本公開涉及用于向生物組織傳輸電磁能量的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、能量源設(shè)備包括將電磁能量轉(zhuǎn)換為不同形式輸出能量的電磁能量發(fā)生器。例如，一些能量源設(shè)備可以將電磁能量轉(zhuǎn)換為能夠被人體組織吸收的能量形式，例如射頻(rf)電流、射頻電磁場、電磁輻射、超聲波、激光形式的能量和/或類似形式的能量。這使得能量源設(shè)備能夠加熱人體組織，從而觸發(fā)加熱組織的生物反應(yīng)以實現(xiàn)治療效果。

2、當(dāng)前用于組織治療的能量源設(shè)備的缺點之一是溫度熱點的形成。通常，當(dāng)通過電極向組織傳輸能量(例如，射頻電流等)時，能量會集中在電極的邊緣(特別是鋒利邊緣)。這種現(xiàn)象被稱為邊緣效應(yīng)。對于圓盤形電極，邊緣效應(yīng)表現(xiàn)為圓盤周邊的電流密度較高，而中心的電流密度相對較低。對于方形電極，整個邊緣通常具有較高的電流密度，且在角部的電流密度更高。這種射頻電流的集中會導(dǎo)致不希望的溫度熱點，從而導(dǎo)致接觸射頻電流的患者感到疼痛。

3、在使用電磁能量進行組織治療時，患者疼痛是不可避免的。通常通過優(yōu)化治療效果并盡量減少患者的不適感來調(diào)節(jié)疼痛。為了減少疼痛，可以為患者提供口服止痛藥和/或局部麻醉霜作為麻醉劑。這些解決方案顯著增加了患者準備時間和成本，并且對于患者和醫(yī)生來說都很麻煩。

4、如上所述，電極邊緣附近較高的溫度會產(chǎn)生熱點，導(dǎo)致患者感到疼痛。一種解決方法是由能量源設(shè)備(例如，醫(yī)生)的操作人員降低能量強度以抵消溫度熱點的影響。這為患者提供了更可接受的治療體驗。然而，降低能量強度的后果是患者可能治療不足，未能獲得足夠的治療能量，從而影響整體治療效果。

5、許多能量源設(shè)備使用開環(huán)功率控制。操作人員通常選擇一個治療強度級別或治療能量傳輸級別，以決定電磁能量發(fā)生器的輸出功率。然而，在固定操作條件下，輸出功率是負載阻抗的函數(shù)。通常，這種輸出功率與負載阻抗的關(guān)系可以用高斯曲線近似表示。輸出功率隨著負載阻抗的增加而增加，達到最大值后，輸出功率隨著負載阻抗的進一步增加而減少。在許多使用能量源設(shè)備的治療過程中，負載阻抗受到許多因素的影響，例如患者組織的電學(xué)特性、患者運動、組織的血液流動、耦合介質(zhì)、接觸壓力和/或類似因素。因此，在整個治療過程中，負載阻抗經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致傳輸給患者的功率量不穩(wěn)定。

6、在分布式系統(tǒng)中，當(dāng)使用同軸電纜或波導(dǎo)將能量從電磁能量發(fā)生器傳輸?shù)截撦d時，且其物理長度為電磁能量波長相差不大時，只有當(dāng)其阻抗與同軸電纜或波導(dǎo)的特性阻抗匹配時，負載才能接收到最大功率。任何偏離特性阻抗的情況都會導(dǎo)致傳輸?shù)截撦d的功率減少。

7、這種負載阻抗與輸出功率之間的依賴關(guān)系在能量源設(shè)備中未得到充分解決。其后果有兩個：首先，傳輸給患者的功率是不確定的。因此，患者是否能接收到所需的治療水平能量是無法預(yù)測的?；颊呖赡軙艿竭^度治療或治療不足，導(dǎo)致治療效果存在嚴重的不確定性。其次，當(dāng)電磁能量被轉(zhuǎn)換為患者組織中的熱量以實現(xiàn)治療效果時，負載阻抗的變化可能導(dǎo)致傳輸給患者的功率突然增加。如果未能妥善管理，這種傳輸功率的突然激增可能會導(dǎo)致被治療的組織溫度快速上升。如果傳輸給患者的功率過高，患者的神經(jīng)痛覺感受器可能會被激活，導(dǎo)致患者感受到巨大的疼痛。

8、一些現(xiàn)代能量源醫(yī)療設(shè)備采用了一些傳感器來提供反饋，以調(diào)整電磁能量源設(shè)備的驅(qū)動水平，從而緩解上述部分問題。然而，這些傳感器通常無法提供足夠的時間和空間分辨率。例如，能量源設(shè)備通常包括接觸式溫度傳感器，例如熱敏電阻或熱電偶，用于監(jiān)測被治療組織的溫度。然而，由于這些接觸式溫度傳感器的固有物理結(jié)構(gòu)限制，這些傳感器無法提供精確的組織溫度測量。此外，由于傳感器穩(wěn)定性要求，接觸式傳感器的采樣速率受到限制。一些設(shè)備使用非接觸式溫度傳感器，例如紅外(ir)傳感器。然而，這些傳感器只能準確檢測最接近傳感器表面的溫度。此外，當(dāng)治療區(qū)域被耦合凝膠或相關(guān)材料或物質(zhì)覆蓋時，這種技術(shù)無法高效和/或有效地監(jiān)測患者的溫度。

9、因此，需要一種設(shè)備和/或方法來減少與組織治療相關(guān)的溫度熱點，從而減輕患者的不適感，并向患者的組織傳輸精確的功率，從而獲得更一致的治療效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在本發(fā)明的一個方面，公開了一種用于通過能量源設(shè)備傳輸電磁能量以作為治療過程的一部分對生物組織進行治療的方法。該方法包括通過能量發(fā)生器在一個或多個操作條件下生成電磁能量以傳輸至生物組織。該方法還包括通過能量源設(shè)備將電磁能量傳輸至生物組織，傳輸過程在治療時間段內(nèi)的多個時間間隔內(nèi)進行，治療時間段表示治療過程的持續(xù)時間。該方法進一步包括，在多個時間間隔中的一個時間間隔中傳輸一部分電磁能量時，基于測量的電參數(shù)確定一個或多個瞬時接收功率值。該方法進一步包括，至少在該時間間隔內(nèi)一次，基于一個或多個瞬時接收功率值確定功率變化量。該方法進一步包括，基于確定功率變化量的變化滿足閾值容差水平，更新多個時間間隔中的一個或多個時間間隔的持續(xù)時間。該方法進一步包括，在該時間間隔期間調(diào)整能量發(fā)生器的一個或多個工作條件的至少一個，調(diào)整至少一個工作條件使傳輸至生物組織的電磁能量等于或基本等于治療能量預(yù)設(shè)值。

2、在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)確定一個或多個瞬時接收功率值中的一個瞬時接收功率值時，該方法包括：基于測量的瞬時正向功率和瞬時反射功率的差異，確定瞬時接收功率值。

3、在本發(fā)明的另一個實施例中，一個或多個瞬時接收功率值為多個瞬時接收功率值。在該實施例中，當(dāng)確定功率變化量時，該方法包括：基于多個瞬時接收功率值中的最小瞬時接收功率值和最大瞬時接收功率值之間的差異，確定功率變化量。

4、在本發(fā)明的另一個實施例中，一個或多個瞬時接收功率值僅包括在該時間間隔期間確定的單個瞬時接收功率值。在該實施例中，當(dāng)確定功率變化量時，該方法包括：基于該時間間隔期間確定的單個瞬時接收功率值與多個時間間隔中之前時間間隔期間確定的先前瞬時接收功率值之間的差異，確定功率變化量。

5、在本發(fā)明的另一個實施例中，閾值容差水平為上限閾值容差水平。在該實施例中，當(dāng)更新一個或多個時間間隔的持續(xù)時間時，該方法包括：基于確定功率變化量的變化超過上限閾值容差水平，縮短一個或多個時間間隔的持續(xù)時間。

6、在本發(fā)明的另一個實施例中，閾值容差水平為下限閾值容差水平。在該實施例中，當(dāng)更新一個或多個時間間隔的持續(xù)時間時，該方法包括：基于確定功率變化量的變化小于下限閾值容差水平，延長一個或多個時間間隔的持續(xù)時間。

7、在本發(fā)明的另一個實施例中，治療時間段進一步定義為一組脈沖寬度調(diào)制(pwm)周期。在該實施例中，該方法還包括：在多個時間間隔中的第一個時間間隔的開始，確定在一組pwm周期的第一pwm周期內(nèi)需要傳輸?shù)氖Ｓ嚯姶拍芰?；確定在第一pwm周期內(nèi)傳輸剩余電磁能量所需的額外時間段；比較額外時間段的持續(xù)時間和多個時間間隔中的即將到來的時間間隔的持續(xù)時間；以及基于比較額外時間段的持續(xù)時間和即將到來的時間間隔的持續(xù)時間，選擇在第一pwm周期內(nèi)傳輸剩余電磁能量的時間段。在該實施例中，當(dāng)調(diào)整一個或多個工作條件時，該方法包括：調(diào)整一個或多個工作條件中的一個工作條件，使能量發(fā)生器在選擇的時間段內(nèi)傳輸?shù)谝籶wm周期內(nèi)的剩余電磁能量。在某些實施例中，當(dāng)選擇第一pwm周期內(nèi)傳輸剩余電磁能量的時間段時，該方法包括：基于確定額外時間段的持續(xù)時間不超過即將到來的時間間隔的持續(xù)時間，選擇額外時間段；或者基于確定額外時間段的持續(xù)時間超過即將到來的時間間隔的持續(xù)時間，選擇即將到來的時間間隔。在某些實施例中，當(dāng)確定第一pwm周期內(nèi)傳輸剩余電磁能量所需的額外時間段時，該方法包括使用以下公式確定額外時間段：t1＝

8、er/p，其中t1為額外時間段，er為在第一pwm周期內(nèi)需要傳輸?shù)氖Ｓ嚯姶拍芰?，p基于一個或多個瞬時接收功率值確定。p可基于單個瞬時接收功率值、多個瞬時接收功率值、多個瞬時接收功率值的平均值和/或類似值來確定，如將在具體實施方式中進一步解釋。

9、在本發(fā)明的另一個實施例中，一個或多個工作條件至少包括以下之一：能量源設(shè)備的能量發(fā)生器的狀態(tài)，或能量發(fā)生器的驅(qū)動值。

10、在本發(fā)明的另一個實施例中，每個時間間隔(在一個或多個時間間隔中)持續(xù)的時間范圍為1納秒(ns)至10秒(s)，優(yōu)選為100微秒(μs)至10毫秒(ms)。

11、在本發(fā)明的另一個實施例中，該方法進一步包括：確定一個或多個瞬時接收功率值未處于表示正常操作條件的閾值范圍內(nèi)；并基于確定多個瞬時接收功率值未處于閾值范圍內(nèi)，執(zhí)行一個或多個動作，其中一個或多個動作包括以下至少之一：暫停治療過程，終止治療過程，調(diào)整一個或多個工作條件中的一個工作條件以將傳輸?shù)碾姶拍芰繙p少至少60％，或生成并發(fā)送警報信號，指示能量源設(shè)備未在正常工作條件下運行。

12、本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于治療生物組織的能量源設(shè)備。該能量源設(shè)備包括一個能量發(fā)生器、一個功率檢測單元、一個電磁能量傳輸單元以及一個處理器。能量發(fā)生器被配置為生成電磁能量，并在一個或多個操作條件下運行，以將電磁能量傳輸至生物組織。功率檢測單元被配置為測量瞬時功率。電磁能量傳輸單元被配置為將電磁能量轉(zhuǎn)換為適用于治療生物組織的能量形式。處理器被配置為指示能量發(fā)生器生成電磁能量，電磁能量將在表示治療過程持續(xù)時間的治療時間段內(nèi)的多個時間間隔內(nèi)傳輸至生物組織。在多個時間間隔中的一個時間間隔期間傳輸部分電磁能量時，處理器進一步被配置為基于測量的電參數(shù)確定一個或多個瞬時接收功率值。處理器進一步被配置為至少在該時間間隔期間一次，基于一個或多個瞬時接收功率值確定功率變化量。處理器進一步被配置為基于確定功率變化量的變化滿足閾值容差水平，更新多個時間間隔中的一個或多個時間間隔的持續(xù)時間。處理器進一步被配置為在該時間間隔期間調(diào)整能量發(fā)生器的一個或多個工作條件中的至少一個。調(diào)整至少一個工作條件會導(dǎo)致傳輸至生物組織的電磁能量等于或基本等于治療能量預(yù)設(shè)值。

13、在本發(fā)明的另一個實施例中，當(dāng)處理器確定一個或多個瞬時接收功率值中的某個瞬時接收功率值時，處理器被配置為基于測得的瞬時正向功率和瞬時反射功率之間的差值來確定該瞬時接收功率值。

14、在本發(fā)明的另一個實施例中，閾值容差水平是一個上限閾值容差水平。在此實施例中，當(dāng)更新一個或多個時間間隔的持續(xù)時間時，處理器被配置為基于確定功率變化量的變化超過上限閾值容差水平來減少一個或多個時間間隔的持續(xù)時間。

15、在本發(fā)明的另一個實施例中，閾值容差水平是一個下限閾值容差水平。在此實施例中，當(dāng)更新一個或多個時間間隔的持續(xù)時間時，處理器被配置為基于確定功率變化量的變化小于下限閾值容差水平來增加一個或多個時間間隔的持續(xù)時間。

16、在本發(fā)明的另一個實施例中，治療時間段進一步被定義為一組脈沖寬度調(diào)制(pwm)周期。在此實施例中，處理器還被配置為在多個時間間隔的第一個時間間隔的開始時，確定在第一pwm周期內(nèi)需要傳輸?shù)氖Ｓ嚯姶拍芰?。處理器被進一步配置為確定在第一pwm周期內(nèi)傳輸剩余電磁能量所需的額外時間段。處理器還被配置為比較額外時間段的持續(xù)時間與多個時間間隔中即將到來的時間間隔的持續(xù)時間。處理器被進一步配置為基于比較額外時間段的持續(xù)時間和即將到來的時間間隔的持續(xù)時間來選擇在第一pwm周期內(nèi)傳輸剩余電磁能量的時間段。在此實施例中，當(dāng)調(diào)整至少一個工作條件時，處理器被配置為調(diào)整一個或多個工作條件中的一個，以使能量發(fā)生器在選定的時間段內(nèi)傳輸?shù)谝籶wm周期中的剩余電磁能量。

17、在本發(fā)明的另一個實施例中，一個或多個工作條件至少包括以下之一：能量源設(shè)備中能量發(fā)生器的狀態(tài)，或能量發(fā)生器的驅(qū)動值。

18、在本發(fā)明的另一個實施例中，處理器還被配置為確定一個或多個瞬時接收功率值不在表示正常工作條件的閾值范圍內(nèi)。處理器還被配置為基于確定多個瞬時接收功率值不在閾值范圍內(nèi)執(zhí)行一個或多個操作。

19、在本發(fā)明的另一個實施例中，功率檢測單元包括兩個定向耦合器和一個雙向耦合器。