ИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2022 года по МПК H01P1/207 H01P1/36 A61B18/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к электрохирургическому устройству, в котором для обработки биологической ткани используется радиочастотная энергия. В частности, изобретение относится к хирургическому устройству, способному генерировать радиочастотную (РЧ) энергию для разрезания ткани. Оно может быть использовано как часть хирургического устройства, которое также передает энергию микроволновой частоты для гемостаза (то есть заделывания разорванных кровеносных сосудов путем стимуляции свертывания крови).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Хирургическая резекция представляет собой способ удаления участков органов внутри тела человека или животного. Такие органы могут быть высоко васкуляризированными. При разрезе (разделении или рассечении) ткани небольшие кровеносные сосуды, называемые артериолами, повреждаются или разрываются. После первоначального кровотечения запускается система свертывания крови, при которой создается сгусток крови в попытке перекрыть кровоточащий участок. Желательно, чтобы во время операции пациент терял как можно меньше крови, поэтому были разработаны различные устройства в стремлении обеспечить рассечение без потери крови. Кроме того, при проведении эндоскопических процедур желательно не допускать возникновение кровотечения и устранять его как можно скорее или практически целесообразным способом, поскольку кровоток может препятствовать обзору оперирующего хирурга, из-за чего, возможно, потребовалось бы прекратить данную операцию и вместо этого использовать другой способ, например открытую хирургическую операцию.

Электрохирургические генераторы широко применяются в больничных операционных при открытых и лапароскопических операциях, а также все чаще присутствуют в эндоскопических отделениях. При эндоскопических операциях электрохирургическое приспособление обычно вводят через просвет внутри эндоскопа. В сравнении с аналогичным каналом доступа при проведении лапароскопической хирургической операции такой просвет вдоль канала является сравнительно узким и более длинным. В случае бариатрического оперирования пациента длина хирургического приспособления может составлять 300 мм от рукоятки до радиочастотного (РЧ) наконечника, тогда как указанная длина приспособления для лапароскопического оперирования может превышать 2500 мм.

Известно, что вместо острого лезвия используется радиочастотная (РЧ) энергия для разреза биологической ткани. Принцип применения способа разрезания с использованием радиочастотной энергии состоит в том, что при прохождении электрического тока через матрицу ткани (при помощи ионного содержимого клеток и межклеточных электролитов) полное сопротивление потоку электронов через ткань генерирует тепло. При приложении высокочастотного напряжения к матрице ткани внутри клеток выделяется достаточно тепла для испарения содержащейся в ткани воды. В результате этого увеличивающегося обезвоживания, особенно рядом с участком РЧ излучения инструмента (именуемым в данном документе РЧ лезвием), который имеет наибольшую плотность тока по всему пути прохождения тока через ткань, ткань рядом с полюсом разреза РЧ лезвия перестает непосредственно контактировать с лезвием. Затем подаваемое напряжение почти полностью проявляется через эту пустотелость, которая в результате ионизируется, образуя плазму, которая имеет очень высокое объемное удельное сопротивление по сравнению с тканью. Данное разграничение играет важную роль, поскольку оно сосредоточивает подаваемую энергию на плазме, которая замыкает электрическую цепь между полюсом разреза РЧ лезвия и тканью. Любое летучее вещество, попадающее в плазму достаточно медленно, испаряется, и поэтому происходит восприятие того, что плазма рассекает ткань.

В GB 2 486 343 раскрыта система управления для электрохирургического аппарата, которая подает как РЧ, так и микроволновую энергию для обработки биологической ткани. Профиль передачи энергии, относящийся как к РЧ энергии, так и к микроволновой энергии, подаваемой в зонд, составляется на основании выборочной информации о напряжении и токе РЧ энергии, передаваемой в зонд, и выборочной информации о прямой и отраженной мощности в отношении микроволновой энергии, передаваемой в зонд и из него.

В GB 2 522 533 раскрыта изолирующая схема для электрохирургического генератора, выполненная с возможностью вырабатывать радиочастотную (РЧ) энергию и микроволновую энергию для обработки биологической ткани. Изолирующая схема содержит перестраиваемый волноводный изолятор в месте стыка между микроволновым каналом и устройством сложения сигналов и может содержать емкостную конструкцию между заземляющим проводником устройства сложения сигналов и проводящей входной секцией волноводного изолятора, чтобы блокировать передачу радиочастотной энергии и утечку микроволновой энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В самом общем смысле данное изобретение обеспечивает комбинированное устройство изолятор-диплексер для подачи радиочастотной (РЧ) электромагнитной (ЭМ) энергии и микроволновой ЭМ энергии, полученной из отдельного источника, на зонд через общий путь прохождения сигнала. Изобретение объединяет в одном блоке все необходимые компоненты, чтобы изолировать друг от друга микроволновые и РЧ каналы, одновременно обеспечивая высокое выдерживаемое напряжение (например, более 10 кВ).

Изобретение усовершенствует конструкцию, раскрытую в GB 2 522 533, обеспечивая необходимую изоляцию совокупностью последовательно соединенных емкостных конструкций, образованных как одно целое с волноводным изолятором, который помогает ослабить емкостную связь через изолирующий барьер.

В соответствии с изобретением обеспечено комбинированное устройство изолятор-диплексер, содержащее: схему сложения сигналов, содержащую первый вход, подключаемый для приема радиочастотного (РЧ) электромагнитного (ЭМ) излучения, имеющего первую частоту, из РЧ канала, второй вход, подключаемый для приема микроволнового ЭМ излучения, имеющего вторую частоту, которая выше, чем первая частота, из микроволнового канала, и выход, сообщающийся с первым и вторым входами для передачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения в общий путь прохождения сигнала, и волноводный изолятор, подключенный для изоляции микроволнового канала от РЧ ЭМ излучения, при этом волноводный изолятор содержит: проводящую входную секцию, проводящую выходную секцию, проводящую промежуточную секцию, причем промежуточная секция содержит первый конец, который сопрягается с входной секцией, и второй конец, который соединяется с выходной секцией, первый изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между входной секцией и промежуточной секцией, и второй изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между промежуточной секцией и выходной секцией, при этом совместно входная секция, промежуточная секция и выходная секция заключают в себе волноводный резонатор, при этом выход схемы сложения сигналов содержит проводник сигналов и заземляющий проводник и при этом первый изолирующий барьер постоянного тока и второй изолирующий барьер постоянного тока обеспечивают пару последовательно соединенных емкостных конструкций между заземляющим проводником выхода схемы сложения сигналов и проводящей входной секцией волноводного изолятора, причем емкостная конструкция выполнена с возможностью блокирования передачи РЧ ЭМ энергии и утечки микроволновой ЭМ энергии.

Благодаря наличию совокупности (предпочтительно пары) емкостных элементов, соединенных последовательно в конструкции самого волноводного изолятора, общая конденсаторная емкость может быть уменьшена, не нарушая передачу микроволн на выход или не допуская неприемлемого уровня микроволнового излучения или утечки.

Входная секция, промежуточная секция и выходная секция могут быть расположены последовательно в продольном направлении, при этом промежуточная секция соединяется внахлест с входной секцией в продольном направлении на первом изолирующем барьере постоянного тока, и при этом промежуточная секция соединяется внахлест с выходной секцией в продольном направлении на втором изолирующем барьере постоянного тока. Эти области нахлестки обеспечивают две емкостные секции. Промежуточная секция выполнена с возможностью обеспечения того, чтобы две емкостные секции были разнесены друг от друга на расстоянии, кратном (приблизительно) половине длины волны в волноводе, на микроволновой частоте в промежуточной секции для аннулирования отражения микроволновой энергии ввиду изменения диаметра в местах соединений между секциями. Степень продольной нахлестки между промежуточной секцией и соответственно входной и выходной секциями может быть ограничена парой распорных элементов. Первый распорный элемент может быть установлен между промежуточной секцией и входной секцией, и второй распорный элемент может быть установлен между промежуточной секцией и выходной секцией. Распорки могут быть установлены внутри углублений, образованных во входной секции и выходной секции, так что они упираются в лицевую кромку промежуточной секции. Распорные элементы могут быть выполнены из изолирующего пластика, такого как Delrin® или поливинилхлорид (ПВХ). Если волновод является цилиндрическим, каждый из распорочных элементов может содержать кольцевую гильзу, установленную на дистальном конце одной из входных или выходных секций волноводного изолятора. Внешняя поверхность гильз может располагаться заподлицо с внешней поверхностью входной и выходной секциями.

Продольная длина нахлестки между внутренней секцией и внешней секцией и соответствующими частями промежуточной секции предпочтительно составляет или находится около нечетного числа четвертей длин волн (обычно одну четверть длины волны) на микроволновой частоте.

Изолирующий слой может быть расположен в каждой соединенной внахлест области, то есть между входной секцией и промежуточной секцией у первого изолирующего барьера постоянного тока, и между выходной секцией и промежуточной секцией у второго изолирующего барьера постоянного тока. Может быть предусмотрен общий изолирующий слой, то есть один изолирующий слой может проходить между соединенными внахлест областями, например, под промежуточным участком или через него.

Изолирующий слой может иметь некоторую толщину (например, радиальную толщину, если волновод является цилиндрическим), которая выбирается настолько тонкой, насколько это возможно, чтобы свести к минимуму утечку микроволн. Обеспечивая пару емкостных конструкций, этот слой можно сделать более тонким без необходимости увеличения емкости до нежелательных уровней.

Выход, соединенный с общим путем прохождения сигнала, может содержать выходной зонд, установленный в выходной секции волноводного изолятора. Выходной зонд может содержать первый соединительный проводник, проходящий в волноводный изолятор для передачи из него микроволновой ЭМ энергии. Аналогичным образом, второй вход может содержать входной зонд, установленный во входной секции волноводного изолятора. Входной зонд может иметь второй соединительный проводник, проходящий в волноводный изолятор для передачи микроволновой ЭМ энергии в резонатор. Первый соединительный проводник и второй соединительный проводник могут проходить в направлении, которое перпендикулярно продольному направлению. В одном примере первый соединительный проводник и второй соединительный проводник могут проходить в волноводный резонатор с противоположных направлений.

Первый вход может содержать РЧ соединитель, установленный на волноводном изоляторе. РЧ соединитель может содержать проводник сигналов, который проходит в волноводный резонатор для электрического контакта с соединительным проводником выходного зонда. Проводник сигналов может проходить в продольном направлении и может быть размещен, по существу, для выравнивания с эквипотенциалом микроволновой ЭМ энергии в волноводном изоляторе. Выравнивание проводника сигнала таким образом означает, что количество микроволновой ЭМ энергии, которая может просочиться в РЧ соединитель, является минимальным.

Однако в качестве дополнительного барьера для защиты от утечки РЧ соединитель может содержать коаксиальный фильтр, соединенный с выходной секцией и выполненный с возможностью предотвращения утечки микроволновой ЭМ энергии из волноводного изолятора через проводник сигналов РЧ соединителя. Коаксиальный фильтр может содержать двухсекционный входящий коаксиальный фильтр.

Волноводный изолятор может иметь регулируемое полное сопротивление. Например, он может содержать совокупность настроечных заглушек, которые можно вставлять с возможностью регулирования в волноводный резонатор в продольном направлении. Совокупность настроечных заглушек может включать первую настроечную заглушку, вставляемую через торцевую поверхность входной секции, и вторую настроечную заглушку, вставляемую через торцевую поверхность выходной секции. Если волноводный резонатор является цилиндрическим, настроечные заглушки могут располагаться на оси цилиндра.

В другом аспекте изобретение может обеспечить электрохирургическое устройство для резекции биологической ткани, содержащее: генератор радиочастотного (РЧ) сигнала для генерирования РЧ электромагнитного (ЭМ) излучения, имеющего первую частоту; генератор микроволнового сигнала для генерирования микроволнового ЭМ излучения, имеющего вторую частоту, которая выше, чем первая частота; зонд, выполненный с возможностью подачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения отдельно или одновременно с его дистального конца; и конструкцию подачи для передачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения на зонд, причем конструкция подачи содержит РЧ канал для соединения зонда с генератором РЧ сигнала и микроволновый канал для соединения зонда с генератором микроволнового сигнала, при этом РЧ канал и микроволновой канал содержат физически отдельные пути прохождения сигнала соответственно от генератора РЧ сигнала и генератора микроволнового сигнала, при этом конструкция подачи содержит устройство изолятор-диплексер, содержащее: схему сложения сигналов, содержащую первый вход, подключенный для приема РЧ ЭМ излучения от микроволнового канала, второй вход, подключенный для приема микроволнового ЭМ излучения от микроволнового канала, и выход, сообщающийся с первым и вторым входами для передачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения на зонд по общему пути прохождения сигнала, и волноводный изолятор, подключенный для изоляции микроволнового канала от РЧ ЭМ излучения, при этом волноводный изолятор содержит: проводящую входную секцию, проводящую выходную секцию, проводящую промежуточную секцию, причем промежуточная секция содержит первый конец, который сопрягается с входной секцией, и второй конец, который соединяется с выходной секцией, первый изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между входной секцией и промежуточной секцией, и второй изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между промежуточной секцией и выходной секцией, причем входная секция, промежуточная секция и выходная секция совместно заключают в себе волноводный резонатор, при этом выход схемы сложения сигналов содержит проводник сигналов и заземляющий проводник и при этом первый изолирующий барьер постоянного тока и второй изолирующий барьер постоянного тока обеспечивают пару последовательно соединенных емкостных конструкций между заземляющим проводником выхода схемы сложения сигналов и проводящей входной секцией волноводного изолятора, причем емкостная конструкция выполнена с возможностью предотвращения передачи РЧ ЭМ энергии и утечки микроволновой ЭМ энергии.

Этот аспект изобретения может быть объединен с любым из компонентов или всеми компонентами (отдельно или в любой комбинации), описанными ниже со ссылкой на электрохирургическое устройство 400, проиллюстрированное на фиг. 1. Например, РЧ канал и микроволновый канал могут содержать соответственно любой или все компоненты РЧ канала и микроволнового канала, описанные ниже. Микроволновый канал может содержать циркулятор, предназначенный для отделения отраженного сигнала в микроволновом канале от прямого сигнала. В альтернативном варианте реализации изобретения для той же цели можно использовать направленный ответвитель. На практике циркулятор или направленный ответвитель могут иметь ненадежную изоляцию, что, в свою очередь, влияет на отраженный сигнал, который фактически принимается детектором. Устройство изолятор-диплексер может иметь регулируемое полное сопротивление, способное компенсировать указанную ненадежную изоляцию, а также оптимизировать возвратные потери и передачу в волноводном изоляторе.

Устройство может быть выполнено с возможностью подачи энергии одновременно для резания и коагуляции ткани (например, в комбинированном или смешанном режиме) или может работать независимо, посредством чего РЧ и микроволновая энергия подаются на зонд под ручным управлением пользователя (например, под управлением с помощью педали ножного переключателя) или автоматически на основании измеренных данных о фазе и/или величине из РЧ и/или микроволнового канала. Систему можно использовать для абляции и резания тканей. В том случае, когда микроволновая и РЧ энергии подаются одновременно, либо РЧ энергия, либо микроволновая энергия (или обе), возвращаемые в соответствующие генераторы, могут использоваться при высокой мощности или низкой мощности для управления профилем передачи энергии. В этом случае может быть желательно провести измерения во время ВЫКЛЮЧЕНИЯ, когда формат передачи энергии работает в импульсном режиме.

Дистальный конец зонда может содержать биполярную излучающую конструкцию, содержащую первый проводник, пространственно отделенный от второго проводника, причем первый и второй проводники выполнены с возможностью работать: в качестве активного и обратного электродов, соответственно, для передачи РЧ ЭМ излучения посредством проводимости и в качестве антенны или трансформатора для содействия излучению микроволновой ЭМ энергии. Таким образом, система может быть выполнена с возможностью обеспечения локального обратного пути для РЧ энергии. Например, РЧ энергия может проходить посредством проводимости через ткань, разделяющую проводники, или в непосредственной близости от проводников может генерироваться плазма, чтобы обеспечить локальный обратный путь. РЧ резание ткани может производиться фиксированным диэлектрическим материалом, разделяющим первый и второй проводники, причем толщина диэлектрического материала является незначительной, то есть меньше 1 мм, а диэлектрическая проницаемость является высокой, то есть превышает диэлектрическую проницаемость воздуха.

Изобретение может особенно подходить для желудочно-кишечных (ЖК) процедур, например для удаления полипов на кишечнике, то есть для эндоскопической резекции подслизистого слоя. Изобретение также может быть применено к прецизионным эндоскопическим процедурам, то есть к прецизионной эндоскопической резекции, и может быть использовано при процедурах на ухе, носу и горле, а также при резекции печени.

Термин «проводящий» используется в данном документе для обозначения электропроводящего элемента, если контекст не требует иного.

Первая частота может быть стабильной фиксированной частотой в диапазоне от 10 кГц до 300 МГц, а вторая частота может быть стабильной фиксированной частотой в диапазоне от 300 МГц до 100 ГГц. Первая частота должна быть достаточно высокой, чтобы энергия не вызывала стимуляцию нервов, и достаточно низкой, чтобы энергия не вызывала побледнение тканей, не создавала ненужный запас по тепловыделению и не приводила к повреждению структуры тканей. Предпочтительные фиксированные частоты для первой частоты включают в себя одну или более из следующих частот: 100 кГц, 250 кГц, 400 кГц, 500 кГц, 1 МГц, 5 МГц. Предпочтительные фиксированные частоты для второй частоты составляют 915 МГц, 2,45 ГГц, 5,8 ГГц, 14,5 ГГц, 24 ГГц. Предпочтительно вторая частота по меньшей мере на порядок (то есть по меньшей мере в 10 раз) выше, чем первая частота.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Варианты реализации изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых:

на фиг. 1 проиллюстрировано общее схематическое изображение системы электрохирургического устройства, в котором может быть использовано данное изобретение;

на фиг. 2 проиллюстрировано схематическое изображение известного примера изолирующей цепи, которую можно использовать в электрохирургическом устройстве;

на фиг. 3 проиллюстрировано схематическое изображение в разрезе проводящих компонентов комбинированного изолятора-диплексера, который является вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 4 проиллюстрировано схематическое изображение в разрезе изолирующих компонентов в комбинированном изоляторе-диплексере, который является вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 5 проиллюстрировано схематичное изображение в разрезе конфигурации РЧ диплексера для комбинированного изолятора-диплексера, который является вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 6 проиллюстрирована схема в разрезе имитационной модели комбинированного изолятора-диплексера, который является вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 7 проиллюстрирован график, показывающий прогнозируемые параметры передачи и отражения, полученные с помощью имитационной модели комбинированного изолятора-диплексера, который является вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 8 проиллюстрирована часть в разрезе имитационной модели микроволнового фильтра, установленного на РЧ порту комбинированного изолятора-диплексера, который является вариантом реализации данного изобретения; и

на фиг. 9 проиллюстрирован график, показывающий прогнозируемые параметры передачи и отражения для микроволнового фильтра, полученные с помощью имитационной модели, проиллюстрированной на фиг. 8.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ; ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ И ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ

Уровень техники

На фиг. 1 проиллюстрировано схематическое изображение электрохирургического устройства 400, например, раскрытого в GB 2 486 343, которое помогает лучше понять данное изобретение. Устройство содержит РЧ канал и микроволновый канал. РЧ канал содержит компоненты для генерирования и контроля радиочастотного электромагнитного сигнала на уровне мощности, подходящем для обработки (например, резания или обезвоживания) биологической ткани. Микроволновый канал содержит компоненты для генерирования и контроля электромагнитного сигнала микроволновой частоты на уровне мощности, подходящем для обработки (например, коагуляции или абляции) биологической ткани.

Микроволновый канал содержит источник 402 микроволновой частоты, за которым следует делитель мощности 424 (например, делитель мощности на 3 дБ), который разделяет сигнал от источника 402 на две ветви. Одна ветвь, отходящую от делителя 424 мощности, образует микроволновый канал, который содержит модуль управления мощностью, содержащий переменный аттенюатор 404, управляемый контроллером 406 через управляющий сигнал V₁₀, и модулятор 408 сигнала, управляемый контроллером 406 через управляющий сигнал V₁₁, и модуль усилителя, содержащий оконечный усилитель 410 и усилитель 412 мощности для генерирования прямого микроволнового ЭМ излучения для передачи от зонда 420 на уровне мощности, подходящем для обработки. За модулем усилителя микроволновый канал переходит в модуль передачи микроволнового сигнала (который является частью датчика микроволновых сигналов), содержащий циркулятор 416, соединенный для передачи микроволновой ЭМ энергии от источника к зонду по пути между его первым и вторым портами, направленный ответвитель 414 падающей волны в первом порте циркулятора 416 и направленный ответвитель 418 отраженной волны в третьем порте циркулятора 416. После прохождения направленного ответвителя отраженной волны микроволновая ЭМ энергия из третьего порта поглощается нагрузкой 422 сброса мощности. Модуль передачи микроволнового сигнала также содержит переключатель 415, управляемый контроллером 406 через управляющий сигнал V₁₂ для передачи либо прямого передаваемого сигнала, либо отраженного передаваемого сигнала на гетеродинный приемник для обнаружения.

Другая ветвь, отходящая от делителя мощности 424, образует измерительный канал. Измерительный канал обходит усилительную схему в микроволновом канале и, следовательно, выполнен с возможностью передачи сигнала малой мощности от зонда. Первичный переключатель 426 выбора канала, управляемый контроллером 406 через управляющий сигнал V₁₃, выполнен с возможностью выбора сигнала либо из терапевтического канала, либо из измерительного канала для передачи в зонд. Полосовой фильтр 427 верхнего диапазона частот подсоединен между первичным переключателем 426 выбора канала и зондом 420 для защиты генератора микроволновых сигналов от низкочастотных РЧ сигналов.

Измерительный канал содержит компоненты, предназначенные для обнаружения фазы и величины мощности, отраженной от зонда, которые могут дать информацию о материале, например, о типе биологической ткани, присутствующей на дистальном конце зонда. Измерительный канал содержит циркулятор 428, соединенный для передачи микроволновой ЭМ энергии от источника 402 к зонду по пути между его первым и вторым портами. Отраженный сигнал, возвращаемый зондом, направляется в третий порт циркулятора 428. Циркулятор 428 используется для обеспечения изоляции между прямым сигналом и отраженным сигналом, чтобы облегчить точное измерение. Однако, поскольку циркулятор не обеспечивает полную изоляцию между его первым и третьим портами, то есть часть прямого сигнала может прорываться к третьему порту и создавать помехи для отраженного сигнала, может использоваться схема подавления несущей, которая вводит часть прямого сигнала (от направленного ответвителя 430 падающей волны) обратно в сигнал, поступающий из третьего порта (через направленный ответвитель 432 ввода). Схема подавления несущей включает регулятор 434 фазы, чтобы гарантировать, что введенная часть находится в противофазе на 180° с любым сигналом, который прорывается в третий порт от первого порта, для его подавления. Схема подавления несущей также включает аттенюатор 436 сигнала, чтобы гарантировать, что величина введенной части такая же, как у любого прорвавшегося сигнала.

Чтобы компенсировать любое смещение прямого сигнала, в измерительном канале предусмотрен направленный ответвитель 438 падающей волны. Передаваемый выходной сигнал направленного ответвителя 438 падающей волны и отраженный сигнал от третьего порта циркулятора 428 подаются на соответствующую входную клемму переключателя 440, который управляется контроллером 406 через управляющий сигнал V₁₄, для передачи либо переданного прямого сигнала, либо отраженного сигнала на гетеродинный приемник для обнаружения.

Выход переключателя 440 (т.е. выход со стороны измерительного канала) и выход переключателя 415 (то есть выход со стороны терапевтического канала) подключены к соответствующей входной клемме вторичного переключателя 442 выбора канала, который управляется контроллером 406 через управляющий сигнал V₁₅ в сочетании с первичным переключателем выбора канала, чтобы гарантировать, что выход измерительного канала подключен к гетеродинному приемнику, когда измерительный канал подает энергию на зонд, и что выход микроволнового канала подключен к гетеродинному приемнику, когда микроволновый канал подает энергию на зонд.

Гетеродинный приемник используют для получения информации о фазе и амплитуде на основании сигнала, выводимого вторичным переключателем 442 выбора канала. В этой системе показан один гетеродинный приемник, но при необходимости могут использовать двойной гетеродинный приемник (содержащий два локальных генератора и смесители), чтобы дважды микшировать частоту источника, прежде чем сигнал поступит в контроллер. Гетеродинный приемник содержит локальный генератор 444 и смеситель 448 для микширования сигнала, выводимого вторичным переключателем 442 выбора канала. Частота сигнала локального генератора выбирается таким образом, чтобы выходной сигнал из смесителя 448 имел промежуточную частоту, подходящую для приема контроллером 406. Полосовые фильтры 446, 450 предусмотрены для защиты локального генератора 444 и контроллера 406 от высокочастотных микроволновых сигналов.

Контроллер 406 принимает выходные сигналы гетеродинного приемника и определяет (например, получает) из него информацию, указывающую фазу и величину прямого и/или отраженного сигнала в терапевтическом и/или измерительном канале. Эту информацию могут использовать для управления передачей мощного микроволнового ЭМ излучения по микроволновому каналу или мощного РЧ ЭМ излучения по РЧ каналу. Пользователь может взаимодействовать с контроллером 406 через пользовательский интерфейс 452, как обсуждалось выше.

РЧ канал, проиллюстрированный на фиг. 1, содержит источник 454 РЧ частоты, соединенный с генератором 456 стробирующих импульсов, которым управляет контроллер 406 через управляющий сигнал V₁₆. Генератор 456 стробирующих импульсов подает рабочий сигнал для РЧ усилителя 458, который является полумостовой компоновкой. Напряжение стока полумостовой компоновки может управляться через переменный источник 460 постоянного тока. Выходной трансформатор 462 передает сгенерированный РЧ сигнал в линию для передачи на зонд 420. К этой линии подсоединен низкопроходный, полосовой, заграждающий или узкополосный фильтр 464 для защиты генератора РЧ сигналов от высокочастотных микроволновых сигналов.

Трансформатор 466 тока подключен к РЧ каналу для измерения тока, подаваемого в место нагрузки ткани. Делитель 468 напряжения (который может быть разветвлен от выходного трансформатора) используется для измерения напряжения. Выходные сигналы, отправляемые делителем 468 напряжения и трансформатором тока 466 (т. е. выходы напряжения, указывающие напряжение и ток), поступают непосредственно на контроллер 406 после обработки с помощью соответствующих буферных усилителей 470, 472 и зенеровских диодов 474, 476, 478, 480 фиксации напряжения (показанных на фиг. 1 в качестве сигналов B и C).

Для получения информации о фазе сигналы напряжения и тока (B и C) также поступают на устройство 482 сравнения фаз (например, схема "исключающее ИЛИ"), выходное напряжение которого интегрируется RC-схемой 484 для получения выходного напряжения (показано как A на фиг. 1), которое пропорционально разности фаз между формами кривой напряжения и тока. Этот выход напряжения (сигнал A) подключен непосредственно к контроллеру 406.

Микроволновый/измерительный канал и РЧ канал соединены с устройством 114 сложения сигналов, которое передает оба типа сигнала по отдельности или одновременно по кабельному узлу 116 на зонд 420, из которого они доставляются (например, излучаются) в биологическую ткань пациента.

В месте соединения между микроволновым каналом и устройством сложения сигналов может быть предусмотрен волноводный изолятор (не показан). Волноводный изолятор может быть выполнен с возможностью выполнения следующих трех функций: (i) разрешение прохождения очень высокой микроволновой мощности (например, более 10 Вт); (ii) блокировка прохождения РЧ мощности; и (iii) обеспечение высокого выдерживаемого напряжения (например, более 10 кВ). Емкостная конструкция (также называемая прерывателем постоянного тока) также может быть предусмотрена в месте (например, внутри) волноводного изолятора или рядом с ним. Назначением емкостной конструкции является уменьшение емкостной связи через изолирующий барьер.

На фиг. 2 проиллюстрировано схематическое изображение изолирующей схемы, раскрытой в GB 2 522 533, которая полезна для понимания данного изобретения. Изолирующая схема образует часть конструкции питания для передачи РЧ ЭМ излучения от генератора 218 РЧ сигнала и микроволнового излучения от генератора 220 микроволнового сигнала на зонд. Зонд (не показан) может подключаться к выходному порту 228, предусмотренному в корпусе 226. Изолирующая гильза 229 предусмотрена на выходном порту 228 корпуса для предотвращения соединения через путь тока заземленного корпуса с подвижными компонентами, соединенными с выходным портом 228.

Конструкция подачи содержит РЧ канал, содержащий путь 212, 214 прохождения РЧ сигнала для передачи РЧ ЭМ излучения, и микроволновый канал, содержащий путь 210 микроволнового сигнала для передачи микроволнового ЭМ излучения. Пути прохождения сигнала для РЧ ЭМ излучения и микроволнового излучения физически отделены друг от друга. Генератор РЧ сигнала соединен с путем 212, 214 прохождения РЧ сигнала через трансформатор 216 напряжения. Вторичная катушка трансформатора 216 (то есть на стороне зонда компоновки) является подвижной, поэтому между пациентом и генератором 218 РЧ сигнала нет пути постоянного тока. Это означает, что как проводник 212 сигнала, так и заземляющий проводник 214 пути 212, 214 РЧ сигнала являются подвижными.

Изолирующая схема содержит волноводный изолятор 600, изолирующий зазор которого выполнен с возможностью обеспечения необходимого уровня изоляции постоянного тока, а также имеет емкостное реактивное сопротивление, достаточно низкое на частоте микроволновой энергии, чтобы предотвратить утечку микроволновой энергии в зазоре. Ширина зазора может составлять 0,6 мм или более, например 0,75 мм. РЧ энергия не может проходить между двумя концами изолятора, потому что диаметр трубки последовательно создает очень большую индуктивность с каждым из зондов на РЧ частоте.

Изолирующая схема содержит схему сложения сигналов, интегрированную с волноводным изолятором 600. Проводник 212 сигнала и заземляющий проводник 214, несущие РЧ сигнал, соединены с коаксиальным РЧ соединителем 602 (подача РЧ сигнала), который подает РЧ сигнал в волноводный изолятор 600, откуда он передается из выходного порта 232 в направлении зонда.

Изолирующий зазор 603 выполнен с возможностью предотвращения повторной подачи РЧ сигнала во входной порт 230. Подачу микроволновой энергии на РЧ соединитель 602 можно предотвратить, осторожно разместив внутренний проводящий стержень внутри волноводного изолятора.

Блок настройки встроен в волноводный изолятор 600 для уменьшения обратных потерь в схеме компонентов. Блок настройки содержит три заглушки 231, которые можно вводить с возможностью регулирования, например ввинчивать, в корпус полости.

Кроме того, РЧ канал имеет регулируемое реактивное сопротивление 217, которое действует под управлением управляющего сигнала C₁, чтобы применить (например, компенсировать) изменения емкости, возникающие из-за разной длины кабеля, используемого с генератором. Регулируемое реактивное сопротивление 217 может включать один или более переключаемых или электронно настраиваемых конденсаторов или катушек индуктивности, соединенных параллельно или последовательно с РЧ каналом.

Усовершенствованный комбинированный изолятор-диплексер

Данное изобретение обеспечивает комбинированный изолятор-диплексер, который усовершенствует изолирующую схему, рассмотренную выше со ссылкой на фиг. 2. Варианты реализации изобретения могут обеспечить комбинированный изолятор-диплексер, подходящий для использования с электрохирургическим генератором, который генерирует РЧ сигналы и микроволновые сигналы на довольно разных частотах, например, на 5,8 ГГц и 400 кГц, чтобы позволить электрохирургическому инструменту обеспечивать различные виды обработки с помощью энергии, подаваемой из общей линии питания.

Вариант реализации комбинированного изолятора-диплексера описан ниже со ссылкой на фиг. 3-5. Аспекты его характеристик, полученные путем моделирования (например, с помощью программного обеспечения для моделирования CST), описаны далее со ссылкой на фиг. 6-9.

Комбинированный изолятор-диплексер выполнен с возможностью предотвращения попадания высокочастотного РЧ излучения в источник микроволнового излучения, причем это может привести к повреждению, и предотвращения распространения микроволновой энергии по кабелю к РЧ источнику, где она бы излучалась. В каждом случае утечка также может привести к потере генерируемой энергии, чего следует избегать.

Комбинированный изолятор-диплексер обеспечивает волноводный изолятор, имеющий прерыватель постоянного тока как на внутреннем, так и на внешнем проводниках, которые соединяют микроволновый источник с зондом. Прерыватель постоянного тока выполнен с возможностью предотвращения попадания РЧ высокого напряжения в микроволновый источник, не нарушая передачу микроволн на зонд и не допуская излучение микроволн через прерыватель постоянного тока.

Если используется лишь волноводный изолятор, емкость прерывателя постоянного тока во внешнем проводнике может быть слишком высокой для эффективной работы. Эта проблема решается с помощью коаксиального изолятора в дополнение к волноводному изолятору или в качестве одного целого с ним для эффективного последовательного подключения емкости к внешнему проводнику, не препятствуя передаче микроволн и не допуская излучение.

На фиг. 3 проиллюстрирован схематический вид в разрезе комбинированного изолятора-диплексера 100, который является вариантом реализации данного изобретения. Комбинированный изолятор-диплексер, содержащий цилиндрический волноводный изолятор вдоль продольной оси

На фиг. 3 проиллюстрированы только электропроводящие элементы изолятора.

Цилиндрический волноводный изолятор комбинированного изолятора-диплексера 100 образован из пары торцевых крышек 102, 106, разделенных муфтой 104.

Волноводный изолятор имеет входной конец, образованный входной торцевой крышкой 102, которая выполнена с возможностью приема микроволновой подачи на входном порту 112. Входной порт 112 расположен на периферийной боковой стенке входной торцевой крышки 102. Входной порт 112 выполнен с возможностью приема коаксиального кабеля и содержит канал, проходящий через периферийную стенку торцевой крышки, чтобы обеспечить прохождение внутреннего проводника подключенного коаксиального кабеля (не показан) в радиальном направлении в цилиндрическое пространство, определяемое волноводным изолятором. Цилиндрическое пространство может быть заполнено изолирующим диэлектрическим материалом (например, воздухом).

Волноводный изолятор имеет выходной конец, образованный выходной торцевой крышкой 106, которая может соединяться с выходной линией через выходной порт 116. Выходной порт 116 расположен на периферийной боковой стенке выходной торцевой крышки 106. Выходной порт 116 выполнен с возможностью приема коаксиального кабеля и содержит канал, проходящий через периферийную стенку торцевой крышки, чтобы обеспечить прохождение внутреннего проводника подключенного коаксиального кабеля (не показан) в радиальном направлении в цилиндрическое пространство, определяемое волноводным изолятором. Как более подробно обсуждается ниже, внутренний проводник может образовывать часть конструкции РЧ диплексера для передачи РЧ сигнала в коаксиальный кабель, который подключен к выходному порту 116. Таким образом, внутренние проводники коаксиальных кабелей, которые выступают в цилиндрический волноводный резонатор, изолированы друг от друга диэлектрическим материалом в резонаторе.

В этом примере входной порт 112 и выходной порт 116 расположены на противоположных сторонах цилиндра, образованного волноводом. Это может быть целесообразно для обеспечения подключения к другим компонентам, но это не обязательно. Например, в имитационных моделях, обсуждаемых ниже, входной и выходной порты находятся на одной стороне цилиндра.

Входная торцевая крышка 102 и выходная торцевая крышка 106 представляют собой цилиндрические элементы, имеющие один закрытый осевой конец и один открытый осевой конец. Торцевые крышки 102, 106 расположены так, что их оси совмещены, а их открытые осевые концы обращены друг к другу. Входная торцевая крышка 102 выполнена с возможностью электрического соединения с внешним проводником коаксиального кабеля, соединенного с входным портом 112. Выходная торцевая крышка 106 выполнена с возможностью электрической связи с внешним проводником коаксиального кабеля, соединенного с выходным портом 116. Торцевые крышки 102, 106 физически отделены друг от друга вдоль оси цилиндра. Разделение поддерживается электропроводящей муфтой 104 и парой изолирующих прокладок 126, 128 (см. фиг. 4), которые соответственно размещены в соответствующем кольцеобразном углублении 108, 110, образованном на открытом конце входной торцевой крышки 102 и выходной торцевой крышки 106.

Муфта 104 перекрывает осевой зазор между открытыми осевыми концами торцевых крышек 102, 106, чтобы заполнить цилиндрический волноводный резонатор. Чтобы изолировать торцевые крышки друг от друга (и, следовательно, изолировать внешние проводники коаксиальных кабелей, которые к ним подключены), изолирующий слой 127 (см. фиг. 4) расположен вокруг внешних поверхностей дистальной части обеих торцевых крышек, чтобы обеспечить диэлектрический (электроизоляционный) барьер в кольцеобразном зазоре между внешними поверхностями торцевых крышек 102, 106 и внутренней поверхностью муфты 104 в области, в которой они соединяются внахлестку.

При таком расположении волноводный изолятор содержит две изолирующие части, расположенные последовательно вдоль оси цилиндра. Первая изолирующая часть находится в месте соединения внахлест входной торцевой крышки 102 и муфты 104. Вторая изолирующая часть находится в месте соединения внахлест выходной торцевой крышки 106 и муфты 104. В случае такой конструкции емкость между двумя торцевыми крышками может быть уменьшена, так что емкость конструкции меньше, чем в случае только с одной изолирующей частью. Уменьшение емкости не приводит к значительному увеличению утечки микроволн, потому что отражается большая часть мощности, поступающей от направляющей, а также острые углы на концах резонатора создают высокое полное сопротивление прохождению волны.

Изолирующий слой 127 может быть выполнен из любого подходящего материала. В одном примере изолирующий слой 127 может содержать совокупность (например, 2, 3 или более) витков пленки Kapton®. Диэлектрическая проницаемость материала пленки может составлять 3,4, а коэффициент затухания может составлять 0,002. Толщина пленки может составлять 0,005 мм, и может быть использована совокупность витков, чтобы обеспечить изолирующий слой с соответствующей толщиной. В других примерах изолирующий слой может представлять собой трубчатый элемент, например, похожий на шайбу, которая расположена между торцевыми крышками 102, 106 и муфтой 104. Поскольку два изолирующих зазора расположены последовательно и каждый из них может выдержать требуемое напряжение, наличие одного микроотверстия в изоляторе не приведет к повреждению изоляции. По этой причине изолятор может представлять собой либо свернутый спиралью (обернутый) диэлектрический лист с несколькими слоями, либо трубку с одним слоем.

Каждая из изолирующих прокладок 126, 128 может содержать жесткие изолирующие кольца, например, изготовленные из пластика Delrin® или поливинилхлорида (ПВХ). Прокладки могут иметь осевую длину, выбранную для определения правильной длины для областей соединения внахлестку (каждая из которых может рассматриваться как отдельный дроссель).

Как упомянуто выше, изолирующий слой 127 расположен в кольцевом зазоре между внешними поверхностями торцевых крышек 102, 106 и внутренней поверхностью муфты 104 в области, в которой они соединяются внахлестку. Средний диаметр зазора может составлять 41,05 мм, а радиальная толщина может составлять 0,15 мм. Емкость каждого зазора, который может быть частично или полностью заполнен диэлектрическим материалом изолирующего слоя 127, может составлять около 110 пФ. Это означает, что два последовательно соединенных зазора обеспечивают емкость, составляющую около 55 пФ.

Каждая из торцевых крышек 102, 106 имеет сквозное отверстие, образованное в ее закрытом осевом конце. Сквозные отверстия могут быть расположены симметрично друг другу относительно оси цилиндра. В этом примере сквозные отверстия расположены по оси цилиндра. Таким образом, во входной торцевой крышке 102 образовано сквозное отверстие 114 в центре ее закрытого осевого конца. В выходной торцевой крышке 106 образованы сквозные отверстия 118 в центре ее закрытого осевого конца. Сквозные отверстия 114, 118 выполнены с возможностью приема электропроводящих штифтовых или винтовых элементов, которые избирательно и контролируемо вставляются в резонатор для обеспечения возможности настройки, то есть для обеспечения оптимизации вносимых потерь и обратных потерь комбинированного изолятора-диплексера.

В примере, проиллюстрированном на фиг. 3, выходная торцевая крышка содержит три дополнительных отверстия 120, 122, 124. Эти отверстия относятся к функции диплексера, которая более подробно показана на фиг. 5.

На фиг. 5 проиллюстрирован вид в разрезе выходной торцевой крышки 106. Коаксиальный кабель 142 подключен к выходному порту 116 с помощью подходящего соединителя 138. Внутренний проводник 140 коаксиального кабеля 142 выступает в резонатор. Внутренний проводник 140 все еще окружен диэлектрическим материалом 141 от коаксиального кабеля на протяжении отрезка, который он проходит в резонатор.

Функциональные возможности диплексера устройства обеспечиваются введением РЧ соединительного элемента 132 перпендикулярно через отверстие 120 в закрытой торцевой поверхности выходной торцевой крышки 106. Отверстие 120 совмещено с внутренним проводником 140 выходного коаксиального кабеля, так что оно соприкасается с частью внутреннего проводника 140 на части пути по его протяженности. Если РЧ соединительный элемент 132 вставлен так, что входит в контакт на надлежащем расстоянии вниз по центральному проводнику, то микроволновая мощность не подается на РЧ соединительный элемент 132. Это соединение незначительно влияет на совмещение с микроволновым соединителем, но приемлемого совмещения при подаче микроволновой энергии можно достичь, изменив длину внутреннего проводника 140.

РЧ соединительный элемент 132 соединен с выходной торцевой крышкой 106 с корпусом 130 соединителя, который прикреплен к выходной торцевой крышке 106 с помощью пары винтов 134, 136, которые соответственно принимаются парой отверстий 122, 124, образованных в закрытой торцевой поверхности выходной торцевой крышки 106. Корпус 130 соединителя содержит микроволновый фильтр 131 для блокировки микроволновой энергии. В этом примере микроволновый фильтр 131 представляет собой цилиндрический коаксиальный фильтр, соединенный с концом выходной торцевой крышки. Цилиндрический коаксиальный фильтр может представлять собой двухсекционный входящий коаксиальный фильтр, например, предназначенный для сильного подавления частот на частоте 5,8 ГГц и около того. Микроволновый фильтр 131 расположен на таком расстоянии от внутренней торцевой стенки выходной торцевой крышки 106, что, на микроволновых частотах, РЧ соединительный элемент 132, по-видимому, закорочен к торцевой стенке, чтобы предотвратить выход микроволновой энергии через РЧ соединительный элемент 132.

РЧ сигнал (например, от входных линий 212, 214, как показано на фиг. 2) подается между дистальным концом 133 РЧ соединительного элемента 132 и электропроводящим корпусом 130 фильтра, который, в свою очередь, электрически соединен с внешней поверхностью выходной торцевой крышки 106. Если приемлемо, передача РЧ сигнала может осуществляться посредством стандартного коаксиального соединителя.

РЧ соединительный элемент 132 проходит до соприкосновения с внутренним проводником 140 выходного коаксиального кабеля (который может принимать форму микроволнового соединителя). РЧ соединительный элемент 132 может быть припаян к внутреннему проводнику 140.

РЧ соединительный элемент 132 изолирован от выходной секции и от других частей проводящего фильтра изолирующей трубкой 146 (см. фиг. 8), например, изготовленной из ПТФЭ или тому подобного. РЧ соединительный элемент 132 может быть жесткой штыревой конструкцией. В одном примере РЧ соединительный элемент 132 и изолирующая трубка 146 могут быть выполнены путем снятия внешней медной оболочки с небольшой длины полужесткого коаксиального кабеля.

На фиг. 6 проиллюстрирована схема в разрезе имитационной модели комбинированного изолятора-диплексера, который является вариантом реализации данного изобретения. Уже описанные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями и повторно не описаны. Для ясности изложения, за исключением трех штырей 132, 140, 154 соединителя и двух настроечных элементов 150, 152, на фиг. 6 проиллюстрированы только диэлектрические (то есть электроизоляционные) компоненты комбинированного изолятора-диплексера. Эти диэлектрические компоненты содержат воздух 148 внутри волноводного резонатора и воздух 144 внутри микроволнового фильтра. Они также содержат диэлектрические прокладки 126, 128 и изолирующий слой 127, описанные выше. Моделирование проводилось, исходя из того, что также были в наличии проводящие компоненты, рассмотренные выше со ссылкой на фиг. 3 и 5.

На устройстве размещены три порта. Порт 1 представляет собой комбинированный РЧ/микроволновый выходной порт. Порт 2 представляет собой РЧ соединительный элемент 132, который подает РЧ энергию на частоте 400 кГц. Порт 3 представляет собой микроволновый входной порт, который подает микроволновую энергию (например, на частоте 5,8 ГГц в предпочтительном примере). Моделирование проводилось с обоими микроволновыми портами (порт 1 и порт 3) на одной стороне цилиндра.

На фиг. 7 представлен график, показывающий прогнозируемые параметры передачи и отражения, полученные с помощью имитационной модели комбинированного изолятора-диплексера, проиллюстрированного на фиг. 6, на частотах от 4,8 ГГц до 6,8 ГГц. Во вставленной табличке на графике приведены значения для каждого параметра на частоте 5,8 ГГц.

Линии 180, 182 показывают, что передача от входного порта и выходного порта к РЧ порту (S21, S23) составляет менее чем -60 дБ в диапазоне от 5,78 ГГц до 5,82 ГГц.

Линия 186 показывает, что согласованность на входном порте (S33) близка к -20 дБ при 5,8 ГГц.

Линия 188 показывает, что согласованность на выходном порте (S11) также близка к -20 дБ при 5,8 ГГц.

Линия 184 показывает, что потери между входным и выходным портами (S31, S13) составляют -0,19 дБ при 5,8 ГГц.

На фиг. 8 проиллюстрирована секция в разрезе имитационной модели микроволнового фильтра 131, установленного на РЧ порте. Фильтр имеет цилиндрическую форму. РЧ соединительный элемент 132 проходит вдоль оси цилиндра. РЧ соединительный элемент 132 окружен изолирующей гильзой 146, например, изготовленной из ПТФЭ. Фильтр 131 содержит электропроводящий корпус 130 (для ясности изложения опущен на фиг. 8, но показан на фиг. 3), который определяет пару отделенных в осевом направлении заполненных воздухом резонаторов 144, которые действуют как дроссели для подавления или предотвращения прохождения микроволновой энергии. На частоте 5,8 ГГц каждый заполненный воздухом резонатор имеет длину в четверть волны от коаксиальной линии передачи до ее закрытого конца. Четвертьволновой резонатор представляет собой разомкнутую цепь во внешнем проводнике коаксиальной линии передачи, которая препятствует прохождению сигнала с частотой 5,8 ГГц. Расстояние между резонаторами рассчитано так, что каждый из них усиливает действие другого. На частоте 400 кГц фильтр не действует, поэтому входной РЧ сигнал не блокируется.

На фиг. 9 проиллюстрирован график, показывающий прогнозируемые параметры передачи и отражения для микроволнового фильтра, полученные с помощью имитационной модели, проиллюстрированной на фиг. 8, на частотах от 3 ГГц до 8,5 ГГц.

Линия 160 показывает передачу через фильтр (S12), а линия 162 показывает отражение от фильтра (S22). Линии для S21 и S11 идентичны линиям для S12 и S22.

На частоте 5,8 ГГц прогнозируемые вносимые потери очень высокие (-49,5 дБ), а потери на отражение очень низкие (-0,0102 дБ). Эти характеристики проявлялись при нагрузках 50 Ом на каждом конце. На практике может иметь место более высокая нагрузка сопротивления на обоих концах, так что реальные характеристики будут немного отличаться от имитационной модели. Например, форма и частота угла падения могут варьироваться в зависимости от точного положения обоих концов, и вносимые потери могут быть выше из-за несогласованности дополнительного сопротивления.

Следующее описание подводит итог по результатам измерений, выполненных на реальном примере комбинированного изолятора-диплексера, рассмотренного выше.

Измерения были выполнены между портом 3 (вход) и портом 1 (выход), как описано для фиг. 6, в диапазоне частот от 5,6 ГГц до 6 ГГц. Представляющими интерес измерениями были отражение (S33), передача (S13) и потери на частоте 5,8 ГГц (которая является предпочтительной частотой микроволновой энергии).

Коаксиальные кабели были подключены к входному порту и выходному порту с помощью микроволновых соединителей. В этом примере соединителями представляли собой адаптированные версии компонента Amphenol P/N 172224. Эти соединители были адаптированы путем отрезания диэлектрика таким образом, чтобы он выступал в волноводный резонатор на 1 мм, и отрезания выступающих штырей (упомянутых выше внутренних проводников) таким образом, чтобы они отходили от фланца соединителя на 20 мм. Ожидается, что предпочтительная длина штырей будет составлять около 17,5 мм, поэтому этот метод обеспечивает слишком длинные штыри, которые при необходимости можно укоротить.

С этой настройкой и регулированием настроечных винтовых зондов в каждой торцевой крышке можно добиться, чтобы возвратные потери составляли -34 дБ, а вносимые потери составляли -0,5 дБ.

Эксперимент повторно провели с устройством, содержащим микроволновые порты на противоположных сторонах волновода. Выяснилось, что в этом варианте параметры значительно отличались. Это подразумевает, что критические моды более высокого порядка играют существенную роль в передаче, так как основная мода TE01, которая может распространяться в волноводе, не должна отличаться в передаче между соединителями на одной стороне цилиндра или на противоположных сторонах. Тем не менее, с устройством в соответствии с данным изобретением все еще возможно настроить комбинированный изолятор-диплексер для достижения подходящих характеристик.

Изобретение относится к области электрохирургии посредством излучения. Технический результат заключается в улучшении изоляционных свойств. Группа изобретений содержит комбинированное устройство изолятор-диплексер для передачи радиочастотной (РЧ) энергии и микроволновой энергии, полученной из отдельных источников, на зонд через общий путь прохождения сигнала, изобретение объединяет в одном блоке все необходимые компоненты, чтобы изолировать микроволновый канал от РЧ канала, одновременно обеспечивая высокое выдерживаемое напряжение (например, более 10 кВ), содержит волноводный изолятор для изоляции микроволнового канала, в котором расположена пара изолирующих барьеров постоянного тока, чтобы обеспечить пару последовательно соединенных емкостных конструкций между заземляющим проводником на выходе схемы сложения сигналов и проводящей входной секцией волноводного изолятора, а также электрохирургическое устройство его содержащее. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Комбинированное устройство изолятор-диплексер, содержащее:

схему сложения сигналов, содержащую первый вход, подключаемый для приема радиочастотного (РЧ) электромагнитного (ЭМ) излучения, имеющего первую частоту, из РЧ канала, второй вход, подключаемый для приема микроволнового ЭМ излучения, имеющего вторую частоту, которая выше, чем первая частота, из микроволнового канала, и выход, сообщающийся с первым и вторым входами для передачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения в общий путь прохождения сигнала, и

волноводный изолятор, подключенный для изоляции микроволнового канала от РЧ ЭМ излучения, при этом волноводный изолятор содержит:

проводящую входную секцию,

проводящую выходную секцию,

проводящую промежуточную секцию, причем промежуточная секция содержит первый конец, который сопрягается с входной секцией, и второй конец, который сопрягается с выходной секцией,

первый изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между входной секцией и промежуточной секцией, и

второй изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между промежуточной секцией и выходной секцией,

при этом совместно входная секция, промежуточная секция и выходная секция заключают в себе волноводный резонатор,

при этом выход схемы сложения сигналов содержит проводник сигналов и заземляющий проводник, и

при этом первый изолирующий барьер постоянного тока и второй изолирующий барьер постоянного тока обеспечивают пару последовательно соединенных емкостных конструкций между заземляющим проводником выхода схемы сложения сигналов и проводящей входной секцией волноводного изолятора, причем емкостная конструкция выполнена с возможностью блокирования передачи РЧ ЭМ энергии и утечки микроволновой ЭМ энергии.

2. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 1, отличающееся тем, что входная секция, промежуточная секция и выходная секция расположены последовательно в продольном направлении, при этом промежуточная секция соединяется внахлест с входной секцией в продольном направлении у первого изолирующего барьера постоянного тока, и при этом промежуточная секция соединяется внахлест с выходной секцией в продольном направлении на втором изолирующем барьере постоянного тока.

3. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 2, отличающееся тем, что:

выход, соединенный с общим путем прохождения сигнала, содержит выходной зонд, установленный на выходной секции волноводного изолятора, причем выходной зонд содержит первый соединительный проводник, проходящий в волноводный изолятор, для передачи из него микроволновой ЭМ энергии,

второй вход содержит входной зонд, установленный на входной секции волноводного изолятора, причем входной зонд содержит второй соединительный проводник, проходящий в волноводный изолятор для передачи микроволновой ЭМ энергии в резонатор, и

первый соединительный проводник и второй соединительный проводник проходят в направлении, которое перпендикулярно продольному направлению.

4. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 3, отличающееся тем, что первый соединительный проводник и второй соединительный проводник проходят в волноводный резонатор с противоположных направлений.

5. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 3 или 4, отличающееся тем, что первый вход содержит РЧ соединитель, установленный на волноводном изоляторе, причем РЧ соединитель содержит проводник сигналов, который проходит в волноводный резонатор для электрического контакта с соединительным проводником выходного зонда, при этом проводник сигналов проходит в продольном направлении, и при этом проводник сигналов размещен, по существу, для выравнивания с эквипотенциалом микроволновой ЭМ энергии в волноводном изоляторе.

6. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 5, отличающееся тем, что РЧ соединитель содержит коаксиальный фильтр, соединенный с выходной секцией и выполненный с возможностью предотвращения утечки микроволновой ЭМ энергии из волноводного изолятора через проводник сигналов РЧ соединителя.

7. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 5, отличающееся тем, что коаксиальный фильтр содержит двухсекционный входящий коаксиальный фильтр.

8. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по любому из пп. 2-7, отличающееся тем, что волноводный изолятор содержит совокупность настроечных заглушек, вставляемых с возможностью регулирования в волноводный резонатор в продольном направлении.

9. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по п. 8, отличающееся тем, что совокупность настроечных заглушек включает первую настроечную заглушку, вставляемую через продольную торцевую поверхность входной секции, и вторую настроечную заглушку, вставляемую через продольную торцевую поверхность выходной секции.

10. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по любому из предшествующих пунктов, содержащее изолирующий слой, расположенный между входной секцией и промежуточной секцией у первого изолирующего барьера постоянного тока.

11. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по любому из предшествующих пунктов, содержащее изолирующий слой, расположенный между выходной секцией и промежуточной секцией у второго изолирующего барьера постоянного тока.

12. Комбинированное устройство изолятор-диплексер по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что волноводный резонатор является цилиндрическим.

13. Электрохирургическое устройство для резекции биологической ткани, содержащее:

генератор радиочастотного (РЧ) сигнала для генерирования РЧ электромагнитного (ЭМ) излучения, имеющего первую частоту;

генератор микроволнового сигнала для генерирования микроволнового ЭМ излучения, имеющего вторую частоту, которая выше, чем первая частота;

зонд, выполненный с возможностью подачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения отдельно или одновременно из его дистального конца; и

конструкцию подачи для передачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения на зонд, причем конструкция подачи содержит РЧ канал для соединения зонда с генератором РЧ сигнала и микроволновый канал для соединения зонда с генератором микроволнового сигнала,

при этом РЧ канал и микроволновый канал содержат физически отдельные пути прохождения сигналов соответственно от генератора РЧ сигналов и генератора микроволновых сигналов,

при этом конструкция подачи содержит изолятор-диплексер, содержащий:

схему сложения сигналов, содержащую первый вход, подключенный для приема РЧ ЭМ излучения из РЧ канала, второй вход, подключенный для приема микроволнового ЭМ излучения из микроволнового канала, и выход, сообщающийся с первым и вторым входами для передачи РЧ ЭМ излучения и микроволнового ЭМ излучения на зонд по общему пути прохождения сигнала, и

волноводный изолятор, подключенный для изоляции микроволнового канала от РЧ ЭМ излучения, и

при этом волноводный изолятор содержит:

проводящую входную секцию,

проводящую выходную секцию,

проводящую промежуточную секцию, причем промежуточная секция содержит первый конец, который сопрягается с входной секцией, и второй конец, который сопрягается с выходной секцией,

первый изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между входной секцией и промежуточной секцией, и

второй изолирующий барьер постоянного тока, расположенный между промежуточной секцией и выходной секцией,

при этом совместно входная секция, промежуточная секция и выходная секция заключают в себе волноводный резонатор,

при этом выход схемы сложения сигналов содержит проводник сигналов и заземляющий проводник, и

при этом первый изолирующий барьер постоянного тока и второй изолирующий барьер постоянного тока обеспечивают пару последовательно соединенных емкостных конструкций между заземляющим проводником выхода схемы сложения сигналов и проводящей входной секцией волноводного изолятора, причем емкостная конструкция выполнена с возможностью блокирования передачи РЧ ЭМ энергии и утечки микроволновой ЭМ энергии.

14. Электрохирургическое устройство по п. 13, отличающееся тем, что изолятор-диплексер представляет собой комбинированное устройство изолятор-диплексер по любому из пп. 2-12.