一种超声刀的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种超声刀的控制方法，其包括：超声刀系统在切割组织时，会产生负载，负载通过超声换能器的等效电路中产生谐振电流I和谐振电压U；通过电压采样模块和电流采样模块采集超声换能器的谐振电压U和谐振电流I；在可编程模块中，根据谐振电压U和谐振电流I，计算出超声换能器工作的静态电容C0、阻抗Z、相位差φ；根据计算结果，补偿超声换能器工作的电流，并判断超声刀头的状态，识别超声刀头是否断裂。本发明专利技术的优点：本发明专利技术方法可以补偿超声换能器工作的电流，保持超声刀头振幅恒定，并判断其工作情况，避免超声刀头由于负载阻抗增大而误判超声刀头断裂的情况。而误判超声刀头断裂的情况。而误判超声刀头断裂的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种超声刀的控制方法


[0001]本专利技术属于医疗
，特别涉及一种超声刀的控制方法。

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，故能够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头组成，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，振幅经过变幅杆和波导杆的放大，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，也是机械臂，电流为I
m
；C0为静态电容，并联在电路中，也就是电子臂I
e
。在工作中，超声刀主机产生超声频率的电流源，跟踪超声刀的串联谐振频率，激励换能器做超声频率的振动，总电流为I
g
，如图2所示。根据超声换能器的等效电路，I
g
＝I
e
+I
m
。
[0004]超声刀的振幅和机械臂中电流I
m
是正相关的。由于静态电容C0，也就是电子臂I
e
的存在，在超声刀有负载的情况下，流向超声换能器的总的电流为I
g
会有一部分电流流向电子臂，这样，流向电子臂的电流会根据负载的不同而有差异，导致振幅不恒定。
[0005]超声刀主机产生超声频率的电流源，这个频率需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，频率需满足此时超声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。
[0006]超声刀的刀头以55.5KHz左右的超声频率做振动，并且在切割组织的过程中，刀头的负载很大，刀头的工作部位受到很大应力，刀尖容易出现裂纹，当裂纹出现的时候，刀头再继续工作，刀头的刀尖出现裂纹的部位很容易断裂。当刀尖断裂时，断裂的刀尖在超声频率振动下，就会随机的掉落到人体内部，引起医疗事故。
[0007]在刀头的刀尖工作部位出现裂纹时，超声刀刀头的阻抗曲线将发生改变，不具有明显的特征。但是避免医疗事故的发生，在刀头的刀尖出现裂纹时，提前报警，停止刀头工作。因此识别和预判刀头出现裂纹对于超声刀来说十分重要。
[0008]现有的识别和预判超声刀刀头断裂的方式是主机不断的检测超声刀的刀头阻抗，如果阻抗在某时间段内高于设定的阈值，那么超声刀主机就会报警。但是仅仅采用查询的方式检测刀头是否断裂，往往检测时间长，容易在检测时间内出现刀头断开的现象，而且，当超声刀的负载高于设定阈值时，主机会出现误报警的现象。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的是：提供一种能够根据超声刀换能器与超声刀头的特征参数来控制超
声刀的方法，从而补偿超声换能器的电流并识别超声刀头的工作状态。
[0010]本专利技术的第一技术方案是：一种超声刀的控制方法，其方法应用于超声刀系统，超声刀系统包括：超声刀头、与超声刀头连接且具备电子臂和机械臂的超声换能器、以及与超声换能器连接的超声刀主机；其中超声刀主机包括：可编程模块、功率放大电路、与功率放大电路连接的电压采样模块、与功率放大电路连接的电流采样模块；其特征在于：超声刀的控制方法包括：
[0011]S1、首先进行组织的切割并产生负载，且负载通过超声换能器产生谐振电流I和谐振电压U，其中超声换能器中流经机械臂的电流为I
m
，流经电子臂的电流为I
e
，补偿前的总电流为I
g
＝I
e
+I
m
；
[0012]S2、然后通过电压采样模块和电流采样模块采集超声换能器的谐振电压U和谐振电流I；
[0013]S3、再根据谐振电压U和谐振电流I，计算其中为谐振电压U随时间的变化率；
[0014]S4、接着超声刀主机对超声换能器施加测试信号，通过电压采样模块和电流采样模块分别检测超声换能器上的测试电压U0和流经超声换能器的测试电流I0，推导出超声换能器的静态电容C0，并将静态电容C0带入超声换能器电子臂的电流公式得出电流I
e
对超声换能器进行补偿；
[0015]S5、最后使用超声换能器补偿后的总电流I
g
+I
e
驱动超声换能器工作至结束。
[0016]在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
[0017]优选的，步骤S4的检测过程在超声刀主机开机时开启。
[0018]优选的，步骤S4包括：
[0019]S41、超声刀主机对超声换能器施加频率为30KHz的测试信号；
[0020]S42、通过电压采样模块和电流采样模块分别检测超声换能器上的测试电压U0和流经超声换能器的测试电流I0，其中U0表示超声换能器上施加的电压的有效值，I0表示流经超声换能器的电流有效值；
[0021]S43、通过电压和电流的有效值和工作频率，计算出测试电压U0和测试电流I0的变化率，推导出静态电容
[0022]S44、根据电子臂的电流将步骤S43中推导出的C0带入电流I
e
的计算公式中，计算出流向电子臂的电流I
e
，电流I
e
作为超声换能器需要补偿的电流；
[0023]S45、根据计算得到的补偿电流I
e
，计算得到驱动超声换能器补偿后的总电流I
g
+I
e
。
[0024]本专利技术的第二技术方案是：一种超声刀的控制方法，其方法应用于超声刀系统，超声刀系统包括：超声刀头、与超声刀头连接且具备电子臂与机械臂的超声换能器、以及与超声换能器连接的超声刀主机；其中超声刀主机包括：可编程模块、设置在可编程模块附近的控制模块；功率放大电路、与功率放大电路连接的电压采样模块、与功率放大电路连接的电
流采样模块；该超声刀的控制方法包括：
[0025]S100、首先进行组织的切割并产生负载，且负载通过超声换能器的等效电路中产生谐振电流I和谐振电压U；
[0026]S200、然后通过电压采样模块和电流采样模块实时采集超声换能器的谐振电压U和谐振电流I；
[0027]S300、再根据谐振电压U和谐振电流I，实时调节工作频率f，并计算出超声换能器工作中实时的阻抗Z和相位差φ；
[0028]S400、最后根据计算结果，记录超声刀头的工作频率f与阻抗Z，并实时将记录的多组阻抗Z变化的绝对值求和Z
总
，将Z
总
与阈值比较，实时判断超声刀头的状态，识别超声刀头是否断裂至结束。
[0029]优选的，步骤S300中调节工作频率f的过程包括：
[0030]S310、首先根据超声换能器工作过程中的谐振频率偏移范围在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声刀的控制方法，所述方法应用于超声刀系统，所述超声刀系统包括：超声刀头(1)、与超声刀头(1)连接且具备电子臂和机械臂的超声换能器(2)、以及与超声换能器(2)连接的超声刀主机(3)；其中所述超声刀主机(3)包括：可编程模块(4)、功率放大电路(8)、与功率放大电路(8)连接的电压采样模块(9)、与功率放大电路(8)连接的电流采样模块(10)；其特征在于：所述方法包括：S1、首先进行组织的切割并产生负载，且负载通过超声换能器(2)产生谐振电流I和谐振电压U，其中超声换能器(2)中流经机械臂的电流为I
m
，流经电子臂的电流为I
e
，补偿前的总电流为I
g
＝I
e
+I
m
；S2、然后通过电压采样模块(9)和电流采样模块(10)采集超声换能器(2)的谐振电压U和谐振电流I；S3、再根据谐振电压U和谐振电流I，计算其中为谐振电压U随时间的变化率；S4、接着超声刀主机(3)对超声换能器(2)施加测试信号，通过电压采样模块(9)和电流采样模块(10)分别检测超声换能器(2)上的测试电压U0和流经超声换能器(2)的测试电流I0，推导出超声换能器(2)的静态电容C0，并将静态电容C0带入超声换能器(2)电子臂的电流公式得出电流I
e
对超声换能器(2)进行补偿；S5、最后使用超声换能器(2)补偿后的总电流I
g
+I
e
驱动超声换能器(2)工作至结束。2.根据权利要求1所述的超声刀的控制方法，其特征在于：所述步骤S4的检测过程在超声刀主机(3)开机时开启。3.根据权利要求1所述的超声刀的控制方法，其步骤S4包括：S41、超声刀主机(3)对超声换能器(2)施加频率为30KHz的测试信号；S42、通过电压采样模块(9)和电流采样模块(10)分别检测超声换能器(2)上的测试电压U0和流经超声换能器(2)的测试电流I0，其中U0表示超声换能器(2)上施加的电压的有效值，I0表示流经超声换能器(2)的电流有效值；S43、通过电压和电流的有效值和工作频率，计算出测试电压U0和测试电流I0的变化率，推导出静态电容S44、根据电子臂的电流将步骤S43中推导出的C0带入电流I
e
的计算公式中，计算出流向电子臂的电流I
e
，所述电流I
e
作为超声换能器(2)需要补偿的电流；S45、根据计算得到的补偿电流I
e
，计算得到驱动超声换能器(2)补偿后的总电流I
g
+I
e
。4.一种超声刀的控制方法，所述方法应用于超声刀系统，所述超声刀系统包括：超声刀头(1)、与超声刀头(1)连接且具备电子臂与机械臂的超声换能器(2)、以及与超声换能器(2)连接的超声刀主机(3)；其中所述超声刀主机(3)包括：可编程模块(4)、设置在可编程模块(4)附近的控制模块(6)；功率放大电路(8)、与功率放大电路(8)连接的电压采样模块(9)、与功率放大电路(8)连接的电流采样模块(10)；其特征在于：所述方法包括：S100、首先进行组织的切割并产生负载，且负载通过超声换能器(2)的等效电路中产生谐振电流I和谐振电压U；
S200、然后通过电压采样模块(9)和...

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