双极电外科器械护套中的破裂检测的制作方法

双极电外科器械护套中的破裂检测
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年3月1日提交的美国临时专利申请号62/812,731的优先权，该专利申请通过引用以其整体并入本文。


背景技术：

3.电外科涉及使用电力来引起生物组织的热破坏，以例如通过干燥、凝结或汽化来切割或移除组织。益处包括在有限的失血下进行精确切割的能力。经常在外科手术期间使用电外科器械来帮助防止在医院手术室或门诊手术中的失血。最常用的两种电外科手术是高频电外科手术和电灼术。高频电外科手术涉及高频(射频)交流电，当该交流电穿过组织时，通过电阻将其转化为热。组织内的热积累引起热组织损伤，例如导致切口或消蚀。电灼术也涉及直接将热量传递到组织。然而，不是使电流穿过组织，而是使用电流来加热手持元件，然后将该手持元件施加到组织。电外科手术的附加模态包括：电解，其使用由直流电产生的化学反应来损伤组织；以及低温消融，其使用电流来将诸如等渗盐水等传导介质电离，然后使用该传导介质将热量传递到组织。
4.双极和单极是电外科手术期间的能量传递的两种模态的示例。单极电外科技术涉及使电流从探针电极传递到患者组织并且通过患者组织到返回垫以完成电流电路。双极电外科技术通常涉及电流只穿过设置在钳形电极两臂之间的一部分患者组织。双极器械的导电引线由导电安全屏蔽件围绕，该导电安全屏蔽件由非导电外绝缘护套围绕。
5.在电外科手术中，常见的是，有源单极能量器械与附近双极器械的电极接触并且将能量传输到双极器械臂，特别是当双极器械还可用于机械抓取时。这种接触可能是无意或故意的，例如，一些外科医生被教导用单极能量使双极抓握器“发蜂鸣声(buzz)”来产生止血效果。当这种情况发生时，单极能量可行进通过双极器械臂并且变得电容耦合到双极器械的屏蔽件。如果该单极能量耦合到双极器械并且双极器械的绝缘护套遭受破裂，则产生了包括屏蔽件的替代异常电流路径。例如，典型双极器械以约60vp
‑
500vp范围内的电压进行操作，并且典型单极器械以约300vp
‑
3,000vp范围内的电压进行操作。因此，这种异常电流路径有可能在护套破裂位置处对患者组织造成意外的患者烧伤。


技术实现要素：

6.在一个方面，一种系统检测双极电外科器械中的绝缘护套的破裂。该系统包括用于检测在引线上传导的hf信号的第一hf信号分量的第一脉冲检测电路，并且包括用于检测在屏蔽件上传导的hf信号的第二hf信号分量的第二脉冲检测电路。相位差采样逻辑产生指示第一hf信号分量与第二hf信号分量之间的相位差的采样值。电流检测逻辑基于采样值来检测屏蔽件与解剖组织之间的电流。
7.在另一方面，提供了一种检测双极电外科器械中的绝缘护套的破裂的方法。该方法包括检测在引线上传导的hf信号的第一hf信号分量的脉冲，以及检测在屏蔽件上传导的hf信号的第二hf信号分量的脉冲。产生指示第一hf信号分量与第二hf信号分量的脉冲之间
的相位差的采样值。基于这些采样值来检测屏蔽件与解剖组织之间的电流。
8.在另一方面，一种系统检测双极电外科器械中的绝缘护套的破裂。该系统包括用于检测在引线上传导的hf信号的第一hf信号分量的第一脉冲检测电路，并且包括用于检测在屏蔽件上传导的hf信号的第二hf信号分量的第二脉冲检测电路。量值差采样逻辑产生指示第一hf信号分量与第二hf信号分量之间的量值差的采样值。电流检测逻辑基于这些采样值来检测屏蔽件与解剖组织之间的电流。
9.在另一方面，提供了一种检测双极电外科器械中的绝缘护套的破裂的方法。该方法包括检测在引线上传导的hf信号的第一hf信号分量的脉冲，以及检测在屏蔽件上传导的hf信号的第二hf信号分量的脉冲。产生指示第一hf信号分量与第二hf信号分量的脉冲之间的量值差的采样值。基于这些采样值来检测屏蔽件与解剖组织之间的电流。
10.本发明的范围由权利要求定义，这些权利要求通过引用并入该部分。通过考虑以下对一个或多个示例的详细描述，本领域技术人员将更完整地理解本发明的示例以及实现其附加优点。将参考以下首先简要描述的附图。
附图说明
11.通过一起参考详细描述和附图，可以最好地理解本发明的示例及其优点。应当理解，相似的附图标记用于标识在一个或多个图中示出的相似元件。还应认识到，这些附图不一定是按比例绘制的。
12.图1是示出示例双极外科电外科器械和示例单极外科电外科器械的示意图，这些外科电外科器械被选择性地耦合以从电外科发生器单元接收电外科信号。
13.图2a是双极引线缆线的示意性轴向横截面图。
14.图2b是具有完整外部护套的双极引线缆线的示意性纵向横截面图。
15.图2c是具有破裂外部护套的双极引线缆线的示意性纵向横截面图。
16.图3a是表示在激活的单极末端执行器与双极末端执行器之间的电接触点的示意性物理模型。
17.图3b是表示图3a的物理模型的示意性电路模型。
18.图4a
‑
图4b是表示在激活的单极末端执行器和双极末端执行器之间的电接触期间，当绝缘护套完整(图4a)时以及当护套破裂(图4b)时，耦合到双极esi以监控寄生耦合到屏蔽件导体的高频(hf)信号分量的特性的示例监控系统的示意性框图。
19.图5是示出检测rf信号相移变化事件的第一示例监控电路的细节的说明性示意图。
20.图6是表示监控过程的示意性流程图，该监控过程用于监控第一hf单极信号分量和第二hf单极信号分量之间的相位关系以检测患者组织内的指示破裂绝缘护套的电流的出现。
21.图7是示出在图6的过程期间由第一示例监控电路产生的示例信号的示意性信号图。
22.图8是示出检测hf信号量值或相位变化事件的第二示例监控和检测电路的细节的说明性示意图。
具体实施方式
23.电外科器械
24.图1是示出示例双极外科电外科器械102和示例单极外科电外科器械104的示意图，这些外科电外科器械被选择性地耦合以从电外科发生器单元(esu)106接收电外科信号。电外科信号通常是高频信号(hf)，通常处于其电压电平适合于实现期望的外科手术效果(例如患者组织130的干燥、凝结或汽化)的射频范围(rf)内。根据期望的外科手术效果来选择电外科信号的电压电平。第一电外科器械(esi)102包括第一末端执行器108，该第一末端执行器包括包含第一电极112的第一钳口构件110和包含第二电极116的第二钳口构件114。第二esi 104包括第二末端执行器118，该第二末端执行器包括单个电极，即单极电极120。双极引线缆线122包括在esu与双极末端执行器108之间延伸的第一双极引线和第二双极引线。缆线122内的第一双极引线电耦合到双极末端执行器108的第一臂110内的第一电极112。缆线122内的第二双极引线电耦合到双极末端执行器108的第二臂114内的第二电极116。单极引线缆线124在esu 106与单极器械104之间延伸。单极电流传递通过单极电引线124
‑
1到单极电极120，然后通过患者组织130
‑
2到达与患者组织130接触放置的返回导体垫128，该返回导体垫提供用于使单极电流通过126返回esu 106的返回路径。于2017年5月31日提交的名称为“electrosurgical output stage with integrated dc regulator”的共同转让的美国临时专利申请序列号62/513,287描述了根据一些实施例的esu 106，并且通过本参考明确地以其整体并入本文。
25.双极esi 102的末端执行器108包括铰接钳口，该铰接钳口包括绕枢转轴线132相对于彼此铰接的第一钳口构件110和第二钳口构件114。第一钳口构件110和第二钳口构件114中的至少一个被安装成在第一钳口110和第二钳口114彼此间隔开的打开位置与用于在其间抓取生物组织130
‑
1的闭合位置之间绕枢转轴线132旋转地枢转。第一电极112和第二电极116被安装在钳口构件110、114上以电接触在第一钳口构件110和第二钳口构件114之间抓取的生物组织130
‑
1。例如，在正常操作期间，当钳口构件110、114在其间抓取组织130
‑
1时，esu 106在第一电极112和第二电极116之间施加高频电外科信号以致使电流流过在钳口构件110、114之间抓取的组织部分130
‑
1，以便向第一组织部分130
‑
1施加热量，由此施加电外科手术效果(例如干燥、凝结或汽化)。
26.单极esi 104的末端执行器118包括可与患者的生物组织130
‑
2接触放置的单个第三电极120。在正常操作期间，esu 106在第三电极120与返回导体垫128之间施加高频电外科信号以促使电流流过设置在第三电极120与返回导体垫128之间的第二组织部分130
‑
2，从而促使电流流过第二组织部分130
‑
2以向第二组织部分130
‑
2施加电外科效果。返回导体垫128具有足够大的表面积，使得与该垫物理接触的患者组织具有足够大的表面积，从而使得至esu 106的返回电流在足够宽的患者组织区域130上传播以充分限制电流密度，从而避免例如由于返回电流引起的组织烧伤或其他创伤。
27.双极esi 102通常比单极第二esi 104使用更低的电压并因此使用更低的能量。由于较低能量水平，双极esi 102可能具有更有限的切割和凝结大出血区域的能力，并且更理想地用于通过包含第一电极112和第二电极116的钳口构件110、114能够容易地在两侧抓握第一生物组织部分102的那些规程。因此，在双极外科手术中，患者体内的电外科电流仅限于钳口电极112、116之间的组织，这可以提供对目标区域的更好控制并且有助于防止对其
他敏感组织的损伤。
28.双极引线缆线122和单极引线缆线124跨越esu 106与相应的双极esi 102和单极esi 104之间的距离。双极引线缆线122包括外部绝缘护套122s，该外部绝缘护套可包括包封在其内部延伸的第一导电双极引线122
‑
1和第二导电双极引线122
‑
2(通常被称为“电极”)的绝缘材料。单极引线缆线124包括缆线外部护套124s，该缆线外部护套可包括包封在其内部延伸的第三导电单极引线124
‑
1的绝缘材料。
29.esu 106包括第一变压器电路140，该第一变压器电路用于在第一双极引线122
‑
1与第二双极引线122
‑
2(也被称为有源引线和返回引线)之间选择性地耦合电外科信号。esu 106可控地将第一变压器140的相应的第一端子146和第二端子148电耦合到相应的第一双极引线122
‑
1和第二双极引线122
‑
2以及将其从相应的第一双极引线122
‑
1和第二双极引线122
‑
2电解耦。esu 106包括第二变压器电路150，该第二变压器电路用于将电外科信号选择性地耦合在单极引线124
‑
1与第三(返回)导体缆线126之间。更具体地，esu 106被配置为可控地将第二变压器150的第一端子156和第二端子158分别电耦合到第二缆线124的近端部分124p处的第三单极引线124
‑
1和第三(返回)导体缆线126以及与其电解耦。
30.双极引线内的寄生电容
31.图2a是双极引线缆线122的示意性轴向横截面图。图2b是具有完整外部护套124s的双极引线缆线122的示意性纵向横截面图。图2c是具有破裂210外部护套122s的双极引线缆线122的示意性纵向横截面图。双极引线缆线122包括被非导电管状外部绝缘护套122s围绕的细长管状屏蔽件导体212。屏蔽件212围绕第一和第二(有源和返回)双极引线122
‑
1、122
‑
2以提供保护，从而防止从双极引线122
‑
1、122
‑
2到患者的单极电外科能量的意外寄生电容耦合。电容耦合能量可潜在地导致可能对患者造成热损伤的通向患者组织130的电弧放电或传导。屏蔽件212与双极引线122
‑
1、122
‑
2之间的寄生电容216允许单极能量从esi 104意外地转移到双极引线122
‑
1、122
‑
2和屏蔽件212。绝缘护套122s将电容耦合导体屏蔽件212与患者组织130电隔离开。介电材料214被设置在屏蔽件212与第一双极引线122
‑
1和第二双极引线122
‑
2之间以及第一双极引线与第二双极引线本身之间。绝缘护套122s中的破裂210(如图2c中所示)可由于外科手术期间的意外使用或激进使用而发生，例如在外科手术期间另一个器械(未示出)物理接触双极引线缆线122。
32.由于绝缘护套中的破裂引起的异常电流
33.图3a是表示在激活的单极末端执行器118和双极末端执行器108之间的电接触点302的示意性物理模型。施加到双极器械引线的高频(hf)单极电流i
m
寄生耦合到保护性屏蔽件。包括患者组织阻抗的阻抗r
total
将屏蔽件电耦合返回垫128，该返回垫电耦合到esu(未示出)。因此，异常单极电流i
m
从单极电极120流到双极钳口电极116(或112)，流到双极引线122
‑
1和122
‑
2中的一者或两者，流到屏蔽件212，流到具有阻抗r
total
的路径，流到返回引线(未示出)。通常，两个双极引线上的单极信号分量具有匹配的相位和量值。如下面更全面地解释，如果护套122s是完整的，则r
total
包括患者组织的阻抗(r
p
)加上绝缘护套电阻的阻抗(r
sh
)。然而，如果护套122s破裂，则r
total
仅包括患者组织的阻抗(r
p
)。
34.图3b是表示图3a的物理模型的简化示意性电路模型，该电路模型包括单极电压源(v
m
)、寄生耦合电容c
p
以及位于屏蔽件与返回垫之间的包含患者组织的路径阻抗rtotal。双极引线节点320耦合在v
m
和c
p
之间。双极屏蔽件节点330耦合在c
p
和rtotal之间。单极电流i
m
在电路模型内流动。当绝缘护套破裂(即没有护套电阻)时，rtotal主要是由于患者电阻引起的，该患者电阻主要是电阻性的并且通常测量范围为数千欧姆。当绝缘护套完整时，rtotal主要由于护套电阻而产生，该护套电阻的测量范围通常为约1m欧姆或更大。
35.z
equivalent
＝r
total
‑
j*x
c
36.z
equivalent
是支路的总阻抗：由xc和rtotal的组合产生的阻抗。当护套完整时，rtotal包括支路的总阻抗中的护套电阻(rsh)和患者电阻(rp)。在这种情况下，支路的电阻比电抗大得多，因为当护套完整时，rtotal>>xc。因此，支路的电阻性比电抗性大得多，并且通过支路的电流导致电压以小量驱动电流通过支路。这导致在320和330之间的电压的小相移。320是双极电极并且330是双极屏蔽件。这些是我们测量相移时所在的电气点(electrical point)。
37.当护套破裂发生时，意味着双极器械的轴与患者直接接触，则护套电阻rsh不包括在模型的rtotal中。当这种情况发生时，电阻与电抗在相同的数量级上，并且支路的总阻抗变得比存在完整护套时更有电抗性。通过支路的电流现在导致驱动电压比存在完整护套时有更大的量。通过支路的电流的前移在320和330之间产生更大的电压相移。这些是我们测量相移时所在的电气点。我们设置了相移阈值以保证如果跨越的话，必须具有护套破裂。应当理解，rtotal在双极引线节点320处的i
m
电流分量与屏蔽件节点330处的寄生耦合i
m
电流分量之间的相移中起作用。当rtotal较大(即完整护套)时，则rtotal>>zc，并且双极节点320与护套节点330之间的相移θ
zequ
较小。当rtotal较小(即破裂护套)时，相移θzequu较大，并且节点320、330之间的相移较大。
38.被耦合以检测通过寄生耦合电容耦合到屏蔽件的hf信号的特性变化的监控和检测电路
39.图4a
‑
图4b是表示示例监控和检测系统402的示意性框图，该监控和检测系统耦合到双极引线122
‑
1(或122
‑
2)以监控寄生耦合到屏蔽件导体212的hf信号的特性，从而检测激活的单极末端执行器118与双极末端执行器108之间的放电电流。图4a示出了当绝缘护套122s完整时的屏蔽件导体212与单极器械返回垫128之间的电流路径的电特性。图4b示出了当绝缘护套122s破裂时的屏蔽件导体212与单极器械返回垫128之间的电流路径的电特性。该电流路径从双极末端执行器108移位。更具体地，该电流路径包括通常通过绝缘护套122s与患者组织130电隔离的屏蔽件212的一部分。如下所述，图4a中所示的完整的绝缘护套122s防止电流从导电屏蔽件212到患者组织130的寄生电容耦合。然而，图4b中所示的破裂的绝缘护套122s允许电流从导电屏蔽件212到患者组织130的寄生电容耦合。监控和检测电路402在激活的单极末端执行器118与双极末端执行器108之间的电接触期间检测潜在危险的电能向患者组织130的放电。更具体地，下面参考图5描述的第一示例监控和检测电路402检测由于护套122s的破裂而形成串联阻抗分压器所引起的屏蔽件212处的电流相位变化，其中寄生耦合电容216和患者阻抗z
p
包括串联阻抗分压器的两个阻抗元件。此外，下面参考图8描述的第二示例监控和检测电路402检测屏蔽件212与双极电引线122
‑
1之间的电压量值的变化差。当护套完整时，存在rsh，并且122
‑
1与212之间的电压差较小。当护套破裂并且屏蔽件变得与患者组织接触时，只有rp存在，并且122
‑
1与212之间的电压差比完整护套的情况更大。在这两个差异的中间设置了阈值。如果电压差大于设定的阈值，则停用单极能量。
40.参考图4a
‑
图4b，寄生耦合电容(c
parasitic
)216通常在约120pf的范围内，其为约3800欧姆(电抗)。绝缘护套电阻(rsh)通常在约1m欧姆至约1g欧姆(电阻性)的范围内。患者电阻(r
p
)通常在数十欧姆到数千欧姆(电阻性)的范围内。参考图4a，对于完整绝缘护套122s，由于在寄生电容(c
parasitic
)216与患者电阻(r
p
)之间串联耦合的大护套电阻(rsh)，非常小的电流可寄生耦合到患者组织130。然而，参考图4b，在破裂的绝缘护套的情况下，由于寄生电容(c
parasitic
)216直接串联耦合到患者电阻(r
p
)，因此更大的电流可寄生耦合到患者组织130。参考图4a
‑
图4b，esu 106在电路上产生hf单极信号404，该电路包括esu 106与单极末端执行器118之间的单极引线124并且包括单极末端执行器118与返回导体垫128之间的患者组织130内的路径，并且之后是返回导体垫128与esu 106之间的导体线126上的路径。在正常操作期间，在单极器械104内传导的单极信号404与双极器械102隔离开。然而，当激活的单极末端执行器118与双极末端执行器108电接触时，单极hf信号404耦合到双极线122
‑
1(由第一单极信号分量404
‑
1指示)并且耦合到双极线122
‑
2(由另一个第一单极信号分量404
‑
2指示)。因此，激活的单极器械与双极器械之间的电接触导致单极信号电流在双极引线上流动。
41.仍然参考图4a
‑
图4b，第一耦合电容器422耦合到监控和检测电路402，并且单极信号分量404
‑
1(或404
‑
2)耦合到双极引线122
‑
1(或122
‑
2)。第二耦合电容器424耦合到监控电路402，第二高频(hf)单极屏蔽件信号分量410通过寄生耦合电容器216从双极引线122
‑
1、122
‑
2中的一个耦合到导电屏蔽件212。应当理解，耦合的单极信号分量404
‑
1、404
‑
2具有匹配的相位和量值。还将理解，第二hf单极屏蔽件分量信号410包括耦合到双极引线122
‑
1、122
‑
2的单极信号分量404
‑
1、404
‑
2中的至少一个的寄生耦合部分。监控和检测电路402确定通过寄生耦合电容器216耦合到导电屏蔽件212的第二hf单极屏蔽件信号分量410的特性是否指示由于保护护套210的破裂而引起的异常电流i
m
。破裂位置处的异常电流导致通过寄生耦合电容器216从双极引线122
‑
1、122
‑
2中的一者或两者耦合到导电屏蔽件212的hf屏蔽件信号分量410的一部分的特性改变。
42.被配置为检测通过寄生耦合电容耦合到屏蔽件的hf信号的相移特性的变化的监控和检测电路
43.图5是示出检测rf信号相移变化事件的第一示例监控和检测电路402的细节的说明性示意图。发明人认识到，在其中有异常单极电流i
m
流动的患者组织所具有的阻抗影响通过第一双极引线122
‑
1和第二双极引线122
‑
2与屏蔽件212之间的寄生耦合电容216来耦合到屏蔽件212的rf信号的特性。特别地，相移来源于由寄生耦合电容216和阻抗z
p
形成的阻抗分压器，该阻抗z
p
包括患者组织阻抗，并且如果护套完整且未破裂，则还包括绝缘护套阻抗。
44.耦合电容器422
‑
1、422
‑
2将第一hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2耦合到第一示例监控和检测电路402。耦合电容器424将第二hf单极屏蔽件信号分量410耦合到第一示例监控电路402。耦合电容器422
‑
1、422
‑
2和424各自包括高阻抗pcb嵌入式平行板电容器。
45.第一示例电路402包括预处理电路系统501，该预处理电路系统501包括输入分压器电路块502、输入放大器电路块504、第一低通滤波器块506、比较器电路块508、第二低通滤波器(lpf)块510、施密特触发器电路块512和电压电平移位电路块514。预处理电路系统501的输出被提供给第一示例逻辑电路块516，该第一示例逻辑电路块516确定耦合到导电
屏蔽件212的第二hf单极信号分量410相对于耦合到双极引线122
‑
1、122
‑
2的第一hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2的相移特性的变化。在第一示例监控和检测电路402中，第一示例逻辑电路516包括现场可编程门阵列(fpga)。处理器电路518基于由监控和检测电路402确定的相移特性产生控制信号。
46.在第一示例监控和检测电路402中，所检测的特性是双极引线122
‑
1、122
‑
2中的一个上的hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2与耦合到导电屏蔽件212的hf单极信号分量410之间的相位关系。在单极esi 104的激活期间，如果单极电极118与任一双极钳口110、114接触，则第一示例监控和检测电路402测量双极引线122
‑
1、122
‑
2上的hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2与电容性耦合到双极屏蔽件212的hf单极信号分量410之间的相位差。如果护套中没有破裂，则信号分量之间的相位差可忽略不计。然而，如果破裂210出现在保护护套122s中并且保护屏蔽件212与患者组织130接触，则跨寄生耦合电容216的异常单极电流i
m
流动引起双极引线122
‑
1、122
‑
2上存在的hf单极信号与屏蔽件212上存在的hf单极信号之间的相当大的相移。第一示例监控和检测电路402测量该相移差。相移的大小和持续时间被用于确定破裂出现。例如，大于指定阈值的相移差指示绝缘护套中的撕裂。在第一示例监控和检测电路402中，处理器518基于所确定的测量相移的大小和持续时间来生成控制信号。例如，该控制信号导致以下各项中的一个或多个：终止单极能量输送以阻止患者输送、向用户(例如，外科医生)发送消息，或将数据保存到存储器设备以供以后分析。
47.第一示例监控和检测电路402包括针对每个接收到的hf单极信号分量的输入信号脉冲检测信道。第一脉冲检测电路信道对双极引线122
‑
1上的hf单极信号分量404
‑
1进行预处理以便将其输入到第一示例逻辑电路516。第二脉冲检测电路信道对双极返回引线122
‑
2上的hf单极信号分量404
‑
2进行预处理以便将其输入到第一示例逻辑电路516。第三脉冲检测电路信道对耦合到导电屏蔽件212的hf单极信号分量410进行预处理以便将其输入到第一示例逻辑电路516。
48.参考第一脉冲检测电路信道，第一耦合电容器422
‑
1将hf单极信号分量404
‑
1从有源双极引线122
‑
1耦合到输入分压器块502，其中包括如图所示耦合的电阻器r1、r2的第一分压器电路502
‑
1将在第一信道上接收的hf单极信号分量404
‑
1的电压电平分成适合输入到电压放大块504的电压电平，该电压放大块包括第一放大器电路504
‑
1以放大所接收的第一信道rf信号的电压电平。第一低通滤波器块506内的第一低通滤波器506
‑
1对放大的第一信道hf信号进行低通滤波。比较器块508内的第一比较器电路502
‑
1将经低通滤波的第一信道hf信号与双极引线阈值检测信号进行比较，以将第一信道hf信号转换为方波信号。第一数模转换器(dac)电路542转换在线路541上提供的第一数字信号值552以生成第一(双极引线)阈值检测信号。典型的所接收的第一信道rf信号具有正弦波形，并且每个脉冲由正弦信号周期的一半组成。第一比较器电路508
‑
1基于正弦信号的上升沿和下降沿与屏蔽件阈值检测信号的比较来将所接收的第一信道rf信号波形转换为方波波形。
49.第二lpf块510内的第一低通滤波器510
‑
1对已转换为方波波形的第一信道信号进行低通滤波。应当理解，第一lpf 506对原始输入信号进行滤波，并且第二lpf 510对从比较器508输出的数字信号的噪声进行滤波。施密特触发块512内的第一施密特触发器电路512
‑
1用作噪声滤波器以从经滤波的第一信道方波信号移除噪声。电平移位块514内的第一电平移位电路514
‑
2将平滑化的第一信道hf方波信号的电压电平移位到适于输入到第一示例逻
辑电路516的电压电平。因此，应当理解，比较器和施密特触发器进行协作以将第一hf单极信号分量404
‑
1转换为基本无噪声的方波信号。
50.第一示例监控和检测电路402的第二和第三脉冲检测电路信道对双极引线122
‑
2上的相应hf单极信号分量404
‑
2和屏蔽件212上的hf单极信号分量410进行预处理以便输入到第一示例逻辑电路516。hf单极信号分量404
‑
2、410的预处理类似于hf单极信号分量404
‑
1的预处理，不同之处在于，第三比较器508
‑
3将hf单极屏蔽件分量信号410与由第二dac 544产生的第二有源/返回阈值信号进行比较，该第二dac转换在线路543上提供的第二数字信号值554以生成第二(屏蔽件)阈值检测信号。通过参考附图和第一信道预处理的以上描述，本领域普通技术人员将容易理解第二和第三信道中的电路部件的操作以及第二和第三信道上的第二和第三信道rf信号的预处理。因此，为了简明起见，本文将不详细描述第二和第三信道预处理。
51.图6是表示监控过程600的示意性流程图，该监控过程66用于监控hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2与hf单极屏蔽件信号分量410之间的相位关系，以检测患者组织130内的指示破裂绝缘护套122s的异常单极电流i
m
的出现。第一示例逻辑电路516被配置为执行图6的第一监控过程。用户向第一输入逻辑模块602提供输入命令以从存储用存储器设备(storage memory device)604中选择算法来配置逻辑电路516。存储用存储器设备604存储多个不同的可选择程序指令以配置逻辑设备516来实现多个不同的可选择算法(如下所述)，从而检测异常电流的出现。用户向第二输入逻辑模块606提供输入命令以输入所选算法的参数。示例输入参数包括采样窗口的长度和相位阈值。用户向第三输入逻辑模块608提供输入命令以配置逻辑电路516来选择比较器阈值。更具体地，用户提供输入命令以致使将第一数字信号552提供给第一dac 542，从而设置第一比较器508
‑
1和第二比较器508
‑
2的屏蔽件信号阈值检测电平。用户提供输入命令以致使向第二dac 544提供第二逻辑信号554来设置第三比较器508
‑
3的阈值检测信号。比较器阈值信号被设置为响应于正弦输入信号越过所选阈值而致使比较器生成数字输出。一方面针对hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2并且另一方面针对hf单极屏蔽件信号分量410可以使用不同的比较器阈值设置，因为可以存在由于寄生耦合电容而引入的电压幅度的差异。第四相位差采样逻辑模块610监控从双极引线122
‑
1、122
‑
2耦合的hf信号404
‑
1、404
‑
2与从屏蔽件212耦合的hf单极信号分量410之间的相位关系。第五相移异常电流检测逻辑612配置第一示例逻辑电路516，以基于所选的算法和所选的比较器阈值来评估耦合的单极信号分量404
‑
1、404
‑
2与耦合的hf屏蔽件信号分量410之间的相位关系，从而确定患者解剖结构130内是否出现过由于与绝缘护套中的破裂相关的两个esi之间的接触引起的异常单极电流1m。包括第四逻辑模块610和第五逻辑模块612的控制回路在双极器械102和单极器械104活动时继续运行，除非第五模块612检测到异常电流。第六警告逻辑模块614配置第一示例逻辑电路516以响应于检测到异常电流而向处理器518发送控制信号。如上所述，响应于接收到指示异常电流出现的信号，处理器518提供一个或多个控制信号以警告处理器518，例如，导致以下各项中的一个或多个：终止单极能量递送以阻止患者递送、向用户(例如，外科医生)发送消息，或者将数据保存到存储设备以供以后分析。
52.图7是示出在图6的过程期间由第一示例监控电路产生的示例信号的示意性信号图。在逻辑电路516处接收由第一、第二和第三脉冲检测电路信道产生的rf双极方波信号和hf屏蔽件方波信号作为输入。图7中所示的hf双极方波信号702表示从双极引线122
‑
1、122
‑
2耦合的hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2中的一个的已由预处理电路501的第一和第二脉冲检测电路信道中的一个调节的预处理版本。hf屏蔽件方波信号704表示从屏蔽件212耦合的hf单极屏蔽件信号分量410的已由预处理电路501的第三脉冲检测电路信道调节的版本。脉冲采样窗口信号706由逻辑电路516的内部逻辑产生并且表示采样时间间隔的序列，其中逻辑电路516确定hf方波信号702的脉冲与hf屏蔽件方波信号704的脉冲之间的相位关系的序列。在连续采样窗口期间，逻辑电路516响应于确定hf双极引线和hf屏蔽件方波信号具有基本匹配的相位而产生好相位事件采样脉冲信号708，并且逻辑电路516响应于确定rf双极和rf屏蔽件方波信号具有不匹配的相位而产生坏相位事件采样脉冲信号710。
53.参考图6
‑
图7，图6中表示的第四相位差采样逻辑模块610配置逻辑电路516，以通过识别hf双极方波702的连续脉冲的相应上升沿和下降沿的出现时间来识别它们的中心的出现时间。类似地，第四相位差采样逻辑模块610配置逻辑电路516，以通过识别hf屏蔽件方波704的连续脉冲的相应上升沿和下降沿的出现时间来识别它们的中心的出现时间。第四相位差采样逻辑模块610配置逻辑电路516，以基于在连续采样时间窗口期间的对应于双极引线122
‑
1、122
‑
2上的单极信号分量的方波脉冲和对应于屏蔽件212上的单极信号分量的方波脉冲的出现时间的差异的测量，来评估在连续采样时间窗口期间的双极引线122
‑
1、122
‑
2上的hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2和屏蔽件212上的hf单极屏蔽件信号分量的相位关系。例如，在每个时间窗口期间，逻辑电路516确定在时间窗口期间的对应于双极引线122
‑
1、122
‑
2上的单极信号分量404
‑
1、404
‑
2的脉冲的中心的出现时间与对应于屏蔽件212上的单极屏蔽件信号分量410的脉冲的中心的出现时间的差异。第四相位差采样逻辑模块610配置逻辑电路516以对于其中脉冲中心之间的时间差小于阈值时间差的每个采样时间间隔产生好相位事件信号脉冲708，表明未发生异常电流事件。第四相位差采样逻辑模块610配置逻辑电路516以对于脉冲中心之间的时间差大于或等于阈值时间差的每个采样时间间隔产生坏相位事件信号脉冲710，表明可能发生异常电流事件。应当指出，由于方波脉冲的宽度取决于随信号振幅变化的正弦波输入的振幅，因此脉冲的中心点被用于相移确定。
54.更具体地，例如，图7的示意性信号图包括五个采样窗口：(a)
‑
(e)。示例第四相位差采样逻辑模块610配置逻辑电路516以在出现hf双极方波脉冲702和hf屏蔽件方波脉冲704中的任一者的前沿时打开脉冲采样时间窗口。在第一示例采样窗口(a)期间，hf双极方波脉冲702和hf屏蔽件方波脉冲704都在阈值时间差内出现，因此产生好相位事件信号脉冲708。类似地，在第二示例采样窗口(b)期间，hf双极方波脉冲702和hf屏蔽件方波脉冲704都在阈值时间差内出现，因此产生好相位事件信号脉冲708。在说明性示例信号图中，在脉冲702和脉冲704两者的下降沿出现之后，第二采样窗口(b)提前关闭。如第三示例采样窗口(c)所示，如果一个采样窗口在接收到脉冲702或脉冲704(例如，为高电平)时打开，则该采样窗口打开的时间被认为是该脉冲的前沿。在第三示例采样窗口(c)期间，脉冲702和脉冲704在时间上间隔开大于阈值时间差的量，因此产生坏相位事件信号脉冲710。示例第四相位差采样逻辑模块610被配置为处理例如在采样窗口期间出现多个脉冲702或多个脉冲704的情况，如第四示例采样窗口(d)中所示。示例采样逻辑模块610可以被配置为例如基于第一脉冲、最后脉冲或最大脉冲或者基于第一上升沿和最后下降沿的中点来做出好/坏判定。针对第四示例采样窗口(d)确定脉冲702和脉冲704都在相位差阈值内出现，因此产生好相位事件采样脉冲信号708。示例采样逻辑模块610可以被配置为使得在采样窗口期间当仅出
现两个脉冲702、704中的一者时，既不产生好脉冲也不产生坏脉冲。例如，在第五示例采样窗口(e)期间，存在脉冲702的出现，但不存在脉冲704的出现，因此不产生好/坏脉冲。
55.图6的第五异常电流检测逻辑612配置逻辑电路516以使用根据所选算法参数配置的基于所选相位差的算法，从而基于对双极引线上的单极信号分量与屏蔽件上的单极信号分量之间的hf相位差的评估来检测异常电流，如由一系列好脉冲和/或坏脉冲所指示。
56.用于基于在引线上传导的hf信号的分量与在屏蔽件上传导的hf信号的分量的比较来检测异常电流的算法
57.第一示例性可选择的基于相位差的算法对逻辑电路516进行配置以响应于至少在规定持续时间内的坏相位事件采样脉冲的连续序列而检测异常电流的出现。第一示例性基于相位差的算法的可选择参数包括相位差阈值和规定持续时间。示例持续时间通常在esu周期的二分之一到四分之三的范围内。
58.第二示例性可选择的基于相位差的算法对逻辑电路516进行配置以响应于在规定持续时间期间的坏相位事件采样脉冲的至少规定数量(脉冲计数)而检测异常电流的出现。第二示例性基于相位差的算法的可选择参数包括30
‑
60度相移的典型相位差阈值以及规定坏相位事件脉冲计数和规定持续时间。示例持续时间通常在五百微秒到两毫秒的范围内。
59.第三示例性可选择的基于相位差的算法对逻辑电路516进行配置以响应于连续坏相位事件采样脉冲的至少规定数量(计数)而检测异常电流的出现。第三示例性基于相位差的算法的可选择参数包括相位差阈值和坏相位事件采样脉冲的预定连续计数。连续坏相位事件采样脉冲的示例数量通常在三到七的范围内。
60.第四示例性可选择的基于相位差的算法对逻辑电路516进行配置以响应于在规定持续时间内的连续坏相位事件采样脉冲的至少规定数量(计数)而检测异常电流的出现。第四示例性基于相位差的算法的可选择参数包括相位差阈值、坏相位事件脉冲的规定数量以及规定持续时间。
61.第五示例性可选择的基于相位差的算法对逻辑电路516进行配置以响应于在规定持续时间内观察到坏相位事件采样脉冲与好相位事件采样脉冲的规定比率来检测异常电流的出现。用于第五示例性基于相位差的算法的可选择参数包括相位差阈值和规定数量比率以及规定持续时间。
62.esu 106产生用于不同外科手术的双极引线信号的不同模式。例如，esu 106产生切割模式信号以切割组织。切割模式信号通常包含有连续(非脉冲)输出。esu 106产生凝结模式信号以凝结组织。凝结模式信号通常以非常低的占空比进行脉冲化。esu 106产生混合模式信号以混合组织。混合模式信号的占空比通常介于连续和用于凝结的低占空比之间。
63.可以基于单极输出设置和esu模式使用第一输入模块602来选择算法类型。例如，可以基于功率或效果设置和模式(这意味着占空比)来选择算法类型。类似地，可以基于单极输出设置和诸如功率或效果设置和模式(这意味着占空比)的esu模式使用第二输入模块604来选择参数。可以基于单极输出设置和esu模式使用第三输入模块来选择比较器阈值。例如，可以基于hf输出信号的预期幅度来选择比较器阈值。
64.被配置为检测通过寄生耦合电容耦合到屏蔽件的rf信号的量值特性的变化的监控和检测电路
65.图8是示出检测rf信号量值改变事件的第二示例监控和检测电路402
‑
2的细节的
说明性示意图。如上所述，发明人认识到，在其中有异常单极电流i
m
流动的患者组织所具有的阻抗z
p
影响通过第一双极引线122
‑
1和第二双极引线122
‑
2与屏蔽件212之间的寄生耦合电容216耦合到屏蔽件的hf单极信号分量的特性。特别地，在异常单极电流期间，屏蔽件上的单极信号分量的量值随串联阻抗分压器z
p
的变化而变化，该串联阻抗分压器z
p
包括与护套电阻(r
sh
)串联的患者组织电阻(r
p
)。参考方程，例如，随着z
p
接近无穷大，单极屏蔽件电压接近双极引线上的单极电压。因此，如果屏蔽件是完整的，则z
p
实际上是无限大的，没有电流流过患者组织130，并且单极信号屏蔽件电压的量值与单极信号双极引线电压的量值匹配。然而，如果屏蔽件破裂，则z
p
具有较低的电压量值，某个单极信号分量电流流过患者组织130，并且单极信号屏蔽件电压的量值小于双极引线上的单极信号分量的电压的量值。第二监控和检测电路402
‑
2被配置为将hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2中的至少一个的量值与hf单极屏蔽件信号分量410的量值进行比较，以确定是否有潜在有害的单极电流流过患者组织。如果量值匹配，则确定不存在危险电流。如果量值相差某个规定量值，则确定存在危险电流。第二示例监控和检测电路402包括预处理电路系统801，该预处理电路系统801包括输入分压器电路块802、输入放大器电路块804和模数转换器电路块806，其检测信号脉冲。预处理电路系统801的输出被提供给逻辑电路516，该逻辑电路516确定hf单极屏蔽件信号分量410相对于hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2的信号量值特性的变化。在第二示例监控电路中，逻辑电路516包括fpga。处理器电路518基于由第二示例监控和检测电路402确定的rf屏蔽件信号量值特性的变化来产生控制信号。
66.更具体地，第二示例监控电路402包括用于对hf单极信号分量404
‑
1、404
‑
2中的一个进行预处理的第一信道，并且包括用于对hf单极屏蔽件信号分量410进行预处理的第二信道。在大多数情况下，电压量值在两个双极引线上是相同的，并且因此没有必要在两个引线上测量电压。
67.参考第一信道，第一耦合电容器422将hf单极信号分量404
‑
1(或404
‑
2)耦合到输入分压器块，其中包括如图所示耦合的电阻器r1、r2的第一分压器电路802
‑
1将在第一信道上接收的hf单极信号分量的电压电平分成适合输入到电压放大块804的电压电平，该电压放大块804包括第一放大器电路(未示出)以放大所接收的hf单极信号分量的电压电平。第一模数转换器(adc)转换经放大的hf单极信号分量，并且提供经放大的rf双极引线信号作为逻辑电路516的输入。
68.预处理电路801的第二信道对hf单极屏蔽件信号分量410进行预处理。从第二耦合电容器424耦合的hf单极屏蔽件信号分量410的预处理类似于hf单极信号分量404
‑
1的预处理。通过参考附图和上面对第一信道预处理的描述，本领域普通技术人员将容易理解第二信道中的电路部件的操作。因此，为了简明起见，本文将不详细描述第二信道预处理。
69.使用第二示例监控和检测电路402
‑
2来执行的监控过程类似于上面参考图6所描述的监控过程，但没有选择比较器块608。另外，在第二监控和检测电路402
‑
2中，逻辑电路516将双极引线122
‑
1或122
‑
2中的至少一个上的第一单极信号分量404
‑
1、404
‑
2的电压量值与屏蔽件212上的第二单极信号分量的电压量值410进行比较以检测潜在危险的异常单极电流。此外，第二监控和检测电路402
‑
2的逻辑电路516可以被配置为执行经修改以比较信号分量量值差而不是信号分量相位差的第一至第六示例算法。更具体地，示例逻辑电路516确定双极引线122
‑
1或122
‑
2中的至少一个上的第一单极信号分量404
‑
1、404
‑
2的电压
量值与屏蔽件212上的第二单极信号分量的电压量值410之间的差异的量值是否超过阈值量值差。示例电路402
‑
2的逻辑电路516响应于确定hf双极引线和hf屏蔽件信号具有基本匹配的量值而产生好量值事件采样脉冲信号(未示出)；也就是说，量值差不超过量值差阈值。示例电路402
‑
2的逻辑电路516响应于确定hf双极引线和hf屏蔽件信号具有不匹配的量值而产生坏量值事件采样脉冲信号(未示出)；也就是说，量值差超过量值差阈值。
70.提出上述描述是以使得本领域的任何技术人员能够创建和使用用于检测双极电外科器械的绝缘护套中的破裂的系统和方法。对于本领域技术人员来说，对实施例的各种修改将是清楚的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文定义的一般原理可应用于其他实施例和应用。在前面的描述中，提出了许多细节以供解释。然而，本领域普通技术人员将认识到，可在不使用这些特定细节的情况下实践电路。在其他实例中，以框图形式示出了众所周知的电路和过程以便不以不必要的细节模糊本发明的描述。在不同的附图和说明书中，相同的附图标记可用于表示相同或类似项目的不同视图。因此，根据本发明的示例的上述描述和附图仅是说明本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员可在不脱离所附权利要求中定义的本发明范围的情况下对示例进行各种修改。