ES2286487T3 - Generador electroquirurgico. - Google Patents

Abstract

Generador electroquirúrgico (10) para suministrar Generador electroquirúrgico (10) para suministrar frecuencia en radiofrecuencia (RF) a un instrumentfrecuencia en radiofrecuencia (RF) a un instrumento electroquirúrgico (12) para el corte o vaporizaco electroquirúrgico (12) para el corte o vaporización de tejidos, en el que el generador comprende uión de tejidos, en el que el generador comprende una etapa de salida de RF que tiene: como mínimo, una etapa de salida de RF que tiene: como mínimo, un dispositivo de potencia RF (Q1-Q4), como mínimo,n dispositivo de potencia RF (Q1-Q4), como mínimo, un par de líneas de salida (74) para suministrar un par de líneas de salida (74) para suministrar potencia en RF al instrumento, y una red (L1, C1) potencia en RF al instrumento, y una red (L1, C1) de salida resonante en serie, acoplada entre el dide salida resonante en serie, acoplada entre el dispositivo de potencia RF y dicho par de líneas de spositivo de potencia RF y dicho par de líneas de salida, caracterizado porque la impedancia de salisalida, caracterizado porque la impedancia de salida de la etapa de salida en las líneas de salida eda de la etapa de salida en las líneas de salida es menor de 200/VP ohmios, siendo P la potencia de s menor de 200/ Raíz P ohmios, siendo P la potencisalida en RF continua máxima del generador en vatia de salida en RF continua máxima del generador enos, y porque el generador comprende además circuit vatios, y porque el generador comprende además cios de protección (46, 66, 70, 72) que responden a rcuitos de protección (46, 66, 70, 72) que responduna situación eléctrica predeterminada indicativa en a una situación eléctrica predeterminada indicade una sobrecarga de corriente de salida, sustancitiva de una sobrecarga de corriente de salida, susalmente para interrumpir la potencia en RF suministancialmente para interrumpir la potencia en RF sutrada a la red de salida. ministrada a la red de salida.

Description

Generador electroquirúrgico.

La presente invención se refiere a un generador electroquirúrgico destinado a suministrar potencia en radiofrecuencia (RF) a un elemento electroquirúrgico y básicamente se refiere a un generador que tiene una red de salida resonante en serie.

De modo convencional los generadores electroquirúrgicos utilizan una configuración que comprende una fuente de voltaje acoplada a un instrumento electroquirúrgico con intermedio de un condensador de acoplamiento que define una impedancia de salida equilibrada entre 50 y 500 ohmios. Esta configuración produce una característica de impedancia de la potencia con respecto a la carga que tiene un máximo de potencia a una impedancia equilibrada, con disminución de la potencia progresivamente a cada lado de este máximo o pico. En la práctica, cuando se lleva a cabo la electrocirugía, la impedancia de carga puede cambiar en una amplia gama, resultando ello en impredictibles efectos clínicos.

Para tratar ese problema es conocido el proporcionar una etapa de salida RF capaz de proporcionar un equilibrado de impedancia en una amplia gama. Esto tiene la desventaja de que cambios rápidos de impedancia de carga pueden producir amplias desviaciones del voltaje de salida. Un enfoque alternativo consiste en controlar el suministro en corriente continua a la etapa de salida de RF como respuesta a señales de realimentación a efectos de que la potencia suministrada sea virtualmente continua. Esto se puede hacer ajustando el suministro de potencia en voltaje de corriente continua o manteniendo constante la potencia suministrada en corriente continua. Esas técnicas llevan a una característica de impedancia de potencia con respecto a carga que es virtualmente plana en una gama de impedancias, pero una limitación es que resulta difícil controlar el suministro de energía cuando se inicia el corte o vaporización de tejidos (al contrario que en la coagulación de tejidos). Para cortar o vaporizar tejidos utilizando potencia en radiofrecuencia, la baja carga de impedancia inicial presentada por los tejidos o fluido circundante necesita ser llevada a una impedancia superior a efectos de producir un arco. El suministro de un exceso de energía puede resultar en quemaduras adyacentes al lugar de la operación, humo excesivo o fallos del instrumento. El suministro de demasiado poca energía provoca un retraso significativo y puede tener como resultado una coagulación no deseada de los tejidos.

También es conocido utilizar un generador electroquirúrgico para alimentar un instrumento electroquirúrgico bipolar con potencia electroquirúrgica pulsante a voltajes muy elevados, por ejemplo, en la zona de un kilovoltio pico a pico cuando se eliminan tejidos en un lugar de la operación sumergido en un líquido conductor, tal como solución salina. El instrumento puede tener un electrodo activo situado en su extremo para ser llevado adyacente al tejido a tratar o en contacto con el mismo, y un electrodo de retorno retirado del electrodo activo y que tiene una superficie de contacto con el fluido para realizar una conexión eléctrica con el líquido conductivo. Para conseguir la eliminación de tejido, el líquido conductor que rodea el electrodo activo es vaporizado para provocar el arco en el electrodo. Los elevados voltajes utilizados para conseguir el corte de tejidos o su vaporización en condiciones variables de impedancia de carga son particularmente exigentes en cuanto al generador cuando el instrumento experimenta una baja impedancia de carga. Ciertamente, tal como se ha indicado anteriormente, en estas condiciones es difícil el iniciar el arco de manera fiable sin efectos no deseados. Se han realizado acciones para incrementar la densidad de potencia en el electrodo activo y, por lo tanto, para mejorar la fiabilidad con la que se inicia el arco, reduciendo las dimensiones del electrodo y haciendo su superficie rugosa, por ejemplo, aplicando una capa de óxido. Esta última técnica tiene el efecto de atrapar vapor en las irregularidades de la superficie como medio para incrementar la densidad de potencia.

Se ha descubierto que el funcionamiento de estos instrumentos a elevados voltajes tiende a provocar erosión del electrodo activo. La velocidad de erosión aumenta al incrementar el voltaje de alimentación y aumenta asimismo al reducir las dimensiones del electrodo y hacer rugosa la superficie, tal como se ha mencionado.

El documento EPA 1053720 da a conocer un generador para generar altos voltajes electroquirúrgicos.

El documento US-A-6093186 describe un generador electroquirúrgico que tiene una etapa de salida de RF y una red de salida resonante en serie acoplada entre un dispositivo de potencia RF y un par de líneas de salida.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, un generador electroquirúrgico para alimentar potencia en RF a un instrumento electroquirúrgico comprende una etapa de salida de RF que tiene, como mínimo, un dispositivo de potencia en RF, como mínimo, un par de líneas de salida para suministrar potencia RF al instrumento, y una red de salida resonante en serie acoplada entre el dispositivo de potencia en RF y dicho par de líneas de salida, caracterizándose porque la impedancia de salida de la etapa de salida en las líneas de salida es menor de 200/\surdP ohmios, siendo P la potencia de salida continua máxima en RF del generador en vatios, y porque el generador comprende, además, circuitos de protección que responden a una situación eléctrica predeterminada indicativa de una sobrecarga de corriente de salida sustancialmente para interrumpir la potencia en RF suministrada a la red de salida. Cuando el generador está configurado para cirugía en húmedo, por ejemplo, para utilización con el electrodo o electrodos del instrumento sumergido en un fluido conductor, tal como solución salina, la potencia continua máxima se encuentra preferentemente entre 300 W y 400 W. De acuerdo con ello, si la potencia máxima de salida es 400 W, la impedancia de salida es menor de 10 ohmios. La electrocirugía en seco, es decir, con el electrodo o electrodos no sumergidos normalmente, requiere una menor potencia de salida en RF. En este caso el generador puede estar configurado de manera tal que la potencia de salida en RF continua máxima es de unos 16 W, en cuyo caso la impedancia de salida es menor de 50 ohmios. En ambos casos las cifras se obtienen funcionando con un voltaje de salida para el corte o vaporización de tejidos, es decir, como mínimo un máximo de 300 V. La impedancia de salida es preferentemente menor de 100/\surdP ohmios, lo que da lugar a valores de impedancia de salida máximos de 5 ohmios y 25 ohmios para las salidas de potencia anteriormente indicadas.

Se comprenderá que cuando la salida RF del generador es pulsante, es decir, cuando la energía RF es suministrada a la carga en ráfagas, generalmente en forma de ondas senoidales de RF, la potencia continua máxima es la potencia promedio medida a lo largo de varias ráfagas.

Los circuitos de protección responden preferentemente a la aplicación de un cortocircuito sobre las líneas de salida, siendo la velocidad de respuesta de los circuitos de protección suficientemente rápida para desactivar el dispositivo de potencia RF antes de que la corriente que pasa por el mismo aumente hasta la corriente nominal máxima como resultado del cortocircuito.

En el generador descrito en esta descripción la etapa de salida de RF tiene una red de salida resonante en serie configurada de manera tal que la velocidad máxima de aumento de la corriente de salida en las líneas de salida es menor de (\surdP)/4 amps por microsegundo, siendo P el mismo valor definido anteriormente. De acuerdo con ello, para una potencia de salida en RF continua máxima de características típicas de 4000 W para electrocirugía en húmedo, la velocidad máxima de elevación de la amplitud de corriente de salida, en general cuando las líneas de salida son cortocircuitadas a la potencia máxima del generador, es menor de 5A/\mus. Con P en un valor típico de 16 W para electrocirugía en seco, la velocidad de aumento de la amplitud de corriente de salida es menor de 1A/\mus.

Los circuitos de protección responden el cortocircuito con suficiente velocidad para que se interrumpa el suministro de potencia en RF a la red de salida dentro de un período de tiempo que corresponde a no más de 20 ciclos de potencia RF suministrada. Los circuitos de protección son preferentemente mucho más rápidos pudiendo funcionar, por ejemplo, para interrumpir el suministro de potencia dentro de 3 ciclos o incluso 1 ciclo. El efecto de la red de salida resonante en serie consiste en retrasar el aumento de corriente en condiciones de fallo, tal como en el momento en que aparece una impedancia muy baja o cortocircuito a través de las líneas de salida. Los solicitantes han descubierto que una transición de impedancia de circuito abierto a cortocircuito tiene como resultado un cortocircuito efectivo a través del dispositivo de potencia en RF, solamente después de varios ciclos de RF. Al prever que los circuitos de protección respondan con rapidez, la etapa de salida puede ser desactivada antes de que ocurra el fenómeno indicado.

La utilización de una etapa de salida de RF con una impedancia de salida relativamente baja significa que la salida de voltaje RF está relacionada, sustancialmente, de forma directa al voltaje de suministro en corriente continua aplicado a la etapa de salida (específicamente al dispositivo o dispositivos de potencia RF que contiene). En la realización preferente de la invención cada uno de los dispositivos de potencia RF funcionan en modalidad de conmutación con el resultado de que una salida de onda cuadrada es aplicada a la red de salida resonante en serie. El voltaje RMS disponible en las líneas de salida es directamente proporcional al voltaje de alimentación. Se deduce de ello que el voltaje de salida máximo pico a pico es determinado por el voltaje de alimentación en corriente continua y como resultado la realimentación dinámica para controlar el voltaje de salida no es necesaria en esta realización.

Los circuitos de protección son preferentemente capaces de desactivar la etapa de salida dentro de un período y medio de RF después del inicio de las condiciones eléctricas predeterminadas antes mencionadas. Preferentemente, la situación eléctrica predeterminada indica una corriente instantánea en la etapa de salida, que supera un nivel predeterminado, y la velocidad de respuesta de los circuitos de protección es tal, que la interrupción del nivel predeterminado por la corriente instantánea es detectada durante el mismo ciclo de RF en que tiene lugar. Esta detección puede ser llevada a cabo mediante circuitos de detección de corriente que incluyen un dispositivo de captación, que es típicamente un transformador de corriente, acoplado en serie entre un dispositivo o dispositivos de RF y la red de salida resonante en serie, y un comparador que tiene una primera entrada acoplada al dispositivo de captación (por ejemplo, el segundo arrollamiento del transformador) y una segunda entrada acoplada a una fuente de nivel de referencia. La fuente de nivel de referencia puede ser una representación de voltaje de la corriente instantánea, es decir, sustancialmente sin filtrado, a efectos de provocar un cambio de estado de la salida del comparador dentro del mismo medio ciclo de RF en que se supera por primera vez el umbral, o dentro del medio ciclo subsiguiente, dependiendo de si se aplica o no un rectificado de onda completa por delante del comparador. El nivel de salida instantáneo predeterminado es, preferentemente, como mínimo de 5A para electrocirugía en húmedo y de manera típica es de 15A. La salida del comparador está acoplada a circuitos de desactivación para desactivar el dispositivo o dispositivos de potencia cuando la salida del comparador cambia de estado como respuesta a la corriente instantánea detectada por el dispositivo de captación que supera el nivel predeterminado tal como ha sido determinado por la fuente de referencia. El aspecto de interrupción de corriente de los circuitos de protección no está limitado por la impedancia.

En general, es necesario solamente interrumpir el suministro de la potencia durante un tiempo reducido. Como consecuencia, los circuitos de protección comprenden una etapa monoestable, pudiendo funcionar como respuesta a la detección del estado predeterminado para desactivar el dispositivo de potencia durante un período de tiempo limitado determinado por una constante de tiempo de la etapa monoestable que es, típicamente, menor de 20 ciclos de la frecuencia operativa del generador.

Preferentemente, el generador tiene una fuente de RF acoplada al dispositivo o dispositivos de potencia, incluyendo dicha fuente un oscilador que define la frecuencia operativa del generador. La red de salida resonante en serie es ajustada a esta frecuencia operativa. De manera general, la fuente está dispuesta de manera tal que la frecuencia operativa es sustancialmente constante (por ejemplo, durante cualquier ciclo de tratamiento determinado).

El generador preferente está dispuesto de una manera tal, para el ajuste de un usuario determinado que, el voltaje de salida RMS RF se encuentra sustancialmente dentro de una gama de impedancia de carga de 600/\surdP ohmios a 1000 ohmios, en la que P es el valor definido anteriormente. Por lo tanto, por ejemplo, la constante del voltaje de salida RMS RF durante cada descarga de energía RF se mantiene dentro de 20% del valor máximo. Esto puede ser conseguido parcialmente como resultado de la configuración resonante en serie de la red de salida.

Para mantener el voltaje de salida máximo constante a bajas impedancias, de acuerdo con una característica preferente, específica de la invención, el suministro de potencia RF a la etapa de salida comprende un elemento de carga-almacenamiento, preferentemente una capacidad superior a 1 mF, siendo sometidos a impulsos los dispositivos de salida generados por el circuito pulsante, de manera que suministran descargas de energía RF con la temporización de las descargas, particularmente la terminación de cada descarga, efectuándose el control como respuesta a la salida de un circuito detector de voltaje acoplado a la capacidad. El voltaje de alimentación de potencia en corriente continua a la etapa de salida es preferentemente de 100 V o superior. Para evitar la disminución sustancial del voltaje de alimentación, los circuitos de detección y pulsantes son dispuestos de manera que terminen los impulsos individuales de energía RF cuando el voltaje detectado disminuye por debajo de un nivel predeterminado, ajustado de manera típica, de manera tal que tiene lugar la terminación de los impulsos cuando el voltaje disminuye por debajo de un predeterminado porcentaje comprendido entre 5% y 20% que, de manera típica, corresponde a que el voltaje máximo en RF, facilitado a las líneas de salida, disminuye a un valor comprendido entre 25 V y 100 V por debajo de su valor inicial para el impulso respectivo. La energía en RF suministrada durante cada impulso es típicamente de 60 joules para electrocirugía en húmedo y de 2 joules para electrocirugía en seco. El valor máximo llega, de manera típica, como mínimo a 1 kW, preferentemente 4 kW.

La misma capacidad elevada de potencia máxima del generador preferente de campo húmedo (superior a 1 kW) permite que la transición de impedancia, que tiene lugar en el inicio de un ciclo de corte o vaporización de tejido, se complete muy rápidamente, dado que solamente se facilitan voltajes superiores a los requeridos para la formación del arco. Esto reduce de manera significativa el retardo y los efectos no deseados de coagulación de algunos generadores anteriores. El suministro de un voltaje sustancialmente constante lleva a que el corte o la vaporización tenga lugar a velocidades constantes, con independencia de los cambios del tipo de tejido o de acción sobre el mismo.

La etapa de salida RF del generador preferente, cuando este último está configurado para electrocirugía en húmedo, tiene una impedancia de salida en las líneas de salidas menor de 10 ohmios. Cuando el generador está configurado para corte o vaporización de tejidos en electrocirugía en seco, la impedancia de salida de la etapa de salida en las líneas de salida es menor de 50 ohmios.

El generador descrito en esta descripción está configurado para que sea capaz de mantener un voltaje máximo de salida pico de 300 V sobre una gama de impedancia de carga de 600/\surd/P ohmios hasta 1000 ohmios, en la que P es la potencia de salida nominal en vatios. La potencia de salida nominal es tal como se define por la Comisión Electrotécnica Internacional en su norma IEC 60601-2-2. Tiene una etapa de suministro de potencia acoplada a la etapa de salida en RF, teniendo la etapa de suministro de potencia un condensador de almacenamiento de energía capaz de almacenar entre 3% y 30% de la potencia de continua máxima P (en vatios) del generador en julios. De manera típica, el suministro de energía por impulso (en julios) está comprendida entre 1% y 10% de la potencia de salida máxima continua en RF (en vatios).

En el generador preferente, el circuito pulsante efectúa el impulso de la potencia RF suministrada de manera tal que el factor de cresta del voltaje desarrollado sobre las líneas de salida incrementa al disminuir la impedancia de carga presentada a las líneas de salida, mientras que el voltaje de salida máximo durante los impulsos se mantiene a un valor superior a 300 V. Para electrocirugía en húmedo, la impedancia de salida de la etapa de salida es preferentemente menor de 10 ohmios, y el factor de cresta varía en una proporción mínima de 2:1 sobre una gama de impedancia de carga de 600/\surd/P a 1000 ohmios (de manera típica de 10 ohmios a 1000 ohmios). Para el electrocirugía en campo seco, la impedancia de salida es menor de 50 ohmios, y el factor de cresta varía en una proporción mínima de 2:1 sobre una gama de impedancia de carga de 600/\surd/P a 50 kilohmios (de manera típica, de 50 ohmios a 50 kilohmios).

Por "factor de cresta" se desea indicar la relación de voltaje máximo o pico al voltaje RMS. En el caso de una forma de onda de salida pulsante, la medición se lleva a cabo sobre una serie de impulsos.

El generador preferente comprende una fuente de energía en radiofrecuencia (RF), un terminal de salida activo, un terminal de salida de retorno, una capacitancia de aislamiento en corriente continua entre la fuente y el terminal de salida activo, y un circuito pulsante para la fuente, de manera que la fuente y el circuito pulsante están dispuestos para generar una señal de salida en RF pulsante en las terminales de salida, cuya señal tiene una corriente pico mínima de 1A, un voltaje tipo simultáneo mínimo de 300 V, una velocidad de modulación comprendida entre 5 Hz y 2 kHz, y una longitud de impulso comprendida entre 100 \mus y 5 ms. La señal tiene una corriente pico mínima de 3A.

Con este generador es posible empezar el arco incluso en condiciones de impedancia de carga relativamente baja. Una vez establecido el arco, la impedancia de carga tiende a aumentar, en la medida en la que el arco se puede mantener utilizando una forma de onda de salida de RF de tipo continuo. La densidad de potencia mejorada se encuentra disponible en electrodo activo para vaporización, reduciendo simultáneamente la erosión del electrodo.

La longitud de los impulsos está comprendida preferentemente entre 0,5 ms y 5 ms, siendo de manera típica el ciclo de servicio de los impulsos de 1 a 20%, y más preferentemente de 2% a 10%.

El generador preferente de acuerdo con la invención tiene una red de salida resonante y puede funcionar para generar, por ejemplo, durante como mínimo la parte inicial de un periodo de tratamiento, una potencia máxima como mínimo de un kilovatio, y de manera típica, como mínimo de 3 o 4 kilovatios. Las mejoras en el comportamiento de erosión de electrodos se puede conseguir proporcionando medios en el generador para limitar el voltaje de salida a un valor comprendido entre 900 V y 1100 V, máximo a máximo.

En el generador preferente, la fuente y el circuito punzante están dispuestos para generar, en un periodo inicial, una señal de salida en RF pulsante en los terminales de salida, cuya señal tiene una corriente pico o máxima de 1A como mínimo, un voltaje pico simultáneo de 300 V como mínimo, una velocidad de modulación comprendida entre 5 Hz y 2 kHz, y una longitud de impulso comprendida entre 100 \mus y 5 ms, y, en un periodo subsiguiente, para generar una señal de salida en RF de potencia constante en los terminales de salida.

Son factibles diferentes formas de hacer que el generador termine el periodo antes mencionado de inicio de funcionamiento y empieza el periodo llamado subsiguiente. Una realización del generador está dispuesta de manera tal que la conmutación del periodo inicial al periodo subsiguiente tiene lugar automáticamente en un intervalo de tiempo predeterminado después del inicio del periodo inicial. En una realización alternativa, el generador tiene medios para supervisar, en la utilización del generador, la impedancia de carga entre los terminales de salida activo y de retorno, y está dispuesto para provocar la conmutación al periodo subsiguiente cuando la magnitud de la impedancia de salida aumenta en un factor predeterminado, de manera típica entre 5 y 20, y preferentemente 10, o cuando supera un umbral predeterminado.

El generador preferente utiliza una tercera técnica de conmutación que involucra el elemento de carga-almacenamiento antes mencionado. En este caso, la fuente de energía RF comprende una etapa de salida RF, y el generador tiene un suministro de potencia que incluye el elemento de carga-almacenamiento tal como un condensador grande para suministrar potencia a la etapa de salida. Cuando el periodo de tratamiento comprende un periodo inicial y un periodo subsiguiente, tal como se ha descrito anteriormente, el condensador es utilizado para suministrar potencia como mínimo durante el periodo inicial. Asociado con el elemento de carga-almacenamiento se encuentra un circuito detector de voltaje destinado a detectar el voltaje suministrado a la etapa de salida por el elemento de carga-almacenamiento, estando dispuesto el generador de manera tal que el tratamiento termina o el periodo subsiguiente empieza como respuesta al voltaje de alimentación detectado por el circuito detector de voltaje al alcanzar un umbral de voltaje predeterminado. Realmente, es posible controlar la longitud y temporización de los impulsos individuales utilizando el mismo circuito de detección de voltaje. En este caso, el circuito detector de voltaje forma parte del circuito de impulsos anteriormente mencionado, y la temporización como mínimo del inicio de los impulsos producidos por la etapa de salida durante el periodo inicial está determinada como respuesta al voltaje de alimentación que alcanza el umbral de voltaje antes mencionado. Es posible disponer ambos bordes delantero y trasero de los impulsos producidos por la etapa de salida para su determinación por el hecho de que el voltaje de alimentación pasa, respectivamente, por debajo y supera los respectivos umbrales de voltaje.

La capacidad de carga-almacenamiento es preferentemente como mínimo de 1000 \muF y, ventajosamente, tiene una capacidad superior a 5J.

Tal como se ha indicado anteriormente, el generador preferente tiene una salida equilibrada. Realmente, se han obtenido buenos resultados utilizando un generador con una red de salida resonante, teniendo la curva de carga del generador (es decir, la curva que traza la potencia suministrada con respecto a la impedancia de carga) un pico o máximo a una impedancia de carga por debajo de 50 ohmios. El suministro de niveles de potencia pico o máxima a bajas impedancias de carga viene ayudado por la formación de la red de salida como red resonante en serie, que comprende la combinación en serie de una inductancia y de una capacitancia, siendo tomada la salida de la red a través de la capacitancia. La salida puede ser tomada a todo terminal de salida del generador con intermedio de un condensador de acoplamiento y, opcionalmente, un transformador aumentativo desde un nodo entre la inductancia y la capacitancia de la combinación en serie. Si bien es posible, de manera alternativa, tomar la salida a través de la inductancia, al tomarla a través del condensador tiene la ventaja de reducir los transitorios de conmutación. Como alternativa adicional, el generador puede tener sus terminales de salida conectados a la red de salida resonante, de manera que, efectivamente, cuando una carga es conectada a los terminales, ésta es conectada como impedancia en serie, conformando la inductancia y la capacitancia la combinación resonante, por ejemplo, entre la inductancia y la capacitancia.

La red de salida resonante proporciona de manera típica una impedancia de fuente en las terminales de salida en una gama de valores de 50 ohmios a 500 ohmios.

No se debe despreciar que la frecuencia resonante de la red de salida puede variar con baja impedancia como resultado de la capacitancia de acoplamiento, pudiendo incluir la fuente de RF un oscilador de RF de frecuencia variable, estando limitada la frecuencia de salida ventajosamente a un valor máximo por debajo de la frecuencia resonante de la red de salida cuando está conectada a una impedancia de carga de compensación, es decir, una impedancia de carga igual a la impedancia de su fuente.

El generador puede ser combinado con un instrumento electroquirúrgico bipolar para formar un sistema electroquirúrgico, teniendo el instrumento como mínimo un electrodo activo acoplado al terminal de salida activo del generador y un electrodo de retorno acoplado a un terminal de salida de retorno del generador. La invención tiene una aplicación específica a un sistema electroquirúrgico, en el que el instrumento electroquirúrgico bipolar tiene un electrodo activo formado como bucle conductor, preferentemente en forma de U. Este bucle es utilizado frecuentemente para cortar muestras de tejido, pero es especialmente exigente en el generador en términos de conseguir vaporización salina y formación de arco.

Un sistema electroquirúrgico preferente comprende un generador que tiene una fuente de energía de radiofrecuencia (RF) y, acoplado al generador, un instrumento electroquirúrgico bipolar que tiene un conjunto de electrodos que tiene como mínimo un par de electrodos, de manera que el generador está adaptado para suministrar energía RF al conjunto de electrodos en un periodo inicial como señal RF modulada de impulsos que, en su utilización con el par de electrodos, tiene una corriente pico mínima de 1A, un voltaje pico simultáneo mínimo de 300 V, una velocidad de modulación comprendida entre 5 Hz y 2 kHz, y una longitud de impulsos comprendida entre 100 \mus y 5 ms.

Asimismo, el sistema puede ser adaptado para suministrar energía RF al conjunto de electrodos, en un periodo inicial, como señal RF modulada de impulsos que, en su utilización con el par de electrodos, tiene una corriente máxima o pico mínima de 1A, un voltaje pico simultáneo mínimo de 300 V, una velocidad de modulación comprendida entre 5 Hz y 2 kHz, y una longitud de impulsos comprendida entre 100 \mus y 5 ms, y para suministrar energía RF al conjunto de electrodos en un periodo subsiguiente como señal continua de potencia RF. La corriente pico es preferentemente y como mínimo de 3A.

La invención se describe a continuación a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

la figura 1 es un esquema general que muestra un sistema electroquirúrgico que incluye un generador de acuerdo con la invención y un instrumento electroquirúrgico bipolar;

las figuras 2A y 2B son, respectivamente, vistas en perspectiva y vista lateral de un conjunto de electrodos de bucle que forma parte del instrumento bipolar mostrado en la figura 1;

la figura 3 es un diagrama de bloques que muestra los componentes principales del generador;

la figura 4 es un circuito simplificado de una etapa de salida de RF que forma parte del generador;

la figura 5 es una curva de carga ilustrativa para el generador de la figura 1;

la figura 6 es un diagrama de circuito más detallado de la etapa de salida de RF;

la figura 7 es un diagrama de bloques de un generador electroquirúrgico alternativo de acuerdo con la invención;

la figura 8 es un esquema de circuito de una red de salida resonante del generador alternativo; y

la figura 9 es la curva de carga del generador de la figura 7.

Haciendo referencia a la figura 1, un generador (10) tiene una toma de salida (10S) que proporciona radiofrecuencia (RF) en una salida para un instrumento electroquirúrgico en forma de un dispositivo de endoscopio (12) a través de un cable de conexión (14). La activación del generador puede ser llevada a cabo desde el instrumento (12) con intermedio de una conexión de control en un cable (14) o por medio de una unidad de interruptor de pie (16), tal como se ha mostrado, conectada separadamente a la parte posterior del generador (10) por un cable (18) de conexión del interruptor de pie. En la realización mostrada, la unidad (16) del interruptor de pie tiene dos interruptores de pie (16A) y (18B) para seleccionar la modalidad de coagulación y modalidad de corte del generador, respectivamente. El panel frontal del generador tiene pulsadores (20) y (22), respectivamente, para disponer niveles de potencia de coagulación y de corte, que están indicadas en una pantalla (24). Unos pulsadores manuales (26) quedan dispuestos como medios alternativos para la selección entre las modalidades de coagulación y de corte. El instrumento (12) tiene un conjunto de electrodos en forma de bucle, desmontable (28) con una estructura de electrodo doble y está destinado para su utilización en un ambiente salino.

El instrumento (12) tiene un conjunto de electrodo de bucle (28) desmontable, con una estructura de electrodo doble y está destinado para su utilización en un medio salino. Las figuras 2A y 2B son vistas, a mayor escala, del extremo distal del conjunto de electrodo (28). En su extremo distal, el conjunto tiene un electrodo de bucle en forma de U (30) que depende de un par de brazos de electrodos (32) que están montados uno al lado del otro en un soporte 34), destinado a su aplicación a presión en un endoscopio. El electrodo de bucle (30) es un electrodo activo. Cada uno de los brazos (32) está formado en forma de cable coaxial, formando la protección externa conductora expuesta, en cada caso, un electrodo de retorno (36). En funcionamiento sumergido en un medio salino, el electrodo de bucle (30) es utilizado de manera típica para el corte de muestras de tejidos, de manera que el voltaje electroquirúrgico desarrollado entre el electrodo del bucle (12A) y las superficies de contacto con el líquido de los electrodos de retorno (36) favorecen la vaporización del líquido salino circundante en el electrodo de bucle (30), y formando arco a través de la envolvente de vapor formada de este modo.

El electrodo de bucle (30) comprende un cable combinado de molibdeno y renio con un recubrimiento de óxido para favorecer una mayor impedancia en el interfaz electrodo/fluido y, como resultado, aumentar la densidad de potencia en la superficie del electrodo.

La anchura del bucle es típicamente de 2,5 mm a 4 mm, y el conductor tiene, típicamente, un diámetro en una gama de valores de 0,20 a 0,35 mm.

El conjunto del electrodo de bucle es especialmente exigente en el generador en términos de inicio de vaporización y formación del arco.

Los esfuerzos para mejorar el inicio del arco (el "encendido") de este conjunto de electrodos reduciendo el diámetro del conductor y formando capas de óxido han tendido a incrementar la velocidad de erosión, o han tenido como resultado que el electrodo de bucle es mecánicamente débil.

Se debe observar que los generadores, de acuerdo con la invención, no están limitados a su utilización con un conjunto de electrodo de bucle, ni a su utilización en cirugía en ambiente húmedo.

El generador se describirá a continuación de manera más detallada, haciendo referencia a la figura 3. El mismo tiene una fuente de RF en forma de un oscilador (40), que es conectable a una etapa de salida RF (42). La etapa de salida (42) comprende un puente de potencia mosfet que forma parte de un circuito (44) mosfet y controlador de potencia, un elemento detector de corriente (46) y una red de salida resonante (48). El oscilador (40) está configurado para funcionar sustancialmente a frecuencia RF constante y la red de salida (48) está ajustada a dicha frecuencia. En términos generales, la fuente de RF acoplada al dispositivo o dispositivos de potencia RF define la frecuencia operativa del generador, y la red de salida (que, tal como se describirá más adelante, es resonante en serie) está ajustada a la frecuencia operativa. En esta realización de la invención, la frecuencia operativa es sustancialmente constante.

La potencia a la etapa de salida RF o, de manera más específica, a los mosfets de potencia, es suministrada desde un suministro de potencia en corriente continua (50) con intermedio de un conductor de alimentación (58). Un condensador de reserva (60) de 4,7 mF está conectado entre el conductor de alimentación (58) y masa. El voltaje en el conductor de alimentación (58) es detectado por un circuito detector de voltaje (62) que controla una primera puerta de transmisión (64) conectada en serie entre el oscilador (40) de RF y dispositivos controladores en el circuito (44) mosfet y controlador de potencia.

El elemento (46) de detección de corriente en la etapa de salida (42) es un transformador de corriente conectado en serie, cuyo arrollamiento secundario está acoplado a una primera entrada de un comparador (66) que recibe también en la otra de sus entradas una señal de referencia procedente de una entrada de referencia (68). La salida del comparador controla un monoestable (70) que, a su vez, controla una segunda puerta de transmisión (72) acoplada en serie con la puerta (64) en la ruta entre el oscilador (40) y los controladores del mosfet y circuito controlador de potencia (44). La red de salida (48) suministra potencia en RF a una terminal de salida (74) que en la práctica, está formada por un par de líneas de salida, tal como se describirá más adelante. El funcionamiento del generador es normalmente pulsante, siempre que se suministre energía RF a las líneas de salida (74) en ráfagas controladas por la combinación del circuito de detección de voltaje (62) y la puerta (64) que funciona como parte de un circuito pulsante. Cuando el generador es activado, el voltaje del conductor de suministro (58) tiende a disminuir, como mímimo cuando la impedancia de carga acoplada a través de las líneas de salida (74) es relativamente baja, debido a la descarga del condensador de depósito (60). Cuando el voltaje de alimentación en corriente continua en el conductor de alimentación (58) baja hasta un valor predeterminado, a la salida del circuito detector de voltaje (62) cambia de estado y la puerta de transmisión (64) es activada a su estado de circuito abierto, desactivando de esta manera el mosfet y circuito controlador de potencia (44). El condensador de reserva (60) se recarga en estas circunstancias, y el circuito detector de voltaje (62) hace que la puerta (64) reconecte el oscilador (40) cuando el voltaje del conductor de alimentación alcanza un segundo valor actual más elevado. De esta manera, es posible controlar la cantidad de energía suministrada en cada impulso.

El elemento detector de corriente (46), el comparador (66), el monostable (70) y la segunda puerta de transmisión (72) actúan conjuntamente como circuito de protección para proteger los dispositivos de potencia mosfet del circuito (44) contra excesivo drenaje de corriente provocado, por ejemplo, por un cortocircuito a través de las líneas de salida (74). El almacenamiento de energía en la red de salida (48) retrasa la transferencia de un cortocircuito a través de las líneas de salida (74) a los dispositivos de potencia en el mosfet y circuito de control (44).

El estado del circuito eléctrico detectado por el elemento detector de corriente (46) y el comparador (66) es el flujo de corriente entre los mosfet de potencia del circuito (44) y la red de salida (48), que aumentan hasta un nivel que puede ser indicativo de que sea aplicado un cortocircuito a través de las líneas de salida (74). Cuando la corriente alcanza un nivel de corriente predeterminado, tal como se detecta por el comparador (66), la salida del comparador cambia de estado, y el monostable (70) provoca que la segunda puerta de transmisión (72) pase a circuito abierto, desactivando la etapa (44) de mosfet y controlador de potencia. La constante de tiempo monostable es ajustada típicamente a 0,5 segundos o menos, lo que permite generar una señal de aviso para alertar al usuario. No obstante, debido al almacenamiento de energía en el circuito resonante en serie, es posible proteger los dispositivos de potencia RF con una constante de tiempo monostable de unos 20 ciclos RF a la frecuencia operativa de 400 kHz.

La configuración de la etapa de salida (42) se ha mostrado en principio en el diagrama de circuito simplificado de la figura 4. Haciendo referencia a la figura 4, la etapa (44) mosfet y de control de potencia, que se ha mostrado en la figura 3, tiene un puente mosfet de potencia que comprende un primer par push-pull de dispositivos de potencia FET (Q1, Q2) y un segundo par (Q3, Q4) que forman un dispositivo push-pull FET de potencia, teniendo cada par un respectivo nodo de salida que, cuando los pares son activados con el desfase de 180º, produce una onda cuadrada a la frecuencia del oscilador (40) (figura 2) en la entrada de la red de salida resonante en serie (48). Cada par de mosfets de potencia (Q1, Q2); (Q3, Q4) está acoplado entre el conductor de alimentación (58) y masa. De acuerdo con ello, dado que cada uno de los mosfets es un cortocircuito virtual cuando es activado "on", el voltaje aplicado a la red de salida (48) cambia virtualmente entre los voltajes de masa y el del conductor de alimentación. El condensador de reserva (60) mostrado en la figura (3) es, desde luego, conectado a través de los respectivos pares de mosfet de potencia, tal como se ha mostrado en la figura 4.

La red de salida es resonante en serie por el hecho de que un inductor (L1) y el condensador resonante (C1) están acoplados en serie entre los nodos de salida (76), (78) del primero y segundo pares de mosfets de potencia, respectivamente. En esta realización, la resistencia de carga (R_{L}), constituida en la práctica por un instrumento electroquirúrgico acoplado entre las líneas de salida (74), y el tejido y/o líquido presente a través de su conjunto de electrodo, está conectado en serie entre el inductor (L1) y un condensador (C1). Tal como se ha explicado anteriormente, el circuito equilibrado resonante en serie, formado por el inductor (L1) y el condensador (C1), actúa como dispositivo de almacenamiento de energía que retrasa el aumento de corriente entre los nodos del puente de mosfet de potencia (Q1-Q4), en caso de que la resistencia de carga (R_{L}) disminuyera a un valor muy bajo. Otra característica de esta disposición resonante es que es una baja impedancia solamente a una frecuencia, lo que significa que la señal de salida suministrada consiste casi exclusivamente en el componente fundamental de la forma de onda producida por los mosfets de potencia, condicionado, desde luego, a que la frecuencia de resonancia de la red (48) sea la misma que la frecuencia operativa de la etapa (40) del oscilador (figura 3).

Una de las características facilitadas al generador, mediante la configuración de salida que se ha descrito con referencia a la figura 4, es que, durante cada ráfaga o impulso de energía RF, tiene una curva de carga a voltaje aproximadamente constante, tal como se ha mostrado por la curva de carga de impedancia de potencia con respecto a carga mostrada en la figura 5. Esta característica es especialmente adecuada para el corte o vaporización de tejidos, dado que proporciona la potencia elevada requerida con una impedancia baja sin disparo del voltaje. La baja impedancia de salida y la corriente elevada requeridas son proporcionadas por el acoplamiento directo de los mosfets de potencia al conductor de alimentación y a tierra, y por el condensador de reserva (60), aunque se haya acoplado un transformador entre los elementos resonantes en serie L1, C1 y las líneas de salida (74). Es posible, utilizando esta configuración, mantener la impedancia de salida del generador en las líneas de salida (74) en 2 ohmios o menos. Las implicaciones que esto tiene para el suministro de la corriente máxima o pico en condiciones de fallo llevan a la necesidad de un circuito de protección, tal como el que se ha indicado anteriormente.

La etapa de salida RF (42) se ha mostrado de manera más detallada en la figura 6. Tal como se ha mostrado en la figura 6, el elemento sensor de corriente (46) es un transformador de corriente, acoplado en serie entre uno de los nodos de salida (76), (78) del puente de mosfet de potencia y uno de los componentes (L1), (C1) de la red de salida resonante en serie, en este caso, entre el nodo (76) y el inductor L1. En este generador preferente, el voltaje de alimentación normal en corriente continua en el conductor de alimentación (58) es de unos 120 V. Para provocar un arco con el objeto de llevar a cabo corte o vaporización de tejidos, se puede requerir un voltaje máximo superior a 380 V. De acuerdo con ello, y a efectos de aislamiento, la red de salida (48) de RF comprende un transformador de aislamiento (TR1) para aumentar el voltaje de salida máximo a una zona de unos 500 V como valor máximo. El arrollamiento primario del transformador (TR1) tiene un condensador de ajuste C2 acoplado a través del mismo para dar lugar a un circuito resonante en paralelo, ajustado a frecuencia operativa para actuar como retenedor de derivación conectada. Esto mejora el rechazo de armónicos en la señal de potencia suministrada a las líneas de salida (74), particularmente cuando la impedancia de salida es elevada, con la ventaja consiguiente de un RFI reducido (interferencia RF).

El bloqueo en corriente continua se consigue mediante un condensador de acoplamiento (C3) entre el arrollamiento secundario (TR1) del transformador y una de las líneas de salida (74).

La frecuencia resonante real de la red de salida (48) es el resultado de varios elementos, los cuales son (1) los elementos principales de ajuste representados por la inductancia (L1) y el condensador de ajuste (C1), (2) la inductancia de fugas del transformador y la capacidad de acoplamiento cruzado, (3) capacitancia de bloqueo y de corriente continua (C3), y (4) la carga inductiva y capacitiva del cable de conexión (no mostrado) entre las líneas de salida (74) y el propio instrumento electroquirúrgico. El retardo en la constitución de la corriente en condiciones de fallo es debido a los niveles de energía en esta disposición ajustada. En la resonancia, esta disposición tiene una pérdida finita que puede ser representada por una resistencia en serie, si bien una resistencia muy pequeña. No obstante, dinámicamente, los niveles de energía en la red de salida resonante no se pueden cambiar de manera instantánea. Una transición de impedancia desde circuito abierto a cortocircuito presenta solamente un cortocircuito a la etapa de conmutación después de varios ciclos de RF en la frecuencia operativa. El comparador (66) mostrado en la figura 3 es capaz de detectar esta transición de impedancia dentro de 1 a 1,5 ciclos del inicio de la transición en las líneas de salida (74). Esta respuesta rápida, así como el permitir que el circuito mosfet y de control de potencia (44) sea cerrado antes de que tengan lugar averías, tiene el efecto de que la cantidad de energía facilitada durante un fallo del cortocircuito es muy reducida.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 3 y, en particular, a los circuitos (62), (64) pulsantes de etapa de salida y detectores de voltaje, las potencias pico muy elevadas que se pueden conseguir con la etapa de salida anteriormente descrita con referencia a las figuras 5 y 6 tienen la ventaja de que, durante el suministro de potencia a una impedancia baja, el voltaje sobre el condensador de reserva (60) disminuye progresivamente después del instante de activación del generador. El valor del condensador se escoge de manera que sea suficientemente grande para asegurar que la transición de impedancia de carga baja a alta que tiene lugar al inicio de un ciclo de corte o de vaporización de un tejido puede ser producida en una sola ráfaga de energía RF. De manera típica, la cantidad de energía suministrada durante la descarga inicial es aproximadamente de 1 julio en un entorno seco, y de entre 10 a 20 julios en un entorno húmedo. La energía real en los impulsos o descargas RF es controlada por el umbral o umbrales dispuestos en el circuito (62) de detección de voltaje, específicamente por la diferencia en el voltaje de alimentación entre el inicio del impulso y la terminación del impulso. Dado que la etapa de salida tiene una impedancia de salida muy baja, este voltaje diferencial es aparente como cambio en el voltaje de RF suministrado en la salida. El condensador (60) está realizado, por lo tanto, suficientemente grande (en esta realización 4,7 mF) para que el cambio de voltaje represente solamente una proporción reducida del voltaje absoluto en la salida. Por lo tanto, si el voltaje de salida suministrado es una onda senoidal con un voltaje máximo de 500 V, el voltaje de suministro en el conductor de suministro (58), las dimensiones del condensador (60) y la proporción de aumento del transformador TR1 se escogen de manera tal que el voltaje de salida disminuye en no más de 100 V pico (20 por ciento) durante una descarga RF. En esta realización preferente, la caída de voltaje de salida es de unos 50 V pico o 10 por cien.

Uno de los efectos de prevención del suministro de voltajes más bajos a la salida es que, en un ciclo de corte o vaporización de tejidos, el voltaje no puede descender a un nivel en el que tengan lugar efectos indeseables de coagulación.

El generador preferente de acuerdo con la presente invención permite que la energía en corriente continua alimentada al condensador de reservas (60) sea alterada, de manera que el periodo de tiempo durante el cual un voltaje de corte se encuentra presente en la salida puede ser alterado. En la práctica, y debido a la baja impedancia de salida del generador, este periodo de tiempo es directamente proporcional a la energía almacenada.

La metodología de control, de manera que se controlan los impulsos de energía RF de acuerdo con los umbrales de voltaje detectados a través del condensador de reserva, permite la utilización de ciclos de servicio muy bajos, permitiendo el corte o vaporización de tejidos con potencias promedio reducidas. Ciertamente, es posible operar con potencias promedio menores de 5 vatios (como promedio de varios ciclos de carga y descarga del condensador). De acuerdo con ello, el generador puede ser utilizado en aplicaciones de baja potencia y también de alta potencia.

Un generador alternativo para su utilización en el sistema descrito anteriormente con referencia a la figura 1 se describirá a continuación con referencia a la figura 7. Este generador tiene una fuente de frecuencia variable RF, incluyendo un oscilador controlado de voltaje (VCO) (40A). En este ejemplo, el VCO alimenta una etapa (40B) de división por dos que, a su vez, alimenta una etapa (44A) de control de potencia que activa una etapa de salida RF en forma de un puente de potencia (44B). El puente de potencia (44B) alimenta una red de salida resonante (80) que alimenta una señal de salida del generador a través de los terminales de salida (74). En la práctica, la etapa (44A) de control de potencia y el puente de potencia (44B) pueden tener la misma configuración que el circuito mosfet y controlador de potencia (44) del generador antes descrito con referencia a la figura 3. El puente de potencia (44B) toma el suministro de corriente continua desde el conductor de alimentación (58) del suministro de potencia en corriente continua (50), pero la etapa de control (44A) tiene un suministro de voltaje más bajo. De manera típica, los voltajes de alimentación típicos son de 180 V como máximo para el puente de potencia (44B) y 16,5 V para la etapa (44A) de control.

Para llevar la frecuencia de la combinación del VCO (40A) y de la etapa (40B) de división por dos a la frecuencia resonante de la red de salida (80), los componentes antes descritos de la fuente RF son acoplados en un bucle con bloqueo de fase incluyendo un elemento detector de fase (82) acoplado entre el puente de potencia (44B) y la red de salida (80) para detectar la fase actual en los conductores de entrada a la red de salida. Esta señal de fase actual es aplicada a una entrada de un comparador de fase (84), cuya otra entrada recibe una señal representativa de la salida del VCO (40A), derivada de la salida de la etapa de división por dos (40B) con intermedio de una etapa de retardo (86) que compensa el retraso en la señal RF al pasar por el controlador de potencia y el puente de potencia.

Igual que en el generador descrito en primer lugar, la etapa (44B) de salida RF es alimentada desde el conductor (58) de suministro de corriente continua acoplado al condensador de reserva (60), lo que permite extraer grandes corrientes por la etapa de salida (44B) durante cortos periodos de tiempo, es decir, corrientes significativamente más grandes que la corriente nominal del suministro de potencia (no mostrado) conectado al conductor (58) de suministro de corriente continua. Se deduce de ello que el voltaje en el conductor de alimentación (58) disminuirá durante el tiempo en el que se extrae una corriente elevada. Estas variaciones de voltaje son detectadas por la etapa (62) de detección de voltaje acoplada al conductor (58). El circuito (62) de detección de voltaje tiene una salida de control acoplada a la primera puerta de transmisión (64) en una línea (88) que acopla la salida dividida del VCO (40A) a la entrada del controlador de potencia (44A).

Igual que antes, la disposición de la etapa de detección de voltaje (62) y la puerta (64) son tales que cuando el voltaje en el conductor de alimentación (58) (voltaje suministrado al puente de potencia -44B-) cae por debajo de un umbral de voltaje predeterminado, la puerta (64) es accionada para interrumpir la ruta de señal entre el VCO y el controlador de potencia (44A). Cuando el voltaje del conductor de alimentación aumenta nuevamente, la puerta (64) vuelve a su estado conductor. Esto puede ocurrir cuando el voltaje aumenta por encima del umbral antes mencionado, o un segundo umbral de voltaje.

La segunda puerta de transmisión (72), conectada en serie en la línea de señal (88) con la puerta (64) accionada por el voltaje, tiene una entrada de control conectada a la salida de un monoestable (70) de 0,5 segundos que es disparado por circuitos detectores de corriente que comprenden el elemento detector de corriente (46) en uno de los conductores de entrada hacia la red de salida (80) y el comparador (66). Estos elementos actúan interrumpiendo la línea de señal (88) hacia el controlador de potencia (44A) durante 0,5 segundos cuando la corriente de salida del puente de potencia supera un umbral predeterminado.

Haciendo referencia a la figura 8, la red (80) de salida resonante comprende la combinación en serie de una inductancia en línea (L) y un condensador tanque (C_{1}). La salida es tomada a través del condensador tanque (C_{1}) (que elimina los ruidos de conmutación) con intermedio de un primer condensador de acoplamiento (C_{2}). Este primer condensador de acoplamiento (C_{2}) se acopla a la salida (representada por los terminales -74-) con intermedio de un transformador aumentativo (T) con una relación de aumento 1:2. El bobinado secundario del transformador (T) se acopla de los terminales de salida con intermedio de un segundo condensador de acoplamiento (C_{3}). En esta realización, (L) tiene un valor aproximado de 0,47 \muH, el condensador tanque es aproximadamente de 10nF y los dos condensadores de acoplamiento (C_{2}) y (C_{3}) cooperan (uno de ellos a través del transformador -T-) para formar una capacitancia de acoplamiento de 23 nF aproximadamente.

Se observará que cuando los terminales de salida (74) se encuentren en circuito abierto, la frecuencia resonante de la red de salida es determinada por la combinación en serie de (L) y (C_{1}). Cuando los terminales de salida (74) se encuentran en cortocircuito, la frecuencia resonante es determinada por la combinación en serie de (L) y de la red representada por (C_{1}), (C_{2}), (C_{3}) y (T). Con los valores indicados, la frecuencia resonante en cortocircuito es de aproximadamente 0,55 veces la frecuencia resonante en circuito abierto.

Una de las características de una etapa de salida ajustada en serie es que el suministro de potencia máxima o pico tiene lugar básicamente a impedancias extremadamente bajas y extremadamente altas. Haciendo referencia a la figura 9, la curva de carga de una red ajustada en serie (es decir, la potencia suministrada con respecto a la impedancia de carga) en condiciones de resonancia se ha mostrado mediante la curva de trazos (A). La red (80) tiene un suministro mínimo de potencia que se puede considerar como "condición de equilibrio", a una impedancia de carga a través de los terminales (74) (figuras 7 y 8) de unos 200 ohmios. Se observará que la parte de la curva (A) que tiene pendiente negativa sigue una trayectoria que es aproximadamente hiperbólica en la mayor parte de su longitud, lo que significa que esta parte de la curva tiene una forma similar a una línea de voltaje constante en el gráfico de la figura 9.

El solicitante de esta patente ha observado que esta característica, cuando es aplicada a la etapa de salida de un generador electroquirúrgico, permite hacer máxima la potencia de salida para un límite de voltaje constante determinado con respecto a una cierta gama de impedancias de carga. Se ha observado que la erosión del electrodo activo de un instrumento electroquirúrgico que funciona en un líquido conductor aumenta de manera notable cuando el voltaje de salida aumenta por encima de un umbral en la región de 900 voltios a 1100 voltios pico a pico. Al disponer que la curva de carga de la red de salida (48) siga una curva de voltaje aproximadamente constante de unos 1000 voltios pico a pico (340 voltios rms), la potencia suministrada a la impedancia de carga variable puede ser próxima a la máxima que se puede conseguir teóricamente para este voltaje.

En efecto, en la gama de impedancias de carga de importancia en la llamada electrocirugía "bajo agua", el generador se puede hacer que se comporte como suministro de voltaje constante. Esto se puede conseguir con una impedancia de salida equilibrada mucho más elevada que la impedancia de carga presentada por el conjunto del electrodo mostrado en las figuras 2A y 2B en condiciones húmedas, que para un bucle de 4 mm es de unos 25 ohmios. Esto se traduce a una potencia máxima de unos 4,5 kW a 340 voltios rms.

La curva de carga real conseguida con la disposición mostrada en las figuras 7 y 8 se ha mostrado por la curva (B) de la figura 9. Ésta se desvía de la curva ajustada en serie (A) a bajas impedancias debido a la imposición de un límite de corriente que utiliza el monoestable (70) y la puerta de transmisión (72) de los circuitos (46), (66) de la etapa de detección de corriente (figura 7). En la presente realización, el límite de la corriente es dispuesto a un nivel de unos 13 amperios. La curva de carga real (B) se desvía también de la curva de carga ajustada en serie (A) hacia la parte baja de la parte de pendiente negativa de la curva (A), de manera que la potencia suministrada sigue un gradiente negativo continuo al aumentar la impedancia de carga, imitando nuevamente un suministro de voltaje constante. Esta última desviación es deliberada, dado que una potencia demasiado elevada a una impedancia muy elevada es poco deseable. La razón de esta desviación es el movimiento de la frecuencia resonante de la red de salida (80), tal como se ha descrito anteriormente, acoplado a la imposición del límite de alta frecuencia en la salida de frecuencia RF, tal como se describirá más adelante. El comparador de fase (84) compara la fase actual en la entrada a la red de salida (80), según detección realizada por el circuito detector de fase (82) con una versión retrasada de la salida del circuito de división por dos (40B) que, a su vez, es alimentada por el VCO (40A). De acuerdo con ello, la fase y frecuencia del VCO se varían para mantener una fase constante en la entrada a la red de salida (80), dependiendo del límite de frecuencia superior mencionado anteriormente. En ausencia de otras influencias, por lo tanto, la red de salida (80) es mantenida en resonancia al variar la impedancia de carga.

Dado que la frecuencia de funcionamiento libre del bucle con bloqueo de fase está dispuesta para que sea su frecuencia máxima de funcionamiento, las características de bloqueo del bucle con bloqueo de fase son tales que puede ser llevado a condición de bloqueo a la mínima frecuencia, correspondiendo a la impedancia de carga mínima, de manera suficientemente rápida para conseguir resonancia en la parte primera del impulso de salida, pero no tan rápidamente que el circuito de limitación de corriente (circuitos detectores -46-, -66-, monoestables -70- y puerta -72-) deje de dispararse cuando la corriente supera un umbral de corriente predeterminado.

Si, en esta situación, la frecuencia portadora de salida es limitada a un valor por debajo de la frecuencia de la situación resonante de carga equilibrada, la potencia suministrada disminuirá al incrementar la impedancia de la carga y la frecuencia resonante aumenta de manera correspondiente. En realidad, la frecuencia de salida libre del bucle con bloqueo de fase, que contiene el VCO 40A (figura 7), está diseñada para ser esta frecuencia máxima. Esto asegura que la red de salida representa siempre una impedancia de fuente más elevada que la impedancia de la carga, lo que aporta protección de sobrevoltaje en el caso de un cortocircuito.

Como resumen, para conseguir una frecuencia resonante óptima, el oscilador de excitación (VCO) es bloqueado en fase a la red de salida resonante. Definiendo la gama del VCO se consigue una definición de curva de carga por el hecho de que la potencia de salida suministrada disminuye por debajo del máximo teórico cuando la frecuencia resonante de red de salida aumenta por encima de la frecuencia máxima de la salida dividida del VCO 40A. En otras palabras, se impide el acoplamiento a la impedancia de carga elevada al impedir que el VCO genere las frecuencias más elevadas necesarias para la resonancia. Se deduce también que, a impedancias de elevada carga, el voltaje máximo de salida es controlado en virtud de la frecuencia.

Se apreciará en la figura 9 que la potencia de salida suministrada supera en 1 kW una gama de impedancias de carga correspondiente a un electrodo humedecido o parcialmente humedecido. Una vez se ha iniciado la vaporización y formación del arco, la impedancia aumenta, y la potencia suministrada disminuye. Para mantener la potencia promedio de salida en 200 W o menos, la señal de salida es pulsada cuando la impedancia de carga es baja. Se comprenderá que con una potencia pico que supera 4 kW, el ciclo de servicio de los impulsos debe disminuir a un nivel del orden del 5% o menos. La velocidad de repetición de los impulsos debe encontrarse entre 5 Hz y 2 kHz, y es preferentemente, como mínimo, 10 Hz. Estas cifras se escogen teniendo en cuenta el tiempo necesario para iniciar la vaporización en la superficie del electrodo. Esto significa que los impulsos tienen una longitud máxima de unos 4 ó 5 ms en una impedancia baja que requiere potencia máxima. De manera típica, la longitud del impulso es del orden de 1 a 2 ms. Si bien no es esencial, la configuración de la etapa de salida RF del generador como amplificador que amplifica la salida de una señal derivada de un oscilador separado, en vez de tener una etapa de salida auto-oscilante, es preferente a efectos de que se pueda conseguir potencia máxima dentro de las longitudes de impulsos antes indicadas. (En esta realización, la etapa de salida -44B- es un amplificador configurado como puente de conmutación de potencia para mayor rendimiento). En el caso de que el VCO dejara de funcionar a una frecuencia correspondiente a la resonancia de la red de salida (80), tal como puede ocurrir al inicio de cada impulso, se evitan corrientes de salida excesivas asociadas con esta falta de acoplamiento, dado que la red de salida ajustada en serie tiene impedancia baja solamente en la resonancia.

El carácter pulsante de la señal de salida se puede conseguir de una serie de formas, incluyendo la simple modulación de impulsos con longitudes de impulsos predeterminadas y velocidades de repetición de impulsos. En la modalidad de funcionamiento del generador alternativo que se ha descrito, la salida es pulsada solamente durante un periodo inicial desde el inicio del tratamiento, siendo la señal de salida posteriormente una onda continua (CW), es decir, generalmente cuando se han conseguido la vaporización y la formación del arco, y la impedancia de carga se encuentra en una gama superior. La duración del periodo inicial se puede fijar o se puede determinar controlando la impedancia de carga y terminando el periodo inicial cuando la impedancia supera un valor predeterminado. En esta realización, la duración del periodo inicial y la longitud y frecuencia de los impulsos son dinámicamente variables en respuesta a la energía suministrada, según medición por el voltaje del conductor de alimentación en el conducto de alimentación (58). Tal como se ha explicado anteriormente, se consiguen elevados niveles de potencia instantáneos solamente permitiendo que la etapa de salida (44B) extraiga corriente de una reserva de carga, en este caso, una capacitancia grande tal como el condensador (60) de 47 mF. Al ser extraída carga del condensador (60), el voltaje del conductor de alimentación disminuye. Entre impulsos, el voltaje del conductor de alimentación aumenta nuevamente. De acuerdo con ello, utilizando la puerta (64) alternativamente para permitir y para impedir el paso de una señal de RF a lo largo de la línea de señal (88) hacia el controlador de potencia (44A), de acuerdo con la relación entre el nivel de voltaje de alimentación y un umbral o umbrales dispuestos en el circuito de detección de voltaje (62), la salida del generador puede ser pulsada para conseguir potencia suministrada máxima, mientras funciona dentro un límite de potencia promedio predeterminado. El equilibrio de consumo de potencia y el voltaje de alimentación de corriente continua se consiguen ajustando los niveles de voltaje, de manera que la etapa de salida RF es activada cuando el conductor de alimentación tiene un voltaje suficiente para conseguir la vaporización máxima (por ejemplo, 340 V rms) y se desconecta cuando se alcanza un umbral más bajo. El umbral más bajo define la energía máxima por impulso y la velocidad de repetición para un nivel determinado de potencia promedio. El periodo inicial al que se ha hecho referencia en lo anterior termina cuando el electrodo se ha "encendido", en otras palabras, cuando se han iniciado la vaporización y la formación de arco, de manera que la impedancia de carga aumenta y el voltaje del conductor de alimentación permanece por encima del umbral o umbrales de conmutación. De esta manera, se hace posible conseguir vaporización del líquido conductor que rodea el electrodo a impedancias bajas del orden de 20 ohmios sin una erosión inaceptable de la superficie del electrodo.

Claims (16)

1. Generador electroquirúrgico (10) para suministrar frecuencia en radiofrecuencia (RF) a un instrumento electroquirúrgico (12) para el corte o vaporización de tejidos, en el que el generador comprende una etapa de salida de RF que tiene: como mínimo, un dispositivo de potencia RF (Q1-Q4), como mínimo, un par de líneas de salida (74) para suministrar potencia en RF al instrumento, y una red (L1, C1) de salida resonante en serie, acoplada entre el dispositivo de potencia RF y dicho par de líneas de salida, caracterizado porque la impedancia de salida de la etapa de salida en las líneas de salida es menor de 200/\surdP ohmios, siendo P la potencia de salida en RF continua máxima del generador en vatios, y porque el generador comprende además circuitos de protección (46, 66, 70, 72) que responden a una situación eléctrica predeterminada indicativa de una sobrecarga de corriente de salida, sustancialmente para interrumpir la potencia en RF suministrada a la red de
salida.

2. Generador, según la reivindicación 1, caracterizado por circuitos de protección (46, 66, 70, 72) que responden a la aplicación de un cortocircuito a través de las líneas de salida (74), y caracterizado porque la red de salida resonante en serie (L1, C1) es tal que la velocidad de aumento de la corriente de salida en las líneas de salida, cuando se aplica cortocircuito, es menor de (\surdP)/4 amps por microsegundo.

3. Generador, según la reivindicación 1, caracterizado por circuitos de protección (46, 66, 70, 72) que responden a la aplicación de cortocircuito a través de las líneas de salida (74), y caracterizado porque los circuitos de protección responden a dicho cortocircuito de manera suficientemente rápida para desactivar el dispositivo de potencia en RF (Q1-Q4) antes de que la corriente que pasa por ellos aumente a una corriente máxima nominal como resultado del cortocircuito.

4. Generador, según la reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo de frecuencia (Q1-Q4) es desactivado como respuesta a la aplicación del cortocircuito a las líneas de salida (74), teniendo lugar la desactivación en un periodo de tiempo que corresponde a menos de 3 ciclos RF de la potencia RF suministrada.

5. Generador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la situación eléctrica predeterminada es indicativa de una corriente instantánea en la etapa de salida que supera un nivel predeterminado, y porque la velocidad de respuesta del circuito de protección (46, 66, 70, 72) es tal que dicha situación es detectada dentro del ciclo de RF durante el cual la corriente instantánea supera dicho nivel.

6. Generador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por:

una etapa de alimentación de potencia (50, 60, 62) acoplada a la etapa de salida RF, incluyendo la etapa de suministro de potencia un elemento (60) de almacenamiento de carga, para suministrar potencia al dispositivo o dispositivos de potencia (Q1-Q4) y un circuito (62) detector de voltaje dispuesto para detectar el voltaje suministrado a la etapa de salida RF por el elemento de carga-almacenamiento; y

un circuito pulsante (64) acoplado al circuito detector de voltaje (62) para facilitar impulsos al dispositivo o dispositivos de potencia (Q1-Q4), siendo tal la disposición de los circuitos de detección de voltaje y de efecto pulsante que la temporización de impulsos es controlada como respuesta al voltaje detectado.

7. Generador, según la reivindicación 6, caracterizado porque el circuito detector de voltaje (62) y el circuito pulsante (64) están dispuestos para terminar impulsos individuales de energía RF suministrada por un dispositivo o dispositivos de potencia RF cuando el voltaje detectado disminuye por debajo de un nivel predeterminado.

8. Generador, según la reivindicación 7, caracterizado porque el nivel predeterminado se ajusta de manera tal que la finalización del impulso tiene lugar cuando el voltaje disminuye en un porcentaje predeterminado entre 5 por ciento y 20 por ciento.

9. Generador, según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el nivel predeterminado es ajustado de manera tal que la terminación del impulso tiene lugar cuando el voltaje RF pico suministrado a las líneas de salida ha disminuido a un valor comprendido entre 25 V y 100 V por debajo de su valor inicial para el respectivo impulso.

10. Generador, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque la etapa de suministro de potencia (50, 60, 62) y el circuito pulsante (64) están dispuestos para generar una señal de salida RF por impulsos en los terminales de salida, cuya señal tiene una corriente máxima de 1A, como mínimo, un voltaje máximo simultáneo mínimo de 300 V, una velocidad de modulación comprendida entre 5 Hz y 2 kHz, y una longitud de impulso entre 100 \mus y 5 ms.

11. Generador, según la reivindicación 10, caracterizado porque la longitud de impulso se encuentra entre 0,5 ms y 5 ms.

12. Generador, según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque el ciclo de servicio de impulso se encuentra entre 1% y 20%.

13. Generador, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la etapa de suministro de potencia (50, 60, 62) y el circuito pulsante (64) están dispuestos para generar una señal de salida RF por impulsos en los terminales de salida (74), cuya señal tiene un voltaje máximo de 300 V como mínimo, en la totalidad de la longitud del impulso.

14. Generador, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque la etapa de suministro de potencia (50, 60, 62) y el circuito pulsante (64) están dispuestos para generar, en un periodo inicial, una señal de salida RF por impulsos en los terminales de salida (74), cuya señal tiene una corriente pico mínima de 1A, un voltaje pico simultáneo de 300 V, como mínimo, una velocidad de modulación comprendida entre 5 Hz y 2 kHz, y una longitud de impulso comprendida entre 100 \mus y 5 ms, y, en un periodo subsiguiente, para generar una señal de salida RF de potencia constante en los terminales de salida.

15. Generador de electrocirugía, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador (10) está destinado a suministrar potencia en radio frecuencia (RF) a un instrumento electroquirúrgico (12) para el corte o vaporización de tejidos en electrocirugía en húmedo, y porque la impedancia de salida de la etapa de salida en las líneas de salida (74) es menor de 10 ohmios.

16. Generador de electrocirugía, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el generador (10) está destinado a suministrar potencia en radio frecuencia (RF) a un instrumento electroquirúrgico (12) para el corte o vaporización de tejidos en electrocirugía en seco, y porque la impedancia de salida de la etapa de salida en las líneas de salida (74) es menor a 50 ohmios.