[發明專利]電磁能輸送設備和方法

在審

• 申請號: 202180051568.4
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN116133609A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: E·麥克利恩;G·比爾
• 申請（專利權）人: 恩布萊申有限公司
• 主分類號: A61B18/12
• 分類號: A61B18/12
• 代理公司: 深圳尚業知識產權代理事務所(普通合伙) 44503
• 代理人: 文蓉

一種電磁能輸送設備，包括：放大器；被配置為向放大器提供待放大的信號的放大器輸入；被配置為向放大器提供偏置信號的偏置電路，其中放大器對輸入信號的放大取決于偏置電路提供的偏置信號；被配置為提供包括輸入信號的放大版本的輸出信號放大器輸出，用于向輻射元件提供能量輸送以產生電磁輻射；以及被配置為控制偏置電路的運行以提供時變偏置信號，從而提供輸出信號的期望的時間變化的控制器。

技術領域

本發明涉及電磁能輸送設備和方法，例如用于將脈沖或其他微波或射頻輸送到患者或其他對象以進行治療目的的設備或方法。

背景技術

在大多數能量消融系統中，能量通過連接電纜從能量發生器輸送到輻射施加器，輻射施加器將能量輸送到組織中。在這些施加器中，輻射元件被組織包圍或被放置成與組織接觸。對于這樣的系統，典型的做法是為治療輸送通常持續1-20分鐘的能量，以將組織的溫度升高超過43-45℃，例如達到60℃、70℃左右或之間或更高，這樣在期望的消融區內發生壞死。可以輸送能量以具有振幅或脈寬調制的占空比，以確保在能量釋放的持續時間內維持或控制所需的能量水平。

這些已知類型的電磁發生器系統被設計為破壞病變或不需要的組織，而不是被設計為以與適應性或先天性生物免疫系統一致的基本免疫反應方式提供治療。免疫反應可能包括例如：信號的上調或下調；抑制或促進細胞類型生長，誘導細胞凋亡，調節細胞膜。

與傳統治療相比，免疫反應優化的治療的一個特點是在時間微觀尺度上協同控制能量施加，這與病變或異常組織中的最佳免疫反應相關。免疫反應相關治療系統和方法的例子在WO?2019/239160中有所描述，其內容通過引用并入本文。

已知的電磁能發生器是使用射頻/微波能電路構建的，通常包括使用晶體管放大器技術構建的固態器件。這些器件被設置為在不同的放大器類別中運行，具體取決于放大器的設計和所用器件的半導體技術。

對于A類放大器，使用100％的輸入信號(導通角＝360°)。有源元件始終處于導電狀態，這種拓撲結構可實現高放大器增益。然而，A類放大器在實現此增益方面效率低下，使用典型配置可獲得的最大理論效率為25％。這種低效率導致大量能量損失為熱量以實現期望的放大增益。

在B類放大器中，有源器件在180度的周期內導通。為了避免信號失真，可以使用兩個器件。每個器件在信號周期的一半(180°)內導通，但是在信號連接的區域中仍可能存在一些失真，稱為“交叉失真”。B類放大器具有75+％的更高理論效率，但這是以低放大器增益為代價的。B類放大器最適用于需要低平均電流的低占空比脈沖信號放大。

為了避免交叉失真，可以采用稱為AB類的方案來消除器件未完全關閉的交叉失真區域。在這種情況下，靜態電流(沒有信號時通過兩個器件的電流)被設置為控制失真水平。AB類提供介于A類和B類之間的效率，具體取決于設計權衡。

還有各種其他放大器類別，例如C、D、E、F、G、H、I、S、T，它們基于受控的高頻開關提供效率/信號完整性權衡，例如，E類放大器使用類似于C類放大器的LC諧振電路，但在E類放大器中，有源器件變為開關。也可以使用各類別的組合，例如AB/F類等。

由于許多醫療應用只需要將能量傳輸用于熱效應和高頻振蕩效應，因此可以對通信或信號施加進行設計權衡以提高效率。然而，大多數封裝集成電路(RFIC/MMIC)器件都是為通信市場設計的，并針對這些應用進行了優化。醫療應用將從類似于B類但增益更高的拓撲結構或可以接近最大效率的PWM脈沖類獲益最多。這些放大器類的效率與信號轉換和輸出信號質量/完整性有關，但是對于低占空比使用，有源偏置布置會成為另一個低效率來源。

通常，放大器由提供高電流、低壓功率的偏置電路的能量提供，以實現從DC功率到微波能的轉換，通常效率水平可達到30-40％，具體取決于所采用的偏置方案。偏置被設計用于控制增益或效率或放大器性能的某些其他方面。