de corriente simultáneamente desde el amplificador de RF y digitaliza las mediciones a través de convertidores de analógico a digital (ADC). El sistema de realimentación está configurado para procesar los valores digitalizados, para derivar componentes reales e imaginarios de la salida de RF de tensión y de corriente, y para suministrar los componentes reales e imaginarios al microcontrolador primario.

Según las realizaciones de la presente invención, el microcontrolador primario calcula valores de error individuales para tensión, corriente y potencia y, basándose en los valores de error individuales, selecciona un modo de regulación. El microcontrolador primario en diferentes realizaciones calcula, utilizando algoritmos específicos, un factor de ganancia variable específico para cada modo de regulación que permite que el sistema electroquirúrgico según las realizaciones de la presente invención tenga una respuesta de etapa críticamente amortiguada en cualquier condición variable, p. ej., quirúrgica, operativa o de procedimiento.

A continuación, el sistema electroquirúrgico según la presente invención se explica en detalle con secciones que describen individualmente: el generador electroquirúrgico, el instrumento electroquirúrgico y el sistema y método de control digital de bucle cerrado utilizados según las realizaciones de la presente invención para proporcionar una salida de RF óptima en cualquier condición de cambio dinámicamente exterior.

Se puede proporcionar un generador electroquirúrgico que controla la entrega de energía electroquirúrgica o de radiofrecuencia (RF), ajusta la energía de RF y, en diferentes realizaciones, mide y monitoriza propiedades eléctricas, p. ej., fase, corriente, tensión y potencia, de la energía de RF suministrada a un instrumento electroquirúrgico conectable para garantizar un sellado, fusión y/o corte óptimos de tejidos o vasos sanguíneos. El generador puede incluir un sistema de realimentación que determina tales propiedades eléctricas y a través de un microcontrolador regula y/o controla un amplificador de RF que genera la energía de RF requerida para proporcionar la salida de RF óptima para sellar, fundir y/o cortar tejido o vasos sanguíneos en condiciones dinámicas, tales como por ejemplo, cargas variables, condiciones de procedimiento u operativas.

Con referencia en primer lugar a FIGS. 1-2, se ilustra un sistema electroquirúrgico ejemplar para su uso en procedimientos quirúrgicos. Como se muestra en estas figuras, el sistema electroquirúrgico puede incluir un generador electroquirúrgico 10 y una herramienta o instrumento electroquirúrgico 20 conectable de manera extraíble. El dispositivo o instrumento manual electroquirúrgico 20 puede estar acoplado eléctricamente al generador 10 a través de una conexión cableada con una llave o conector 21 de dispositivo extendiéndose desde el instrumento 20 hasta un conector de dispositivo o puerto 12 de acceso en el generador 10. El instrumento electroquirúrgico 20 puede incluir indicadores de audio, táctiles y/o visuales para informar a un usuario de un estado particular o predeterminado del instrumento 20 tal como, por ejemplo, un inicio y/o un final de una operación de fusión. En algunas realizaciones, un controlador manual tal como un interruptor de mano o de pie puede ser conectable al generador 10 y/o instrumento 20 para permitir un control selectivo predeterminado del instrumento tal como para comenzar una operación de fusión.

El generador electroquirúrgico 10 incluye un dispositivo 14 de visualización que puede indicar el estado del sistema electroquirúrgico incluyendo, entre otra información, el estado del uno o más instrumentos electroquirúrgicos y/o accesorios, conectores o conexiones a los mismos, el estado u operaciones del generador e indicadores de error. El generador electroquirúrgico 10 puede incluir una interfaz de usuario tal como, por ejemplo, una pluralidad de botones 16. La pluralidad de botones 16 permite la interacción del usuario con el generador electroquirúrgico 10. Esta interacción de usuario puede incluir, por ejemplo, solicitar un aumento o disminución en la energía eléctrica suministrada a uno o más instrumentos 20 que están acoplados al generador electroquirúrgico 10. En diferentes realizaciones, el generador 10 incluye además un interruptor o botón 18 de encendido accesible por el usuario que cuando se activa alimenta el generador 10 y activa o inicia una prueba del sistema de autoverificación del generador. El dispositivo 14 de visualización puede ser un dispositivo de visualización de pantalla táctil integrando así funcionalidades de dispositivo de visualización de datos e interfaz de usuario.

El generador electroquirúrgico 10 puede estar configurado para emitir energía de radiofrecuencia (RF) a través del instrumento electroquirúrgico conectable o dispositivo manual 20 para sellar, fundir y/o cortar tejido o vasos sanguíneos a través de uno o más electrodos. El generador electroquirúrgico 10, puede estar configurado para generar hasta 300 V, 8 A y 375 VA de energía de RF y también está configurado para determinar un ángulo de fase o diferencia entre la tensión de salida de RF y la corriente de salida de RF del generador durante la activación o el suministro de energía de RF. De esta manera, el generador electroquirúrgico 10 regula la tensión, la corriente y/o la potencia y monitoriza la salida de energía de RF (p. ej., tensión, corriente, potencia y/o fase). El generador 10 puede detener, terminar o interrumpir de otro modo la salida de energía de RF en condiciones predeterminadas. A modo de ejemplo, estas condiciones predeterminadas pueden ser cualquiera de las siguientes condiciones: cuando se desactiva un interruptor de dispositivo (p. ej., se libera el botón de fusión), se cumple un valor de tiempo, y/o el ángulo de fase activa y/o el cambio de fase es mayor o igual que una fase y/o el cambio del valor de parada de fase que indica el final de una operación tal como la fusión o el corte de tejido.

El instrumento electroquirúrgico 20, puede incluir un vástago alargado 26 que tiene un extremo proximal acoplado a o desde el cual un activador 24 se extiende y un extremo distal acoplado a o desde el cual se extienden las mordazas 22. Un eje longitudinal que se extiende desde el extremo proximal hasta el extremo distal del vástago alargado 26. En una realización, el activador 24 puede incluir un mango móvil 23 que está acoplado de manera pivotante a un mango o alojamiento estacionario 28. El mango móvil 23 está acoplado al mango o alojamiento estacionario 28 a través de un pivote flotante central o principal. En funcionamiento, el mango móvil 23 es manipulado por un usuario, p. ej., un cirujano, para activar las mordazas 22 en el extremo distal del vástago alargado 26, y de este modo, abrir y cerrar selectivamente las mordazas 22. Cuando se sujetan tejido o vasos sanguíneos entre las mordazas 22, un interruptor o botón 29 es activado por el cirujano para sellar, fundir y/o cortar el tejido/vasos sanguíneos entre las mordazas 22. Una vez que se activa el botón 29, se conectan circuitos o contactos asociados para conectar electrodos apropiados de las mordazas con conexiones asociadas del generador 10 para suministrar energía de RF al tejido sujetado entre las mordazas 22 o de otro modo en contacto con los uno o más electrodos de las mordazas.

El instrumento electroquirúrgico 20 puede incluir una cuchilla de corte mecánica o eléctrica que puede acoplarse a un activador de cuchilla tal como una palanca o gatillo 25 de cuchilla del mango o alojamiento estacionario 28. La cuchilla de corte es activada por el gatillo 25 de cuchilla para dividir o cortar el tejido entre las mordazas 22. Un deslizador de cuchilla puede estar conectado al gatillo 25 de cuchilla y un saliente se extiende desde una parte proximal del deslizador de cuchilla hacia una abertura en un extremo del gatillo de cuchilla que conecta los componentes entre sí. El otro extremo del gatillo de cuchilla está expuesto y es accesible por el usuario con el gatillo 25 de cuchilla siendo pivotante alrededor de un pivote de gatillo en o cerca del punto medio del gatillo de cuchilla. Como tal, cuando el usuario tira o gira proximalmente del gatillo 25 de cuchilla, el extremo del gatillo de cuchilla conectado al deslizador de cuchilla desliza o mueve el deslizador de cuchilla distalmente. Integrada con o unida a un extremo distal del deslizador de cuchilla hay una cuchilla de corte, cuchilla o borde o superficie de corte. Como tal, cuando el deslizador de cuchilla se traslada longitudinalmente a través de un canal de cuchilla en las mordazas, el tejido sujetado entre las mordazas 22 se corta. El borde o superficie de corte puede estar inclinado para facilitar el corte del tejido entre las mordazas 22. La cuchilla de corte puede ser una cuchilla curvada, un gancho, una cuchilla u otro elemento de corte que esté dimensionado y configurado para cortar tejido entre las mordazas 22.

El vástago alargado 26 puede comprender un tubo o varilla de accionamiento que acopla las mordazas 22 con el activador. El activador puede incluir un conjunto de árbol de rotación que incluye un botón 27 de rotación que está dispuesto en un tubo de cubierta exterior del vástago alargado 26. El botón 27 de rotación permite a un cirujano hacer girar el vástago del dispositivo agarrando el activador. El vástago alargado 26 puede ser giratorio 360 grados o la rotación del vástago alargado 26 limitada a 180 grados, es decir, noventa grados en el sentido de las agujas del reloj y noventa grados en el sentido contrario a las agujas del reloj. La FIG. 3 Ilustra un dispositivo manual electroquirúrgico alternativo 20' conectable al generador electroquirúrgico 10. El dispositivo manual electroquirúrgico 20' es similar pero incluye diferentes características y tiene un uso quirúrgico diferente al del dispositivo manual electroquirúrgico 20.

A continuación, con referencia a FIG. 4, se muestra un diagrama de bloques de un generador electroquirúrgico 10. Como se muestra en esta figura, el generador electroquirúrgico 10 puede incluir un módulo 31 de entrada de energía, p. ej., una entrada principal de CA, acoplada a un módulo de suministro de energía, p. ej., dos fuentes 32, 33 de alimentación de 48 V de CC. El módulo de fuente de alimentación convierte la tensión de CA de la entrada principal de CA en una tensión de CC y a través de una fuente 34 de alimentación doméstica proporciona energía a diferentes circuitos del generador 10 y en particular suministra energía a un amplificador 40 de RF que genera o emite la energía de RF. El amplificador 40 de RF puede incluir un circuito reductor y de puente en H para convertir una entrada de tensión de CC en una salida de RF o, alternativamente, en una onda sinusoidal de amplitud variable de 350 kHz. La entrada de tensión de CC es una entrada de CC de 96 V que se genera por las dos fuentes 32, 33 de alimentación de CC de 48 V acopladas en serie. Una de las fuentes 32, 33 de alimentación de 48 V de CC está configurada para generar carriles de baja tensión y, en particular, suministrar tensión de espera para alimentar el generador 10.

El generador electroquirúrgico 10 incluye además un sistema de control según la presente invención o un sistema 100 de servocontrol integral digital para regular y controlar la salida de RF. Como se muestra en la FIG. 4, el sistema 100 de control puede incluir el amplificador 40 de RF, e incluye un microcontrolador primario 50 y un sistema 60 de realimentación. La salida de RF y en diferentes realizaciones la amplitud de la salida de forma de onda de RF se controla y regula mediante el sistema 100 de control electroquirúrgico que está incrustado o integrado dentro del generador electroquirúrgico 10. El sistema 100 de control varía entre la tensión, la corriente o la potencia de regulación de la salida de RF generada por el amplificador 40 de RF. En todas las realizaciones, el sistema 60 de realimentación mide la salida de RF y, después de procesar los datos medidos, alimenta digitalmente los componentes reales e imaginarios de la salida de RF al microcontrolador primario 50. El microcontrolador primario 50, según las realizaciones de la presente invención, procesa los datos recibidos desde el sistema 60 de realimentación y ajusta la salida del amplificador 40 de RF para cumplir con un objetivo de regulación deseado. En diferentes realizaciones, el sistema 60 de realimentación comprende una entrada analógica, un procesamiento digital y una salida digital.

El generador electroquirúrgico 10 puede registrar todos los datos de salida de RF en un dispositivo de memoria interna, p. ej., una tarjeta de memoria digital segura (SD) o no volátil. El dispositivo de memoria está configurado para ser leído a través de un puerto 35 de interfaz, p. ej., un puerto de bus serie universal (USB), en el generador electroquirúrgico 10. El generador 10 puede estar configurado para copiar los datos del dispositivo de memoria interna a un dispositivo de almacenamiento portátil conectable, p. ej., una unidad flash USB, a través del puerto de interfaz del generador.

El generador electroquirúrgico 10 está configurado además para proporcionar salida de RF en tres configuraciones o modos de resolución: intervalos de baja tensión, tensión normal o media y alta tensión. En diferentes realizaciones, los guiones de dispositivos se almacenan y ubican en dispositivos manuales electroquirúrgicos conectables, p. ej., un instrumento 20, y/o conectores acoplados a los mismos, p. ej., llave 21 de dispositivo, se utilizan para determinar o establecer el modo de salida o de tensión de RF.

Con referencia nuevamente a las FIGS. 1 y 4, el generador electroquirúrgico 10 puede estar configurado para alertar al cirujano cuando el vaso sanguíneo ha alcanzado un estado de procedimiento completado, p. ej., un estado de sellado completado, o si se ha producido una condición de error o de fallo. El generador electroquirúrgico 10 puede incluir salidas visuales, táctiles y/o audibles para proporcionar tales alertas u otros indicadores o información al cirujano según lo dicte el procedimiento quirúrgico, el script de dispositivo o la información de salud u operativa con respecto al dispositivo 20 y/o generador 10. El generador 10 a través de una interfaz 38 de panel frontal puede alertar al cirujano a través del dispositivo 14 de visualización LCD, que está integrado en un panel frontal del generador, y proporciona una alarma audible específica o tonos informativos a través de un altavoz 36 también integrado en el panel frontal del generador. El generador 10 puede incluir una superposición 39 de panel frontal que proporciona una interfaz o acceso de usuario que incluye botones pulsadores de navegación para permitir el acceso del usuario a configuraciones de sistemas tales como volumen o brillo del dispositivo de visualización. La superposición 39 de panel frontal puede incluir también el botón o conexión de alimentación del sistema. Se puede proporcionar un sistema 37 de ventilador para ayudar en la disipación de calor. Adicionalmente, como se ilustra en la FIG. 4, la señal o signo representa conexiones que, por ejemplo, comprenden señales digitales utilizadas para comunicar información a través de sistemas y/o placas de circuito impreso, la energía representa conexiones que, por ejemplo, comprenden carriles de tensión utilizados para alimentar sistemas y/o placas de circuito impreso y RF representa conexiones que, por ejemplo, comprenden energía de RF de alta tensión, alta corriente utilizada para sellar, fundir o cortar tejido o vasos sanguíneos.

La FIG. 5 ilustra, con mayor detalle, un diagrama de bloques de un sistema 60 de realimentación dentro del sistema 100 de control de un generador electroquirúrgico 10. Como se ha descrito anteriormente y también se muestra en la FIG. 5, el sistema 100 de control puede incluir el amplificador 40 de RF, el microcontrolador primario 50 y el sistema 60 de realimentación. El amplificador 40 de RF puede generar una salida de RF y el sistema 60 de realimentación mide diferentes propiedades eléctricas de la señal de RF emitida desde el amplificador 40 de RF. Según las realizaciones de la presente invención, el sistema 60 de verificación puede incluir un canal principal 601, un canal redundante 602 y un canal 603 de verificación. El canal principal 601 y canal redundante 602 en diferentes realizaciones pueden incluir componentes separados pero idénticos. Adicionalmente, los canales principal 601 y redundante 602 siguen trayectorias eléctricas separadas pero idénticas y, en una realización, ambas están conectadas al amplificador 40 de RF y la salida de RF.

De manera similar, componentes del canal 603 de verificación están separados de los canales principal 601 y redundante 602 pero son similares. El canal 603 de verificación pueden incluir los mismos componentes que los canales principal 601 y redundante 602, pero los componentes en el canal 603 de verificación tienen calificaciones más altas, p. ej., resolución más alta y/o deriva más baja, y a menudo son más costosos. Alternativamente, el canal 603 de verificación puede incluir los mismos componentes que los canales principal 601 y redundante 602. El canal 603 de verificación también sigue una trayectoria eléctrica separada pero idéntica a la de los canales principal 601 y redundante 602 y en una realización está conectado al amplificador 40 de RF y la salida de RF. El sistema 60 de realimentación mide la salida de RF analógica y digitaliza las mediciones. El sistema 60 de realimentación está configurado para medir y digitalizar la salida de RF a través de al menos un canal, p. ej., el canal principal 601. Aquí, el sistema 60 de realimentación a través del canal principal 601 mide la salida analógica de RF a través de un circuito 611 de extremo frontal.

Como se muestra en la FIG. 5, el circuito 611 de extremo frontal puede incluir una resistencia 615 de derivación acoplada a un preamplificador 613 para medir la corriente de la salida de RF. El circuito 611 de extremo frontal puede incluir además un divisor 614 de tensión acoplado a un preamplificador 612 para medir la tensión de la salida de RF. Se suministran salidas de los preamplificadores 612, 613 a un convertidor 616 de analógico a digital (ADC), digitalizando de este modo las mediciones de corriente y de tensión. Los valores digitalizados son procesados adicionalmente para derivar componentes reales e imaginarios de la salida de RF de tensión y corriente. En diferentes realizaciones, los valores digitalizados del ADC 616 se suministran a una matriz 617 de puerta completamente programable (FPGA) del sistema 60 de realimentación. La FPGA 617 está configurada para procesar los valores digitalizados de las mediciones de tensión y de corriente para generar componentes reales e imaginarios de la salida de RF de tensión y de corriente utilizando una transformada discreta de Fourier. Los componentes digitales reales e imaginarios se suministran entonces al microcontrolador primario 50 y a través de un protocolo de comunicación en serie.

Con referencia a FIG. 6 , se muestra una ilustración esquemática de una realización de un sistema 100 de control, según la presente invención, que representa, con mayor detalle, un diagrama de bloques de un microcontrolador primario 50 de un generador electroquirúrgico 10. Como se muestra en esta figura, el microcontrolador primario 50 puede incluir un procesador ARM primario (máquina avanzada de conjunto de instrucciones reducido) 501 y una FPGA primaria (matriz de puerta completamente programable) 510. El procesador ARM primario 501 está configurado para establecer valores de salida deseados, tales como, por ejemplo, tensión, corriente y/o potencia como puntos 502 de ajuste. Los valores de salida deseados pueden ser proporcionados por un script del dispositivo. La FPGA primaria 510 del microcontrolador primario 50 recibe los componentes digitales reales e imaginarios de las mediciones de tensión y de corriente y calcula las magnitudes de la tensión, la corriente y la potencia de la salida de RF. La magnitud de la tensión, la corriente y la potencia de la salida de RF se calcula utilizando una calculadora 511 de VCW (tensión, corriente, potencia), como se muestra en la FIG. 6. Los valores de error individuales para tensión, corriente y potencia también se calculan mediante un procesador 512 de errores. Los valores de error pueden calcularse restando puntos de ajuste de tensión, de corriente y de potencia deseados de las magnitudes medidas.

El procesador 512 de errores calcula el error relativo entre las mediciones del canal principal y los valores 502 de puntos de ajuste, y en base a los valores de error determina o selecciona un modo de regulación. Por consiguiente, el procesador 512 de errores determina cuál de los tres modos de regulación, p. ej., tensión, corriente y potencia, debería ser reforzado o activado por el generador electroquirúrgico 10. Los valores de error calculados para el modo seleccionado se integran mediante un integrador 513 para generar una señal de error que es directamente proporcional a y se utiliza para corregir la salida del amplificador 40 de RF.

Según la presente invención, los valores de error calculados se utilizan para determinar un factor de ganancia variable para cada modo de regulación, p. ej., tensión, corriente y potencia, del generador 10. La ganancia variable está configurada para utilizar un conjunto predefinido diferente de cálculos o algoritmos en base al modo de regulación seleccionado. Como se muestra en la FIG. 6 , un módulo 515 de VG (ganancia variable) se utiliza para calcular el valor (K) de ganancia variable para cada modo de regulación, p. ej., tensión, corriente y potencia. El factor de ganancia variable, según las realizaciones de la presente invención, se puede calcular en función de los puntos de ajuste de tensión, corriente y potencia, la carga de impedancia exterior o la carga de tejido calculada, el valor de tensión reductor, así como el valor de la integral de error o cualquier combinación de los mismos. Como tal, la ganancia variable proporciona respuestas de etapa críticas para todos los puntos de ajuste y las condiciones de carga de impedancia o cualquier cambio en los mismos. En otras palabras, la ganancia variable en un sistema según la presente invención permite amortiguar críticamente el generador electroquirúrgico 10 en cualesquiera condiciones variables, tales como, por ejemplo, condiciones quirúrgicas, operativas y de procedimiento. El factor de ganancia variable puede recalcularse en una planificación o temporización predeterminada tal como, por ejemplo, cada periodo de la salida de RF.

Con referencia adicional a la FIG. 6 , el microcontrolador primario 50 está configurado para predecir la tensión de salida necesaria del generador 10 para regular el amplificador 40 de RF. La FPGA primaria 510 del microcontrolador primario 50 pueden utilizar las cargas de impedancia calculadas y los puntos de ajuste de tensión, de corriente y de potencia para predecir la tensión necesaria del generador 10. El valor predicho se utiliza entonces por un calculadora 514 de ciclo de trabajo reductor para calcular un valor de ciclo de trabajo para un modulador de ancho de pulso (PWM) de un circuito reductor integrado del amplificador 40 de RF. Por otro lado, el producto de la integral de error y el factor de ganancia variable calculado para el modo seleccionado (K * Je(t))se puede utilizar para derivar un valor de ciclo de trabajo para un circuito de puente en H del amplificador 40 de RF. Como tal, el sistema 100 de control según la presente invención, es capaz de proporcionar una regulación dinámica de la salida de RF variable o variable del generador 10. En diferentes realizaciones, el generador electroquirúrgico 10 puede ser la conmutación entre los modos de regulación de tensión, de corriente y de potencia. En tales realizaciones, el sistema 100 de control está configurado para realizar un cálculo de precarga o función de precarga, cuyos detalles se analizarán más adelante, para proporcionar una transición gradual, no disruptiva en la salida de RF.

El sistema 100 de control, según la presente invención, puede proporcionar la regulación de la salida de RF bajo cargas de impedancia que cambian dinámicamente, p. ej., debido a efectos de operaciones electroquirúrgicas o tejidos electroquirúrgicos, y condiciones de control, p. ej., guiones de dispositivo u operaciones de usuario. Estando configurado el sistema 100 de control con una ganancia variable en lugar de una ganancia fija permite el sistema 100 de control ajustar para diferentes impedancias de carga y tensiones de salida y por tanto no limitar a optimizarse, p. ej., para la impedancia de carga más baja y/o la tensión de salida más alta. El sistema 100 de control también está configurado para tener en cuenta que el sistema se amortigua en exceso cuando aumenta la impedancia que puede dar como resultado un margen de fase no óptimo y un comportamiento dinámico o impredecible y, por lo tanto, afectar a la capacidad del sistema 100 de control para rastrear o seguir comandos dinámicos, p. ej., operaciones de script del dispositivo. El sistema 100 de control del generador asegura que los efectos electroquirúrgicos del tejido, tales como, por ejemplo, sellado, fusión o corte, se optimizan a través de respuestas críticas del sistema de control para cambiar dinámicamente las condiciones de impedancia del tejido y las condiciones operativas y los comandos determinados por el cirujano, el procedimiento quirúrgico y/o el script del dispositivo.

Como se ha descrito anteriormente, el sistema 60 de realimentación puede incluir un segundo canal, p. ej., el canal redundante 602, que es casi idéntico al canal principal 601. Las mediciones del canal redundante 602 y los cálculos resultantes se comparan constantemente con las mediciones y cálculos del canal principal 601 para verificar el funcionamiento del canal principal 601. Como tal, si los canales principal 601 y redundante 602 tienen mediciones o cálculos diferentes, entonces se reconoce un error del generador y se detiene el suministro de energía de RF.

El sistema 60 de realimentación puede incluir otros sistemas y circuitos diferentes, p. ej., un muestreador u otra calculadora (no mostrada en las figuras), para proporcionar muestreo y/u otros cálculos según requiera el sistema 100 de control electroquirúrgico de la presente invención. El sistema 60 de realimentación puede medir la tensión analógica y la corriente de la salida de RF del amplificador 40 de RF y el sistema 60 de realimentación puede tomar un número predeterminado de muestras por cada ciclo de salida de RF que funciona a 350 KHz para cada medición de tensión y de corriente. El sistema 60 de realimentación puede utilizar desmodulaciones y transformadas para obtener componentes de frecuencia cero o filtrar armónicos de frecuencia de orden superior no deseados fuera de los valores de tensión y de corriente medidos. Como se ha descrito anteriormente, el sistema 60 de realimentación comunica o transmite, p. ej., en serie, los valores de tensión y de corriente reales e imaginarios medidos al microcontrolador primario 50.

A continuación, los modos de funcionamiento y los bloques funcionales de diferentes circuitos y sistemas dentro de la FPGA primaria 510 se explicarán en detalle con secciones que describen individualmente: la calculadora 511 de VCW, el procesador 512 de errores, integrador 513, la calculadora 514 del ciclo de trabajo reductor y el módulo 515 de VG.

Las FIGS. 7-8 son una ilustración esquemática de modos de funcionamiento y bloques funcionales de diferentes circuitos y sistemas dentro de un microcontrolador primario 50 de un sistema 100 de control electroquirúrgico de la presente invención. Según las realizaciones de la presente invención, la FPGA primaria 510 recibe los componentes o valores de tensión y de corriente reales e imaginarios medidos del sistema 60 de realimentación y utiliza estos componentes para calcular sus magnitudes de los medios cuadráticos (RMS) respectivos utilizando la calculadora 511 de VCW. La calculadora 511 de VCW puede incluir además una calculadora 560 de carga (se muestra mejor en la FIG. 7). La calculadora 560 de carga utiliza los valores de medición de tensión y de corriente del sistema de realimentación para calcular la carga de impedancia o la carga tisular. En algunas realizaciones, se utilizan valores de medición de tensión y de corriente filtrados para calcular la carga de impedancia.

La FPGA primaria 510 está configurada además para realizar procesamiento de errores utilizando el procesador 512 de errores. Como se muestra en la FIG. 7, el procesador 512 de errores puede incluir una calculadora 514 de errores y un selector 516 de errores. El procesador 512 de errores calcula el error entre las mediciones del canal principal a partir del sistema 60 de realimentación y los valores de puntos de ajuste y determina qué modo de regulación se requiere para la corrección de la potencia de salida de RF. Esto se logra calculando el error relativo entre los puntos de ajuste y las mediciones y en diferentes realizaciones este cálculo de error se realiza simultáneamente en tensión, corriente y potencia mediante la calculadora 514 de errores. El procesador 512 de errores utiliza el selector 516 de errores para determinar qué modo de regulación necesita ser impuesto por el generador electroquirúrgico 10. Por consiguiente, el selector 516 de errores seleccionara el modo de regulación basándose en el valor de error calculado más positivo. Como tal, el error con el valor más positivo dictará qué modo de regulación ha de ser utilizado por el generador electroquirúrgico 10. La FPGA primaria 510 en diferentes realizaciones también normaliza las magnitudes calculadas con respecto a su valor de recuento máximo y luego se convierte en valores de punto flotante.

El integrador 513 está integrando constantemente el error con el valor más positivo, p. ej., el modo de regulación seleccionado. En funcionamiento, ya que el amplificador 40 de RF puede estar conmutando entre diferentes modos de regulación de RF, p. ej., modos de regulación de tensión, de corriente y de potencia, el integrador 513 necesita ser cargado previamente con otro valor que permite que la salida de RF permanezca constante mientras se realiza la transición entre diferentes modos de regulación. Para ello, una función de precarga o calculadora 532 de precarga se implementa dentro de la FPGA primaria 510 (mostrada mejor en la FIG. 7). La función de precarga o calculadora 532 está configurada para calcular la ganancia variable para el modo al que el amplificador de RF está realizando la transición y precargar este valor en el integrador 513 utilizando un relé o interruptor 533 ( mostrado mejor en la FIG.

7). La función de precarga se calcula utilizando los recuentos para los circuitos reductor y de puente en H del amplificador de RF y la carga de impedancia tisular calculada. Esto asegura una transición sin interrupciones entre diferentes modos de regulación.

La FPGA primaria 510 proporciona un sistema de control integral variable para dictar la salida para los controles reductor y de puente en H (mostrados mejor en la FIG. 8) del amplificador 40 de RF. Las variables utilizadas por el sistema de control integral variable pueden incluir, por ejemplo, cálculos de carga de impedancia o carga tisular, puntos de ajuste para corriente y potencia de tensión, así como la magnitud RMS calculada para la tensión, corriente y potencia. La calculadora 560 de carga puede utilizar valores de medición de tensión y de corriente filtrados para calcular la impedancia o la carga tisular. El sistema de control integral variable puede regular solo directamente la tensión y para regular la corriente o potencia, debe calcularse un valor de tensión correspondiente. La calculadora 514 de ciclo de trabajo reductora (mostrada mejor en la FIG. 7) puede utilizar la carga de impedancia calculada y los puntos de ajuste para la tensión, la corriente y la potencia para predecir dónde debería estar la tensión de salida del amplificador 40 de RF. El valor de tensión predicho se utiliza entonces para generar los recuentos para el circuito de PWM reductor integrado del amplificador 40 de RF. La tensión de salida de los circuitos de PWM reductores del amplificador 40 de RF establece los carriles de tensión principales del circuito de PWM de puente en H integrado del amplificador 40 de RF.

Utilizando la predicción establecida por el sistema de control integral variable, la FPGA primaria 510 establece recuentos para el circuito de PWM reductor del amplificador 40 de RF y responde rápidamente para alcanzar aproximadamente cerca del valor de salida deseado, p. ej., el valor de tensión predicho. La FPGA primaria 510 acciona las señales de PWM a las configuraciones o circuitos reductor y de puente en H (mostrados mejor en la FIG. 8) del amplificador 40 de RF. La determinación de las señales de PWM para las configuraciones de puente en H se utiliza para sintonizar con precisión la salida de RF a la salida deseada. El ciclo de trabajo para el circuito de puente en H del amplificador 40 de RF se define por la multiplicación del factor de ganancia variable calculado y una señal integral o integral de error para el modo seleccionado (mostrado mejor en la FIG. 8). Como se puede ver en la FIG. 8 , el módulo 515 de VG (ganancia variable) puede incluir una calculadora 534 de ganancia variable y un selector multipuerto 535. La calculadora 534 de ganancia variable calcula la ganancia variable para cada modo de regulación, p. ej., tensión, corriente y potencia, y selecciona el factor de ganancia variable apropiado basándose en los mismos criterios que se utilizaron por el procesador 512 de errores, p. ej., el error con el valor más positivo. La ganancia variable calculada puede definirse como una función de los puntos de ajuste de carga de impedancia, tensión, corriente y potencia calculados, el valor de tensión reductor y el error integral o error acumulado. La FPGA primaria 510 puede convertir los recuentos de ciclos de trabajo numéricos respectivos para accionar las señales de PWM que controlan las configuraciones reductora y de puente en H.

El procesador ARM primario 501 puede verificar la validez de los puntos de ajuste y asegurar que los puntos de ajuste para tensión, corriente y potencia cumplan con el umbral para el modo en donde está funcionando el generador electroquirúrgico 10. Los valores de calibración pueden almacenarse en una EEPROM del sistema 60 de realimentación. Estos valores son coeficientes predefinidos específicos utilizados para eliminar discrepancias o tolerancias en el sistema 60 de realimentación. Los tres canales 601,602 y 603 tienen valores de calibración para la tensión, la corriente y la potencia para modos de tensión normal o medio, alto y bajo con la excepción del canal 603 de verificación que no tiene un modo de tensión bajo. Los modos como tales dictan los coeficientes de calibración correctos para la tensión, la corriente y la potencia que se utilizan en los cálculos servo. Esto también se basa en el modo de regulación en donde está funcionando el generador.

En diferentes realizaciones, el procesador 512 de errores incluye además una o más constantes, tales como un factor de normalización, un coeficiente de error y/o posiciones de punto (útiles para conversiones de punto flotante). En diferentes realizaciones, el microcontrolador primario 50 calcula el error entre las mediciones del canal principal y los valores de punto de ajuste para determinar qué modo de regulación se utilizará para la corrección del servo, p. ej., la salida de la energía de RF. En diferentes realizaciones, el microcontrolador primario 50 utiliza las mediciones calculadas y el coeficiente de procesador de errores para obtener una medición absoluta. Con esta medición absoluta, el microcontrolador primario 50 utiliza el coeficiente de calibración para obtener una medición absoluta calibrada y con el factor de normalización se obtiene una medición relativa. El microcontrolador primario compara la diferencia entre la medición relativa y el punto de ajuste establecido por el procesador primario 501 para determinar el error relativo.

Según diferentes realizaciones, el microcontrolador primario 50 que utiliza multiplexores proporciona los valores respectivos del error relativo que se va a calcular para la tensión, la corriente y la potencia y se realizan comparaciones entre los errores calculados para emitir el error positivo mayor o más grande para determinar el modo de regulación para el generador.

Utilizando el modo de regulación seleccionado y su valor de tensión correspondiente, el microcontrolador primario 50 calcula la salida de tensión necesaria para el funcionamiento óptimo del generador 10. En diferentes realizaciones, como el sistema 100 de control ajusta la tensión de salida, la corriente y los objetivos de salida de potencia se traducen en sus tensiones respectivas en cargas calculadas. El modo de regulación decide entonces qué salida calculada se utilizará en el sistema 100 de control.

El sistema 100 de control funciona como un bucle de control integral variable. Las variables son las mediciones de tensión, de corriente y de potencia, los puntos de ajuste y los cálculos de carga y el sistema funcionan a una frecuencia predefinida, p. ej., una frecuencia de 350 KHz, con la capacidad de conmutar entre bucles de control integrales. El generador electroquirúrgico 10 como tal proporciona un sistema de control para fuentes de accionamiento de tensión, de corriente y de potencia y, por lo tanto, proporciona bucles de control integrales de generador para la corriente, la tensión y la potencia. Adicionalmente, puesto que la conmutación entre los bucles de control integrales se produce cuando se cambian los modos de regulación, el sistema 100 de control implanta la función de precarga para cada modo, es decir, la tensión, la corriente y la potencia, para asegurar una transición suave entre los modos de regulación.

El sistema 60 de realimentación puede incluir tres canales: el canal principal 601, el canal redundante 602 y canal 603 de verificación. Los canales principal 601 y redundante 602 son en gran medida idénticos mientras que el canal 603 de verificación tiene funcionalidades similares a las de los canales principal 601 y redundante 602, pero tiene mayor resolución, menor tolerancia y componentes de menor deriva.

Cada uno de los canales 601,602 y 603 del sistema 60 de realimentación puede incluir una parte analógica que atenúa y amplifica las señales de medición de tensión/corriente de RF. Las señales de tensión de RF pueden atenuarse mediante una red de divisores de resistencia antes de amplificarse diferencialmente para accionar los ADC (616, 626, 636). En diferentes realizaciones, los tres canales 601, 602 y 603 tienen diferentes conjuntos de resistencias de ganancia de amplificador para medir diferentes modos de tensión, es decir, un modo de tensión normal y un modo de alta tensión. En diferentes realizaciones, el modo de tensión normal incluye tensiones menores o iguales a 166V y en modo de alta tensión, tensiones menores o iguales a 322V. Según diferentes realizaciones, los canales principal 601 y redundante 602 tienen un conjunto alternativo de configuración de resistencia para medir con mayor precisión tensiones más bajas y en diferentes realizaciones tensiones menores o iguales a 10V. Los divisores de resistencia del canal de verificación en diferentes realizaciones contienen resistencias de tolerancia mucho más bajas y de deriva más baja que las de los canales principal 601 y redundante 602.

Según diferentes realizaciones, la señal de medición de corriente de RF se toma a través de una resistencia (615, 625, 635) de derivación de cada canal del sistema 60 de verificación. Todas las resistencias 615, 625, y 635 de derivación en diferentes realizaciones están en serie, de modo que cada canal mide la misma señal de corriente. Los canales principal 601 y redundante 602 en diferentes realizaciones tienen un conjunto alternativo de resistencias de derivación para medir con mayor precisión corrientes más bajas, p. ej., corrientes menores o iguales a 100mA. El canal 603 de verificación tiene resistencias de derivación que son de menor tolerancia y menor deriva que las de los canales principal 601 y redundante 602.

Según diferentes realizaciones, las señales medidas después de los amplificadores (612, 613; 622, 623; 632, 633) se pasan a través de filtros para el filtrado de entrada del ADC. El canal 603 de verificación tiene componentes de filtro con mucha menor tolerancia y menor deriva que la de los canales principal 601 y redundante 602. En diferentes realizaciones, el filtro del canal de verificación tiene un desvío más pronunciado y, por lo tanto, tiene una atenuación más pronunciada de frecuencias más altas.

Según diferentes realizaciones, los componentes de conversión de datos son independientes entre cada uno de los tres canales 601,602 y 603. Los ADC (616, 626, 636) convierten las señales analógicas de medición de tensión y de corriente en muestras discretas que son procesadas por las FPGA (617, 627, 637) del canal respectivas. El ADC 636 del canal de verificación tiene más resolución, p. ej., más bits, y tiene menor deriva que la de los canales principal 601 y redundante 602. En diferentes realizaciones, el ADC 636 del canal de verificación también tiene una tensión de referencia generada local para establecer con precisión el intervalo de entrada del ADC 636.

En diferentes realizaciones, las FPGA (617, 627, 637) del sistema de realimentación realiza demodulación I/Q en las muestras discretas de medición de tensión y de corriente para obtener muestras reales e imaginarias. Los valores medidos se pasan a través de una transformada discreta de Fourier para obtener la componente de CC de los valores reales e imaginarios para las mediciones de tensión y de corriente. En diferentes realizaciones, el canal 603 de verificación contiene un carril de tensión digital generado localmente para alimentar con precisión sus pines de I/O de la FPGA.

Según diferentes realizaciones, cada canal del sistema 60 de realimentación comunica sus datos independientemente al microcontrolador primario 50 a través de conexiones de comunicación independientes. En diferentes realizaciones, los datos del canal de verificación solo se utilizan por un sistema o proceso de autoverificación en un momento o programa predefinido, p. ej., en el arranque del generador 10. Durante el proceso de autoverificación, los datos del canal de verificación se comparan con los datos del canal principal y redundante para verificar la precisión y funcionalidades de los canales principal 601 y redundante 602. En diferentes realizaciones, a lo largo de las operaciones relacionadas con RF, los datos del canal principal son el único conjunto de datos utilizados por el sistema 100 de control y los datos del canal redundante se comparan constantemente con los datos del canal principal para asegurar que el canal principal 601 está funcionando dentro de parámetros y/o tolerancias predefinidos.

Según las realizaciones de la presente invención, el sistema 100 de servocontrol del generador electroquirúrgico 10 puede incluir el amplificador 40 de RF, el sistema 60 de realimentación y el microcontrolador primario 50. El sistema 60 de realimentación crea una trayectoria para un sistema de bucle cerrado entre el amplificador 40 de RF y el microcontrolador primario 50. El sistema 60 de realimentación en diferentes realizaciones, mide la tensión y la corriente de las señales de RF suministradas y calculan los componentes reales e imaginarios de las mediciones dentro de uno o más canales 601,602 y 603. En una realización, sólo se proporciona un canal para el sistema 60 de realimentación, el canal principal 601. En otra realización, se proporcionan dos canales, los canales principal 601 y redundante 602. En otra realización más, se proporcionan tres canales, el canal principal 601, el canal redundante 602 y el canal 603 de verificación. Los componentes calculada dentro del uno o más canales se transmiten o comunican al microcontrolador primario 50.

Según diferentes realizaciones, los canales principal 601 y redundante 602 son copias entre sí y son utilizados por el microcontrolador primario 50 para monitorizar la tensión y la corriente de la salida de RF durante el funcionamiento del generador electroquirúrgico 10. El canal 603 de verificación es similar a los otros dos canales 601 y 602, pero incluye componentes, por ejemplo, que son más resistentes a la deriva y/o utiliza ADC con resoluciones más altas. Este canal, en diferentes realizaciones, se utiliza en el arranque del generador, donde se realiza la autoverificación del generador. El sistema 60 de realimentación en diferentes realizaciones, recoge sus mediciones de tensión y de corriente simultáneamente desde el amplificador 40 de RF. En diferentes realizaciones, la señal de RF generada produce una tensión a través de una o más cargas internas, p. ej., la carga 80 (mostrada mejor en la FIG. 5), dispuesta dentro del amplificador 40 de RF o una carga de tejido, p. ej., un dispositivo manual electroquirúrgico 20, 20'. El sistema 60 de realimentación en diferentes realizaciones recoge la corriente que se entrega utilizando sus propias resistencias (615, 625, 635) de derivación y mide la tensión a través de ellos. Para medir la tensión, el sistema 60 de realimentación proporciona tres divisores (614, 624, 634) de tensión que son paralelos a la carga 20, 80. Todas las mediciones en diferentes realizaciones se convierten en sus componentes reales e imaginarios mediante las FPGA 617, 627, y 637. Los componentes reales e imaginarios se envían al microcontrolador primario 50 haciendo que el sistema 60 de realimentación actúe como dispositivo de realimentación entre el microcontrolador primario 50 y el amplificador 40 de RF.

Según diferentes realizaciones, el sistema 60 de realimentación mide la salida analógica de RF a través de circuitos 611,621,631 de extremo frontal. Los circuitos de extremo frontal pueden incluir derivaciones 615, 625, 635 acopladas a preamplificadores respectivos 613, 623, 633 medir la corriente de la salida de RF. En diferentes realizaciones, los circuitos de extremo frontal también pueden incluir divisores 614, 624, 634 de tensión acoplados a preamplificadores respetivos 612, 622, 632 para medir la tensión de la salida de RF. Las salidas de los preamplificadores se suministran a convertidores 616, 626, 636 de analógico a digital respectivos (ADC) digitalizando de este modo las mediciones de corriente y de tensión. Los valores digitalizados se procesan para derivar componentes reales e imaginarios de la salida de RF de tensión y de corriente. En diferentes realizaciones, los valores digitalizados de los convertidores de analógico a digital respectivos (ADC) se suministran a las FPGA 617, 627, 637.

En diferentes realizaciones, el generador electroquirúrgico 10 está configurado para proporcionar salida de RF en un modo de baja tensión durante una evaluación de impedancia pasiva que se establece automáticamente por el generador 10. Según las realizaciones de la presente invención, el generador electroquirúrgico 10 se pone automáticamente al modo de baja tensión antes de la ejecución de cualquier script de dispositivo. El script del dispositivo en diferentes realizaciones representa un paso de procedimiento de una operación quirúrgica que puede incluir la aplicación y terminación de la energía de RF al tejido. Durante un modo de tensión media o normal, el generador electroquirúrgico 10 según las realizaciones de la presente invención, está configurado para tener una energía de RF de salida de hasta 150V u 8A y se utiliza principalmente en el sellado de tejidos. Durante un modo de alta tensión, el generador electroquirúrgico 10 según las realizaciones de la presente invención, está configurado para tener una energía de RF de salida de hasta 300V o 4A y se utiliza principalmente en el corte de tejido. Durante el modo de baja tensión, el generador electroquirúrgico 10 según las realizaciones de la presente invención, está configurado para tener una energía de RF de salida de hasta 10V y 100mA y se utiliza principalmente en evaluaciones y mediciones de impedancia de tejido pasivas a un nivel que no crea una respuesta fisiológica en el tejido.

Según diferentes realizaciones, se almacenan guiones de dispositivo específicos en dispositivos manuales electroquirúrgicos específicos 20, 20 ' que están optimizados para un procedimiento quirúrgico específico para producir un sellado y/o corte electroquirúrgicos consistentes de tejido. En diferentes realizaciones, los parámetros o configuraciones de salida de RF se definen en los guiones del dispositivo y se utilizan por el generador electroquirúrgico 10 para regular o controlar la salida de RF para el procedimiento quirúrgico específico y/o el dispositivo manual electroquirúrgico 20, 20'. El script del dispositivo y los parámetros de salida de RF asociados en diferentes realizaciones se recuperan o transfieren al generador 10 cuando el dispositivo manual electroquirúrgico 20, 20' está conectado al generador 10. En una realización, el procesador ARM primario 501 puede recuperar el script del dispositivo de un almacenamiento de memoria unido a o integrado en la llave 21 del dispositivo que conecta el dispositivo electroquirúrgico 20, 20 ' al generador electroquirúrgico 10.

A continuación, con referencia a la FIG. 9, se muestra un diagrama de bloques de una realización de un sistema 100 de control de un generador electroquirúrgico 10 que funciona en un modo de regulación pasiva. Según diferentes realizaciones de la presente invención, el generador electroquirúrgico 10 está configurado para proporcionar un modo de regulación de medición pasiva o un modo de baja tensión para verificar si un dispositivo manual electroquirúrgico conectado 20, 20 ' se puede utilizar para procedimientos quirúrgicos específicos tales como, por ejemplo, sellar, fundir y/o cortar tejidos o vasos sanguíneos. Por lo tanto, el modo de regulación pasiva se activa en un momento predeterminado, p. ej., en cada activación del dispositivo manual electroquirúrgico conectado 20, 20'. El modo pasivo está configurado para detectar cargas abiertas y/o cortas en la trayectoria de salida de RF. En una realización, se predetermina una condición abierta o corta y en diferentes realizaciones, es un intervalo o valor de impedancia aceptable definido por un script del dispositivo incluido con el dispositivo manual electroquirúrgico conectado 20, 20 ' o asociado de otro modo con tales dispositivos de mano electroquirúrgicos 20, 20'. En diferentes realizaciones, se inicia la salida de RF para el modo pasivo tiene un límite estático inferior que otros modos de regulación de RF y se utiliza durante un tiempo limitado antes de la regulación u operaciones normales de RF del generador electroquirúrgico 10. La salida de RF de bajo nivel en diferentes realizaciones no crea una respuesta fisiológica en el tejido.

En diferentes realizaciones, cuando el generador electroquirúrgico 10 está funcionando en el modo pasivo, el amplificador 40 de RF suministra una salida de RF de 350 MHz a través de relés al instrumento electroquirúrgico conectado 20, 20'. Como se ha descrito anteriormente, la salida de RF en el modo de baja tensión o en el modo pasivo está limitada a no más de 10 V rms y/o a no más de 100mA rms. El sistema 100 de control regula y mide tensión y corriente a través del sistema 60 de realimentación. El microcontrolador primario 50 determina si se encuentra una condición de corto y/o abierto en base al script del dispositivo y los datos de tensión y corriente medidos del sistema 100 de control. En diferentes realizaciones, uno o más electrodos (mostrados mejor en la FIG. 9) se utilizan en modo pasivo y la posición o selección de los electrodos, p. ej., superior, central o inferior, puede variar en base al dispositivo electroquirúrgico conectado, p. ej., el dispositivo 20, 20 ' y/o la posición de los electrodos con relación al tejido o vaso sanguíneo objeto.

Según diferentes realizaciones, cuando un cirujano activa un interruptor de fusión o de corte, el sistema 100 de control electroquirúrgico inicia una evaluación de impedancia pasiva. La evaluación de impedancia pasiva activa o identifica un fallo, si se detecta una condición de corto o abierto en las mordazas 22 o el extremo de trabajo distal del dispositivo manual electroquirúrgico 20, 20'. Si la comprobación de la impedancia pasiva es satisfactoria, el procesador ARM primario 501 ejecuta el script del dispositivo completo. En diferentes realizaciones, el procesador ARM primario 501 instruye a otros circuitos del generador electroquirúrgico 10 para emitir energía de RF basándose en condiciones, activadores, eventos y sincronización específicos y según configuraciones específicas. En diferentes realizaciones, el procesador ARM primario 501 asegura que el dispositivo electroquirúrgico recibe energía de RF específica según configuraciones de salida específicas (puntos de ajuste de tensión, de corriente y de potencia) y varía la salida de RF a través del curso del procedimiento u operación quirúrgica dependiendo de diferentes activadores definidos por el script del dispositivo.

La FIG. 10 ilustra un diagrama de flujo de una realización de operaciones o procesos de modo de regulación pasiva según la realización de la presente invención. La parte representada del proceso 700 comienza en la etapa 702 donde el algoritmo inicia el modo pasivo como punto de partida. Según diferentes realizaciones, el modo pasivo se inicia o se activa en cada activación del dispositivo manual electroquirúrgico conectado 20, 20 ' por un cirujano u otros usuarios. Después de iniciar el modo pasivo, el procesamiento pasa a bloquearse 704 para generar la salida de RF en el modo de baja tensión o en el modo pasivo y suministrar energía de RF al dispositivo manual electroquirúrgico conectado 20, 20'. En diferentes realizaciones, cuando el generador electroquirúrgico 10 funciona en el modo pasivo o en el modo de baja tensión, la señal de RF emitida desde el amplificador 40 de RF se limita a un intervalo de tensión especificado (< 10V) y un intervalo de corriente especificado (< 10mA) para un intervalo de 5-500 ohmios de resistencia.

Una vez que se genera la salida de RF para el modo pasivo, el procesamiento fluye al bloque 706 donde el sistema 60 de realimentación mide las características eléctricas de la salida de RF. El sistema 100 de control, según diferentes realizaciones de la presente invención, regula la salida de RF a un valor establecido según lo indique el modo pasivo o de baja tensión y el sistema 60 de realimentación mide la tensión, la corriente y/o la fase del canal principal 601 y suministra digitalmente algunos o todos los valores medidos al microcontrolador primario 50. Después de la finalización de las mediciones y la transmisión de los datos medidos, el procesamiento fluye al bloque 708 donde la FPGA primaria 510 calcula o determina otras características eléctricas de la salida de RF basándose en los datos o lecturas recibidos y transmite algunos o todos los resultados calculados al procesador ARM 501 del microcontrolador primario 50. Otras características eléctricas de la salida de RF según las realizaciones de la presente invención pueden incluir carga y/o potencia de impedancia del tejido. Una vez que los resultados calculados son recibidos por el procesador ARM primario 510, el procesamiento fluye al bloque 710 donde el procesador ARM primario 501 recupera el script del dispositivo y compara los resultados calculados, p. ej., la carga de impedancia calculada o la carga de tejido, con un intervalo preestablecido establecido por el script del dispositivo. En una realización, el script del dispositivo se almacena en una memoria unida o integrada en la llave o conector del dispositivo 21 que conecta el dispositivo manual electroquirúrgico 20, 20 ' al generador electroquirúrgico 10.

Se realiza en la etapa 712 una determinación de si los resultados de comparación han cumplido determinados criterios establecidos por el script del dispositivo. Los ejemplos de determinados criterios pueden incluir, pero no se limitan a, si los resultados o lecturas de comparación están dentro de los valores máximos y/o mínimos establecidos por el script del dispositivo. Si los resultados o lecturas de comparación no están entre los valores máximos y/o mínimos establecidos por el script del dispositivo, el procesamiento fluye desde el bloque 712 hasta el bloque 714 donde se genera un error para notificar al usuario o cirujano un error y/o para comprobar el dispositivo electroquirúrgico y/o su posición con relación al tejido o vaso sanguíneo. Según diferentes realizaciones, para suministrar energía de RF después de tal notificación, el dispositivo electroquirúrgico 20, 20 ' debe reactivarse y reiniciarse la evaluación de la impedancia pasiva del tejido, p. ej., el modo pasivo o el modo de baja tensión.

Si los resultados o lecturas de comparación están entre valores máximos y/o mínimos establecidos por el script del dispositivo, el procesamiento pasa del bloque 712 al bloque 716 donde el procesador ARM primario 501 inicia el script completo del dispositivo para proporcionar energía de RF optimizada para sellar, fundir y/o cortar tejido o vaso sanguíneo.

Como se ha descrito anteriormente y según diferentes realizaciones, el sistema 100 de control del generador electroquirúrgico 10 puede incluir una o más configuraciones de resolución y en diferentes realizaciones incluye tres configuraciones: configuraciones de baja, normal o media y alta tensión. Estas configuraciones de resolución son diferentes de los modos de regulación y en algunas realizaciones requieren algunos ajustes en el circuito que mide la salida de RF. Cada configuración está configurada para requerir diferentes configuraciones de hardware para el sistema 60 de realimentación y/o algoritmos de normalización diferentes en los cálculos realizados por el microcontrolador primario 50. En diferentes realizaciones, el circuito de medición de tensión del sistema 60 de realimentación utiliza una selección o configuración de resistencia diferente para cada una de las tres configuraciones. En diferentes realizaciones, el circuito de medición de corriente del sistema 60 de realimentación utiliza la misma configuración de resistencia para dos de las configuraciones, p. ej., configuraciones de normal y alta tensión, y una configuración de resistencia diferente para la configuraciones de baja tensión.

En una realización, mientras el generador electroquirúrgico 10 está funcionando en el modo pasivo, las operaciones o el proceso asignados al procesador ARM primario 501 pueden realizarse a través de una FPGA. En otras realizaciones, se pueden incorporar otros sistemas de control en las mismas. En otra realización más, se puede incluir una proporcional, p. ej., ajustando el sistema para alcanzar puntos de ajuste, integral, p. ej., midiendo un área entre valores de error y un eje de tiempo, predicción, p. ej., prediciendo errores futuros basándose en una pendiente de error actual, arquitectura o cualquier combinación de las mismas para complementar o sustituir las mediciones, cálculos y/o regulación del sistema de control.

En diferentes realizaciones, el generador electroquirúrgico 10 puede suministrar una salida de RF que tiene diferentes características de forma de onda, p. ej., cuadrada, proporcionando formas de onda periódicas no sinusoidales que alternan entre un valor mínimo y máximo; triangular, proporcionando formas de onda periódicas no sinusoidales con rampas asimétricas hacia arriba hasta un valor máximo y hacia abajo hasta un valor mínimo; y/o en diente de sierra, proporcionando formas de onda no sinusoidales con rampas hacia arriba hasta un valor máximo y disminuyendo bruscamente hasta un valor mínimo. Según diferentes realizaciones de la presente invención, el generador electroquirúrgico 10 puede suministrar una salida de RF que tiene diferentes características de factor de cresta, tales como proporcionar una relación de valor de pico a valor efectivo de una forma de onda, una amplitud de pico dividida por valor RMS y/o una onda sinusoidal ideal o perfecta que tiene un factor de cresta de 1,414.

La descripción anterior se proporciona para permitir que cualquier persona experta en la técnica haga y utilice los dispositivos o sistemas electroquirúrgicos y realice los métodos descritos en la presente memoria y expone los mejores modos contemplados por los inventores para llevar a cabo sus invenciones.

Aunque la presente invención se ha descrito en determinados aspectos específicos, muchas modificaciones y variaciones adicionales serían evidentes para los expertos en la técnica, que pueden estar dentro del alcance de la presente invención, como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100) de control digital de bucle cerrado para su uso con un generador electroquirúrgico que suministra energía de radiofrecuencia, RF, electroquirúrgica a un sitio quirúrgico, comprendiendo el sistema (100) de control digital en bucle cerrado:

un sistema (60) de realimentación para monitorizar continuamente las propiedades eléctricas de la energía de RF suministrada al sitio quirúrgico como una condición quirúrgica concurrente y generar señales digitales relacionadas con el mismo; y

un microcontrolador (50), que responde a las señales digitales generadas desde el sistema (60) de realimentación, estando caracterizado el sistema por que el microcontrolador está configurado con un factor de ganancia variable para regular y controlar un amplificador (40) de RF que genera la energía de RF suministrada a través de una pluralidad de configuraciones de resolución de RF y una pluralidad de modos de regulación de RF,

en donde el microcontrolador (50) está configurado para calcular el factor de ganancia variable para cada uno de la pluralidad de modos de regulación de RF y para seleccionar uno de los factores de ganancia variable calculados basándose en valores de error relativos calculados para cada uno de la pluralidad de modos de regulación de RF; seleccionándose el factor de ganancia variable en base a un valor de error más positivo.

2. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 1, en donde el sistema (60) de realimentación comprende una pluralidad de canales (601, 602, 603); el sistema (60) de realimentación está configurado para medir las propiedades eléctricas de la energía de RF suministrada a través de al menos uno de la pluralidad de canales (601), para generar datos representativos de las propiedades eléctricas medidas y para transmitir digitalmente los datos al microcontrolador.

3. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 2, en donde el microcontrolador está configurado para recibir los datos, realizar cálculos de potencia relacionados con los mismos para obtener magnitudes medidas de tensión, de corriente y de potencia de la energía de RF suministrada.

4. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 3, en donde el microcontrolador (50) está configurado además para seleccionar uno de la pluralidad de modos de regulación de RF basándose en los valores de error relativos calculados, en donde el modo de regulación de RF se selecciona basándose en el valor de error más positivo.

5. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 3, en donde los valores de error individuales para la tensión, la corriente y la potencia se calculan restando puntos de ajuste de tensión, de corriente y de potencia deseados de las magnitudes medidas de la tensión, la corriente y la potencia de la energía de RF suministrada.

6. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de configuraciones de resolución de RF comprende al menos una de una configuración de baja tensión, una configuración de media tensión y una configuración de alta tensión.

7. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 6 , en donde para cada configuración de resolución de RF, la pluralidad de modos de regulación de RF comprende al menos uno de un modo de regulación de tensión, un modo de regulación de corriente y un modo de regulación de potencia.

8. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 1, en donde el microcontrolador comprende una matriz de puertas totalmente programable primaria, FPGA, (510) y un procesador primario (501), en donde la FPGA primaria (510) está configurada para recibir y procesar adicionalmente las señales digitales generadas desde el sistema de realimentación y el procesador primario (501) está configurado para establecer valores de salida de RF deseados para cada uno de la pluralidad de configuraciones de resolución de RF y la pluralidad de modos de regulación de RF.

9. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 8 , en donde los valores de salida de RF deseados son proporcionados por un script del dispositivo; comprendiendo los valores de salida de RF deseados puntos de ajuste de tensión, de corriente y de potencia deseados.

10. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 1, en donde el factor de ganancia variable para la pluralidad de modos de regulación de RF se calcula mediante algoritmos específicos que utilizan el valor de salida de RF deseado, magnitudes calculadas de propiedades eléctricas medidas de la energía de RF suministrada, cargas de impedancia tisular calculadas y valores de error individuales acumulados o cualquier combinación de los mismos.

11. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 1, en donde el microcontrolador (50) está configurado para proporcionar un sistema de control integral variable para dictar la salida de RF de un circuito reductor y de puente en H del amplificador de RF.

12. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 11, en donde el microcontrolador (50) está configurado para accionar un valor de ciclo de trabajo para el circuito reductor del amplificador de RF utilizando valores de salida de RF deseados y carga de impedancia tisular calculada.

13. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 11, en donde el microcontrolador (50) está configurado para accionar un valor de ciclo de trabajo para el circuito de puente en H del amplificador de RF utilizando valores de error individuales acumulados multiplicados por el factor de ganancia variable seleccionado.

14. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 2, en donde cada uno de la pluralidad de canales del sistema de realimentación comprende: un circuito frontal (611,621,631) para medir las propiedades eléctricas de la energía de RF suministrada; un convertidor de analógico a digital, ADC, (616, 626, 636) para digitalizar las propiedades eléctricas medidas de la energía de RF suministrada; y una matriz de puertas completamente programable, FPGA, (617, 627, 637) para accionar las señales digitales relacionadas con las propiedades eléctricas medidas de la energía de RF suministrada.

15. El sistema de control digital de bucle cerrado de la reivindicación 6 , en donde la configuración de baja tensión comprende una energía de RF de salida de hasta 10V o 100mA, la configuración de media tensión comprende una energía de salida de RF de hasta 150V u 8A, y la configuración de alta tensión comprende una energía de RF de salida de hasta 300V o 4A.