阅读说明：本技术 用于超声血管密封的方法和系统 (method and system for ultrasonic vascular sealing ) 是由 K·E·古德曼 于 2019-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种方法,所述方法包括：向换能器提供电能以用于密封血管,其中所述电能的频率在超声波范围内；在末端执行器抓握所述血管时,控制所述电能以实现联接到所述换能器的所述末端执行器的预定速度；当所述末端执行器实现所述预定速度时,感测所述电能的参数；基于所述所感测的参数计算所述电能的功率并基于所述功率估计所述血管的尺寸范围；以及控制所述电能来实现目标速度以密封所述血管,所述目标速度是基于所述血管的所述估计尺寸范围来确定的。(The invention provides a method, comprising: providing electrical energy to a transducer for sealing a blood vessel, wherein the electrical energy has a frequency in the ultrasonic range; controlling the electrical energy to achieve a predetermined velocity of the end effector coupled to the transducer while the end effector grasps the blood vessel; sensing a parameter of the electrical energy when the end effector achieves the predetermined speed; calculating a power of the electrical energy based on the sensed parameter and estimating a size range of the blood vessel based on the power; and controlling the electrical energy to achieve a target speed to seal the blood vessel, the target speed determined based on the estimated size range of the blood vessel.)

用于超声血管密封的方法和系统

技术领域

本公开涉及用于密封血管的超声外科装置。更具体地，本公开涉及自动估计血管的尺寸范围并控制电能以密封血管的超声外科装置。

背景技术

已经证明超声外科装置对组织提供的出色止血和有效密封，同时具有最小的横向热损伤和低烟雾产生。与要求电流流过患者的电外科装置不同，超声外科装置通过施加以机械谐振频率驱动的换能器的机械作用来操作。

血管的尺寸范围不同，并且因此血管的密封受益于机械地联接到换能器的末端执行器的不同速度。如果向较小的血管施加较高的速度，则血管可能破裂，并且如果向较大的血管施加较低的速度，则血管可能未充分密封。因此，持续关注改进血管密封以考虑目标血管的特性。

发明内容

本公开提供了用于在密封血管之前估计血管的尺寸范围的超声外科装置，以及用于控制这种超声外科装置的方法。通过基于血管的估计尺寸范围保持超声外科装置的末端执行器的适当速度，超声外科装置能够更充分地密封血管。

根据本公开的方面，本公开包括用于控制超声外科装置的方法。该方法包括：向换能器提供电能以用于密封血管，其中电能的频率在超声波范围内；在末端执行器抓握血管时，控制电能以实现联接到换能器的末端执行器的预定速度；当末端执行器实现预定速度时，感测电能的参数；基于所感测的参数计算电能的功率并基于功率估计血管的尺寸范围；以及控制电能来实现目标速度以密封血管，该目标速度是基于血管的估计尺寸范围来确定的。

在各种实施方案中，当功率大于或等于预定功率阈值时，血管的尺寸范围大于或等于5毫米(mm)。

在各种实施方案中，当功率小于预定功率阈值时，血管的尺寸范围小于5mm。

在各种实施方案中，基于血管的估计尺寸范围控制电能包括基于血管的估计尺寸范围控制电能的功率以密封血管。

在各种实施方案中，通过从电能的功率中减去超声外科装置中的换能器和波导中的功率损耗来计算功率。

在各种实施方案中，在提供电能之后的约100毫秒计算功率。

在各种实施方案中，基于血管的估计尺寸范围控制电能以密封血管包括：确定功率是处于第一范围内还是处于第二范围内，第二范围至少部分地高于第一范围；以及当功率被确定为处于第一范围时设置第一目标速度，并且当功率被确定为处于第二范围时设置第二目标速度。基于血管的估计尺寸范围控制电能以密封血管包括：控制电能以保持末端执行器的第一目标速度或第二目标速度以密封血管。第一目标速度大于预定速度。第二目标速度小于预定速度。

根据本公开的各方面，本公开包括超声外科装置，该超声外科装置包括：换能器；末端执行器，该末端执行器联接到换能器并被配置成抓握和密封血管；电源，该电源被配置成向换能器供应电能；传感器，该传感器被配置成感测电能的参数；控制器，该控制器被配置成：在末端执行器抓握血管时，实现联接到换能器的末端执行器的预定速度；基于所感测的参数计算电能的功率；基于功率估计血管的尺寸范围；以及控制电能来实现目标速度以密封血管，目标速度是基于血管的估计尺寸范围来确定的。

在各种实施方案中，当功率大于或等于预定功率阈值时，血管的尺寸范围大于或等于5mm。

在各种实施方案中，当功率小于预定功率阈值时，血管的尺寸范围小于5mm。

在各种实施方案中，控制器还被配置成基于血管的估计尺寸范围控制电能的功率以密封血管。

在各种实施方案中，通过从电能的功率中减去超声外科装置中的换能器和波导中的功率损耗来计算功率。

在各种实施方案中，在提供电能之后的约100毫秒计算功率。

在各种实施方案中，控制器还被配置成：确定功率是处于第一范围内还是处于第二范围内，第二范围至少部分地高于第一范围；以及当功率被确定为处于第一范围时设置第一目标速度，并且当功率被确定为处于第二范围时设置第二目标速度。控制器还被配置成控制电能以保持末端执行器的第一目标速度或第二目标速度以密封血管。第一目标速度大于预定速度。第二目标速度小于预定速度。

下文将参照附图更详细描述本公开的示例性实施方案的更多细节和方面。

附图说明

当结合随后的详细描述考虑时，可以通过参考附图来理解本公开，其中：

图1A是根据本公开的实施方案的超声外科装置的侧面正视图；

图1B是根据本公开的实施方案的分离部分的透视图，其示出了图1A的手柄的左侧部分、换能器和超声外科装置的右侧部分；

图2是根据本公开的实施方案的图1A的超声外科装置的功能框图；以及

图3是示出根据本公开的实施方案的用于控制超声外科装置的方法的流程图。

具体实施方式

一般来讲，本公开提供了用于密封组织中的血管的超声外科装置和用于控制超声外科装置的方法。超声外科装置利用换能器来产生超声机械运动。根据本公开的方面，超声外科装置在密封血管之前自动估计待密封的血管的尺寸范围。基于血管的估计尺寸范围，超声外科装置保持末端执行器的适当速度以充分地密封血管。

根据本公开，超声外科装置包括各种控制，其可以体现在由处理器执行的硬件和/或软件中，以控制由DC电源供电的换能器的超声机械运动。一个控制是用于调节末端执行器的纵向模式位移的幅度控制。另一个控制从DC电源产生AC信号并跟踪换能器的谐振频率。通过使用各种控制，超声外科装置提供足以根据本公开的实施方案处理血管的受控超声机械运动。

由于不同的血管受益于末端执行器的不同速度以充分地处理血管，因此超声外科装置在处理血管之前估计血管的尺寸范围。基于血管的估计尺寸范围，超声外科装置设置末端执行器的速度以充分地处理血管。

参照图1A和图1B，示出了用于处理组织的超声外科装置100。超声外科装置100包括电源110、壳体130、换能器150和超声探头190。电源110向换能器150提供DC功率。在一个实施方案中，电源110可以是可被携带以在任何地方提供DC功率的便携式电源(诸如电池)。在另外的实施方案中，电源110可以是可***或集成到壳体130中的，使得超声外科装置100可以在不受任何电缆干扰的情况下被便携地携带。在又一个实施方案中，电源110可以是可再充电的，使得电源110可以是可重复使用的。在又一个实施方案中，电源110可以从壁装插座接收电力。

在另一个实施方案中，电源110可以包括转换器，该转换器连接到交流(AC)电源并将AC功率转换为DC功率。AC电源可以具有相对较低的频率，诸如约60赫兹(Hz)，而超声外科装置100以更高的频率操作。因此，电源110可以将低频AC功率转换为DC功率，使得DC功率可以然后被反转为具有适合于致使换能器150产生超声机械运动的频率的AC功率。

继续参照图1A和图1B，壳体130包括手柄部分131，该手柄部分具有可容纳电源110的隔室132以及将电源110固定在隔室132内的电源门134。在一个方面，电源门134可以被配置成形成隔室132的内部和外部之间的防水密封。

壳体130还包括容纳换能器150和输出装置180的盖133。换能器150包括发生器组件152和换能器组件154，该换能器组件具有换能器主体156和锁定部分162(图1B)。发生器组件152经由一对触点158电联接到换能器组件154。

参照图1B，换能器150被示出为与盖133分离。当换能器150***盖133并与该盖组装在一起时，该对触点158连接到换能器150的圆形凹槽，使得换能器主体156的旋转移动不会破坏换能器主体156与发生器组件152之间的连接。因此，换能器主体156能够在壳体130内自由旋转。

输出装置180输出关于超声外科装置100的信息，或者在各种实施方案中，输出超声探头190与换能器150之间的机械联接的状态。在各种实施方案中，输出装置180还可以显示超声探头190未充分连接到换能器150的警告。

在另一个实施方案中，输出装置180可以是扬声器，其被配置成输出表示超声探头190与换能器150的正确或不正确连接的可听音调。在又一个实施方案中，输出装置180可以包括一个或多个发光装置，其被配置成发射指示超声探头190与换能器150之间的机械联接状态的各种持续时间、脉冲和颜色的光。

手柄部分131还包括触发器136。当触发器136被致动时，电源110向换能器150提供能量，使得换能器150被供电以产生超声探头190的超声机械运动。当触发器136被释放时，对于换能器150的电源被终止。

发生器组件152接收来自电源110的DC功率并产生频率大于20kHz的AC信号。发生器组件152可以能够产生具有基于期望操作模式的频率的信号，该频率可以与换能器150的谐振频率不同。

换能器组件154的换能器主体156接收由发生器组件152产生的AC信号，并且基于所产生的AC信号的幅度和频率在超声探头190内产生超声机械运动。换能器主体156包括压电材料，其将所产生的AC信号转换成超声机械运动。

超声外科装置100还包括主轴170，该主轴联接到超声探头190并允许超声探头190绕其纵向轴线旋转。超声探头190附接到壳体并经由锁定部分162机械地连接到换能器150，使得当主轴170围绕由超声探头190限定的纵向轴线旋转时，超声探头190和换能器150也对应地旋转，而不会影响换能器150与超声探头190之间的连接。

超声探头190可以包括适于密封组织的末端执行器。超声探头190包括波导192、从波导192延伸的末端执行器194、以及钳口构件196。超声探头190经由锁定部分162机械地联接到换能器主体156。

钳口构件196可以被形成为枢转臂，该枢转臂被配置成抓握和/或夹紧钳口构件196与末端执行器194之间的组织。当钳口构件196和末端执行器194抓握组织并且末端执行器194传送超声机械运动时，在末端执行器194与钳口构件196之间的抓握组织的温度由于超声机械运动而增加。这些运动继而处理(例如，切割和/或密封)组织中的血管。在一个方面，末端执行器194可以基于待密封的血管的尺寸范围以不同的速度振动。

图1A和图1B的说明性实施方案仅是示例性的，并且预期变化在本公开的范围内。例如，部件不需要如图1A和图1B所示的那样布置或配置，并且可能以不同的方式布置或配置，同时仍然执行本文所述的操作和/或功能。

图2示出了图1的超声外科装置100的功能框图。如上所述，超声外科装置100估计待密封的血管的尺寸范围，并且向换能器150提供具有合适功率和频率的电能，其继而为末端执行器192提供超声机械运动。模拟或数字脉冲宽度调制(PWM)信号可以用于调节超声机械运动。超声外科装置100包括电源110、转换器330、传感器340、控制器350、逆变器370、换能器150和比较器390。

电源110向转换器330提供DC功率，该转换器放大DC功率的幅度，使得超声外科装置100产生足够大的超声机械运动以用于处理组织。然后，传感器340感测与流到逆变器370的电能相关的参数。所感测的参数可以包括向逆变器370供应的电能的感测电流波形和感测电压波形。

控制器350从传感器340接收所感测的参数，基于所感测的参数计算各种参数(例如，均方根(RMS)或平均电压、电流、功率或阻抗)，并且产生控制信号以控制转换器330的占空比。在一个实施方案中，数字PWM信号可以用于控制转换器330的占空比。

逆变器370从转换器330接收放大的DC信号。逆变器370由来自控制器350的输出信号驱动。在各种实施方案中，逆变器370可以包括H桥结构以便产生具有合适频率以致使换能器150机械振动的电能。

在各种实施方案中，控制器350可以测量联接到换能器150的末端执行器194的速度，并且在密封过程期间保持末端执行器194的特定速度。比较器390从换能器150接收指示末端执行器194的速度的信号，并且将末端执行器194的速度与为了估计血管的尺寸范围而设置的预定速度进行比较。如果速度小于预定速度，则控制器350可以产生控制信号以增加电能的幅度，以便致使换能器150进一步振动，从而导致末端执行器194的速度的增加。如果速度大于预定速度，则控制器350可以产生另一个控制信号以减少电能的幅度，以便致使换能器150更弱地振动，从而导致速度的减少。

当末端执行器194的速度已经实现预定速度阈值时，控制器可以然后估计待处理的血管的尺寸范围。具体地，控制器350计算电能的功率并基于功率估计待处理的血管的尺寸范围。在一个实施方案中，如果功率小于预定阈值功率，则血管的尺寸范围被估计为小于5mm或者是小血管：并且如果功率大于或等于预定阈值功率，则血管的尺寸范围被估计为大于5mm或者血管较大。

当开始供应电能时，需要时间使末端执行器的速度实现预定速度。因此，可以利用时间段来允许速度实现预定速度。在一个方面，在已经开始供应电能之后，在测量或计算之前可以经过100毫秒(ms)的时间段。然而，在测量或计算之前的该时间段不限于100ms并且可以小于或大于100ms。

控制器350可以产生用于驱动转换器330的PWM控制信号和用于逆变器370的其他控制信号。控制器350接收来自比较器390的输出，并且响应于比较器390的输出而产生用于逆变器370的控制信号。然后，逆变器370将DC功率反转为AC信号。在一个方面，变压器(未示出)可以电联接在逆变器370与换能器150之间，使得变压器可以将已反转的交流电的幅度增大或减少到期望水平。

在一个方面，传感器340被配置成感测向换能器150供应的宽带AC信号的电压和电流波形，并且将传感器信号传输到控制器350。控制器350可以处理传感器信号和比较器390的输出以控制末端执行器194的速度。

在一个方面，控制器350可以包括处理器和联接到处理器的存储器。处理器可为适于执行本公开中所述的操作、计算和/或指令集的任何合适处理器(例如，控制电路)，包括但不限于硬件处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、微处理器以及其任何组合。本领域技术人员应当理解，可以通过使用适于执行本公开中描述的算法、计算和/或指令集的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替处理器。存储器可以包括易失性、非易失性、磁性、光学或电子介质中的一种或多种，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、非易失性RAM(NVRAM)或闪存存储器。

图3示出了说明用于控制超声换能器以充分密封血管的方法300的流程图。方法300包括两个阶段，其中一个阶段在末端执行器处实现预定速度，并且其中另一个阶段确定待密封血管的尺寸范围并相应地设置末端执行器的速度。

当联接到换能器的末端执行器抓住包括血管的组织时，方法300的第一控制开始于在步骤305中向换能器供应电能。电能包括频率和幅度，其控制机械联接到换能器的末端执行器的速度。在步骤310中，测量换能器的机械运动并计算末端执行器的移动速度。

由于较大尺寸范围的血管通常需要较多的电能来维持速度，因此在步骤315中将所测量的速度与阈值速度进行比较。当确定末端执行器的速度小于阈值速度时，在步骤320中，向换能器供应更多的电能。当确定末端执行器的速度大于阈值速度时，在步骤325中，向换能器供应更少的电能。以此方式，控制末端执行器的速度以实现预定速度。

当在步骤315中确定速度已经实现阈值速度时，在步骤330中计算供应的电能的功率。在一个方面，由于末端执行器的速度可能花费时间来实现预定速度，因此步骤315中的比较可以在末端执行器被致动之后的某个时间段执行。例如，预定时段可以是100ms。

在一个方面，可以根据感测结果计算功率。例如，可以通过将电压波形与电流波形相乘来计算功率。在另一个方面，可以校准功率以便计算实际施加到组织的功率。可以通过从将电压波形与电流波形相乘而获得的结果中减去波导和换能器中的功率损耗来执行该计算。另外，还可以基于包括待处理血管的组织的类型来设置预定功率阈值。

在各种实施方案中，换能器中的功率损耗可以基于换能器的压电堆叠的特性的可变性。功率校准过程可以涉及开放钳口激活以确定电压、电流、速度和频率测量的缩放因子，并且可以包括测量为开放钳口激活汲取的功率。在实施方案中，与换能器相关的校准参数可以存储在存储器中以便用于稍后的功率校准过程。

在各种实施方案中，波导中和换能器中的功率损耗可以是存储在超声装置的存储器中的校准值。波导的长度可以变化，从而导致其中的不同功率损耗。与基于波导长度的功率损耗相关的参数可以存储在存储器中，并且可以从存储器读取以校准功率损耗，同时估计尺寸范围并执行血管密封。

基于所计算的功率，可以在步骤335中确定血管的尺寸范围。例如，如果所计算的功率低于预定的功率阈值，则确定血管是小于5mm的小血管。如果所计算的功率大于或等于预定功率阈值，则确定血管是大于或等于5mm且小于7mm的大血管。

在一个方面，可以基于血管的类型不同地设置预定功率阈值。例如，肾动脉的预定功率阈值可以与颈动脉或股动脉的预定功率阈值不同。

然后在步骤340中，将所计算的功率与两个范围进行比较，以设置末端执行器的目标速度以便充分密封血管。当所计算的功率落在第一范围内或者血管被确定为小血管时，在步骤345中，将目标速度设置为大于预定速度。例如，如果所计算的功率在18瓦(W)与23.5W之间，则增加目标速度。

当所计算的功率落在高于第一范围的第二范围内或者血管被确定为大血管时，在步骤350中，将目标速度设置为小于预定速度。例如，如果所计算的功率在26.5W与36W之间，则减少目标速度。第一范围和第二范围的值仅被提供作为示例，并且第一范围和第二范围不限于这些值并且可以具有不同的值。

在步骤355中，控制电能以便将末端执行器的速度保持在目标速度。然后以目标速度充分密封血管并结束方法300。在一个方面，可以取决于血管的尺寸范围来控制密封过程的持续时间。换句话说，小血管可以比大血管更快地被密封。

在各种实施方案中，当速度实现预定速度阈值时，步骤315可以不行进到步骤330。而是，在各种实施方案中，步骤315可以仅在已经过特定时间段(诸如100ms)之后行进到步骤330。

在各种实施方案中，步骤345可以不仅增加目标速度，并且步骤350可以不仅减少目标速度。在各种实施方案中，步骤345可以访问第一速度曲线，并且步骤350可以访问第二速度曲线。如本文所用，速度曲线是随时间推移指定速度的函数、表格或其他数值关系。然后，步骤355将控制电能，使得末端执行器的速度随时间推移跟踪特定的速度曲线。

由于可以进行其他修改和改变以适合特定的操作要求和环境，因此本领域技术人员应当理解，本公开不限于本文描述的说明性示例，并且可以涵盖不脱离本公开的精神或范围的各种其他改变和修改。