電波刀功率發生器的製作方法

2023-09-22 03:17:10 1

專利名稱：電波刀功率發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種手術醫療器械，特別涉及一種用於電波刀的功率 發生器。
技術背景高頻電刀也稱高頻手術設備，是一種取代機械手術刀進行切割和凝血 的電外科器械。它通過有效電極尖端產生的高頻髙壓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。高頻電刀的加熱效應是將高電流密度的高頻電流聚集起來，直接摧毀 處於有效電極尖端接觸點下的病變組織，當與有效電極相接觸或相鄰近的 組織或細胞的溫度上升到細胞中的蛋白質變性的時候，便產生凝血效果。普通高頻電刀賴以工作的髙頻高壓電流是由電路部分的功率發生器產生的，其工作頻率一般均低於lMHz，而單極電刀僅為0.3 0.5MHz。這種 較低工作頻率的高頻電刀在工作時會產生如下弊病1、 在高頻電刀功率發生器的工作電路中，用以收集和返回手術電流的 中性電極必須緊貼患者身體的合適部位，並且其與病人相接觸的面積須達 到足夠大，因為中性電極在高頻電刀啟動時會產生很大的高頻電流，如果 中性電極與患者身體的接觸面積過小，則接觸處的電流密度就會增大，從 而燒傷患者。2、 由於電流工作頻率較低，高頻電刀功率發生器有效電極的作用範圍 就大而深，因此手術不僅將病變組織摧毀，而且對周邊的健康組織造成不 必要的灼傷，從而不利於患者的術後康復。實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是避免現有高頻電刀功率發生器在中 性電極處有可能對患者身體造成的灼傷以及有效電極作用範圍過大而引起
的健康組織不必要的損傷，提供一種能夠使用天線式絕緣的中性電極和手 術作用範圍高度集中的電波刀功率發生器，其可有效避免高頻電刀對人體 組織造成的不必要灼傷，達到更好的切割和凝血的效果。 本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案如下 一種電波刀功率發生器，其包括有射頻振蕩級、射頻緩衝級、射頻調 制級、調製脈衝級、射頻初放級、射頻驅動級、射頻功放級和射頻輸出級； 所述射頻振蕩級包括有2—5MHz基波晶體，其用以產生2—5MHz高幅振 蕩的正弦波；所述射頻緩衝級連接於射頻振蕩級的輸出端，其用以緩衝放 大來自射頻振蕩級的振蕩信號；所述調製脈衝級用以轉換且輸出方波調製 信號；所述射頻調製級與射頻緩衝級和調製脈衝級分別相連接，其接受來 自調製脈衝級的信號的控制，對射頻進行脈衝調製以產生要求的調製式射 頻波；所述射頻初放級連接於射頻調製級的輸出端，其用以放大來自射頻 調製級的射頻波信號並提供給射頻驅動級；所述射頻驅動級與射頻初放級 相連接，其提供兩組互為反相的驅動信號給射頻功放級；所述射頻功放級 連接於射頻驅動級的後端，其將高壓直流電源的能量轉換為射頻功率；所 述射頻輸出級與射頻功放級相連接，其用以對射頻波進行變換整形並向應 用電極輸送手術用電流和功率。本實用新型所述電波刀功率發生器的射頻振蕩級為電容耦合晶體諧振 式考畢茲正弦波振蕩器；所述射頻調製級包括有二 N溝道結型場效應管和 一 PNP型射頻開關管，其中一 N溝道結型場效應管串聯於信號電路中以用 作主開關，另一N溝道結型場效應管也串聯於信號電路中，用作與主開關 同步動作的第二輔助開關，該PNP型射頻開關管並聯於信號電路中以用作 第一輔助開關；所述射頻驅動級為包括有一低壓射頻MOS管和一寬帶射頻變壓器的A類射頻驅動電路；所述射頻功放級為由二高壓射頻功率MOS 管、 一平衡供電扼流圈和一寬帶射頻輸出變壓器構成的共漏推挽功率放大
器；所述射頻輸出級包括有用以降低射頻輻射和洩漏的雙LC諧調電路。與普通高頻電刀的功率發生器比較，本實用新型所述的電波刀功率發 生器採用了一個含有2—5MHz基波晶體的電容耦合晶體諧振式考畢茲正 弦波振蕩電路，其可產生2—5 MHz的高幅振蕩的射頻正弦波，使高頻電 刀的工作頻率提高到2MHz以上，從而構成所謂的"電波刀"。由於工作電 流顯著地提高了射頻輻射能力和射頻定向傳輸能力，能產生更好的集膚效 應，所以就允許使用絕緣的天線作為中性電極，從而避免了中性電極接觸 面積過小或者意外鬆脫所引起的患者身體灼傷。與此同時，工作電流頻率 的大幅提高允許使用更尖細的手術電極，使得有效電極的手術作用範圍高 度集中，透入深度明顯下降，因而電極尖端處高頻高壓電流所產生的能量 可以更加集中於病灶組織，大大減少或避免不希望的周邊健康組織的意外 灼傷。此外，由於主要是依靠射頻電波傳輸能量，所以導致電極中的傳導 電流減小、手術電極溫度下降，從而特別有利於日益廣泛應用的微創手術 和精細手術；同時因為手術電流和功率集中，切凝效果更佳，採用本實用 新型的電波刀不僅能夠進行普通高頻電刀所能實施的任何電外科手術，而 且還能進行普通高頻電刀所無法勝任的對皮膚、筋腱、韌帶等高阻抗組織 的切割、凝血手術。

圖1是本實用新型的原理方框圖。圖2是本實用新型的電路原理示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明。首先請參閱圖1本實用新型的原理方框圖，所述電波刀功率發生器包括有射頻振蕩級l、射頻緩衝級2、射頻調製級3、調製脈衝級4、射頻初 放級5、射頻驅動級6、射頻功放級7和射頻輸出級8。再請參閱圖2本實用新型的電路原理示意圖。所述射頻振蕩級1是一
電容耦合晶體諧振式考畢茲正弦波振蕩器，用以產生2—5MHz高幅振蕩的 正弦波，在圖2所示的實施例中，其由射頻振蕩管Qi及其周圍器件構成， 除射頻振蕩管Q,以外，它還包括有基波晶體Yi、電阻R" R2 、 113和電容 d、 C2。 Y,是2—5MHz基波晶體，作諧振濾波用，可用以產生2—5MHz 高幅振蕩的正弦波；(^是射頻振蕩管，兼作放大用；電阻R,、 R2、 &是射 頻振蕩管Q,的靜態偏置器件，使射頻振蕩管Q,偏置於低壓電源電壓中點 和較大電流幅度下；電容d、 C2是分壓耦合電容，既作反饋振蕩用，又可 控制振蕩輸出幅度。所述射頻振蕩級1也可以是其它能產生2—5 MHz高 幅振蕩的優質正弦波振蕩器。所述射頻緩衝級2連接於射頻振蕩級1的輸出端，其由射頻晶體三極 管Q2及電阻R4構成，射頻晶體三極體Q2的靜態偏置由射頻振蕩管Q,偏 置電路及電阻R4確定。該射頻緩衝級2用以緩衝隔離前後級電路和放大來 自射頻振蕩級1的振蕩信號，其主要目的是增大負載能力，防止後續射頻 調製級3對射頻振蕩級1的影響。所述射頻調製級3分別與射頻緩衝級2和調製脈衝級4相連接，其接 受來自調製脈衝級4的信號的控制，對射頻進行脈衝調製以產生要求的調 制式射頻波。該射頻調製級3包括有三隻電晶體二個N溝道結型場效應 管Q" Qs和一個PNP型射頻開關管Q4，它們與相關電阻、二極體構成一 交流射頻開關，在調製脈衝級4送來的正負調製脈寬信號D的作用下，對 射頻進行脈衝調製以產生電波刀工作所需的不同模式的調製式射頻波。其 中，N溝道結型場效應管Q3串聯於信號電路中，用作關斷和接通射頻信號 的主開關；PNP型射頻開關管Q4並聯於信號電路中以用作第一輔助開關， 其將N溝道結型場效應管Q3關斷時的洩漏(殘存)信號接地，從而保證射 頻關斷時輸出信號處於"0"電平；另一N溝道結型場效應管Q5也串聯於 信號電路中以用作第二輔助開關，其與主開關同步動作，使PNP型射頻開 關管Q4在對地接通或斷開瞬間對後續射頻初放級5和射頻驅動級6的衝擊 影響降到最低程度。所述調製脈衝級4是一種方波電平轉換電路，其為常規電路，與普通 高頻電刀無多大區別，故在圖2中未有表示。該調製脈衝級4用以轉換且 輸出方波調製信號，它將單電源CMOS方波振蕩電路產生的幾十到幾百 KHz的正向方波(一般為12V)轉換為低壓電源士Ec的方波調製信號D， 然後輸入射頻調製級3並對之實施控制，產生所要求的波形。所述射頻初放級5連接於射頻調製級3的輸出端，其用以放大來自射 頻調製級3的射頻波信號並提供給射頻驅動級6，該射頻初放級5是射頻驅 動級6的前置放大電路，射頻晶體三極體Q6是它的主要器件。所述射頻驅動級6與射頻初放級5相連接，它實際上是包括有一低壓 射頻MOS管Q7和一寬帶射頻變壓器^的單管A類射頻驅動電路。在該電 路中，用作驅動管的Q7被偏置於A類工作狀態，以保證其輸出驅動主波形 為純淨正弦波，電位器W,及電阻R9、 R1Q、 R 構成本射頻驅動級6與上級 射頻初放級5公用的偏置電路；電容Cs、 C6、 C7與電感L,構成本射頻驅動 級6的電源濾波(恆流)電路，電容C8是尖峰吸收與諧振電容；寬帶射頻 變壓器^為驅動變壓器，其必須使射頻驅動級6的輸出阻抗和射頻功放級 7的輸入阻抗相匹配，以得到足夠的驅動幅度和功率，它能高效傳輸經調製 的射頻信號，兩隻(一對)付邊產生極性相反的兩組正弦驅動信號(峰值 達士20V),分送用作功放管的Qs和Q9，以提供兩組互為反相的驅動信號 給射頻功放級7。所述射頻功放級7連接於射頻驅動級6的後端，將高壓直流電源E的 能量轉換為射頻功率，其使用兩隻高壓射頻功率MOS管Qs和Q9、 一隻平 衡供電扼流圈L2及一隻寬帶射頻輸出變壓器T2構成源極輸出C類共漏推 挽射頻功率放大器。該功放電路中，兩隻高壓射頻功率MOS管Qs和Q9 布置成共漏結構(源極輸出)，其安裝於同一隻散熱器上，以避免額外的絕 緣要求；該平衡供電扼流圈L2具有雙重作用， 一是使高壓電源E均衡地向
兩隻高壓射頻功率MOS管Qs和Q9供電，二是將該兩隻高壓射頻功率MOS 管Qs和Q9的輸出電壓(峰值)加倍，使寬帶射頻輸出變壓器T2的變比降 低和易於阻抗匹配(因電波刀額定負載阻抗較高)；該寬帶射頻輸出變壓器 T2既能高效傳輸射頻功放級7的輸出射頻功率信號，又能使電波刀負載阻 抗與射頻功放級7輸出阻抗準確相匹配。圖2中，電阻Ru、 R,3用於扼制 自激振蕩，兩組阻容R"、 Q和Ru、 do分別構成兩高壓射頻功率MOS管 Qs和Q9的尖峰吸收電路，防止毛刺電壓擊穿高壓射頻功率MOS管Qs和 Q9。本射頻功放級7將經扼流圈L3、電容Cu、 C12、 C13、 C14、 ds濾波後 送來的直流電源E的能量轉換為150W以上2—5MHz的電波刀射頻功率。所述射頻輸出級8與射頻功放級7相連接，其用以對射頻波進行變換 整形並向應用電極輸送手術用電流和功率。該射頻輸出級8由L4、 Cw及 L5、 Cn雙LC諧調電路和中性電極耦合隔離電容d8、 Cw構成，它們使輸出 的正弦波形純淨化，降低高頻輻射和洩漏、隔斷低頻成分以保證安全；中性 電極耦合隔離電容Ci8、 Q9進行前接地，構成了符合電刀宋全要求國家標準 的BF型輸出迴路。圖2中A是手術電極，Pl、 P2是中性電極兩接點，它們 構成電波刀的應用電極，本射頻輸出級8將射頻波進行變換整形後向該應用 電極輸送手術用電流和功率。現將本實用新型所述電波刀功率發生器的工作原理簡述如下通電後 射頻振蕩級1產生較大幅度振蕩的2—5MHz射頻正弦波，經射頻緩衝級2 緩衝放大後送入射頻調製級3;該射頻調製級3在調製脈衝級4送來的正負 脈衝信號D的控制下，產生要求的調製式射頻波，經射頻初放級5放大後， 提供給射頻驅動級6;射頻驅動級6提供兩組互為反相的正弦驅動信號給射 頻功放級7，將高壓直流電源E的直流能量轉換為射頻功率，經射頻輸出 級8變換整形後送至應用電極作手術使用。此外，本實用新型的輸出控制可通過高壓電源E的調整和驅動幅度的設定來實現。由於本實用新型釆用了可產生2—5 MHz高幅振蕩射頻正弦波的電容 耦合晶體諧振式考畢茲正弦波振蕩電路，使高頻電刀的工作頻率提高到2MHz以上，從而顯著地提高了射頻輻射能力和射頻定向傳輸能力，所以 允許使用絕緣的天線作為中性電極，其可隔著手術服安置在患者體外，從 而避免了患者的身體灼傷。與此同時，高頻電流使電極的手術作用範圍高 度集中於病灶組織，有效地減少或避免了周邊健康組織的意外灼傷。因此, 採用本實用新型的電波刀特別有利於微創手術和精細手術，尤其適用於普 通高頻電刀所無法勝任的對皮膚、筋腱、韌帶等高阻抗組織進行切割、凝 血手術。
權利要求1、一種電波刀功率發生器，其特徵在於它包括有射頻振蕩級(1)、射頻緩衝級(2)、射頻調製級(3)、調製脈衝級(4)、射頻初放級(5)、射頻驅動級(6)、射頻功放級(7)和射頻輸出級(8)；所述射頻振蕩級(1)包括有2-5MHz基波晶體，其用以產生2-5MHz高幅振蕩的正弦波；所述射頻緩衝級(2)連接於射頻振蕩級(1)的輸出端，其用以緩衝放大來自射頻振蕩級(1)的振蕩信號；所述調製脈衝級(4)用以轉換且輸出方波調製信號；所述射頻調製級(3)與射頻緩衝級(2)和調製脈衝級(4)分別相連接，其接受來自調製脈衝級(4)的信號的控制，對射頻進行脈衝調製以產生要求的調製式射頻波；所述射頻初放級(5)連接於射頻調製級(3)的輸出端，其用以放大來自射頻調製級(3)的射頻波信號並提供給射頻驅動級(6)；所述射頻驅動級(6)與射頻初放級(5)相連接，其提供兩組互為反相的驅動信號給射頻功放級(7)；所述射頻功放級(7)連接於射頻驅動級(6)的後端，其將高壓直流電源的能量轉換為射頻功率；所述射頻輸出級(8)與射頻功放級(7)相連接，其用以對射頻波進行變換整形並向應用電極輸送手術用電流和功率。
2、 根據權利要求l所述的電波刀功率發生器，其特徵在於所述射 頻振蕩級(1)為電容耦合晶體諧振式考畢茲正弦波振蕩器。
3、 根據權利要求1或2所述的電波刀功率發生器，其特徵在於所 述射頻調製級(3)包括有二 N溝道結型場效應管和一 PNP型射頻開關 管，其中一N溝道結型場效應管串聯於信號電路中以用作主開關，另一 N溝道結型場效應管也串聯於信號電路中，用作與主開關同步動作的第二 輔助開關，該PNP型射頻開關管並聯於信號電路中以用作第一輔助開關。
4、 根據權利要求1或2所述的電波刀功率發生器，其特徵在於所 述射頻驅動級(6)為包括有一低壓射頻MOS管和一寬帶射頻變壓器的 A類射頻驅動電路。
5、 根據權利要求1或2所述的電波刀功率發生器，其特徵在於所 述射頻功放級(7)為由二高壓射頻功率MOS管、 一平衡供電扼流園和 一寬帶射頻輸出變壓器構成的共漏推挽功率放大器。
6、 根據權利要求1或2所述的電波刀功率發生器，其特徵在於所 述射頻輸出級(8)包括有用以降低射頻輻射和洩漏的雙LC諧調電路。
專利摘要本實用新型公開了一種用於手術治療的電波刀功率發生器，其包括有射頻振蕩級、射頻緩衝級、射頻調製級、調製脈衝級、射頻初放級、射頻驅動級、射頻功放級和射頻輸出級，該射頻振蕩級為能產生2-5MHz高幅振蕩射頻波的正弦波振蕩電路，因而允許電波刀使用天線式絕緣的中性電極，避免了普通高頻電刀中性電極因接觸面積過小而引起的意外灼傷，同時使電極的手術作用範圍高度集中，有效地減少或避免了周邊健康組織不必要的損傷，達到了更好的切割和凝血的效果。因此，本實用新型可廣泛應用於各類外科手術、微創手術和精細手術，尤其適應對皮膚、筋腱、韌帶等普通高頻電刀無法勝任的高阻抗組織進行手術。
文檔編號A61B18/12GK201046159SQ20072006996
公開日2008年4月16日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者丁紅雪, 餘漢卿 申請人:上海滬通電子有限公司