一種混切高頻電刀的製作方法

2023-09-13 01:24:30

專利名稱：一種混切高頻電刀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種手術電刀，具體涉及一種自動調整切、凝效果的恆功率混切高頻電刀。
一般來說，現有的常規電刀以主(載)頻率波形的調製深度來劃分各混切模式的切、凝效果。其調製愈深，即調製脈衝寬度愈窄，凝血效果愈好，反之，凝血效果將變差。為追求凝血效果而使調製脈寬縮窄時，輸出功率將不足以維持切割所必須的水平，從而引起切割不良甚至組織液化，這就勢必要提高輸出峰值電壓。然而過高的峰值電壓不僅可造成組織的過度灼傷，還可能帶來其它安全方面問題，如增大高頻漏電流。
另外，為了適應不同患者、不同手術、不同組織狀態以及不同操作者的需要，常規電刀將切割、凝血功能劃分成若干個工作模式(如切分為純切、混切1、混切2……，凝分為除溼、點凝、面凝……)，供使用者需要進行選擇和轉換。這種手術中頻繁的選擇和轉換不僅操作不方便，而且效果不理想，有時切割不爽，有時止血不良，甚至引起組織液化或過分焦灼，影響患者康復。
本實用新型的目的在於研究開發一種既能高效切割又能高效凝血且能根據組織狀態自動調整切割、凝血能力的所謂「真混切」高頻電刀，該種手術電刀對不同患者、不同組織和不同組織狀態均能維持最佳的切割和凝血效果，滿足各種手術的需要。
本實用新型提供了一種混切高頻電刀，它使高頻電刀維持恆功率輸出以保持任何組織和組織狀態下的切割效果，同時又能根據組織狀態自動調整調製脈寬以提高凝血效果，從而達到兩者的最佳組合。
具體地說，本發明採用一個恆壓開關式高頻功放電路和一個以功放工作電流自動調整調製脈衝寬度的功放驅動電路，巧妙地構成一種切、凝效果俱佳的「真混切」高頻電刀。開關式功放恆壓供電使輸出峰值電壓始終處於一個相對較低的水平，以保證不過分灼傷組織為限；自動調整脈寬的驅動電路將使電力輸出能同時地增強低阻抗(出血和潮溼)組織的凝血效果和高阻抗(乾燥、出血少)組織的切割效果。
在實際手術過程中，如在遇到出血和(或)液體較多的潮溼組織即低阻抗組織時，輸出電流以至功放工作電流將出現增大趨勢，用這個可能增大的電流去調整調製脈衝寬度使之下降，既維持了輸出功率的恆定不使其增大而引起過分切割和煙霧，又增強了凝血效果(因其脈寬窄)；反過來，在遇到出血和液體較少的乾燥組織(如脂肪等)即高阻抗組織時，輸出電流以至功放工作電流將出現下降趨勢，用這個可能下降的電流去調整調製脈衝寬度使之加寬，以維持輸出功率而保證切割效果，因其僅增加脈寬而不提高電壓，故不會出現過分灼傷等問題。
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步詳細敘述


圖1為本實用新型提供的一種混切高頻電刀的方框結構圖圖2為
圖1中自動調整調製脈寬驅動電路及恆壓開關式高頻功放電路的電路圖如
圖1中所示，本實用新型提供一種自動調節切、凝效果的混切高頻電刀，其主要包括一個電流(功率)設定電路1、一個高頻振蕩電路2、一個分頻電路3、一個低壓供電電路4、一個恆壓開關電源電路5、一個自動調整調製脈寬的驅動電路6、一個恆壓開關式高頻功放電路7以及一輸出迴路8。
首先，市電進入恆壓開關電源電路5產生EH、進入低壓供電電路4產生EC,EH為恆壓開關式高頻功放電路7提供電源，EC為自動調整調製脈寬的驅動電路6提供電源，EC同時為電流(功率)設定電路1、高頻振蕩電路2、分頻電路3提供電源；電流(功率)設定電路1產生IR，高頻振蕩電路2產生ts，分頻電路3產生f0，它們一起去控制自動調整調製脈寬的驅動電路6；來自恆壓開關式高頻功放電路7的採樣電流i與電流(功率)設定電路1產生的IR通過自動調整調製脈寬的驅動電路6相互調節作用，最後，恆壓開關式高頻功放電路7輸出高頻功率電流和電壓，經輸出迴路8輸出進行手術。
本實用新型提供的一種混切高頻電刀的恆壓開關式高頻功放電路可以是全橋、半橋、推挽或其它任何高頻功率放大電路，只要以恆壓供電和開關方式工作即可。另外，該功放電路的負載能力要強，即高低阻抗負載下的效率比較一致且較高，方可保證輸出功率與被控的功放功率相對應。
作為本實用新型的實施例，在圖2中的功放電路採用四隻功率MOS器件Q4、Q6、Q7、Q8以及電阻R13、R14、R15、R16等構成由恆壓開關電源EH供電的全橋放大電路，在驅動變壓器T1輸出的四組方波信號作用下，兩對角線上的功率MOS器件輪流通斷作開關動作，從而在輸出變壓器T2付邊產生高頻功率方波電壓和電流，經輸出迴路調諧平衡後加到輸出電極上進行手術。
本實用新型提供的一種真混切高頻電刀的自動調整調製脈寬的驅動電路是本實用新型的核心部分，作為本實用新型的實施案例，如圖2中所示的自動調整調製脈寬的驅動電路主要包括一個由運放U1，電阻R1、R2、R3，電容C1、C2、C3等器件構成的負載下功放工作電流偏差的PID調節器(電路)，其中，R2、C2並接在運放U1的輸入負端，在該端同時串聯R3、C3接到運放U1的輸出端，R1、C1接到運放U1的輸入正端；一個由運放U2、電阻R5、R6、R7、可變電阻W1、W2等器件構成的開路脈寬設定電路，其中，可變電阻W1中端串聯R6接到運放U2的輸入正端，可變電阻W2中端串聯R5接到運放U2的輸入負端，在該端同時串聯電阻R7接到運放U2的輸出端；一個由運放U3、電阻R4、R8、R9、R10等器件構成的加法器，其中R4、R8接到運放U3的輸入正端，R9接到運放U3的輸入負端，在該端同時串聯R10接到運放U3的輸出端；一個由三極體Q1、二極體D1、電阻R11、電容C4等器件構成的脈寬自動調整電路，其中，電阻R11接到三極體Q1的基極，二極體D1接到三極體Q1的集電極與發射極之間，電容C4的一端與三極體Q1的集電極相連，另一端與地相連；及一個由與非門U4、U5，非門U6、U7、U8和功率MOS管Q2、Q3、變壓器T1等器件構成的調製放大電路。
如圖2所示，本實用新型提供的一種真混切高頻電刀的自動調整調製脈寬的電路中，功放電路(經R17轉換後)送來的功放工作電流採樣信號(i)和電流(即功率，因功放為恆壓工作，功率與電流成正比)設定電路送來的電流(功率)設定信號(IR)，在運放U1及阻容R1～R3、C1～C3構成的PID(比例-積分-微分)調節器電路中，進行負載時電流偏差(i-IR)的比例放大和積分、微分運算，得到負載情況下功放工作電流偏差PID調節信號ΔIL，與運放U2、電位器W1、W2和電阻R5～R7構成的開路脈寬設定電路送出的開路脈寬信號ΔIo(產生方法如後述)，在運放U3、電阻R4、R8～R10構成的加法器中相加後產生實際脈寬調節信號ΔI,ΔI將控制由電阻R11、三極體Q1、二極體D1及電容C4構成的脈寬自動調整電路中Q1的導通程度，其導通電阻與電容C4和二極體D1構成的延時電路，使高頻振蕩和分頻電路送來的基本調製脈衝寬度ts縮短到滿足電刀輸出功率(電流)要求的實際調製脈寬tu，在與非門U4、U5中與高頻振蕩和分頻電路送來的主(載)頻率f0和(經非門U6產生的)f0相「與」形成兩組異向調製信號，經非門U7、U8及MOS管Q2、Q3、電阻R12、驅動變壓器T1構成的推挽放大器放大後在T1付邊送出兩兩同相的四組高頻方波驅動信號，供高頻功放作驅動用。
空載時，電刀輸出電流很小，功放工作電流採樣信號i也很小，U1等器件構成的PID調節器基本不起作用，即其輸出ΔIL=0，調製脈寬將主要取決於U2等器件構成的空載脈寬設定電路的輸出信號ΔIo。電流(功率)設定IR為0時，最大脈寬調節電位器W2送入U2的信號始終為0，調節最小脈寬設定電位器W1,U2送出某一恆定電平ΔIo(m)經加法器後控制Q1達最小導通程度(導通電阻最大)，剛好使調製脈寬tu=tu(m)=0，即IR為「0」設定時，電刀無輸出波形和功率。在電流(功率)設定信號IR為最大時(輸出功率達額定值時的設定信號)，空載下調節最大脈寬設定電位器W2，將使空載脈寬設定電路輸出ΔIo降低到某一最小值ΔIo(M)(對應最大開路脈寬)，從而控制Q1達最大導電程度(導通電阻最小)，對基本脈寬ts的延時作用也最小，則使開路調製脈寬tu達最大值tu(M)，該最大脈寬直接影響高阻負載(如2KQ以上)的輸出功率。隨著電流(功率)設定的下降，開路脈寬將線性地隨之下降(到「0」設定時為0)。
在某一功率(電流)設定下，電刀負載變化時，功放工作電流(採樣i)將隨之變化，調製脈寬tu也隨之變化。當負載加重(負載電阻減小)時，採樣電流i將升高，電流偏差ΔIL將增加(增加的速度、數量由PID調節器參數決定)，迫使Q1導通程度下降(導通電阻增加)，從而使調製脈寬tu下降，最後使功放電流下降而恢復到接近原設定值，也就維持了電刀輸出功率基本不變(不增大)，這樣，手術中遇到潮溼(或)出血多的低阻抗組織時，不會發生過分切割和過大煙霧現象，同時縮窄了的脈衝寬度將提高止血效果。
當負載變輕(負載電阻增大)時，採樣電流i將減小，電流偏差ΔIL將下降(下降速度、數量由PID調節器參數決定)，迫使Q1導通程度增加(導通電阻下降)，從而使調製脈寬tu上升，最後使功率電流上升而恢復到接近原設定值，也就維持了電刀輸出功率基本不變(不降低)，保證高阻抗組織(如脂肪、筋腱等)的切割效果，而高阻抗組織本身就是出血較少和(或)比較乾燥的，對止血要求可以降低，因此脈寬適當增加是沒什麼影響的。這裡未提高功放工作電壓，因而電刀輸出峰值電壓也沒提高，不會引起過分灼傷。
本實施例中的基本調製脈寬由最大輸出功率決定。由於本發明電刀能將切、凝效率自動調整於最佳組合狀態，故一般手術所需的功率相當低，如10-50W(200Ω-2000Ω負載)就可順利進行手術(實際使用功率還與手術電極形狀尺寸及其移動速度有關)，其基本脈寬取30％-50％已足夠，某些特殊手術(如水下手術)要求較大功率，可適當提高基本脈寬。
雖然，本實用新型的實施例中給出的是模擬控制方法，它的優點是可保證調製脈寬以至輸出功率能連續調整和快速響應，但如用數字或計算機方法來控制和調整調製脈寬，也可同樣實現切、凝效果的滿意組合，達到「真混切」的目的，只是要保證響應速度應足夠快，以防產生低頻噪音。
權利要求1.一種高頻手術電刀，其特徵在於該高頻手術電刀主要包括一個電流(功率)設定電路(1)、一個高頻振蕩電路(2)、一個分頻電路(3)、一個低壓供電電路(4)、一個恆壓開關電源電路(5)、一個自動調整調製脈寬的驅動電路(6)、一個恆壓開關式高頻功放電路(7)以及一輸出迴路(8)；首先，市電進入恆壓開關電源電路(5)產生EH、進入低壓供電電路(4)產生EC,EH為恆壓開關式高頻功放電路(7)提供電源，EC為自動調整調製脈寬的驅動電路(6)提供電源，EC同時為電流(功率)設定電路(1)、高頻振蕩電路(2)、分頻電路(3)提供電源；電流(功率)設定電路(1)產生IR，高頻振蕩電路(2)產生ts，分頻電路(3)產生f0，它們一起去控制自動調整調製脈寬的驅動電路(6)；來自恆壓開關式高頻功放電路(7)的採樣電流i與電流(功率)設定電路(1)產生的IR通過自動調整調製脈寬的驅動電路(6)相互調節作用，最後，恆壓開關式高頻功放電路(7)輸出高頻功率電流和電壓，經輸出迴路(8)輸出進行手術。
2.根據權利要求1所述的一種高頻手術電刀，其特徵在於所述的恆壓開關式高頻功放電路(7)可以是全橋、半橋、推挽或其它任何高頻功率放大電路，只要以恆壓供電和開關方式工作即可；另外，該功放電路的負載能力要強，即高低阻抗負載下的效率比較一致且較高，方可保證輸出功率與被控的功放功率相對應。
3.根據權利要求2所述的一種高頻手術電刀，其特徵在於所述的恆壓開關式高頻功放電路(7)採用四隻功率MOS器件Q4、Q6、Q7、Q8以及電阻R13、R14、R15、R16等構成由恆壓開關電源Eh供電的全橋放大電路，在驅動變壓器T1輸出的四組方波信號作用下，兩對角線上的功率MOS器件輪流通斷作開關動作，從而在輸出變壓器T2付邊產生高頻功率方波電壓和電流，經輸出迴路調諧平衡後加到輸出電極上進行手術。
4.根據權利要求1所述的一種高頻手術電刀，其特徵在於所述的自動調整調製脈寬的驅動電路(6)主要包括一個由運放U1，電阻R1、R2、R3，電容C1、C2、C3等器件構成的負載下功放工作電流偏差的PID調節器(電路)，其中，R2、C2並接在運放U1的輸入負端，在該端同時串聯R3、C3接到運放U1的輸出端，R1、C1接到運放U1的輸入正端；一個由運放U2、電阻R5、R6、R7、可變電阻W1、W2等器件構成的開路脈寬設定電路，其中，可變電阻W1中端串聯R6接到運放U2的輸入正端，可變電阻W2中端串聯R5接到運放U2的輸入正端，在該端同時串聯電阻R7接到運放U2的輸出端；一個由運放U3、電阻R4、R8、R9、R10、等器件構成的加法器，其中R4、R8接到運放U3的輸入正端，R9接到運放U3的輸入負端，在該端同時串聯R10接到運放U3的輸出端；一個由三極體Q1、二極體D1、電阻R11、電容C4等器件構成的脈寬自動調整電路，其中，電阻R11接到三極體Q1的基極，二極體D1接到三極體Q1的集電極與發射極之間，電容C4的一端與三極體Q1的集電極相連，另一端與地相連；及一個由與非門U4、U5，非門U6、U7、U8和功率MOS管Q2、Q3、變壓器T1等器件構成的調製放大電路；在所述自動調整調製脈寬的驅動電路(6)中，功放電路(7)(經R17轉換後)送來的功放工作電流採樣信號(i)和電流(即功率，因功放為恆壓工作，功率與電流成正比)設定電路送來的電流(功率)設定信號(IR)，在運放U1及阻容R1～R3、C1～C3構成的PID(比例-積分-微分)調節器電路中，進行負載時電流偏差(i-IR)的比例放大和積分、微分運算，得到負載情況下功放工作電流偏差PID調節信號ΔIL，與運放U2、電位器W1、W2和電阻R5～R7構成的開路脈寬設定電路送出的開路脈寬信號ΔIo，在運放U3、電阻R4、R8～R10構成的加法器中相加後產生實際脈寬調節信號ΔI,ΔI將控制由電阻R11、三極體Q1、二極體D1及電容C4構成的脈寬自動調整電路中Q1的導通程度，其導通電阻與電容C4和二極體D1構成的延時電路，使高頻振蕩和分頻電路送來的基本調製脈衝寬度ts縮短到滿足電刀輸出功率(電流)要求的實際調製脈寬tu，在與非門U4、U5中與高頻振蕩和分頻電路送來的主(載)頻率f0和(經非門U6產生的)f0相「與」形成兩組異向調製信號，經非門U7、U8及MOS管Q2、Q3、電阻R12、驅動變壓器T1構成的推挽放大器放大後在T1付邊送出兩兩同相的四組高頻方波驅動信號，供高頻功放作驅動用。
專利摘要本實用新型涉及一種混切高頻電刀,其主要包括一個電流(功率)設定電路(1)、一個高頻振蕩電路(2)、一個分頻電路(3)、一個低壓供電電路(4)、一個恆壓開關電源電路(5)、一個自動調整調製脈寬的驅動電路(6)、一個恆壓開關式高頻功放電路(7)以及一輸出迴路(8)。本實用新型在遇到不同組織時,其輸出電流以至功放工作電流將會出現變化趨勢,用這個變化的電流去調整調製脈衝寬度,既維持了輸出功率的恆定不使其變化而引起過分切割和煙霧,又增強了凝血效果。
文檔編號A61B18/12GK2460062SQ01210260
公開日2001年11月21日 申請日期2001年1月18日 優先權日2001年1月18日
發明者沈積仁, 朱忠明, 侯筱砥 申請人:上海滬通電子有限公司