基於無線控制的超聲手術系統的製作方法

2023-05-13 20:46:17

本發明涉及醫療器械技術領域，特別是涉及基於無線控制的超聲手術系統。

背景技術：

超聲手術系統是利用超聲的機械效應及空化效應進行骨組織或軟組織或病變組織手術的一種醫療器械。該系統利用超聲換能技術，通過特殊轉換裝置，將電能轉化為機械能，經高頻超聲振蕩，使所接觸的組織細胞內水汽化，蛋白氫鍵斷裂，從而將手術中需要切割的骨組織或軟組織或病變組織徹底破壞。在使用時，超聲手術刀具刀頭的溫度低於38℃，周圍傳播距離小於200微米。由於該高頻超聲只對特定硬度的骨組織或特定空化閾值的軟組織或病變組織具有破壞作用，不僅不會破壞到血管和神經組織，還能對手術傷口處起到止血作用，進一步縮小微創手術的創口，極大地提高了手術的精確性、可靠性和安全性。

但是，現有的超聲手術系統的腳踏控制器採用有線連接方式與主機連接，線纜上採用模擬信號進行通訊，過多的線纜牽絆造成手術現場雜亂，操作不方便，醫護人員走動時也容易踢落線纜，且在線纜脫落時容易造成誤操作或不可操作的狀況，降低了手術安全性。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供基於無線控制的超聲手術系統，腳踏控制器和主機間既可以有線通信也可以無線通信，減少線纜。

為實現上述目標及其他相關目標，本發明提供一種基於無線控制的超聲手術系統，包括：主機，用於控制與其連接的應用端進行手術操作，所述主機包括：主控制器；第一無線單元，電性連接所述主控制器；腳踏控制器，包括：電平轉換電路、第二無線單元、處理單元、及按鍵單元；所述按鍵單元，電性連接所述處理單元，用於接收踩踏動作而生成對應的模擬信號並發送至所述處理單元；所述電平轉換電路，電性連接所述處理單元並供有線連接於所述主機，用於與主機有線通信；所述第二無線單元，電性連接所述處理單元並用於無線連接於所述第一無線單元，用於與主機有線通信。

於本發明的一實施例中，超聲手術系統包括：電源管理電路，電性連接所述處理單元及所述按鍵單元，用於供電；所述電源管理電路包括電池。

於本發明的一實施例中，所述腳踏控制器包括：存儲單元，用於存儲所述腳踏控制器的腳踏行程標定參數。

於本發明的一實施例中，所述按鍵單元包括：按鍵及電性連接所述處理單元的霍爾傳感器。

於本發明的一實施例中，所述處理單元包括：A/D轉換器，用於將其採集的模擬信號轉換為數位訊號形式；在有線工作模式下，所述處理單元將所採集模擬信號轉化為數位訊號，按預設通訊協議通過所述有線連接發送至主機；在無線工作模式下，所述腳踏控制器通過所述第二無線單元傳送所述模擬信號或其轉換的數位訊號至主機。

於本發明的一實施例中，所述主機還包括：高頻逆變器，電性連接且受控於所述主控制器以輸出高頻交流電壓；匹配網絡，電性連接所述高頻逆變器，並電性連接應用端以向其輸出所述高頻交流電壓；蠕動泵，電性連接並受控於所述主控制器，用於控制所述清洗冷卻組件的輸出。

於本發明的一實施例中，所述主機還包括：採樣電路，電性連接於所述主控制器及所述匹配網絡的輸出端，以對採樣匹配網絡的輸出來獲取採樣信號並反饋至所述主控制器。

於本發明的一實施例中，所述主機還包括：散熱單元，電性連接並受控於所述主控制器，且電性連接所述電源電路以獲得供電。

於本發明的一實施例中，所述主機還包括：觸控屏，電性連接所述主控制器，用於顯示並供設置所述主控制器的工作參數。

於本發明的一實施例中，所述應用端包括：超聲手術手柄，其包括：超聲換能器，用於將所述主機輸出的高頻交流信號轉換為高頻機械振動輸出；變幅杆，剛性連接所述超聲換能器，且所述變幅杆具有連接超聲手術刀具的超聲手術刀具接口，以用於放大所述高頻機械振動的振幅並傳導至所述超聲手術刀具以令其產生高頻機械振動而執行所述手術操作。

於本發明的一實施例中，所述腳踏控制器還用於調節所述應用端的輸出功率；所述腳踏控制器採集踩下的行程量信息並傳送至所述主控制器，所述主控制器按照預存的行程量與輸出功率的關聯關係來對應所述行程量調節所述應用端的輸出功率。

如上所述，本發明提供一種基於無線控制的超聲手術系統，包括：主機，用於控制與其連接的應用端進行手術操作，所述主機包括：主控制器；第一無線單元，電性連接所述主控制器；腳踏控制器，包括：電平轉換電路、第二無線單元、處理單元、及按鍵單元；所述按鍵單元，電性連接所述處理單元，用於接收踩踏動作而生成對應的模擬信號並發送至所述處理單元；所述電平轉換電路，電性連接所述處理單元並供有線連接於所述主機，用於與主機通信；所述第二無線單元，電性連接所述處理單元並用於無線連接於所述第一無線單元，解決現有技術的問題。

本發明技術方案的優點如下：無線工作模式下，減少線纜的牽絆，方便醫生的使用。

附圖說明

圖1顯示為本發明一實施例中超聲手術系統的電路連接單元示意圖。

圖2顯示為本發明一實施例中腳踏控制器的電路連接單元示意圖。

圖3顯示為本發明一實施例中主機的電路連接單元示意圖。

圖4顯示為本發明一實施例中超聲手柄的結構示意圖。

元件標號說明

1 應用端

11 超聲手術刀具

12 超聲手術手柄

121 超聲換能器

122 變幅杆

123 超聲手術刀具接口

124 外殼

2 腳踏控制器

21 電平轉換電路

22 第二無線單元

23 處理單元

24 電源管理電路

25 按鍵單元

3 清洗冷卻組件

4 主機

40 第一無線單元

41 主控制器

42 高頻逆變器

43 匹配網絡

44 採樣電路

45 蠕動泵

46 電源電路

47 散熱單元

48 觸控屏

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

如圖1所示，本發明提供一種超聲手術系統，包括：應用端1、腳踏控制器2、清洗冷卻組件3、及主機4。

所述應用端1，其包括：超聲手術刀具11；超聲手術手柄12，連接於所述超聲手術刀具11，用於驅動所述超聲手術刀具11。具體的，所述超聲手術刀具11根據不同手術的應用要求，具有多種形態。超聲手術刀具11利用超聲手術手柄12傳遞來的振動能量，完成骨組織的切削。

所述清洗冷卻組件3，可通過噴出清洗液等對手術中超聲手術刀具11和骨組織的接觸部位進行清潔和冷卻。

所述主機4用於控制所述應用端1對目標部位進行手術操作(例如切削或骨組織)，並在所述切割過程中驅動所述清洗冷卻組件3對目標部位進行清洗及冷卻；所述主機4包括主控制器41及第一無線單元40，可選的，還可包括與腳踏控制器2有線連接的接口。

所述腳踏控制器2，用於採集外部的輸入信息並產生對應指令，進而通過有線或無線方式傳輸給主機4；具體的，所述腳踏控制器2包括供按下的按鈕或踏板，其可包括A/D轉換器，用於將其採集的由於腳踏產生的模擬信號轉換為數位訊號形式輸出至所述主機4。

如圖2所示，展示一實施例中所述腳踏控制器2的電路單元示意圖，所述腳踏控制器2包括：電平轉換電路21、第二無線單元23、處理單元、電源管理電路24、及按鍵單元25；所述電源管理電路24，電性連接所述處理單元及所述按鍵單元25，用於供電；所述按鍵單元25，電性連接所述處理單元，用於接收踩踏動作而生成對應的模擬信號並發送至所述處理單元；所述電平轉換電路21，電性連接所述處理單元並有線連接於所述主機4，用於與主機4通信交互；所述第二無線單元23，電性連接所述處理單元並無線連接於所述主機4，用於與主機4的第一無線單元40通信交互；無線工作模式下，減少線纜的牽絆，方便醫生的使用；有線模式下，傳輸線上數據傳輸採用數位訊號進行，提高數據的抗幹擾性。

其中，所述腳踏控制器2通過能切換的有線或無線方式連接所述主機4，包括：當腳踏控制器2和主機4間有線纜連接時，主機4對腳踏控制器2供電；當腳踏控制器2和主機4間無線纜連接時，腳踏控制器2在剩餘電量高於預設閾值時採用無線方式工作。

在無線方式工作時，避免了使用時線纜的牽絆，方便使用。在腳踏控制器電池電量不足時，可通過線纜有線連接來對腳踏控制器充電，同時腳踏控制器也可切換至有線模式工作，保證了產品持續正常使用。數位訊號的數據通訊，保證了通訊的穩定性。

於本發明的一實施例中，所述腳踏控制器包括存儲單元，用於存儲腳踏行程標定參數於本地，而非存儲於主機，從而不必利用主機預先存儲腳踏行程標定參數來對每個需要使用的腳踏控制器進行標定，利於提升效率。

於本發明的一實施例中，所述電源管理電路24包括用於供電的電池，例如大容量鋰電池，保證無線工作模式下腳踏控制器2的電量提供，提升可靠性。

於本發明的一實施例中，所述按鍵單元25包括：按鍵及電性連接所述處理單元的霍爾傳感器，舉例來說，按鍵能上下運動，所述霍爾傳感器位於按鍵行程的一側，按鍵對應所述霍爾傳感器的側面設置磁鋼等，按鍵踩下，當霍爾傳感器感應到磁鋼後生成感應信號發送至處理單元，採用磁電感應的非接觸式方式，設計簡單，易於實現。

於本發明的一實施例中，所述處理單元23包括：A/D轉換器，用於將其採集的模擬信號轉換為數位訊號形式；具體的，在有線工作模式下，所述處理單元23將所採集模擬信號轉化為數位訊號，按預設通訊協議通過所述有線連接發送至主機4，採用數位訊號進行，提高數據的抗幹擾性；在無線工作模式下，所述腳踏控制器2通過所述第二無線單元傳送所述模擬信號或其轉換的數位訊號至主機4。

請一併參閱圖3所示，展示一實施例中所述主機4的電路單元示意圖，但各個電路單元均可根據需要增刪，並非以此為限。

所述主機4還包括：高頻逆變器42，電性連接且受控於所述主控制器41以輸出高頻交流電壓；匹配網絡43，電性連接所述高頻逆變器42，並電性連接所述超聲手術手柄12以輸出所述高頻交流電壓。

採樣電路44，電性連接於所述主控制器41及所述匹配網絡43的輸出端，以對採樣匹配網絡43的輸出來獲取採樣信號並反饋至所述主控制器41。

蠕動泵45，電性連接並受控於所述主控制器41，其可例如接入所述清洗冷卻組件3的清洗液的輸送管道，用於控制所述清洗冷卻組件3的輸出。

電源電路46，電性連接所述高頻逆變器42及主控制器41，其可接例如市電(交流220V)輸入，並經變壓等處理轉換成供電電壓輸出，以對所述高頻逆變器42及主控制器41供電。

在工作中，主控制器41控制高頻逆變器42輸出高頻交流電壓，該電壓通過匹配網絡43送至應用端1後，使應用端1內的超聲換能器產生機械振動。機械振動通過變幅杆的放大和耦合作用，推動刀頭工作。

所述主機4還用於從所述腳踏控制器2接收所述輸入信息以執行預設的對應功能，例如，所述預設功能包括調節所述應用端1(可為超聲手術手柄12)的輸出功率；所述腳踏控制器2採集踩下的行程量信息並傳送至所述主控制器41，所述主控制器41手柄按照預存的行程量與輸出功率的關聯關係來對應所述行程量調節所述應用端1或超聲手術手柄12的輸出功率。

具體來講，採樣電路44檢測出逆變器輸出電壓和電流的相位差、及電流最大值，並反饋給主控制器41，主控制器41通過判斷電流的變化，控制高頻逆變器42完成其輸出信號頻率自動跟蹤應用端1的工作頻率；當高頻逆變器42的輸出信號頻率與應用端1工作頻率相同時，產生諧振現象，此時換能器從高頻逆變器42獲取能量的效率最高，能量最大限度的傳遞到刀頭上；主控制器41通過接收腳踏控制器2的信號，實現對超聲手術刀具11刀頭振幅的無級控制。在敏感組織處進行手術時，較大的振幅可能對組織造成傷害，需要精細操作；在非敏感組織處操作時，需要提高振幅以使手術時間縮短。手術中頻繁的對主機設定進行操作比較麻煩。按本方案設計，可在手術中由操作醫生根據需要加大或減小對腳踏控制器2的踩壓力度，實現對超聲手術刀具11刀頭振幅的無級控制，隨時對輸出振幅進行調節，簡化了醫生的操作。

於本發明的一實施例中，所述主機4還包括：散熱單元47，例如風冷散熱裝置(散熱風扇或散熱鰭片等)或水冷散熱裝置，其用於主機4內散熱；所述散熱單元47電性連接並受控於所述主控制器41，且電性連接所述電源電路46以獲得供電，提升主機的壽命及可靠性。

於本發明的一實施例中，所述主機4還包括：觸控屏48，電性連接所述主控制器41，用於顯示人機互動界面及主控制器41的工作參數，供設置所述主控制器41的工作參數。

當然，所述主機4還包括與所述腳踏控制器2無線連接的無線通信單元、以及有線連接的有線通信單元等，此處不作展開贅述。

如圖4所示，於本發明的一實施例中，所述超聲手術手柄12包括：超聲換能器121，用於根據所述主機4的信號輸出轉換高頻機械振動輸出；變幅杆122，剛性連接所述超聲換能器121，且所述變幅杆122具有連接所述超聲手術刀具11的超聲手術刀具接口123，以用於放大所述高頻機械振動的振幅後傳導至所述超聲手術刀具11以令其產生高頻機械振動而執行所述手術操作；主機4提供的高頻交流電信號通過超聲換能器121轉換為高頻機械振動，經過變幅杆122放大振幅，使超聲手術刀具11刀頭對骨組織進行快速切割或磨削。

所述超聲手術手柄12還具有外殼124，所述外殼124內具有容納所述超聲換能器121及變幅杆122的容納空間。

超聲手術手柄12朝向刀具11一端的方向為前，超聲手術12遠離刀具11一端的方向為後。所述超聲換能器121與變幅杆122一體成型，所述超聲換能器121與變幅杆122構成兩級放大結構，且第一級放大結構的前端的直徑小於或等於第二級放大結構的後端的直徑；優選的，所述超聲換能器121構成第一級放大結構，超聲換能器121前端形成縮頸，變幅杆122構成第二級放大結構，變幅杆122前端也形成縮頸，超聲換能器121前端與變幅杆122後端一體成型，且超聲換能器121前端的直徑小於或等於變幅杆122後端的直徑。主機4提供的高頻交流電信號通過超聲換能器121轉換為高頻機械振動，經過變幅杆122放大振幅，使刀具11刀頭對骨組織進行快速切割或磨削。

如此設計，減少原材料的使用，降低了刀具的成本；縮小了刀具的體積，拆卸安裝無需將外殼拆下即可實現，同時降低了外殼長期拆卸所帶了的磨損及其他問題。

綜上所述，本發明提供一種基於無線控制的超聲手術系統，包括：主機，用於控制與其連接的應用端進行手術操作，所述主機包括：主控制器；第一無線單元，電性連接所述主控制器；腳踏控制器，包括：電平轉換電路、第二無線單元、處理單元、及按鍵單元；所述按鍵單元，電性連接所述處理單元，用於接收踩踏動作而生成對應的模擬信號並發送至所述處理單元；所述電平轉換電路，電性連接所述處理單元並供有線連接於所述主機，用於與主機通信；所述第二無線單元，電性連接所述處理單元並用於無線連接於所述第一無線單元，解決現有技術的問題。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。