一种超声刀系统及其控制方法技术方案

本公开涉及一种超声刀系统及其控制方法。超声刀系统包括超声换能器和处理器，处理器配置为获取在频率扫描过程中使得超声换能器的等效电路的导纳最大的扫描频率，作为扫描特征参数；基于扫描特征参数相对于扫描特征参数的对应的第一参考范围的第一偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第一组织损伤因子；以及当第一组织损伤因子超出第一阈值范围时，抑制超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制超声换能器的驱动信号的声光提示。本公开能够在超声刀系统的各个工作阶段获取表征组织的包含热损伤及振动损伤在内的复合损伤的特征参数，在不依赖于包括温度传感器在内的传感器件的测量的情况下，及时而精准地抑制其可能对组织带来的复合损伤。织带来的复合损伤。织带来的复合损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种超声刀系统及其控制方法


[0001]本公开属于医疗器械领域，涉及超声刀
，更具体地，涉及一种超声刀系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]超声刀是一种将超声换能器应用于手术场景的能量器械，其组成通常包括：主机、超声换能器、刀头等。其工作原理为：主机生成高频电能传送到超声换能器，超声换能器中的压电陶瓷将电能转换成机械振动能，通过变幅杆将机械振动放大并传递至刀头，刀头产生约55.5kHz的振动，振动幅度约为50
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100μm，振动的刀头与组织接触，由于机械冲击使得组织的蛋白质氢键被打断，同时由于热量产生，温度上升，组织蛋白细胞最终变性形成粘滞凝固物，从而达到切割或凝血的目的。
[0003]在超声刀的操作过程中，由于刀头过热或非期望的振动模式，可能对组织造成损伤。例如，超声刀在切割组织过程中，刀头与组织间的振动摩擦，会导致刀头温度升高，在组织切割部位可能会造成碳化焦痂。另外，超声刀刀头温度较高时，自然冷却需要较长时间，外科医生在手术过程中，若未经冷却刀头操作其他正常组织，也会对正常组织造成非期望的热损伤。而在例如常规振动模式为纵向振动的超声刀工作时，横向振动和轴向摆动等也会造成在切割过程中的非期望振动损伤。
[0004]在现有技术中，通常仅仅关注组织的热损伤，且通常通过估算超声刀刀头的温度来进行相应的能量控制，但温度传感器一般远离超声刀刀头，导致估算得到的刀头温度误差较大，不能很好地执行相应的能量控制策略。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，提供了本公开以解决现有技术中存在的上述问题。
[0006]需要一种超声刀系统及其控制方法，其能够在超声刀系统的包含频率扫描和频率跟踪的一次激发过程中的各个工作阶段，不依赖于包括温度传感器在内的各种传感器件的设置和测量即可获取相应的特征参数，使得该特征参数表征组织的包含热损伤及振动损伤两者在内的复合损伤，并基于所获取的特征参数确定组织的复合损伤状况，针对性地实现对超声换能器的驱动控制，从而在超声刀系统的各个阶段的工作过程中，将可能对组织带来的复合损伤及时而精准地保持在可接受范围内。
[0007]根据本公开的第一方案，提供一种超声刀系统，包括超声换能器，所述超声刀系统还包括处理器，所述处理器配置为获取频率扫描过程中使得所述超声换能器的等效电路的导纳最大的扫描频率，作为扫描特征参数；基于所述扫描特征参数相对于所述扫描特征参数的对应的第一参考范围的第一偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第一组织损伤因子；以及当所述第一组织损伤因子超出第一阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。
[0008]根据本公开的第二方案，提供一种超声刀系统，包括超声换能器，所述超声刀系统
还包括处理器，所述处理器配置为，在频率跟踪过程中：获取频率跟踪过程中的所述超声换能器的等效电路的阻抗、所述超声换能器的等效电路中的串联支路的匹配参数、激发功率和激发时间，作为跟踪特征参数；基于所述跟踪特征参数相对于所述跟踪特征参数的对应的第二参考范围的第二偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第二组织损伤因子；以及当所述第二组织损伤因子超出第三阈值范围，或所述第二组织损伤因子的变化趋势超出第四阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。
[0009]根据本公开的第三方案，提供一种超声刀系统的控制方法，所述超声刀系统包括超声换能器，所述控制方法包括：获取在频率扫描过程中使得所述超声换能器的等效电路的导纳最大的扫描频率，作为扫描特征参数；基于所述扫描特征参数相对于所述扫描特征参数的对应的第一参考范围的第一偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第一组织损伤因子；以及当所述第一组织损伤因子超出第一阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。
[0010]根据本公开的第四方案，提供一种超声刀系统的控制方法，所述超声刀系统包括超声换能器，所述控制方法包括，在频率跟踪过程中：获取频率跟踪过程中的所述超声换能器的等效电路的阻抗、所述超声换能器的等效电路中的串联支路的匹配参数、激发功率和激发时间，作为跟踪特征参数；基于所述跟踪特征参数相对于所述跟踪特征参数的对应的第二参考范围的第二偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第二组织损伤因子；以及当所述第二组织损伤因子超出第三阈值范围，或所述第二组织损伤因子的变化趋势超出第四阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。
[0011]根据本公开的第五方案，提供一种存储有程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序使得处理器执行根据本公开各个实施例的超声刀系统的控制方法。
[0012]根据本公开各个实施例的超声刀系统及其控制方法，其可以在超声刀的各个工作阶段，不依赖于包括温度传感器在内的各种传感器件的设置和测量即获取相应的特征参数，使得该特征参数表征组织的包含热损伤及振动损伤两者在内的复合损伤，并基于所获取的特征参数确定组织的复合损伤状况，针对性地实现对超声换能器的驱动控制，从而将可能对组织带来的复合损伤及时而精准地控制在可接受范围内。
附图说明
[0013]在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
[0014]图1示出根据本公开实施例的超声换能器的等效电路的示意图。
[0015]图2示出根据本公开实施例的超声刀系统的示意性框图。
[0016]图3示出根据本公开实施例的超声刀系统的控制方法的第一示例的流程图。
[0017]图4示出根据本公开实施例的超声刀系统的控制方法的第二示例的流程图。
[0018]图5示出根据本公开实施例的超声刀系统的控制方法的第三示例的流程图。
[0019]图6示出根据本公开实施例的用于计算扫描过程中的扫描特征参数的导纳圆的图示。
[0020]图7示出根据本公开实施例的超声刀系统中的超声换能器的等效电路的阻抗频率特性曲线的图示。
具体实施方式
[0021]为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
[0022]超声刀系统的切割过程可以分超声换能器的多次激发来执行。对于每次激发而言，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，包括超声换能器，其特征在于，所述超声刀系统还包括处理器，所述处理器配置为：获取在频率扫描过程中使得所述超声换能器的等效电路的导纳最大的扫描频率，作为扫描特征参数；基于所述扫描特征参数相对于所述扫描特征参数的对应的第一参考范围的第一偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第一组织损伤因子；以及当所述第一组织损伤因子超出第一阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。2.根据权利要求1所述的超声刀系统，其特征在于，所述超声换能器的所述驱动信号包括驱动电流、驱动电压、驱动功率中的至少一项；所述声光提示被配置为提示用户来调控所述超声换能器的驱动信号。3.根据权利要求1或2所述的超声刀系统，其特征在于，所述扫描特征参数为多个，所述处理器进一步配置为：为所述频率扫描过程，测量所述超声换能器的等效电路的导纳圆；基于所测量的导纳圆，确定所述多个扫描特征参数，所述多个扫描特征参数除了使得所述超声换能器的等效电路的导纳最大的扫描频率，还包括半功率点频率1以及半功率点频率2中的至少一项。4.根据权利要求1或2所述的超声刀系统，其特征在于，所述第一组织损伤因子基于所述扫描特征参数与对应的所述第一参考范围的第一偏差并利用预设的多项式函数计算得到，所述多项式函数的系数通过如下步骤得到：执行预先的频率扫描过程；在该预先的频率扫描过程中，采集多组的所述扫描特征参数的第一实验数据及对应的组织的复合损伤程度的第二实验数据；对所述多组的第一实验数据和第二实验数据进行拟合。5.根据权利要求1或2所述的超声刀系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：当判定所述第一组织损伤因子超出第二阈值范围时，停止所述超声换能器的能量输出，和/或提供指示强制停止所述超声换能器的能量输出的声光提示信号，其中，所述第二阈值范围超出所述第一阈值范围。6.根据权利要求1或2所述的超声刀系统，其特征在于，所述超声刀系统还包括存储器，所述存储器存储有所述超声刀系统的历史参数，所述处理器进一步配置为：将所述超声刀系统上电自检时频率扫描过程的包括所述扫描特征参数的记录存储在所述存储器中；通过读取所述存储器中的所述超声刀系统上电自检时频率扫描过程的所述记录、所述超声刀系统的历史参数、或通过所述记录和所述历史参数的融合，来获得所述第一参考范围。7.根据权利要求1所述的超声刀系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为，在频率跟踪过程中：获取频率跟踪过程中的所述超声换能器的等效电路的阻抗、所述超声换能器的等效电路中的串联支路的匹配参数、激发功率和激发时间，作为跟踪特征参数；基于所述跟踪特征参数相对于所述跟踪特征参数的对应的第二参考范围的第二偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第二组织损伤因子；以及当所述第二组织损伤因子超出第三阈值范围，或所述第二组织损伤因子的变化趋势超
出第四阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。8.根据权利要求7所述的超声刀系统，其特征在于，所述等效电路中的串联支路的匹配参数包括工作频率和所述串联支路两端的电压与流经电流之间的相位差中的至少一个。9.根据权利要求7或8所述的超声刀系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为，针对每次激发：基于频率扫描过程的所述第一偏差结合频率跟踪过程的所述第二偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第三组织损伤因子；以及当所述第三组织损伤因子超出第五阈值范围，或所述第三组织损伤因子的变化趋势超出第六阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。10.一种超声刀系统，包括超声换能器，其特征在于，所述超声刀系统还包括处理器，所述处理器配置为，在频率跟踪过程中：获取频率跟踪过程中的所述超声换能器的等效电路的阻抗、所述超声换能器的等效电路中的串联支路的匹配参数、激发功率和激发时间，作为跟踪特征参数；基于所述跟踪特征参数相对于所述跟踪特征参数的对应的第二参考范围的第二偏差，计算与组织的复合损伤程度相关联的第二组织损伤因子；以及当所述第二组织损伤因子超出第三阈值范围，或所述第二组织损伤因子的变化趋势超出第四阈值范围时，抑制所述超声换能器的驱动信号，和/或提供用于抑制所述超声换能器的驱动信号的声光提示。11.根据权利要求10所述的超声刀系统，其特征在于，所述超声换能器的所述驱动信号包括驱动电流、驱动电压、驱动功率中的至少一项；所述声光提示被配置为提示用户来调控所述超声换能器的驱动信号。12.根据权利要求10或11所述的超声刀系统，其特征在于，所述等效电路中的串联支路的匹配参数包括工作频率和所述串联支路两端的电压与流经电流之间的相位差中的至少一个。13.根据权利要求10或11所述的超声刀系统，其特征在于，所述第二组织损伤因子基于所述跟踪特征参数与对应的所述第二参考范围的第二偏差并利用预设的多项式函数计算得到，所述多项式函数的系数通过如下步骤得到：执行预先的频率跟踪过程；在该预先的频率跟踪过程中，采集多组的所述跟踪特征参数的第三实验数据及对应的组织的复合损伤程度的第四实验数据；对所述多组的第三实验数据和第四实验数据进行拟合。14.根据权利要求10或11所述的超声刀系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：当判定所述第二组织损伤因子超出第七阈值范围，或所述第二组织损伤因子的所述变化趋势超出第八阈值范围时，停止所述超声换能器的能量输出，和/或提供指示强制停止所述超声换能器的能量输出的声光提示信号，其中，所述第七阈值范围超出所述第三阈值范围，所述第八阈值范围超出所述第四阈值范围。15.根据权利要求10或11所述的超声刀系统，其特征在于，所述超声刀系统还包括存储器，所述存储器存储有所述超声刀系统的历史参数，所述处理器进一步配置为：将频率跟踪过程的初始阶段获取的包括所述跟踪特征参数的记录存储在所述存储器
中；通过读取所述存储器中的所述超声刀系统的历史参数、所述频率跟踪过程的初始阶段的所述跟踪特征参数的记录，或通过所述历史参数和所述跟踪特征参数的记录的融合，来获得所述第二参考范围。16.一种超声刀系统的控制方法，所述超声刀系统包括超声换能...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂有强，左鹏飞，范庚，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：