超声刀系统锁相方法及超声刀系统技术方案

本发明专利技术提供一种超声刀系统锁相方法及超声刀系统，所述超声刀系统包括相连的超声刀、换能器和发生器，所述方法包括如下步骤：发生器产生一初始电流信号，发送给换能器作为超声刀的当前工作信号；测量得到超声刀等效电路中干路的电压值、电流值；计算干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差；计算第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差；控制发生器产生新的频率下的电流信号作为超声刀的当前工作信号，发送给换能器驱动超声刀进行工作，循环进行。本发明专利技术的超声系统锁相方法，相比较传统的超声设备需根据系统所需频率，配备与其相匹配的调谐电感器的方法而言，该方案无需对超声频率进行限制，通用性好。通用性好。通用性好。

【技术实现步骤摘要】
超声刀系统锁相方法及超声刀系统


[0001]本专利技术涉及超声刀
，尤其涉及超声刀系统锁相方法及超声刀系统。

技术介绍

[0002]超声刀是外科手术当中广泛应用的用于组织切割和凝固止血的手术仪器，其实现方法是通过换能器将电信号转化为超声信号再传递到刀尖端，使刀尖端产生高频振动(例如55500次)，使刀尖端组织中的蛋白质变性形成粘性凝固物，通过所述凝固物形成止血密封。切割和凝固的精度受外科医生的技术以及对功率电平、刀刃、组织牵引力和刀压力的调节的控制。
[0003]超声刀系统主要由发生器、换能器和超声刀头组成，如图1所示为一种超声刀系统示意图，包括换能器11、超声刀头外壳12、超声刀头套管13、超声刀刀杆14等，所述超声刀刀杆14在超声刀头套管13内部与换能器11耦接在一起，换能器11通过线缆15与发生器连接。
[0004]超声刀系统一般情况下可等效成具有干路和第一支路、第二“动态”支路的等效电路，如图2所示。第一支路主要是静电容C0，是超声刀手柄的寄生参数。第二“动态”支路包括串联的电感L1、电阻R1和电容C1，所述电感L1、电阻R1和电容C1是超声刀主体部分的机电性能。常规超声刀的发生器会在干路上引入调谐电感器Ls，所述调谐电感器Ls用于解谐处于谐振频率的静电容，使得基本上所有发生器的电流输出均流入第二“动态”支路中。因此，实际测量到的电压、电流、电压电流相位差参数就是第二“动态”支路的参数，并且发生器控制频率驱动输出使超声刀的换能器处于谐振频率下。调谐电感器Ls还转换超声刀的换能器的相阻抗图以改善发生器的频率锁定能力。
[0005]然而，调谐电感器Ls必须与超声刀的换能器的特定静电容匹配。具有不同静电容的不同超声刀的换能器需要不同的调谐电感器。这使得一台超声刀系统只能使用一类超声刀，通用性较差。本专利申请就是为了解决这一问题提供了一种不需要调谐电感器也可以控制频率的超声刀锁相方法及超声刀系统。

技术实现思路

[0006]鉴于目前现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种通用性较好的超声刀系统锁相方法及超声刀系统。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0008]一种超声刀系统锁相方法，所述超声刀系统包括相连的超声刀、换能器和发生器，所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤S1，发生器产生一初始电流信号，发送给换能器作为超声刀的当前工作信号；
[0010]步骤S2，测量得到超声刀等效电路中干路的电压值、电流值，所述超声刀等效电路包括干路和与所述干路相并联的第一支路和第二支路，所述干路为所述发生器与所述超声刀直接相连，不具备调谐电感，所述超声刀包括相连的超声刀手柄和超声刀主体，所述第一支路为超声刀手柄的寄生静电容，所述第二支路包括串联的第一电感、第一电阻和第一电
容，为所述超声刀主体的机电性能；
[0011]步骤S3，根据所述干路的电压值、电流值计算干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差；
[0012]步骤S4，根据所述干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差和向量图计算第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差；
[0013]步骤S5，根据所述第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差控制发生器产生新的频率下的电流信号作为超声刀的当前工作信号，发送给换能器驱动超声刀进行工作，返回步骤S2循环进行。
[0014]进一步，所述步骤S1中，所述初始电流信号的频率远离谐振点。
[0015]进一步，所述步骤S2中，所述测量得到超声刀等效电路中干路的电压值、电流值，是根据采样频率通过ADC采样获得。
[0016]进一步，所述采样频率根据超声刀当前工作信号的频率进行动态调整。
[0017]进一步，所述步骤S3中，所述根据所述干路的电压值、电流值计算干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差，是根据所述干路的电压值、电流值，采用快速傅里叶变换进行计算，计算干路的电压有效值、电流有效值后，再根据所述干路的电压有效值、电流有效值，通过检测过零时刻得到电压电流相位差。
[0018]进一步，所述步骤S4中，根据所述干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差和向量图计算第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差，包括：
[0019]U1＝U；
[0020][0021][0022]其中，U1为第二支路的电压值，U为干路的电压有效值，I 1
为第二支路的电流值，I为干路的电流有效值，θ1为第二支路的电压电流相位差，θ为干路的电压电流相位差，C0为第一支路中超声刀手柄的寄生静电容。
[0023]进一步，所述步骤S5中，根据所述第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差控制发生器产生新的频率下的电流信号作为超声刀的当前工作信号，是根据第二支路的第一电阻、第一电容、第一电感以及第二支路的电压电流相位差与目标相位差的差值来计算频率变化量，包括：
[0024][0025][0026][0027]θ
′
(ω)为正；或者
[0028][0029]θ
′
(ω)为负；
[0030]其中，f
Δ
为频率变化量，θ1是第二支路电压电流相位差，ω为角频率，ω＝2πf，f为当前工作信号的频率,k是比例系数，根据实际情况进行设置，θ
′
)ω)是第二支路电压电流相位差对角频率ω的导数,m为中间变量，用于简化公式，无实际含义，ω
s
为预设固定频率，θ
′
(ω
s
)是第二支路电压电流相位差对预设固定频率ω
s
的导数，同θ
′
(ω)的公式；
[0031]然后根据所述频率变化量和当前工作信号的频率生成新的频率下的电流信号作为超声刀的当前工作信号。
[0032]进一步，所述步骤S5中，根据所述第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差控制发生器产生新的频率下的电流信号作为超声刀的当前工作信号，是根据所述第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差直接计算得到第二支路串联谐振频率作为超声刀的当前工作信号然后控制发生器的电流信号的频率直接到达谐振频率。
[0033]进一步，所述步骤S1中，所述初始电流信号为产生一特定频率和幅值、任意相位的初始电流正弦信号；
[0034]所述方法还包括：
[0035]步骤S6，剪切完成后，关闭电流输出。
[0036]本专利技术还揭示了一种超声刀系统，所述超声刀系统包括相连的超声刀、换能器和发生器，发生器使用如前所述的超声刀系统锁相方法，产生电流信号发送给换能器作为超声刀的当前工作信号。
[0037]本专利技术所述超声刀系统锁相方法及超声刀系统，先测量得到超声刀等效电路中干路的电压值、电流值，然后根据干路的电压值、电流值计算出支路的电压值、电流值、电压电流相位差,再根据支路的电压值、电流值、电压电流相位差产生新的频率信号进行工作，循环往复，使得换能器工作在谐振频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声刀系统锁相方法，所述超声刀系统包括相连的超声刀、换能器和发生器，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1，发生器产生一初始电流信号，发送给换能器作为超声刀的当前工作信号；步骤S2，测量得到超声刀等效电路中干路的电压值、电流值，所述超声刀等效电路包括干路和与所述干路相并联的第一支路和第二支路，所述干路为所述发生器与所述超声刀直接相连，不具备调谐电感，所述超声刀包括相连的超声刀手柄和超声刀主体，所述第一支路为超声刀手柄的寄生静电容，所述第二支路包括串联的第一电感、第一电阻和第一电容，为所述超声刀主体的机电性能；步骤S3，根据所述干路的电压值、电流值计算干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差；步骤S4，根据所述干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差和向量图计算第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差；步骤S5，根据所述第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差控制发生器产生新的频率下的电流信号作为超声刀的当前工作信号，发送给换能器驱动超声刀进行工作，返回步骤S2循环进行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述初始电流信号的频率远离谐振点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述测量得到超声刀等效电路中干路的电压值、电流值，是根据采样频率通过ADC采样获得。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采样频率根据超声刀当前工作信号的频率进行动态调整。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述根据所述干路的电压值、电流值计算干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差，是根据所述干路的电压值、电流值，采用快速傅里叶变换进行计算，计算干路的电压有效值、电流有效值后，再根据所述干路的电压有效值、电流有效值，通过检测过零时刻得到电压电流相位差。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述干路的电压有效值、电流有效值、电压电流相位差和向量图计算第二支路的电压值、电流值、电压电流相位差，包括：U1＝U；＝U；其中，U1为第二支路的电压值，U为干路的电压有效值，I1为第二支路的电流值，I为干路的电流有效值，θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，骆威，王福源，刘振中，韦大纶，
申请(专利权)人：以诺康医疗科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：