高頻電刀的製作方法
2023-12-08 02:58:21 4
專利名稱：高頻電刀的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械設備領域，更具體地說，是涉及一種對人體組織直接進行切割、止血的高頻手術電刀。
背景技術：
隨著醫療技術的發展和臨床提出的要求，以高頻手術設備為主的複合型電外科設備有了相應的發展。高頻手術器械是一種取代機械手術刀進行組織切割的電外科設備。由於高頻電刀是將高頻電流直接作用於人體組織，故其安全性要求極為嚴格。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術中存在的不足，提供一種對人體組織直接進行切割、止血的高頻電刀。
本發明高頻電刀，通過下述技術方案予以實現，所述電刀主機內設置主控制系統，主控制系統包括微處理器控制系統及分別與微處理器控制系統聯通的功率輸出電路、信號跟蹤採樣電路、電刀筆控制電路、中性電極檢測電路，煙霧吸附控制電路、高壓直流電源電路；信號跟蹤採樣電路包括輸出高壓檢測、輸出電壓檢測、輸出電流檢測電路；
微處理器控制系統包括主控制處理器、面板管理處理器、輔助控制處理器、波形發生器；主控制處理器接收中性電極檢測、刀柄控制、面板鍵盤、溫度控制、聲音控制、腳踏開關控制、遙控刀筆控制各電路的信號，主控制處理器向輔助控制處理器提供控制命令；輔控制處理器向波形發生器提供控制命令，輔控制處理器接收高壓電源電壓控制、輸出高壓檢測、輸出電壓檢測、輸出電流檢測、狀態繼電器控制、量程繼電器控制各電路的信號。
本發明所述電刀筆控制電路包括依次連接的刀筆電源、比較器和隔離器，刀筆電源由反相器構成的簡易脈衝發生器及控制門電路和單管甲類放大器組成。
本發明所述中性電極檢測電路由依次連接的壓控振蕩器、信號採樣放大器和A/D信號轉換器組成。
本發明所述煙霧吸附控制電路由依次連接的D/A信號轉化器、電機控制器、電機電源和吸風電機組成。
本發明高頻電刀是一種取代機械手術刀進行組織切割的電外科設備，它通過有效電極尖端產生的高頻電流與肌體接觸時對組織進行加熱，實現對肌體組織的分離和凝固，從而起到切割和止血的目的，與此同時將手術中產生的有毒、有害氣體吸收、處理。
本發明完全滿足國家標準(GB9706.4和GB9706.1)的要求，主要包括輸出完全懸浮電刀的金屬機殼可靠接地，網電源與機殼之間承受1500V耐壓，高頻漏電流低於150mA，高頻電刀頻率在0.4MHz-0.8MHz之間，輸出功率小於400W，並且穩定。
本發明主控制系統依組織密度變化，實時測定切割組織所需的最小功率。功率輸出系統在主控制系統的指令下，即時調整能量輸出來滿足手術需要。整個工作過程都是在CPU控制下進行的自動調整，而無需人為調節。確保了醫生在手術中不論遇到任何組織，該高頻電刀均能保持良好流暢的切凝效果，從而使組織損傷降致最小，便於術後傷口癒合。
本發明信號跟蹤採樣和負極板檢測系統是本發明所特有的中性電極安全防護系統，徹底杜絕了手術過程中對病人中性電極貼敷部位的燙傷，本防護系統的安全性已經在臨床中得到了證實。
本發明將煙霧吸附機控制功能鑲嵌在電刀主機的控制面板上，形成聯動的模式，在方便醫護人員操作的同時，將手術煙霧產生的醫源性汙染，高效的清除，從而有效地保護了患者與醫護人員的健康。
圖1是本發明主控制系統框圖；圖2是本發明微處理器控制系統框圖；圖3是本發明鍵盤與顯示面板電路框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步描述。
本發明高頻電刀是由主機和與主機相應接口連接的電刀筆、中性電極、雙極鑷、腳踏開關、煙霧清除系統等附件組成，主機內設置主控制系統，由主控制系統發出指令信號，接受回饋信號，調整輸出功率等控制指令。
如圖1所示，主控制系統包括微處理器控制系統及分別與微處理器控制系統聯通的功率輸出電路、信號跟蹤採樣電路、電刀筆控制電路、負極板檢測電路，煙霧吸附控制電路、高壓直流電源電路。其中信號跟蹤採樣電路包括輸出高壓檢測、輸出電壓檢測、輸出電流檢測電路。
微處理器控制系統包括主控制處理器、面板管理處理器、輔助控制處理器、波形發生器，各處理器之間以標準總線方式通訊，以中斷響應方式與硬體電路交互信息。如圖2所示，主控制處理器接收中性電極檢測、刀柄控制、面板鍵盤、溫度控制、聲音控制、腳踏開關控制、遙控刀筆控制各電路的信號，主控制處理器向輔助控制處理器提供控制命令；輔控制處理器向波形發生器提供控制命令，波形發生器按用戶設定的要求發出不同功能的信號波形；輔控制處理器接收高壓電源電壓控制、輸出高壓檢測、輸出電壓檢測、輸出電流檢測、狀態繼電器控制、量程繼電器控制各電路的信號。輔控制器的主要作用就是實時採集工作時的各種狀態，並及時調整控制，以達到輸出的指標要求。
主控制處理器、輔控制處理器，採用性能良好的ATMEGA162單片微機，具有工作穩定、可靠，且可工作於28M以上的工作頻率，處理時間短，速度快，抗幹擾能力強，主控制處理器作為主控中心，負責控制指揮各個分處理器和要求響應速度快的部分，以實現實時監測、快速響應和處理。為了使整個控制系統安全、可靠，本系統採用了兩片超大規模的數字處理晶片EPM7128、SLC84-15實現對數字量的管理，具有速度快、控制集中、抗幹擾能力強，各種模擬信號由高精度的AD1674和AD7216完成轉換。
下面對主要控制電路做詳細描述。
鍵盤與顯示面板電路為了節省主CPU的時間，顯示及鍵盤由單獨的CPU來管理，並將回聲所設定的各功能的設定值，用串行通信方式傳輸到主CPU作為控制的依據。如圖3所示，12位LED數碼顯示管，由12個具有串入並出及質存功能的74LS595來實現，具有顯示穩定、抗幹擾能力強的特點。12個功能鍵由CPU的P0P2口直接管理，且以中斷的方式實現對該鍵的管理。其它23個LED指示燈，分別由具有鎖存26及驅動能力的晶片控制。鍵盤與顯示面板獨立管理，抗高頻幹擾能力強；模塊化結構化合理；便於裝配；調整及維修安全、可靠。
高壓直流電源電路高壓直流電源是整個設備的能量的提供者，其性能的好壞，直接影響整機的指標和安全、可靠性、穩定性，電路的形式、元器件參數指標及高頻電磁材料是本電源的關鍵。電源主要採用脈寬調製，全橋輸出的電路形式，具有電壓調整範圍寬，輸出功率大的特點。交流電壓經符合電磁兼容的DL-10DZ2KR2(W)濾波器後，直接進入高壓整流、濾波，為全橋逆變管提供直流310V高壓，脈寬調製晶片採用UC3825A，其頻率設為43KHz，其輸出經隔離驅動，推動全橋4個VMOS管交替工作，且作用於具有負阻效應的高頻輸出變壓器，其輸出再經快恢復高頻大功率二極體的整流、濾波、而形成0-180V可調的電壓輸出，輸出的直流電壓，經採樣放大控制UC3825A，使輸出電壓穩定。
低壓直流電源是整機各部分電路的工作電源，該電源選擇了成熟的單管並聯開關型穩壓電源。交流220V經低通濾波器進入整流及濾波，產生了10V直流高壓、並啟動UC3843脈寬調製晶片工作，產生固定脈寬的激勵信號，推動IRFPC40大功率VMOS管工作，其負載是高頻電源變壓器，經變壓器耦合在副邊繞組的線圈上，感應出脈衝信號，再經整流、濾波，分別輸出±12V+15V等電壓輸出，其中+15V經採樣光電隔離再反饋到UC3843晶片，以保證各路輸出電壓的穩定。
功率輸出電路
臨床經驗說明，幅度正弦波適於電刀「切」功能，尖脈衝適於「凝」。功率輸出包括三種形式電切輸出、電凝輸出、雙極輸出，並輸出大功率且能進行幾種功能的轉換。採用甲類單管功率放大的形式，在其逆程電容及結流二極體的作用下，在高壓輸出變壓器的原邊形成正弦正半周的工作波形，這就要求大功率管，應具備高頻特性好、高反壓及低電阻的性能指標，在變壓器的副邊與多個電容形成正弦波的諧振迴路，在大功率管的矩形波的激勵下，使大功率管進入放大狀態，在副邊的諧振迴路中，產生正弦波，中心頻率270K，而工作頻率是393KHz。目的便於輸出增益的調整，當電繼電器改變，原、副邊線圈與電容的聯接方式，即可進入「凝」狀態。
信號跟蹤採樣電路包括輸出高壓檢測(輔助跟蹤電路)、輸出電壓檢測、輸出電流檢測電路；電壓、電流跟蹤檢測電路是CPU實時採集控制輸出及恆輸出的重要依據，該電路的形式相同，均採用高精度反饋放大式整流電路，可以快速將微弱高頻小信號轉換為直流電平送A/D轉換器轉換，為了保證其工作在線性放大區，在互感器的後邊增加了按比例衰減器，來保證計算的精度，本電路的關鍵是高精度的AD827運算放大器及1％精度的電阻來保證。
輔助跟蹤電路的是從整機安全的角度考慮，當設備輸出超標或電流過大，電壓過高時，通過輔助跟蹤電路，提供相應的參數，讓CPU關閉相應的電、發波等電路，來保證整機硬體設備的安全。
中性電極檢測電路由依次連接的壓控振蕩器、信號採樣放大器和A/D信號轉換器組成。由XR2209及相應的阻容件組成壓控振蕩器，工作頻率可調(設f＝80HKz)，輸出的脈衝波形經過積分電路，作用到負極板所接觸的LC諧振迴路中，當中性電極的接觸面積變化時，使迴路的Q值變化，經T10變壓器耦合，使其幅度變化，再經過模擬開關及放大，向A/D轉換器提供0.6-3.6V的直流電壓變化的信號，來判斷接觸面積的大小和接觸是否良好。
刀筆控制電路刀筆的啟動信號是通過整機的輸出埠來實現的，該埠輸出是與整機電路完全隔離的，是懸浮的。電刀筆控制電路包括依次連接的刀筆電源、比較器和隔離器，用LM393構成比較器，當有刀筆按鍵按下時，比較器翻轉，經光電耦合器向CPU提供中斷信號，來啟動相應功能的發波，兩個輸出埠，有4個比較放大器，即可實現。刀筆電源是由反相器構成的簡易脈衝發生器及控制門電路和單管甲類放大器組成，經過隔離耦合變壓器(耐壓≥9000V)，耦合到副邊再整流、濾波形成3組負電源電壓，供刀筆控制電路使用。
煙霧吸附控制電路由依次連接的D/A信號轉化器、電機控制器、電機電源和吸風電機組成。根據煙霧吸附控制的功能需求，電機控制器採用功能較強的89C51內置程序存儲器，4個8位的I/O埠和內部定時/計數器，具有較強的中斷系統和指令系統，通過程序及硬體電路，實現對吸風電機的控制和管理，在鍵盤與顯示面板上設置啟動/停止鍵、控制方式選擇鍵及數字加減鍵，有3位LED數碼顯示器，用於顯示速度設定值和常速，高速數值的實時顯示以及故障報警信息顯示等，有不同功能的指示燈，還有一組顯示過濾器壽命的LED批示燈。用戶可以通過鍵盤方便的設置吸風電機的吸入功率(轉速)值，並經D/A轉換器來調節電機控制器，以改變直流電機的轉速，即控制吸風電機對煙霧的吸入流量，工作時CPU將速度設定值通過LED高亮數碼管實時顯示。
權利要求
1.一種高頻電刀，其特徵是，所述電刀主機內設置主控制系統，主控制系統包括微處理器控制系統及分別與微處理器控制系統聯通的功率輸出電路、信號跟蹤採樣電路、電刀筆控制電路、中性電極檢測電路，煙霧吸附控制電路、高壓直流電源電路；信號跟蹤採樣電路包括輸出高壓檢測、輸出電壓檢測、輸出電流檢測電路；微處理器控制系統包括主控制處理器、面板管理處理器、輔助控制處理器、波形發生器；主控制處理器接收中性電極檢測、刀柄控制、面板鍵盤、溫度控制、聲音控制、腳踏開關控制、遙控刀筆控制各電路的信號，主控制處理器向輔助控制處理器提供控制命令；輔控制處理器向波形發生器提供控制命令，輔控制處理器接收高壓電源電壓控制、輸出高壓檢測、輸出電壓檢測、輸出電流檢測、狀態繼電器控制、量程繼電器控制各電路的信號。
2.根據權利要求1所述的高頻電刀，其特徵是，所述電刀筆控制電路包括依次連接的刀筆電源、比較器和隔離器，刀筆電源由反相器構成的簡易脈衝發生器及控制門電路和單管甲類放大器組成。
3.根據權利要求1所述的高頻電刀，其特徵是，所述中性電極檢測電路由依次連接的壓控振蕩器、信號採樣放大器和A/D信號轉換器組成。
4.根據權利要求1所述的高頻電刀，其特徵是，所述煙霧吸附控制電路由依次連接的D/A信號轉化器、電機控制器、電機電源和吸風電機組成。
全文摘要
本發明公開了一種對人體組織直接進行切割、止血的高頻電刀。本發明所述電刀主機內設置主控制系統，主控制系統包括微處理器控制系統及分別與微處理器控制系統聯通的功率輸出電路、信號跟蹤採樣電路、電刀筆控制電路、中性電極檢測電路，煙霧吸附控制電路、高壓直流電源電路；微處理器控制系統包括主控制處理器、面板管理處理器、輔助控制處理器、波形發生器。本發明高頻電刀是一種取代機械手術刀進行組織切割的電外科設備，它通過有效電極尖端產生的高頻電流與肌體接觸時對組織進行加熱，實現對肌體組織的分離和凝固，從而起到切割和止血的目的，與此同時將手術中產生的有毒、有害氣體吸收、處理。
文檔編號A61B18/12GK101069651SQ20071005767
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者劉金成 申請人:劉金成