可自动跟踪谐振频率的超声刀系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，其包括：超声刀头、超声刀换能器、以及超声刀主机，其中超声刀头为一种钳状刀头，能够手动切割组织；超声换能器包括：压电陶瓷堆、变幅杆、质量块，在超声刀主机谐振电流的激励下能够产生超声频率的机械振动，在机械谐振频率点振动效率最高、振幅最大，为超声刀的提供振动源；超声刀主机产生供超声换能器工作的电流源，其包括：可编程模块、数字信号处理模块、控制模块。本实用新型专利技术的优点：提供一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，能够使超声换能器工作在最优状态；且不受超声换能器静态电容和负载的影响，可以自动跟踪换能器的谐振频率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
可自动跟踪谐振频率的超声刀系统


[0001]本技术属于医疗
，特别涉及一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统。

技术介绍

[0002]超声切割止血刀是一种常见的外科手术刀，手术过程中创伤小、烟雾少、可凝血等特点，故能在外科手术中广泛应用。超声切割止血刀由超声刀主机、超声换能器及超声刀组成，其工作原理是超声刀主机产生超声频率、有效值恒定的电流源给超声换能器，激励换能器产生超声频率的机械纵向振动，带动超声刀头产生机械振动。因为频率高、振幅小，故能对小面积的人体组织产生切割作用。
[0003]超声换能器的等效电路如图1虚线框所示，L1为动态电感，C1为动态电容， R1为动态电阻，三者构成串联回路，也是机械回路，C0为静态电容,并联在电路中。在工作中，超声刀主机产生超声频率的电流源，这个频率能够使机械回路达到最小阻抗才能实现最大的效率，并且产生最大的纵向振幅。根据串联谐振电路原理，频率需满足此时换能器工作在串联谐振状态，串联回路等效于只有R1存在，阻抗最小，效率最高。
[0004]因为有静态电容C0的存在，换能器即使工作在串联谐振频率上，输入到换能器的电压和电流的相位差也不为0，而且这个相位差是根据负载和工作频率而变化的。因此不能通过电压和电流的相位差来跟踪换能器的谐振频率。

技术实现思路

[0005]本技术目的是：提供一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，从而使超声刀系统工作在串联谐振状态，效率最大，输出的振幅最大。
[0006]本技术的技术方案是：一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，其特征在于其包括：超声刀头、与超声刀头连接的超声换能器、以及与超声换能器连接的超声刀主机。
[0007]在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
[0008]超声刀头为一种可手动操作切割组织的钳状刀片；
[0009]超声换能器包括：压电陶瓷堆、与压电陶瓷堆连接的变幅杆、紧挨压电陶瓷堆的质量块；在超声刀主机谐振电流的激励下能够产生超声频率的机械振动，在机械谐振频率点振动效率最高、振幅最大，为超声刀的提供振动源。
[0010]超声刀主机产生供超声换能器工作的电流源，其包括：与超声换能器连接的隔离变压器、与隔离变压器连接的功率放大电路、布置在隔离变压器与功率放大电路之间且提供输出电压采样的电压采样模块、布置在隔离变压器与功率放大电路之间且提供电流电压采样的电流采样模块、布置在隔离变压器与功率放大电路之间且检测输出情况的安全检测模块、与功率放大电路连接的开关电源模块、连接功率放大电路与数字信号处理模块且提供正弦波信号的正弦信号发生器、连接功率放大电路与数字信号处理模块的数模转换器。
[0011]其中，可编程模块实计算由电压采样模块和电流采样模块的送过来的电压和电流波形，并与数字信号处理模块通讯；
[0012]数字信号处理模块与可编程模块以通讯协议交换数据，根据可编程模块的计算结果，输出到数模转换器，同时与控制模块通讯，发送或接收相应的命令给外设；
[0013]控制模块控制外部接口和界面，包括：声音单元、通讯单元、LCD显示器、输入设备。
[0014]本技术的优点：提供一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，能够使超声换能器工作在最优状态；且不受超声换能器静态电容和负载的影响，可以自动跟踪换能器的谐振频率。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为现有技术的超声换能器的等效电路图；
[0017]图2为本技术中超声换能器的等效电路图；
[0018]图3为本技术中超声刀系统的结构示意图；
[0019]图4为本技术基于最大电流法跟踪的超声刀系统结构图；
[0020]图5为本技术程序流程图。
具体实施方式
[0021]实施例：参照图2
‑
3所示，本技术揭示一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统的实施例，其包括：超声刀头1、与超声刀头1连接的超声换能器2、以及与超声换能器2连接的超声刀主机3。
[0022]超声刀头1为一种可手动操作切割组织的钳状刀片。
[0023]超声换能器2包括：压电陶瓷堆、与压电陶瓷堆连接的变幅杆、紧挨压电陶瓷堆的质量块；在超声刀主机3谐振电流的激励下能够产生超声频率的机械振动，在机械谐振频率点振动效率最高、振幅最大，为超声刀1的提供振动源。
[0024]超声刀主机3产生供超声换能器2工作的电流源，其包括：可编程模块4、与可编程模块4通讯连接的数字信号处理模块5、与数字信号处理模块5连接的控制模块6、与超声换能器2连接的隔离变压器7、与隔离变压器连接的功率放大电路8、布置在隔离变压器7与功率放大电路8之间且提供输出电压采样的电压采样模块9、布置在隔离变压器7与功率放大电路8之间且提供电流电压采样的电流采样模块10、布置在隔离变压器7与功率放大电路8之间且检测输出情况的安全检测模块11、与功率放大电路8连接的开关电源模块12、连接功率放大电路8与数字信号处理模块5且提供正弦波信号的正弦信号发生器13、连接功率放大电路8与数字信号处理模块5的数模转换器14。
[0025]其中，可编程模块4实施高速计算，计算由电压采样模块9和电流采样模块10的送过来的电压和电流波形，计算相位、电压值、电流值、功率值、抗阻值等，并与数字信号处理模块5通讯；
[0026]数字信号处理模块5与可编程模块4以通讯协议交换数据，根据可编程模块4的计算结果，输出到控制超声波输出幅度和控制功率电压输出幅度的数模转换器14，同时与控制模块6通讯，发送或接收相应的命令给外设；
[0027]控制模块6控制外部接口和界面，包括：声音单元15、通讯单元16、LCD 显示器17、输入设备18。
[0028]数字信号处理模块5与正弦信号发生器13通讯，产生超声频率的正弦波信号，正弦波信号输入到功率放大电路，开关电源模块12为功率放大电路8提供电源能量，功率放大电路8输出超声换能器2所需要的电流源，使超声换能器 2产生机械振动，从而传送到超声刀头1上切割人体组织。在超声刀头1切割过程中会有一定的负载产生，负载通过超声换能器2的等效电路和匹配电路传送到功率输出回路，在这里设置一个电压和电流的采样，输送到可编程模块4，计算电流大小、电压大小，两者的相位，也通过电压和电流计算阻抗，通过计算的结果，传递到数字信号处理模块5，数字信号处理模块5根据反馈参数，计算超声换能器2的谐振频率，通过正弦信号发生器调整输出频率，通过数模转换器14调整输出功率大小，因此形成一个反馈系统。在超声刀的工作过程中，就是这样不断地输出并反馈，使超声换能器2工作在串联谐振状态。
[0029]由于超声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，其特征在于其包括：超声刀头(1)、与超声刀头(1)连接的超声换能器(2)、以及与超声换能器(2)连接的超声刀主机(3)；所述超声换能器(2)包括：压电陶瓷堆、与压电陶瓷堆连接的变幅杆、紧挨压电陶瓷堆的质量块；所述超声刀主机(3)包括：可编程模块(4)、与可编程模块(4)通讯连接的数字信号处理模块(5)、与数字信号处理模块(5)连接的控制模块(6)；其中，所述超声换能器(2)处于串联谐振状态时，动态电感(L1)和动态电容(C1)相当于短路状态，动态电阻(R1)与静态电容(C0)并联，阻抗减小，超声换能器(2)的谐振电流提升，即在发生串联谐振时，超声换能器(2)两端的电流达到峰值。2.根据权利要求1所述的可自动跟踪谐振频率的超声刀系统，其特征在于：所述超声刀主机(3)还包括：与超声换能器连接的隔离变压器(7)、与隔离变压器连接的功率放大电路(8)、布置在隔离变压器(7)与功率放大电路(8)之间且提供输出电压采样的电压采样模块(9)、布置在隔离变压器(7)与功率放大电路(8)之间且提供电流电压采样的电流采样模块(10)、布置在隔离变压器(7)与功率放大电路(8)之间且检测输出情况的安全检测模块(11)、与功率放大电路(...

【专利技术属性】
技术研发人员：印卫忠，漆爱国，陈常绪，
申请(专利权)人：善彤医疗科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：