超聲外科系統的製作方法
2023-12-07 19:43:26 1
超聲外科系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種超聲外科系統，包括：超聲工作單元；與所述超聲工作單元連接的波形發生單元，用於向所述超聲工作單元提供電信號；以及包含採集模塊、控制模塊和PWM信號發生模塊的控制單元，其中，採集模塊採集波形發生單元輸出的電信號,並提供給控制模塊，由所述控制模塊從當前採集的電信號中取得相應的電參數，並根據所取得的電參數來生成供所述波形發生單元調整電信號的輸出功率和頻率的指令，接著，由PWM信號發生器根據所述指令逐步調整傳輸至所述波形發生單元的PWM信號，以供對應調整所述波形發生單元的輸出功率和/或頻率。本實用新型能夠根據所取得的電參數對波形發生單元同時進行功率和頻率的調整，有效減少硬體成本。
【專利說明】超聲外科系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種超聲外科系統。
【背景技術】
[0002]超聲外科系統通過將電能轉換成機械能使工作頭產生機械運動，而對人體進行外科診斷和治療。為了滿足超聲外科系統在醫療領域工作的要求，超聲外科系統需要能夠受控的進行機械運動。為了實現上述目的，超聲外科系統中包括:供電單元、波形發生單元和超聲工作單元和控制單元。目前的超聲外科系統中的控制單元14，如圖1所示，其包括：與供電單元連接的分析處理模塊141，以及與波形發生單元連接的硬體鎖相環142，所述分析處理模塊141根據預設的電參數來調整供電單元輸出的直流電流，波形發生單元根據所述直流電流的變化改變波形變化，所述硬體鎖相環142根據所述波形變化對波形的頻率進行調整，由此來改變超聲工作單元輸入的電能，使得超聲工作單元根據變化的電能來調整機械能的轉化，並提供不同程度的機械運動。
[0003]然而，目前的超聲外科系統由於使用了獨立的硬體鎖相環及其外圍的電阻電容等模擬器件，容易受到環境老化等因素影響，同時，調功信號和調頻信號是分開產生，結構較為複雜，調節速度和效率受到限制。因此，需要對現有的超聲外科系統進行改進。
實用新型內容
[0004]鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種超聲外科系統，用於解決現有技術中控制單元的硬體結構複雜的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種超聲外科系統，其至少包括:超聲工作單元，用於將電信號所攜帶的電能轉換成機械能；與所述超聲工作單元連接的波形發生單元，用於向所述超聲工作單元提供電信號；與所述波形發生單元連接的控制單元，其包括:與所述波形發生單元的輸出端連接的採集模塊，用於在所述超聲工作單元運行時採集所述輸出端的電信號；與所述採集模塊連接的控制模塊，用於從所述採集模塊當前採集的電信號中取得相應的電參數，並根據所取得的電參數來生成供所述波形發生單元調整電信號的指令；與所述控制模塊和波形發生單元連接的PWM信號發生器，用於根據所述控制模塊所輸出的指令逐步調整傳輸至所述波形發生單元的PWM信號，以供對應調整所述波形發生單元的輸出功率和/或頻率。
[0006]優選地，所述波形發生單元包括:橋式電路、與所述橋式電路連接的濾波器、以及與所述濾波器連接的變壓器。
[0007]優選地，所述PWM信號發生器與所述橋式電路連接，用於將調整後的PWM信號輸至所述橋式電路。
[0008]優選地，所述PWM信號發生器用於基於所生成的指令來逐步調整PWM信號的頻率、及相位或脈寬，並將調整後的PWM信號輸至所述波形發生單元。
[0009]優選地，所述電參數包括:電流相位、電壓相位、電流有效值、和電壓有效值。[0010]優選地，所述控制模塊用於基於所取得的電流有效值和電壓有效值來確定輸出功率，並將所得到的輸出功率和預設的功率進行比較，當所取得的輸出功率小於預設的功率，生成並輸出包含按照預設的單位增大PWM信號的相位或脈寬的指令，反之，當功率的運算結果大於預設值時，生成並輸出包含按照預設的單位減小PWM信號的相位或脈寬的指令。[0011 ] 優選地，所述控制模塊用於將所取得的電流相位與電壓相位進行比較，當電流相位超前電壓相位時，生成並輸出包含按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令，當電流相位滯後電壓相位時，生成並輸出包含按照預設的頻率單位增加PWM信號的頻率的指令。
[0012]優選地，所述超聲外科系統還包括:人機互動單元，用於在所述超聲工作單元運行前輸入預設的功率，並在所述超聲工作單元運行過程中顯示所取得的電參數。
[0013]如上所述，本實用新型的超聲外科系統，具有以下有益效果:能夠根據所取得的電參數對波形發生單元同時進行功率和頻率的調整，具體地，通過調整PWM的脈寬或相位來控制橋式電路改變輸出電信號的功率，通過調整PWM信號的頻率來控制橋式電路改變輸出電信號的頻率，如此僅僅控制橋式電路就能實時調整超聲工作單元的機械運動，能夠取締原有超聲外科系統的受控交流直流變換器和硬體鎖相環，而使用成本更低且壽命更長的硬體設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1顯示為現有技術的超聲外科系統的結構示意圖。
[0015]圖2顯示為本實用新型的超聲外科系統的結構示意圖。
[0016]元件標號說明
[0017]141 分析處理模塊
[0018]142 硬體鎖相環
[0019]21 供電單元
[0020]22 波形發生單元
[0021]23 超聲工作單元
[0022]24 控制單元
[0023]241 採集模塊
[0024]242 控制模塊
[0025]243 PWM信號發生器
【具體實施方式】
[0026]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，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實用新型的其他優點與功效。本實用新型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，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0027]請參閱圖2。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0028]如圖2所示，本實用新型提供一種超聲外科系統。所述超聲外科系統包括:供電單元21、波形發生單元22、超聲工作單元23、及控制單元24。
[0029]所述供電單元21包括:電源和交流直流變換器。
[0030]所述超聲工作單元23用於將電信號所攜帶的電能轉換成機械能。其包括:換能器和工作頭。
[0031]具體地，所述換能器將所接收的電信號所攜帶的電能轉換成具有一定頻率的機械能，並由所述工作頭產生超聲波振動，運行時，所述工作頭可進行外科手術(或外科檢查)，例如，切割肌肉組織、骨骼等。
[0032]在運行時，由於所述超聲工作單元23所接觸的部位不同，會導致超聲波的振動頻率和功率發生變化。因此，所述超聲工作單元23的頻率、功率的變化會反作用給與之相連的波形發生單元22，因此，需要所述波形發生單元22能夠及時調整輸出頻率和功率。
[0033]所述波形發生單元22與所述超聲工作單元連接，用於向所述超聲工作單元提供電信號。本實施例中，其包括:橋式電路、與所述橋式電路連接的濾波器、以及與所述濾波器連接的變壓器。
[0034]具體地，所述電源將網電電壓(220v交流電壓)提供給所述交流直流變換器，以進行交直流轉換後再輸至所述橋式電路，所述橋式電路基於所接收的PWM信號(脈寬調製信號)對直流電源進行整形處理，並經由濾波器進行濾波，以去除噪聲，再由變壓器轉換成預設電壓的電信號，以供所述超聲工作單元23進行電能-機械能轉換。其中，所述橋式電路包括但不限於:全橋電路、或半橋電路等。
[0035]所述控制單元24與所述波形發生單元22連接，用於向所述波形發生單元22提供所述PWM信號。其包括:採集模塊241、控制模塊242及PWM信號發生器243。
[0036]所述採集模塊241與所述波形發生單元22的輸出端連接，用於在所述超聲工作單元23運行時採集所述波形發生單元22的輸出端的電信號。其中，所述採集模塊241可以是包含採樣電阻的電路。例如，所述採樣模塊包括採樣電阻，以及與所述採樣電阻連接的電流採樣電路，所述電流採樣電路採集所述採樣電阻的電流，並根據所採集的電流和所述採樣電阻的阻值來計算所述輸出端的電壓，並將所採樣的電流和電壓信號予以輸出。
[0037]所述控制模塊242用於從所述採集模塊241當前採集的電信號中取得相應的電參數，並根據所取得的電參數來生成供所述波形發生單元調整電信號的指令。其中，所述電參數包括:電流相位、電壓相位、電流有效值、電壓有效值、和電流/電壓幅值等。其中，所述控制模塊242可以為一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數值計算和各種信息處理的現代化智能電子設備，其硬體包括但不限於微處理器、FPGA、DSP、嵌入式設備等。優選地，所述控制模塊242為包含處理器、寄存器、至少一個比較器的電路。
[0038]具體地，所述控制模塊242基於所取得的電流有效值和電壓有效值來確定輸出功率，並將所得到的輸出功率和預設的功率進行比較，當所取得的輸出功率小於預設的功率，生成並輸出包含按照預設的單位增大PWM信號的相位或脈寬的指令，反之，當功率的運算結果大於預設值時，生成並輸出包含按照預設的單位減小PWM信號的相位或脈寬的指令。
[0039]例如，所述寄存器中預先存儲功率值，所述處理器基於預設的現有的電路公式從當前所採集的電信號中取得上述電參數，並基於所取得的電流有效值和電壓有效值來確定輸出功率，接著，將所取得的輸出功率輸至所述比較器，所述比較器將所述輸出功率和寄存器中所存儲的功率進行比較，再將比較結果以高、低電平的方式返回給處理器，當所述處理器所接收的電平為低電平，則確定所取得的輸出功率小於預設的功率，並輸出包含按照預設的單位增大PWM信號的相位或脈寬的指令，反之，當所述處理器所接收的電平為高電平，則確定所取得的功率的運算結果大於寄存器中所存儲的功率值，並輸出包含按照預設的單位逐步減小PWM信號的相位或脈寬的指令。其中，預設的單位可以是1°的相位或0.1°的相位，也可以是Ims脈寬或0.1ms脈寬等。
[0040]其中，所述處理器根據比較結果調整PWM信號的相位或脈寬是根據所述波形發生單元22中的橋式電路的結構而定。例如，所述橋式電路為全橋電路，則所述控制模塊242輸出包含調整PWM信號的相位的指令。又如，所述橋式電路為半橋電路，則所述控制模塊242輸出包含調整PWM信號的脈寬的指令。
[0041]另外，所述控制模塊242將所取得的電流相位與電壓相位進行比較，當電流相位超前電壓相位時，生成並輸出包含按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令，當電流相位滯後電壓相位時，生成並輸出包含按照預設的頻率單位增加PWM信號的頻率的指令。
[0042]例如，所述控制模塊242中的又一比較器將所述處理器所取得的電流相位與電壓相位進行比較，再將比較結果以高、低電平的方式返回給所述處理器，當所述處理器所接收的電平為低電平，則確定電流相位超前電壓相位，並輸出包含按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令，當所述處理器所接收的電平為高電平，則確定電流相位滯後電壓相位，並輸出包含按照預設的頻率單位增加PWM信號的頻率的指令。其中，預設的頻率單位可以是 1Hz、或 0.1Hz。
[0043]又如，所述控制模塊242中的處理器根據比較器所輸出的表示當前的輸出功率大於預設的功率及電流相位超前電壓相位的電平，生成並輸出包含按照預設的相位單位減小PWM信號的相位和按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令。
[0044]所述PWM信號發生器243與所述控制模塊242和波形發生單元22連接，用於根據所述控制模塊242所輸出的指令逐步調整傳輸至所述波形發生單元22的PWM信號，以供對應調整所述波形發生單元22的輸出功率和/或頻率。
[0045]具體地，所述PWM信號發生器243從所述指令中確定所要調整的是相位、脈寬、還是頻率，再按照所述指令中所提供的相應的單位調整所生成的PWM信號，並將調整後的PWM信號輸至所述波形發生單元22，所述波形發生單元22在所述PWM信號的控制下，調整所生成的電信號所輸出的功率和/或頻率。
[0046]其中，所述PWM信號發生器243調整PWM信號的方式包括但不限於:1)根據所接收的指令分次調整預設單位的PWM信號的相位(或脈寬)、及頻率；2)根據所接收的指令一次性調整預設單位的PWM信號的相位(或脈寬)、及頻率。
[0047]優選地，所述PWM信號發生器243與所述橋式電路連接，用於將調整後的PWM信號輸至所述橋式電路。
[0048]例如，所述PWM信號發生器243從所述控制模塊242所輸出的指令中確定以0.1度為相位單位增加PWM信號的相位，和以0.1Hz為頻率單位減小PWM信號的頻率，則所述PWM信號發生器243按照上述指令對PWM信號的相位和頻率各進行一個單位的調整，並將調整後的PWM信號輸出值所述波形發生單元中的橋式電路。
[0049]更為優選地，所述超聲外科系統還包括:人機互動單元(未予圖示)。
[0050]所述人機互動單元用於在所述超聲工作單元23運行前輸入預設的功率，並在所述超聲工作單元23運行過程中顯示所取得的電參數。其中，所述人機互動單元包括但不限於:鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、觸摸筆、顯示屏等。
[0051]具體地，所述人機互動單元在所述超聲工作單元運行前，顯示所需輸入的電參數的表格，並接收用戶輸入的電參數值(如，功率等)，並將所接收到的電參數值保存在寄存器中，同時，在所述超聲工作單元運行過程中，將所述控制單元所實時取得的電參數予以顯示，以供用戶參考。
[0052]所述超聲外科系統的工作過程舉例如下:
[0053]用戶利用人機互動單元輸入欲調整的功率，並開始運行超聲工作單元，在運行過程中，所述控制單元24中的所述控制模塊242根據所述採樣模塊241實時採樣的所述波形發生單元22輸出端的電流信號和電壓信號，並確定當前所述輸出端的電流相位、電壓相位、電流有效值、電壓有效值、電流幅值、電壓幅值等電參數，其中，一方面，所述控制模塊242將電流/電壓幅值通過人機互動單元提供給所述用戶，以供用戶參考當前超聲工作單元的運行情況，另一方面，所述控制模塊242比較電流相位和電壓相位，當電流相位超前電壓相位時，生成包含按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令，當電流相位滯後電壓相位時，生成包含按照預設的頻率單位增加PWM信號的頻率的指令，同時，所述控制模塊242還通過電流有效值和電壓有效值確定當前的輸出功率，並比較所述輸出功率和人機互動單元所提供的功率，當所取得的輸出功率小於預設的功率，生成包含按照預設的單位增大PWM信號的相位的指令，反之，當功率的運算結果大於預設值時，生成包含按照預設的單位減小PWM信號的相位的指令，再將所生成的指令輸至所述PWM信號發生器243，所述PWM信號發生器243根據所接收到所有指令調整PWM信號的一個單位的相位及頻率，並將調整後的PWM信號輸至所述波形發生單元22中的全橋式電路，所述全橋電路根據PWM信號來調整一個單位的供電單元所提供的電信號的相位及頻率，並輸出至所述波形發生單元22的輸出端。所述控制單元24繼續採集所述輸出端的電流信號及電壓信號，並按照上述方式進行比較，若生成包含按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令及包含按照預設的單位增大PWM信號的相位的指令，則繼續減少一個單位的PWM信號的頻率、增加一個單位的PWM信號的相位，再由所述全橋電路根據調整後的PWM信號調整所輸出的電信號，直至輸出功率與預設功率、電流相位及電壓相位相平衡。
[0054]綜上所述，本實用新型的超聲外科系統，通過調整PWM的脈寬或相位來控制橋式電路改變輸出電信號的功率，通過調整PWM信號的頻率來控制橋式電路改變輸出電信號的頻率，如此僅僅控制橋式電路就能實時調整超聲工作單元的機械運動，能夠取締原有超聲外科系統的受控交流直流變換器和硬體鎖相環，而使用成本更低且壽命更長的硬體設備；另外，超聲工作單元在運行時由於會接觸不同的組織部位，超聲工作單元的負載會實時的發生變化，這導致波形發生單元所輸出的電信號的功率和頻率都會發生變化，所述控制單元採用逐步調整PWM信號的方式，能夠以最小的PWM信號的步進代價適應不斷變化的負載。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0055]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，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實用新型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，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種超聲外科系統,其特徵在於,至少包括: 超聲工作單元，用於將電信號所攜帶的電能轉換成機械能； 與所述超聲工作單元連接、用於向所述超聲工作單元提供電信號的波形發生單元； 與所述波形發生單元連接的控制單元，包括: 與所述波形發生單元的輸出端連接、用於在所述超聲工作單元運行時採集所述輸出端的電信號的採集模塊； 與所述採集模塊連接的控制模塊，用於從所述採集模塊當前採集的電信號中取得相應的電參數，並根據所取得的電參數來生成供所述波形發生單元調整電信號的指令； 與所述控制模塊和波形發生單元連接的PWM信號發生器，用於根據所述控制模塊所輸出的指令逐步調整傳輸至所述波形發生單元的PWM信號，以供對應調整所述波形發生單元的輸出功率和/或頻率。
2.根據權利要求1所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述波形發生單元包括:橋式電路、與所述橋式電路連接的濾波器、以及與所述濾波器連接的變壓器。
3.根據權利要求2所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述PWM信號發生器與所述橋式電路連接，用於將調整後的PWM信號輸至所述橋式電路。
4.根據權利要求1所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述PWM信號發生器用於基於所生成的指令來逐步調整PWM信號的頻率、及相位或脈寬，並將調整後的PWM信號輸至所述波形發生單元。
5.根據權利要求1所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述電參數包括:電流相位、電壓相位、電流有效值、和電壓有效值。
6.根據權利要求5所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述控制模塊為包含處理器、寄存器、至少一個比較器的電路，其中，所述處理器基於所取得的電流有效值和電壓有效值來確定輸出功率，並由所述比較器將所得到的輸出功率和預設在所述寄存器的功率進行比較，當所述比較器確定所取得的輸出功率小於預設的功率，所述處理器生成並輸出包含按照預設的單位增大PWM信號的相位或脈寬的指令，反之，當所述比較器確定功率的運算結果大於預設值時，所述處理器生成並輸出包含按照預設的單位減小PWM信號的相位或脈寬的指令。
7.根據權利要求5所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述控制模塊為包含處理器、至少一個比較器的電路，其中，所述比較器將所述處理器所取得的電流相位與電壓相位進行比較，當電流相位超前電壓相位時，令所述處理器生成並輸出包含按照預設的頻率單位減少PWM信號的頻率的指令，當電流相位滯後電壓相位時，令所述處理器生成並輸出包含按照預設的頻率單位增加PWM信號的頻率的指令。
8.根據權利要求5所述的超聲外科系統，其特徵在於，所述超聲外科系統還包括:人機互動單元，用於在所述超聲工作單元運行前輸入預設的功率，並在所述超聲工作單元運行過程中顯示所取得的電參數。
【文檔編號】A61B8/00GK203468630SQ201320312812
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2013年5月31日
【發明者】陳啟章, 張亞東, 姚銀峰, 方雲才, 汪炬 申請人:瑞奇外科器械(中國)有限公司, 華外醫療器械(上海)有限公司