超聲切割止血手術儀的製作方法
2023-06-02 06:07:26
超聲切割止血手術儀的製作方法
【專利摘要】超聲切割止血手術儀中的超聲發生器，由微處理器控制電路、超聲驅動與超聲功放電路、電源電路及顯示電路組成，超聲驅動電路及超聲功放電路與超聲手術器械連接，由微處理器、高壓供電控制電路和過壓檢測電路構成控制迴路。本實用新型超聲刀既能精確切割，組織熱損傷小，極少有煙霧和焦痂，又能止血，封閉血管效果好，便於在重要器官附近分離，集分離、切割、凝血等多種功能於一身，術中無需更換器械，使得一些複雜手術和惡性腫瘤的根治手術在腹腔鏡下得以完成。
【專利說明】超聲切割止血手術儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種醫療器械，尤其是一種超聲切割止血手術儀，該超聲切割止血手術儀用於婦科、泌尿科等手術中，不僅能夠在開放手術中得到廣泛應用，而且可以應用在各種內窺鏡手術中。
【背景技術】
[0002]在外科學的發展歷史中，手術出血是妨礙外科發展的重要因素之一，尋求切割加止血的手術技術或方法始終貫穿於外科學的發展進程，各類具有切割或/和止血功能的手術器械也相繼推出，其中，最具代表的就是利用高頻高壓電弧切割並電凝止血的高頻電刀，它也是現代外科手術常用設備之一。然而由於電弧的溫度高達上千度，其對生物組織的熱損傷是十分嚴重的，高頻電刀受其工作原理的限定，易造成術中灼傷、電擊、幹擾、爆炸等事故，術中產生的煙霧影響醫生手術視野和健康，其應用和發展受到局限，因而研究和開發更先進更實用的新技術或新方法一直是醫學界和工程技術人員所共同關注的熱點。
[0003]自二十世紀八十年代以來，以腹腔鏡為代表的微創外科是外科領域的重要進展之一，因其對局部創傷小，患者全身應激反應輕、疼痛輕、康復快，且又能達到開放手術之效果而備受歡迎，在普外科、泌尿外科、婦科等許多科室開展了腹腔鏡手術，除常規手術外，還包括肝部分切除術、脾切除術、腎切除、腎部分切除、腎上腺切除術、子宮切除及一些臟器的惡性腫瘤的根治術。隨著醫療技術及儀器的發展，腹腔鏡手術的應用範圍將進一步擴大，微創治療代表了外科手術發展方向。
[0004]腔鏡下組織切割及止血對腹腔鏡手術至關重要，而以往常規使用的高頻電刀鏡下止血功能差，且產生的熱效應對組織器官損傷大、產生煙霧等因素使腹腔鏡手術進一步開展受到限制。二十世紀九十年代後期美國Ethicon內鏡外科公司推出了超聲切割止血刀(laparosonic coagulating shears LCS),它形似剪刀，其頂端有三種刀刃，可旋轉更換。
[0005]超聲外科在我國尚屬一門十分年輕的技術，雖然國內也有若干科研單位開展了超聲手術刀的研製，但他們所研製的超聲吸引器或超聲切割刀(不帶止血功能)，屬傳統意義的超聲刀，其振蕩頻率常在18KHz?40KHz左右，此頻率範圍內的超聲刀只能切開某些實質性組織，如肝、腎和腦組織，並保留血管、結締組織等，由於對血管不能切斷，因此這類超聲刀不適用於腔鏡外科手術。
[0006]本實用新型既可行開放式手術，也適用於腔鏡下工作，它能切開實質性組織、結締組織，並能安全離斷直徑3_以內的血管。
【發明內容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種超聲切割止血手術儀。本實用新型的超聲切割止血手術儀的基本原理是將電能轉化成機械能，利用超聲頻率發生器使金屬刀頭以超聲頻率55.5KHz進行機械振蕩，繼而使組織內水汽化，蛋白氫鍵斷裂，細胞崩解，組織被切開或凝固而封閉小血管。[0008]本實用新型可以通過以下技術方案來實現:
[0009]一種超聲切割止血手術儀，它包括超聲發生器，所述的超聲發生器是由微處理器控制電路、超聲功率輸出電路、電源電路、顯示電路等組成，超聲功率輸出電路與超聲手術器械連接，超聲手術器械與控制電路構成控制迴路，控制電路包括高壓供電控制電路和過壓檢測電路，微處理器、高壓供電控制電路和過壓檢測電路構成控制迴路，電源電路包括有輸入濾波模塊、電源整流模塊、低壓直流輸出模塊、高壓整流濾波模塊、輸出電壓檢測調節模塊、脈衝調節輸出模塊。
[0010]所述的控制電路還包括微處理器、數模轉換器口 PA4、數模轉換器口 PA5、模數轉換器口 PC1、模數轉換器口 PC0、音頻放大電路、超聲信號產生電路、電流取樣電路、電壓取樣電路、隔離電路組成，超聲輸出電路包括超聲驅動電路、超聲功放電路，控制電路的超聲信號產生電路通過與非門連接第一微處理器的超聲信號控制端，與非門通過超聲驅動電路連接超聲功放電路，模數轉換器口 PCl通過電壓取樣電路連接超聲功放電路的電壓取樣端，模數轉換器口 PCO通過電流取樣電路連接超聲功放電路的電流取樣端，數模轉換器口PA5的模擬信號輸出端連接音頻放大電路，隔離電路通過鎖存/緩衝器連接第一微處理器的控制信號端，隔離電路的輸入端連接腳控開關和/或手控開關。
[0011 ] 所述超聲信號由微處理器直接產生。
[0012]所述電流取樣電路包括第一取樣環，第一取樣環串接在負載迴路中，取樣環次級上感應的電壓經電阻限壓後，信號直接送至一直流電壓轉換器，直流電壓轉換器輸出的模擬電壓送至模數轉換器口 PCO。
[0013]所述電壓取樣電路包括第二取樣環，第二取樣環次級上感應的電壓經電阻Rv限壓後，信號直接送至電腦板的直流電壓轉換器(Uv)，直流電壓轉換器(Uv)輸出的模擬電壓送至模數轉換器口 PCl。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]超聲切割止血手術儀與高頻電刀效果相比有以下優點:①超聲切割止血手術儀既能切割，又能止血，封閉血管效果好，切割精確，組織熱損傷小，便於在重要器官附近分離；②極少有煙霧和焦痂，手術野清晰，減少因視野不清而造成的誤切，從而提高了手術的安全性無電流通過患者身體，安全性高集分離、電凝、切割等多種功能於一身，術中無需更換器械。由於超聲切割止血手術儀有以上優點，使得一些複雜手術和惡性腫瘤的根治手術在腹腔鏡下得以完成，它的使用促進了腔鏡外科的發展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的功能框圖。
[0017]圖2是本實用新型的微處理器控制電路圖。
[0018]圖3是本實用新型的隔離電路圖。
[0019]圖4是本實用新型的超聲驅動、超聲功放電路圖。
[0020]圖5是本實用新型的差動變量橋式電路圖。
[0021]圖6是本實用新型的鎖相環路圖。
【具體實施方式】[0022]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0023]如圖1所示，超聲切割止血手術儀包括超聲發生器，所述的超聲發生器是由微處理器控制電路、超聲功率輸出電路、電源電路、顯示電路等組成，超聲功率輸出電路與超聲手術器械連接，超聲手術器械與控制電路構成控制迴路，控制電路包括高壓供電控制電路和過壓檢測電路，微處理器、高壓供電控制電路和過壓檢測電路構成控制迴路，電源電路包括有輸入濾波模塊、電源整流模塊、低壓直流輸出模塊、高壓整流濾波模塊、輸出電壓檢測調節模塊、脈衝調節輸出模塊。
[0024]所述的控制電路還包括微處理器、數模轉換器口 PA4、數模轉換器口 PA5、模數轉換器口 PC1、模數轉換器口 PC0、音頻放大電路、超聲信號產生電路、電流取樣電路、電壓取樣電路、隔離電路組成，超聲輸出電路包括超聲驅動電路、超聲功放電路，控制電路的超聲信號產生電路通過與非門連接第一微處理器的超聲信號控制端，與非門通過超聲驅動電路連接超聲功放電路，模數轉換器口 PCl通過電壓取樣電路連接超聲功放電路的電壓取樣端，模數轉換器口 PCO通過電流取樣電路連接超聲功放電路的電流取樣端，數模轉換器口PA5的模擬信號輸出端連接音頻放大電路，隔離電路通過鎖存/緩衝器連接第一微處理器的控制信號端，隔離電路的輸入端連接腳控開關和/或手控開關。
[0025]所述超聲信號由微處理器直接產生。
[0026]所述電流取樣電路包括第一取樣環，第一取樣環串接在負載迴路中，取樣環次級上感應的電壓經電阻限壓後，信號直接送至一直流電壓轉換器，直流電壓轉換器輸出的模擬電壓送至模數轉換器口 PCO。
[0027]所述電壓取樣電路包括第二取樣環，第二取樣環次級上感應的電壓經電阻Rv限壓後，信號直接送至一直流電壓轉換器(Uv)，直流電壓轉換器(Uv)輸出的模擬電壓送至模數轉換器口 PCl處理。
[0028]本實用新型的超聲切割止血手術儀的的硬體系統如下:
[0029]1.微處理器控制電路
[0030]如圖2所示，由stm32微處理器、外圍設備接口適配器、音頻放大電路、電流取樣、電壓取樣等組成。
[0031](l)stm32 微處理器
[0032]①PCO，PCl 口:作為 A/D 輸入 口。
[0033]②PA4，PA5 口:作為 D/A 輸出。
[0034]③PE2, PE3, PE4, PA7, PBO，PBl, PD6, PB5, PEO:作為 3 個 74hc595 (8 位串行輸入 /輸出或者並行輸出移位寄存器)驅動，74hc595輸出繼電器控制端。
[0035]④roi2，PA8:產生超聲信號I和超聲信號2。
[0036]⑤PA1，PA2，PB10, PBll:串口 2，串口 3的發送端和接收端，用於與串口顯示屏交
換數據。
[0037](2)音頻放大電路
[0038]由stm32的PA6埠產生兩種不同頻率的方波信號控制音頻，由數模轉換器(2)和LM358產生的直流電壓來控制音量。
[0039]2.隔離電路
[0040]如圖3所示，由DC-DC隔離變換器和光電耦合器組成。NE555產生IOOKHz的方波，驅動IRF512，在開關變壓器次級產生的電壓整流後約為4V，供給光耦合器，實現手控、腳控與數字地之間的隔離。
[0041]3.超聲驅動和功率放大輸出電路
[0042]如圖4所示，由與非門Ua3 (74HC00N)和帶非門的大電流(12A)場效應管驅動集成塊Ua2組成。超聲信號經Ua3緩衝後送至Ua2，Ua2直接驅動大功率模塊Q1。由T5、L1、L2、Cbl、Cb2、Cb4、Cb7和大功率模塊Ql等組成的是一個功率放大輸出電路。
[0043]4.差動變量橋式電路
[0044]如圖5所示，圖中C。、C1, L1, R1表示換能器的等效參數，T1, T2是兩個對稱的線圈，C2是補償電容。當C2、T2和Q、T1的電橋平衡時，i2和L在差動變壓器電橋法原理互感器B中產生的磁通互相抵消，只有換能器動態支路的電流I1通過互感器B所產生的磁通，會在繞組T3中感應出電壓Ui。所以，Ui是只與串聯支路(機械諧振迴路)的電流^成正比的電學量，當系統處於諧振時，I1最大，Ui就最大。
[0045]5.鎖相環路
[0046]如圖6所示，Ui經限幅電路、移相電路後與鎖相環路中壓控振蕩器的輸出電壓一同送入鑑相器。經低通濾波器濾波後，其直分量電壓為:Ud=式中，K為比例常數，Ud與α^φ成正比，故鑑相器電路鑑相特性餘弦性質，Ui在到鑑相器之前預先移相90°，使鑑相 電器的工作範圍只有180°，Ud送到VCO (壓控振蕩器)輸入端，作為VCO振蕩頻率的控制端電壓，此控制電壓的附加直流分量迫使VCO振蕩頻率趨於換能器機械諧振頻率，最終達到相等，從而使環路處於鎖定狀態。
[0047]本實用新型的工作原理為:
[0048]將電能轉化成機械能，利用超聲頻率發生器使金屬刀頭以超聲頻率55.5ΚΗζ進行機械振蕩，繼而使組織內水汽化，蛋白氫鍵斷裂，細胞崩解，組織被切開或凝固而封閉小血管。
[0049]超聲切割止血手術儀用於軟組織切割和凝固，由主機、超聲手術器械和雙踏板腳開關組成。
[0050]上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非對本實用新型的構思和範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護範圍，本實用新型請求保護的技術內容已經全部記載在權利要求書中。
【權利要求】
1.超聲切割止血手術儀，關鍵部件之一超聲發生器，由微處理器控制電路、超聲功率輸出電路、電源電路、顯示電路組成，其特徵是超聲功率輸出電路與超聲手術器械連接，超聲手術器械與控制電路構成控制迴路，微處理器控制電路由微處理器、高壓供電控制電路構成，電源電路包括輸入濾波模塊、電源整流模塊、低壓直流輸出模塊、高壓整流濾波模塊、輸出電壓檢測調節模塊、脈衝調節輸出模塊。
2.根據權利要求1所述的超聲切割止血手術儀，其特徵是所述的控制電路還包括微處理器、數模轉換器口 PA4、數模轉換器口 PA5、模數轉換器口 PC1、模數轉換器口 PCO、音頻放大電路、超聲信號產生電路、電流取樣電路、電壓取樣電路、隔離電路，超聲功率輸出電路包括超聲功放電路、超聲驅動電路，控制電路中的超聲信號產生電路，通過與非門連接第一微處理器的超聲信號控制端，與非門通過超聲驅動電路連接超聲功放電路，模數轉換器口 PCl通過電壓取樣電路連接超聲功放電路的電壓取樣端，模數轉換器口 PCO通過電流取樣電路連接超聲功放電路的電流取樣端，數模轉換器口 PA5的模擬信號輸出端連接音頻放大電路，隔離電路通過鎖存/緩衝器連接第一微處理器的控制信號端，隔離電路的輸入端連接腳控開關和/或手控開關。
3.根據權利要求2所述的超聲切割止血手術儀，其特徵是所述超聲信號由微處理器直接產生。
4.根據權利要求2所述的超聲切割止血手術儀，其特徵是所述電流取樣電路包括第一取樣環，第一取樣環串接在負載迴路中，取樣環次級上感應的電壓經電阻限壓後，信號直接送至一直流電壓轉換器，直流電壓轉換器輸出的模擬電壓送至模數轉換器口 PCO。
5.根據權利要求2所述的超聲切割止血手術儀，其特徵是所述電壓取樣電路包括第二取樣環，第二取樣環次級上感應的電壓經電阻Rv限壓後，信號直接送至一直流電壓轉換器(Uv)，直流電壓轉換器(Uv)輸出的模擬電壓送至模數轉換器口 PCl處理。
【文檔編號】A61B17/00GK203802502SQ201320552386
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】姚建新 申請人:姚建新