电外科设备的制作方法

1.本发明涉及用于产生可用于治疗生物组织的射频和/或微波频率电磁能量的电外科设备。具体地，本发明涉及具有可无线充电的可再充电电源的电外科设备。在一些实施方案中，可再充电电源被配置用于有线充电。


背景技术：

2.电外科手术利用射频(rf)和/或微波频率电磁(em)能量来治疗生物组织，例如通过使用rf和/或微波em能量来切割和/或凝结组织。通常，电外科手术需要使用大发生器来提供rf和/或微波em能量。然而，固态技术的进步意味着更小的发生器现在是可行的并且这些发生器可以是能够运输的。
3.gb 2 486 343公开了一种用于电外科设备的控制系统，所述电外科设备递送rf能量和微波能量两者来治疗生物组织。输送到探针的rf能量和微波能量两者的能量输送廓线基于以下项而设定：传送到探针的rf能量的采样的电压和电流信息；以及传送到探针和从所述探针传送的微波能量的采样的正向和反射功率信息。
4.图1示出了如gb 2 486 343中阐述的电外科设备400的示意图。所述设备包括rf通道和微波通道。rf通道包含用于产生rf频率电磁信号并将所述rf频率电磁信号控制在适合于治疗(例如，切割或干化)生物组织的功率电平下的部件。微波通道包含用于产生微波频率电磁信号并将所述微波频率电磁信号控制在适合于治疗(例如，凝结或消融)生物组织的功率电平的部件。
5.微波通道具有微波频率源402，之后是功率分配器424(例如，3db功率分配器)，所述功率分配器424将来自源402的信号分为两个分支。来自功率分配器424的一个分支形成微波通道，所述微波通道具有：功率控制模块，所述功率控制模块包括：可变衰减器404，所述可变衰减器404由控制器406经由控制信号v
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控制；以及信号调制器408，所述信号调制器408由控制器406经由控制信号v
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控制；以及放大器模块，所述放大器模块包括：驱动放大器410和功率放大器412，所述驱动放大器410和功率放大器412用于产生正向微波em辐射以在适合于治疗的功率电平下从探针420输送。在放大器模块之后，微波通道接着是微波信号耦合模块(其形成微波信号检测器的一部分)，所述微波信号耦合模块包括：循环器416，所述循环器416被连接来沿着其第一端口与第二端口之间的路径将微波em能量从源输送到探针；在循环器416的第一端口处的正向耦合器414；以及在循环器416的第三端口处的反射耦合器418。在穿过反射耦合器之后，来自第三端口的微波em能量被吸收在功率转储负载422中。微波信号耦合模块还包括由控制器406经由控制信号v
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操作的开关415，用于将正向耦合信号或反射耦合信号连接到外差接收器以进行检测
6.来自功率分配器424的另一个分支形成测量通道。测量通道绕过微波通道上的放大队列，并且因此被布置成输送来自探针的低功率信号。在该实施方案中，由控制器406经由控制信号v
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控制的主通道选择开关426能够操作以选择来自微波通道或测量通道的信号从而输送到探针。高带通滤波器427连接在主通道选择开关426与探针420之间以保护微波
信号发生器免受低频rf信号的影响。
7.测量通道包括被布置成检测从探头反射的功率的相位和幅度的部件，所述部件可产生与存在于探头的远侧端部处的材料，例如生物组织有关的信息。测量通道包括循环器428，所述循环器428被连接来沿着其第一端口与第二端口之间的路径将微波em能量从源402输送到探针。从探针返回的反射信号被引导到循环器428的第三端口中。循环器428用于在正向信号与反射信号之间提供隔离，以有助于准确的测量。然而，由于循环器在其第一端口和第三端口之间不提供完全隔离，即，一些正向信号可能闯入到第三端口并且干扰反射信号，因此使用载波抵消电路，该载波抵消电路将一部分正向信号(来自正向耦合器430)注入回到从第三端口出来的信号中(经由注入耦合器432)。载波抵消电路包括相位调整器434，以确保注入部分与从第一端口闯入到第三端口中的任何信号具有180
°
的相差，以便将所述信号抵消掉。载波抵消电路还包括信号衰减器436，以确保注入部分的幅度与任何闯入信号相同。
8.为了补偿正向信号中的任何漂移，在测量通道上提供了正向耦合器438。正向耦合器438的耦合输出和来自循环器428的第三端口的反射信号连接到开关440的相应的输入终端，所述开关440由控制器406经由控制信号v
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操作来将耦合的正向信号或反射信号连接到外差接收器以进行检测。
9.开关440的输出(即来自测量通道的输出)和开关415的输出(即来自微波通道的输出)连接到辅助通道选择开关442的相应输入终端，其能够由控制器406经由控制信号v
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与主通道选择开关一起操作，以确保当测量通道向探针提供能量时测量通道的输出连接到外差接收器，并且当微波通道向探针提供能量时微波通道的输出连接到外差接收器。
10.外差接收器用于从由辅助通道选择开关442输出的信号中提取相位和幅度信息。在这个系统中示出了单个外差接收器，但是如有必要，可使用在信号进入控制器之前将源频率下混合两次的双外差接收器(包含两个本地振荡器和混频器)。外差接收器包括本地振荡器444和混频器448，以对由辅助通道选择开关442输出的信号进行下混合。本地振荡器信号的频率被选择为使得来自混频器448的输出处于适合于接收在控制器406中的中间频率。带通滤波器446、450被提供用来保护本地振荡器444和控制器406免受高频微波信号的影响。
11.控制器406接收外差接收器的输出，并且从中确定(例如，提取)指示微波通道或测量通道上的正向信号和/或反射信号的相位和幅值的信息。此信息可用于控制微波通道上的高功率微波em辐射或者rf通道上的高功率rf em辐射的递送。如上所述，用户可经由用户界面452与控制器406进行交互。
12.图1所示的rf通道包括rf频率源454，所述rf频率源耦合到由控制器406经由控制信号v
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控制的门驱动器456。门驱动器456为rf放大器458供应操作信号，所述rf放大器458是半桥布置。半桥式布置的漏极电压可经由可变dc电源460控制。输出变换器462将所产生的rf信号传送到某一线路上以输送到探针420。低通、带通、带阻或陷波滤波器464连接在该线路上以保护rf信号发生器免受高频微波信号的影响。
13.电流变换器466连接在rf通道上以测量递送到组织负载的电流。分压器468(其可从输出变换器引出)用于测量电压。来自分压器468和电流变换器466的输出信号(即，指示电压和电流的电压输出)在由相应的缓冲放大器470、472和钳压齐纳二极管474、476、478、
480调节之后直接连接到控制器406(在图1中示出为信号b和c)。
14.为了获取相位信息，电压和电流信号(b和c)还连接到相位比较器482(例如，exor门)，所述相位比较器的输出电压通过rc电路484整合来产生与电压波形与电流波形之间的相位差成比例的电压输出(在图1中示出为a)。此电压输出(信号a)直接连接到控制406。
15.微波/测量通道和rf通道连接到信号组合器114，所述信号组合器将两种类型的信号沿着电缆组件116单独或同时输送到探头420，所述信号从所述探头递送(例如，辐射)到患者的生物组织中。
16.波导隔离器(未示出)可设置在微波通道和信号组合器之间的交界处。波导隔离器可被配置为执行三项功能：(i)准许非常高的微波功率(例如，大于10w)通过；(ii)阻止rf功率通过；以及(iii)提供高耐压(例如，大于10kv)。电容结构(也被称为dc隔断器)也可提供在波导隔离器处(例如，在所述波导隔离器内)或者与所述波导隔离器相邻之处。电容结构的目的是减少穿越隔离势垒的电容耦合。
17.本发明提供了对电外科设备的改进。


技术实现要素：

18.最一般地，本发明提供了具有可无线充电的可再充电电源的电外科设备。
19.根据本发明的第一方面，提供了一种电外科设备，该电外科设备包括：振荡器，该振荡器用于产生电磁(em)能量(例如，射频能量或微波频率能量)；控制器，该控制器能够操作以选择用于振荡器的能量输送廓线；馈电结构，该馈电结构用于将电磁能量传送到输出端；可再充电电源，该可再充电电源被布置成向振荡器供电；和接收器电路，该接收器电路包括电感耦合器，该电感耦合器被配置为从发射器无线地接收功率并且将所接收的功率供应到可再充电电源。在一个示例中，选择能量输送廓线可涉及接通或断开所述振荡器，或者在一些实施方案中可包括更复杂的操作，诸如选择脉冲廓线。
20.这样，本发明的电外科设备可无线充电。这可有利于具有改进的人体工程学设计的电外科设备，例如通过手持并且更容易操纵，这在外科设置或环境中可能是特别重要的。可以设想，根据本发明的电外科设备可不限于在电外科手术中使用(例如切割、凝结、消融等)，而且还可与需要em能量的其他器械一起使用，诸如消毒装备(例如涉及热或非热等离子体的产生)等。
21.有利地，接收器电路可形成谐振电路，诸如谐振电感电路。例如，接收器电路还可包括电容器，并且任选地包括可与电感耦合器串联或并联连接的电阻器。这样，接收器电路可被配置为通过谐振电感耦合来接收功率，这可增加从发射器到接收器电路的能量传递的效率。
22.任选地，接收器电路还可包括整流器和调节器，以将所接收的交流(ac)信号转换为直流(dc)信号。例如，整流器可以是全波桥式整流器、半波整流器或中心抽头整流器。
23.优选地，馈电结构可包括变换器。例如，变换器可将所产生的em能量传递到线路以输送到输出端。如下文所讨论的，在其中em能量是射频(rf)em能量的实施方案中，变换器可以是特别优选的。优选地，对于每一匝的变换器的初级线圈，存在至少十匝的变换器的次级线圈。例如，变换器的初级线圈可具有4匝并且变换器的次级线圈可具有40匝，使得对于每一匝的初级线圈，存在10匝的次级线圈。另选地，变换器的初级线圈可具有15匝并且变换器
的次级线圈可具有200匝，使得对于每一匝的初级线圈，存在13匝的次级线圈。在一些示例中，每个线圈的长度可以是20mm，并且每个线圈的直径可以是25mm。电容器可连接到次级线圈，例如具有大约158nf电容。例如，次级线圈的谐振频率可以是400khz。另外，初级线圈和/或次级线圈可以是例如具有空芯或实芯的螺线管线圈(例如直芯线圈)。通过提供400khz的谐振频率，变换器可特别适合于电外科设备的操作频率例如以执行电外科手术，从而确保从振荡器到输出端的最佳功率输送。当然，这些参数可以任何其他合适的方式变化以实现期望的谐振频率，该谐振频率可以是400khz之外的频率，例如以有利于电外科手术或优化无线充电，并且还可以设想，可通过使用所述参数的其他值或以其他合适的方式来实现400khz的调谐谐振频率。在一些实施方案中，变换器可具有磁性材料的实芯，例如铁氧体或铁粉。这可以是环形芯的形式，例如，其中芯可由两个u形部分形成：其上缠绕初级线圈的第一部分和其上缠绕次级线圈的第二部分，其中场耦合发生在u形的每个臂的端部处。在减小线圈尺寸或电阻损耗方面，实芯可优于空芯。
24.可采用另选的匝数和匝数比，以便使可再充电电源的特性与要输送到输出端处的各种负载和负载阻抗的所需电压和功率相匹配。在一些实施方案中，可在变换器的初级线圈和/或次级线圈上使用扼流圈和电容器，并且可形成谐振滤波器结构以改进电磁干扰(emi)滤波和开关特性。优选地，这种变换器和滤波器结构的总通带被调谐为在400khz下具有谐振峰值，但也可选择任何合适的谐振频率。
25.有利地，电感耦合器可包括变换器的次级线圈。这种布置允许电源被无线地再充电，而不需要用于无线充电的附加接收器线圈，这减小了设备的重量，进一步改进了装置的人体工程学设计。另选地，如本文讨论的变换器的次级线圈的特性和参数(例如长度、匝数、芯类型)可用于接收器电路的电感耦合器。
26.任选地，设备可包括射频(rf)电磁能量发生器，并且馈电结构可包括射频通道以将微波频率em能量传送到输出端。例如，射频通道可适于传送rf em能量，并且可包括如上文结合图1所述的rf通道的任何或所有特征。这样，电外科设备可适于将rf能量输送到电外科器械。在一些实施方案中，可省略图1的rf通道的某些部件。例如，控制器406可提供由一些其他部件(例如，部件470、472、474、476、478、480、482、484)提供的一些功能，使得可省略这些其他部件而不减少功能。
27.除此之外或另选地，设备可包括微波频率em能量发生器，并且馈电结构可包括微波通道以将微波频率em能量传送到输出端。例如，微波频率通道可适于传送微波em能量，并且可包括如上文结合图1所述的微波通道的任何特征。如上文结合rf通道所提及的，在一些实施方案中，可省略微波通道的某些硬件部件，并且它们的功能可改为由控制器软件来执行。
28.在其中存在rf em能量发生器和微波频率em能量发生器中的每一者的实施方案中，rf通道和微波通道可包括物理上分开的信号通路以传送相应的rf能量和微波能量。在一些示例中，馈电结构可包括信号组合器(其在本文中也可称为功率组合器)，用于将rf和微波频率em能量两者传送到输出端。
29.例如，振荡器可以是rf振荡器或微波频率振荡器，并且可分别形成rf em能量发生器或微波频率em能量发生器的一部分。也就是说，电外科设备可仅包括rf em能量发生器，并且因此振荡器可形成rf em能量发生器的一部分。另选地，电外科设备可仅包括微波em能
量发生器，并且因此振荡器可形成微波em能量发生器的一部分。在其他实施方案中，可存在rf em能量发生器和微波em能量发生器中的每一者，使得振荡器可根据需要形成rf em能量发生器或微波em能量发生器的一部分。例如，振荡器可能够仅产生rf em能量和微波频率em能量中的一者，并且可提供能够产生rf em能量和微波频率em能量中的另一者的第二振荡器。第二振荡器可从可再充电电源接收功率，并且可由控制器操作，并且可类似于所述振荡器。另选地，振荡器可能够产生rf em能量和微波频率em能量两者，并且可不存在第二振荡器。
30.优选地，可再充电电源是电池，但也可使用电容器或超级电容器。例如，电池可以是锂离子电池，或锂离子聚合物或锂聚合物(lipo)电池。电源的选择可取决于装置的期望特性。例如，可基于其提供较高电流或较高电压的能力来选择电源。在一些示例中，设备可包括dc-dc转换器，该dc-dc转换器可改变来自电源的供电电压，例如以改变输出功率或当电源电压在放电时下降时更好地使用功率。
31.优选地，电外科设备还包括开关电路以在第一模式和第二模式之间切换可再充电电源，该第一模式用于从接收器电路接收功率，该第二模式用于向振荡器提供功率。例如，控制器可被配置为操作开关电路，或者开关电路可独立于控制器而操作。
32.优选地，除了使用电感耦合器进行无线充电之外，接收器电路还可被配置为允许对可再充电电源进行有线充电。例如，为了允许进行有线充电，接收器电路可包括连接器以接收用于对可再充电电源进行充电的能量。在一个实施方案中，连接器可以一个或多个电触点或任何其他合适的电连接器的形式提供。除此之外或另选地，输出端可被配置为提供连接器，使得可通过经由输出端将能量输送到电外科设备中到达接收器电路而对可再充电电源进行充电。通过以此方式配置接收器电路，可再充电电源可另外再充电而不使用无线充电，其中有线充电可提供在某些情况下可能期望的更快的充电速度。例如，临床条件(例如，无菌性)可指示可再充电电源应被无线地充电或通过有线连接充电。例如，有线充电可使用市电。任选地，连接器可适于接收快速充电电流以经由接收器电路对可再充电电源进行充电。
33.任选地，电外科设备可包括电外科器械，该电外科器械被连接以从输出端接收电磁能量，并且可以被配置为将所接收的电磁能量输送到例如患者身上或患者体内的治疗部位处的生物组织中。例如，电外科器械可经由qma连接器等可拆卸地连接到输出端，以允许电外科设备与各种电外科器械一起使用。另选地，电外科器械可与电外科设备成一体。在某些实施方案中，电外科器械可以是切割器械、凝结器械、消融器械或可使用em能量(诸如rf或微波em能量)的任何其他器械。优选地，电外科器械可包括双极同轴切割工具，并且例如，具有器械的电外科设备可能够产生可用于切割组织的400khz 150w连续波信号。也可以考虑其他电外科器械，例如可被配置为产生热或非热等离子体的电外科器械。在一些示例中，电外科器械可包括同轴电缆和安装在同轴电缆的远侧端部处的探针末端，其中探针末端可将em能量辐射到组织。
34.有利地，电外科设备可包括适于由用户手持的外壳。外壳可包括(例如完全地)包封振荡器、控制器、馈电结构，可再充电电源和接收器电路。在电外科设备包括电外科器械的情况下，外壳可不包封器械的一些或全部。
35.根据本发明的第二方面，提供了一种电外科系统，该电外科系统包括：如上文结合
本发明的第一方面所述的电外科设备；和用于向电外科设备无线地提供功率的发射器。
36.优选地，发射器可包括发射器电路，该发射器电路具有被布置成经由电感耦合(例如非谐振电感耦合)向接收器电路传输功率的电感耦合器。在一些示例中，可通过谐振电感耦合将功率无线地输送到电外科设备，其中接收器电路，并且在一些示例中还有发射器电路，是谐振电路。
37.任选地，发射器可包括外壳，该外壳适于接收电外科设备的一部分。例如，设备的外壳和发射器的外壳可具有对应的互锁零件以将它们保持在固定的相对位置中，这确保了发射器与电外科设备之间的功率传递的最大效率。
38.任选地，电外科系统还可包括有线充电器，该有线充电器被配置为与电外科设备形成有线电连接。例如，有线充电器可被配置为向电外科设备非无线地输送功率，以对电外科设备的电源进行再充电。有线连接可包括一个或多个电触点，或任何其他合适的电连接器。除此之外或另选地，输出端可被配置为提供连接器，使得可通过经由输出端将能量输送到电外科设备中到达接收器电路而对可再充电电源进行充电。
39.如本文所用，术语“接收器电路”通常用于表示涉及对可再充电电源进行充电的任何电路。这可包括仅被提供用于对可再充电电源进行充电的特征(诸如一些实施方案中的电感耦合器)，以及还执行其他功能的特征(诸如输出端，其中它还可形成用于进行有线充电的连接器；变换器的次级线圈，其中它被用作用于进行无线充电的电感耦合器)。
40.这里，术语“内”意味着径向上更靠近同轴电缆、探针末端和/或施加器的中心(例如，轴线)。术语“外”意味着径向上更远离同轴电缆、探针末端和/或施加器的中心(轴线)。
41.除非上下文另有指明，否则术语“导电”在本文中用于表示导电性。
42.在本文中，术语“近侧”和“远侧”是指施加器的端部。在使用时，近侧端部更接近于用于提供rf和/或微波能量的发生器，而远侧端部更远离该发生器。
43.在本说明书中，“微波”可广泛地用于指示400mhz至100ghz的频率范围，但优选在1ghz至60ghz的范围内。已考虑的特定频率是：915mhz、2.45ghz、3.3ghz、5.8ghz、10ghz、14.5ghz和25ghz。相比之下，本说明书使用“射频”或“rf”来指示至少低三个数量级的频率范围，例如，高达300mhz，优选是10khz至1mhz，并且最优选是400khz。可以调整微波频率以使得能够优化所递送的微波能量。例如，探针末端可被设计来在某个频率(例如900mhz)下操作，但是在使用时，最有效的频率可以是不同的(例如866mhz)。
44.术语“电外科”相对于在外科手术期间使用并且利用射频和/或微波频率电磁(em)能量的器械、设备或工具使用。
附图说明
45.现在，在下面参照附图给出的对本发明示例的详细描述中解释本发明的特征，在附图中：
46.图1是现有技术的电外科设备的总体示意图，并且在上文中进行了讨论；
47.图2是电外科设备的简化示意图；
48.图3是根据本发明的第一实施方案的电外科系统的示意图；
49.图4是根据本发明的第二实施方案的电外科系统的示意图；
50.图5是根据本发明的第三实施方案的电外科系统的示意图；
51.图6是根据本发明的第四实施方案的电外科系统的示意图；
52.图7是可在本发明的实施方案中使用的发射器的示意图；
53.图8a和图8b示出了根据本发明的实施方案的电外科系统；
54.图9a和图9b示出了根据本发明的实施方案的电外科设备的切开图像；并且
55.图10是根据本发明的另一个实施方案的电外科系统的示意性电路图。
具体实施方式
56.本发明涉及具有可无线充电的可再充电电源的电外科设备。
57.图2示出了电外科设备10的简化示意图，下文将结合该电外科设备来描述本发明的优点。一般来讲，该示意图示出了与上文结合图1所述的电外科设备类似的电外科设备10的简化型式。然而，电外科设备10仅包括用于产生射频(rf)或微波频率电磁(em)能量的单个振荡器12，并且因此设备10仅包括rf通道或微波通道中的一者，而设备400包括rf通道和微波通道两者。
58.可存在例如如上文结合图1所讨论的诸如放大器、功率分配器等的其他部件来操纵rf或微波em能量，并且/或者监测被输送和/或反射的rf或微波能量，但为了清楚起见，在图2中省略了这些其他部件。具体地，在振荡器12被配置为产生rf em能量的示例中，设备10可包括rf通道中的变换器，以将rf信号传递到线路以便输送到同轴电缆18。例如，同轴电缆18可形成电外科器械的一部分，或者可被提供为将能量输送到电外科器械。在某些实施方案中，同轴电缆18可例如通过qma连接器等可拆卸地连接到设备10。
59.提供了控制器14，其可被配置为执行如上文结合图1所讨论的许多功能，但具体地，控制器14能够操作以选择振荡器12的能量输送廓线。控制器14还可监测从电外科器械传输和/或反射的辐射。例如，在供应rf em能量的实施方案中，控制器14可监测所传输信号的电流和电压。在供应微波em能量的实施方案中，控制器14可监测所传输和反射的信号。
60.电外科设备10包括用于向振荡器12供应能量的可再充电电源16。例如，可再充电电源16可包括电池，诸如锂聚合物电池，但也可考虑任何合适的可再充电电源，诸如电容器或超级电容器。由于电外科设备10包括可再充电的内部电源16，因此当与需要市电来操作的设备或发生器相比时，设备10容易携带并且更方便。本发明尤其涉及用于对电源16进行无线充电的装置。
61.振荡器12经由馈电结构连接到同轴电缆18，其中馈电结构可形成rf或微波通道的一部分。同轴电缆18用于将电外科能量传送到电外科器械(未示出)。例如，电外科设备10可与能够使用rf或微波能量执行生物组织的切割、解剖、凝结或消融的探针一起使用，并且可用于产生用于处理组织或更一般地用于消毒(例如，装置和机器的消毒)的等离子体。
62.图3示出了作为本发明实施方案的电外科系统20的示意图。电外科系统20包括电外科设备22和用于向电外科设备22无线地提供功率的发射器24。
63.电外科设备22包括用于产生射频(rf)能量的振荡器26。控制器28能够操作以选择振荡器26的能量输送廓线，以及控制设备22的其他功能。例如，控制器28可能够操作以关闭和打开振荡器26。馈电结构将rf能量传送到同轴电缆30，该同轴电缆可用于将rf能量输送到电外科器械。馈电结构包括变换器32以将所产生的rf信号传递到同轴电缆30。在一些实施方案中，馈电结构可包括双绞电缆以将能量从变换器32的次级线圈传送到同轴电缆30。
来自同轴电缆30的反馈路径34连接到控制器28，以使控制器28能够监测传送到输出端的rf信号的电流和电压，并且相应地调节振荡器26的输出。也可能存在例如如上文结合图1所讨论的rf通道的其他特征，但为了清楚起见，在图3中省略了这些特征。可再充电电源36为振荡器26提供功率。为了对电源36进行再充电，设备22包括用于从发射器24无线地接收功率的接收器电路38。接收器电路38包括电感耦合器，例如包括线圈形式的电感器，用于通过电感耦合从发射器24中的对应的电感耦合器接收功率。例如，线圈可包括200匝，并且可具有25mm的长度和20mm的直径。在某些实施方案中，线圈可缠绕在芯周围，该芯优选地由诸如铁氧体或铁粉芯的磁性材料制成。当然，电感耦合器的参数可以变化，使得电感耦合器可采用任何合适的形式。在一些示例中，芯可大体以u形提供，其可与发射器24中的线圈的匹配u形芯相对应(使得发射器芯和接收器芯在定位在一起以进行无线功率传递时形成大体环形形状)，以增加发射器24与接收器电路38之间的能量传递的效率。当然，可以设想，芯可以任何合适的形状提供。控制器28被配置为经由控制线42来操作开关40。通过操作开关40，电源36可在操作模式中选择性地与振荡器26连接，例如以执行电外科手术，或者在再充电模式中与接收器电路38连接，例如以对可再充电电源36进行充电。
64.在一些示例中，接收器电路38可另外包括电容器并且任选地包括电阻器，该电阻器可与电感耦合器串联或并联连接，使得接收器电路形成谐振电感电路。例如，对于400khz的谐振，可使用158nf的电容(c＝1/((2πx 400x103)2x 1x10-6
)，但也可选择电容器和电阻器的任何组合来获得期望的谐振特性。例如，接收器电路38可被配置为以任何合适的频率谐振，并且仅以举例的方式给出400khz。通过以此方式提供电路并且任选地提供电阻器，接收器电路38可被配置为通过谐振电感耦合从发射器24接收功率。有利地，接收器电路38还可包括整流器和调节器，以将所接收的电压从ac转换为dc。
65.电感耦合器优选地定位在电外科设备22的外壳的侧壁附近。这样，线圈以这样的方式定位，该方式确保了当电外科设备22相对于发射器24适当地定位时，由发射器24产生的基本上所有的磁场都穿过次级线圈，从而使发射器24与电外科设备52之间的功率传递的效率最大化。
66.发射器24还包括电感耦合器44，该电感耦合器被配置为从充电源46接收功率以产生振荡磁场，并且由此在接收器电路38的对应电感耦合器中感应出电流。充电源46可包括例如市电或电池组。图7示出了可在电外科系统20中使用的发射器的示例。
67.除了监测rf信号的电流和电压之外，控制器28还可被配置为监测可再充电电源36的充电和放电。例如，控制器28可包括充电平衡电路、超温断路器和其他特征以形成电池管理系统，从而有助于使可再充电电源36的寿命最大化。在一个实施方案中，控制器28可包括整流电路以将所接收的电压从ac转换为dc。应当理解，在一些实施方案中，接收器电路38的线圈可具有与发射器24的线圈不同类型的芯。例如，一个线圈可具有空芯，并且另一个线圈可具有实芯(例如铁粉/压粉芯)。另选地，两个芯可以相同，例如空芯或实芯。
68.图4示出了作为本发明的另一个实施方案的第二电外科系统50的示意图。与上述部件等同的部件被赋予对应的附图标号，并且不再重复其描述。
69.电外科系统50包括电外科设备52和发射器24。例如，发射器24可以是如图7所示的发射器24。
70.在该实施方案中，电外科设备52不包括用于从发射器24无线地接收功率的专用电
感耦合器。相反，变换器32的次级线圈用于执行该功能。发射器24的电感耦合器44从充电源26接收功率以产生振荡磁场，并且由此在变换器32的第二线圈中感应出电流。在一些示例中，电容器和任选的电阻器可串联或并联地连接到变换器32的次级线圈，以形成谐振电感电路，如上文结合图3所述。控制器28被配置为经由控制线58操作开关54、56，以选择性地将可再充电电源36连接到变换器32的次级线圈，以便通过感应电流充电。在操作模式中，控制器28可操作开关54、56以将电源36电连接到振荡器26，从而产生用于电外科手术的rf em能量。虽然并未示出，但诸如扼流圈和电容器的附加电路可连接到变换器32的初级线圈和/或次级线圈，以滤除电磁干扰(emi)并且改善开关特性。在某些实施方案中，变换器32的初级线圈和次级线圈中的每一者可以是直径为25mm并且长度为20mm的空芯螺线管。初级线圈可具有15匝，并且次级线圈可具有200匝。可将大约158nf的电容器连接到次级线圈。这样，变换器32可具有400khz的调谐谐振频率，其特别适合于用作用于无线充电的接收器，例如与发射器24组合使用。当然，这些参数可以任何其他合适的方式变化以实现期望的谐振频率，该谐振频率可以是400khz之外的频率，并且还可以设想，可通过使用所述参数的其他值或以其他合适的方式来实现400khz的调谐谐振频率。
71.通过使用次级线圈作为用于无线充电的接收器，与初级线圈相比，更多的匝数意味着可从与发射器24链接的通量获得更高的电压。当然，变换器32可包括其他芯材料，优选磁性材料，诸如铁氧体或铁粉或压粉。
72.通过以此方式使用变换器32的次级线圈来对电源36进行无线充电，不需要专用的无线充电线圈。这使得电外科设备52的部件的重量和尺寸保持较小，从而实现了便携性，并且在一些示例中，电外科设备52可以是手持式的。
73.为了允许将变换器32的次级线圈用作用于无线充电的电感耦合器，变换器32优选地被定位在电外科设备52的外壳的侧壁附近。这样，次级线圈以这样的方式定位，该方式确保了当电外科设备52相对于发射器24适当地定位时，由发射器24产生的基本上所有的磁场都穿过次级线圈，从而使发射器24与电外科设备52之间的功率传递的效率最大化。变换器32的初级线圈在充电时将接收比次级线圈低得多的感应电压。然而，在一些示例中，控制器28可包括用于在设备充电时保护连接到变换器32的初级线圈侧的部件的电路。
74.图5示出了作为本发明的另一个实施方案的第三电外科系统60的示意图。与上述部件等同的部件被赋予对应的附图标号，并且不再重复其描述。
75.电外科系统60包括电外科设备62和发射器24。在该实施方案中，电外科设备62包括振荡器64，该振荡器被配置为产生微波频率电磁(em)能量，用于经由同轴电缆30输送到电外科器械。因此，电外科设备62在振荡器64与同轴电缆30之间包括微波通道，但不包括rf通道。因此，如上文结合图1所述的微波通道的特征可被包括在一些布置中，但为了清楚起见，从图5中省略了这些特征。例如，发射器24可以是如下文结合图7所述的发射器。
76.微波通道包括循环器66，该循环器被连接以将微波em能量从振荡器64沿其第一端口与第二端口之间的路径输送到同轴电缆30。循环器66的第三端口(未示出)可连接到反射耦合器以被吸收在功率转储负载中，例如，如上文结合图1所述。在微波通道中提供耦合器68，该耦合器将反射信号的一部分引导到控制器28以允许控制器28经由反馈路径34监测和分析反射信号。例如，耦合器68的操作可类似于图1的耦合器414和/或418的操作。当然，可以设想，微波通道的反馈或测量的其他方法可被认为是本文所述的那些方法的替代或补
充。例如，在一些实施方案中，可省略耦合器68。
77.电外科设备62包括接收器电路38，该接收器电路被配置为使用从发射器24接收的能量以与如上文结合图3所述基本上相同的方式对可再充电电池36进行再充电。
78.图6是根据本发明第四实施方案的电外科系统70的示意图。与上述部件等同的部件被赋予对应的附图标号，并且不再重复其描述。
79.电外科系统包括电外科设备72和发射器24。在该实施方案中，电外科设备72包括rf振荡器26和微波频率振荡器64两者，它们各自被配置为向同轴电缆30供应能量。因此，电外科设备包括rf通道和微波通道，该rf通道被配置为将rf能量从rf振荡器26传送到同轴电缆30，该微波通道被配置为将微波频率能量从微波振荡器64传送到同轴电缆30。在一些示例中，rf通道和微波通道可各自包括如上文结合图1所讨论的部件，以及如上文结合图3至图5所讨论的部件。电外科设备72包括组合器74，该组合器被配置为从rf通道获取rf能量并且从微波通道获取微波频率能量，并且将它们组合到单个输出端上以输送到同轴电缆30。控制器28被配置为监测通过微波反馈通道34a传递到同轴电缆30并经由该同轴电缆反射的微波频率能量，并且监测通过rf反馈通道34b输送到同轴电缆的rf能量。
80.在该实施方案中，电外科设备72可从发射器24无线地接收功率，以使用rf通道上的变换器32的次级线圈对电池36进行充电，如上文结合图4所述。
81.电外科系统70由此提供用于递送rf和/或微波频率em能量的电外科设备72，并且该电外科设备能够无线地再充电。因此，电外科设备72更方便，并且可在便携式设备有利的情况下使用。
82.图7示出了可与本发明的实施方案一起使用的发射器24的示意图。例如，发射器24可定位在用于对电外科设备进行充电的充电底座中。
83.如图7所示，振荡器100向放大器102提供振荡控制信号。振荡控制信号可以是频率在mhz范围(例如9.9mhz)内的振荡电压信号。放大器102放大该振荡控制信号以形成振荡驱动信号，该振荡驱动信号具有与振荡控制信号相同的频率但功率更大，使得振荡驱动信号具有足够的功率来驱动mosfet 104。具体地，mosfet 104是压控电流源，并且因此，基于振荡驱动信号来产生振荡电流信号(使用电流源105)。振荡电流信号具有与控制信号和驱动信号相同的频率。该振荡电流信号然后被提供给初级(或发射器)电感耦合器110。初级电感耦合器110使用振荡电流信号来经由电磁感应产生振荡磁场。
84.初级电感耦合器110包括具有电容器106和电感器108的串联电感电容(lc)电路。应当理解，电感器108包括线圈，该线圈在一些实施方案中可缠绕在芯材料上。因此，初级电感耦合器110是谐振电路。选择振荡器100的频率、电容器106的电容和电感器108的电感的特定值，使得发生谐振。可基于由发射器和接收器的物理几何结构设定的参数来设定谐振的发生。这样，电感器108的线圈产生振荡磁场。振荡磁场可用于在如上所述的电外科设备内的对应电感耦合器中感应出电流，并且因此对可再充电电源36进行再充电。应当理解，在一些实施方案中，电感耦合器110可以是非谐振电感耦合器。
85.在某些实施方案中，初级电感耦合器110位于发射器24的外壳的侧壁附近，以确保由发射器24产生的基本上所有的磁场都穿过电外科设备的接收器线圈(诸如上文结合图3至图6所述)，从而使发射器24与电外科设备之间的功率传递的效率最大化。初级电感耦合器110可包括缠绕在诸如铁氧体或铁粉芯的磁芯材料上的线圈。在一些示例中，芯可以是大
体u形的以便与电外科设备内的接收器电路的电感耦合器相对应，使得两个u形芯被定位在一起以进行无线功率传递从而形成大体环形的形状。
86.图8a示出了根据本发明的实施方案的电外科系统80的图像。电外科系统80包括电外科设备82和发射器92。图8b示出了示出图8a的布置中的充电线圈的放置的切开图像。
87.电外科设备82可以是例如如上文结合图3至图6中的任一者所述的电外科设备。具体地，电外科设备82包括外壳84，该外壳包含用于产生电外科能量的电路，如图3至图6中的任一者所示。外壳84的尺寸和形状优选地被设计为由用户手持以执行电外科手术等。在外壳84的上表面上提供有用于设备82的控制面板86。例如，控制面板86可具有开/关按钮，该开/关按钮能够由用户操作以激活rf和/或微波频率振荡器，从而产生用于电外科手术的em能量。开/关按钮可连接到设备82内的控制器以选择设备82的操作模式。在一些实施方案中，开/关按钮可能够由用户操作以循环通过各种模式，诸如仅rf模式、仅微波模式和/或其中产生rf和微波频率em能量两者的模式。在一些实施方案中，当电外科设备被关闭时，控制器被配置为操作设备82内的开关以将设备82内的可再充电电池连接到接收器电路，如上文结合图3至图6所讨论的。
88.外壳的外表面，并且特别是控制面板86，还可包含其他视觉显示，例如电池状态指示器，其可例如由屏幕或由led提供。电池状态指示器允许用户查看可再充电电池内剩余的充电量，并且因此在例如可能需要充电时，或者在电池已充满或正在充电时进行指示。其他视觉显示或指示器，或听觉、振动或触觉传感器可视情况存在于外壳84上或设备82内。
89.如图8b所示，电外科设备82包括外壳84内的接收电感耦合器88，用于从发射器92无线地接收能量。具体地，电感耦合器88是线圈。例如，电感耦合器88可以是用于无线充电的专用线圈，或者可形成变换器的一部分，如上文结合图3至图6所述。在一些实施方案中，线圈可缠绕在实芯上，例如由诸如铁氧体或铁粉芯的磁性材料制成的实芯。电感耦合器88定位在外壳84的下侧，以便最大程度地与发射器92内的发射电感耦合器98进行电感耦合。
90.电外科设备82还包括可用于执行电外科手术的电外科器械90。例如，电外科器械90可用于切割和/或消融生物组织。器械90被连接到外壳84内的电路的输出端，例如如上文结合图3至图6所讨论的，以便接收所产生的em能量。电外科器械90能够可拆卸地安装到外壳84，或者在一些实施方案中可以是外壳的永久固定装置。
91.发射器92被提供为用于电外科设备82的对接站或底座，并且将能量无线地传输到电外科设备82以对其电池进行充电。发射器92包括外壳94，该外壳的上表面适于在电外科设备82不使用时接收该设备82。外壳94可包含如图7所示的电路，例如用于对设备82进行再充电。外壳94包括与设备82的外壳84中的对应凹陷部接合的突起部96。外壳94由此将设备82保持在用于充电的最佳位置，并且突起部96有助于确保设备82不会意外地从发射器92中撞开，并且因此确保充电的连续性。
92.如图8b所示，发射器包括定位在外壳94内的发射电感耦合器98，用于将能量无线地发射到电外科设备82。具体地，电感耦合器98是线圈。在一些实施方案中，线圈可缠绕在实芯上，例如由诸如铁氧体或铁粉芯的磁性材料制成的实芯。电感耦合器98定位在外壳84的上侧处，以便最大程度地与电外科设备82内的接收电感耦合器86进行电感耦合。
93.图9a和图9b是电外科设备120a、120b的截面图，示出了接收电感耦合器122a、122b、122c在设备120a、120b内的另选位置。电外科设备120a、120b可包括如上所述的电外
科设备的任何特征。还示出了连接到发射器电路126a、126b、126c的发射电感耦合器124a、124b、124c。例如，发射电感耦合器124a、124b、124c和发射器电路126a、126b、126c可容纳在发射器内，诸如图8a和图8b所示的发射器，并且可包括如上所述的发射器的任何特征。当然，应当理解，在优选的实施方案中，电外科设备120a、120b中可仅存在电感耦合器122a、122b、122c中的一个电感耦合器。还应当理解，接收电感耦合器122a被定位成与发射电感耦合器124a和发射电路126a一起使用。其余的电感耦合器以类似的方式对应。
94.图10示出了电外科系统的电路图，该电外科系统包括：电外科设备200、发射器210和有线充电器220。在该实施方案中，电外科设备200包含接收器电路，该接收器电路被配置为允许对可再充电电源进行无线和有线充电两者。除了所示的部件之外，还可根据需要包括其他部件。应当理解，为了清楚起见，图10的电路图是涉及无线和有线充电的电外科设备的输出部分的概括示意图。根据上文描述的先前附图，电外科设备的其余方面对于技术人员而言将是清楚的。
95.在该实施方案中，电外科设备200包括两个振荡器。第一振荡器经由微波通道和输入mw(输入mw可形成微波通道的一部分)提供微波频率能量。第二振荡器经由rf通道和输入pri_1、pri_2(输入pri_1和pri_2可形成rf通道的一部分)提供rf能量。rf通道包括具有初级线圈(l4)和次级线圈(l5)的变换器，其以与如上文结合图3、图4和图6所述类似的方式工作。rf通道还包括并联连接在变换器任一侧上的电容器(c9、c13)。电容器(c9、c13)有助于与变换器(l4、l5)一起形成滤波器结构，以改进rf功率到输出连接器(连接器，接地)的传送，并且还阻止在某些情况下可能引起电磁干扰的rf功率的不期望谐波。
96.微波通道和rf通道各自连接到输出端(连接器，接地)，以便例如将微波和/或rf能量供应到电外科器械。在一些实施方案中，输出端(连接器，接地)可包括qma连接器等。扼流圈(x2)和电容器(c5)形成组合器电路的示例，该组合器电路允许来自微波通道和rf通道两者的能量到达输出端(连接器，接地)，同时也防止微波能量到达rf通道并且防止rf能量到达微波通道。例如，扼流圈(x2)可以是四分之一波长短路，其可被实现为微带、带状线或空腔谐振器。
97.应当理解，rf通道和微波通道可包括一个或多个附加部件，如上文结合图1所述。
98.虽然并未直接示出控制器，但指示了感测电路(cpl、v_感测、i_感测、接地)，该感测电路连接到控制器以允许控制器监测被输送和/或反射的rf或微波能量。耦合器(x1)存在于微波通道上以允许控制器感测微波功率(cpl)；耦合器(x1)对rf功率不敏感。电容器(c5)确保防止rf功率由于其高阻抗而到达微波振荡器和耦合器(x1)。rf电流感测电路由具有初级绕组(l3)和次级绕组(l6)的变换器、电阻器(r1)和任选的dc阻断电容器(c1)形成，rf电流感测电路用于感测流向连接器(连接器，接地)的rf电流的比例，并且对微波功率不敏感。rf电压感测电路由分压器形成，该分压器连接到rf通道并且包括两个电阻器(r9、r10)和任选的dc阻断电容器(c4)，rf电压感测电路测量rf输出电压的比例。rf电流感测电路(l3、l6、r1、c1)、rf电压感测电路(r9、r10、c4)和微波功率感测耦合器(x1)对于充电系统(有线或无线充电)的操作并不是必需的，并且仅作为示例示出以展示该电路可如何被布置成允许控制器监测rf和/或微波输送。
99.电外科设备200还包括接收器电路，该接收器电路经由连接chg连接到可再充电电源(未示出)。接收器电路被配置为允许通过有线或无线连接进行充电。接收器电路包括次
级线圈(l5)，该次级线圈形成用于从发射器210无线地接收功率的电感耦合器。接收器电路还包括用于经由有线连接从有线充电器220接收功率的输出端(连接器，接地)。应当理解，接收器电路可包括一个或多个附加部件，如上文结合先前附图所述。
100.发射器210包括电源(v2)和发射电感耦合器(l1)，其可用于在变换器的次级线圈(l5)中在rf通道上感应出电流，以允许以基本上如上结合图3、图4、图6和图7所述的方式进行无线充电。在一些实施方案中，发射器210可另外包括电容器，并且任选地包括电阻器，以允许通过谐振电感耦合进行无线充电。通过电容器(c5)防止在变换器的次级线圈(l5)中感应出的电流到达微波通道。
101.有线充电器220包括电源(v3)和一对触点(连接器，接地)。电源(v3)可以是例如市电，或者可以是有线充电器220内部的电源(例如电池)。有线充电器220被配置为将能量输送到电外科设备200中并且经由由输出端形成的连接器(连接器，接地)输送到接收器电路。在其他实施方案中，电外科设备200可包括一个或多个附加触点，该一个或多个附加触点被配置为与有线充电器220耦合以将能量输送到接收器电路。通过电容器(c5)防止从有线充电器(220)提供的电流到达微波通道。
102.应当理解，在图10的一种型式中，发射器210和有线充电器220是物理上分开的装置。例如，发射器210可以是类似于图8a所示无线充电底座的无线充电底座，并且有线充电器可以是用于连接到市电的单独的连接装置(例如电缆)。然而，在图10的另一种型式中，发射器210和有线充电器220可被容纳在同一物理装置内。例如，该装置可以是类似于图8a所示充电底座的充电底座，但经过修改以便从包含在该底座内的电源(例如电池)提供有线充电。
103.在前文描述中，或所附权利要求中或附图中公开的特征(其以其特定形式或者根据用于执行所公开的功能的装置，或者用于获得所公开的结果的方法或工艺被表述)在适当时可单独地或以此类特征的任何组合的形式被用于以多样化形式实现本发明。
104.虽然已经结合上文描述的示例性实施方案描述了本发明，但当给出本公开时，许多等同修改和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，上文阐述的本发明的示例性实施方案被认为是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对所描述的实施方案进行各种变化。
105.为了避免任何疑问，本文提供的任何理论解释都是出于提高读者理解的目的而提供的。发明人不希望受到任何这些理论解释的束缚。
106.在包括所附权利要求的整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词语“具有(have)”、“包含(comprise)”和“包括(include)”及变型(诸如“具有(having)”、“包含(comprises/comprising)”和“包括(including)”)将理解为暗示包括陈述的整数或步骤，或整数或步骤的组但不排除任何其他整数或步骤，或整数或步骤的组。
107.必须注意，除非上下文另有明确指明，否则如在本说明书和所附权利要求中所使用，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述”包括复数个提及物。范围可在本文中表达为自“约”一个特定值起和/或至“约”另一个特定值止。当表示这类范围时，另一个实施方案包括从所述一个特定值和/或到所述另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表述为近似值时，应理解，特定值形成另一个实施方案。关于数值的术语“约”是任选的并且表示例如 /-10％。
108.字词“优选的”和“优选地”在本文中用于指代本发明的在一些情形下可提供某些益处的实施方案。然而，应了解，在相同或不同的情形下，其他实施方案也可为优选的。因此，一个或多个优选的实施方案的叙述并不意味或暗示其他实施方案是无用的，并且不意图将其他实施方案排除在本公开的范围之外，或者权利要求的范围之外。