CN103860261A

CN103860261A - 一种高频手术能量平台

Info

Publication number: CN103860261A
Application number: CN201410114815.2A
Authority: CN
Inventors: 马广军; 王晓亮
Original assignee: BEIJING KANGWEI ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING KANGWEI ELECTRONICS & TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: CN103860261B

Abstract

本发明涉及一种高频手术能量平台，具有计算机系统模块，所述计算机系统模块上并接有低压稳压电源模块、隔离系统模块、A／D1模块和A／D0模块、操作系统模块和D／A0模块；所述隔离系统模块上依次连接有启动模块和功率输出模块，所述启动模块上设置有摇控刀笔，所述功率输出模块上并接有第一功率放大器和第二功率放大器、有中性电极检测模块、电流取样模块和电压取样模块。这种高频手术能量平台是将外科及微创外科等所需高频能量集中于一体的电外科手术设备，一台设备可解决各种电外科手术的能量所需，降低医疗机构设备采购支出以及设备成本，从而有效地降低患者的手术费用支出。

Description

一种高频手术能量平台

技术领域：

本发明涉及一种医疗设备，尤其涉及一种高频手术能量平台。

背景技术：

目前市场上电外科能量产品在技术上大多为某单一手术模式的产品。综合能量产品如高频手术器支持普通外科，双极电凝支持神经外科等尚未出现。

由于多年的临床体验发现，外科大夫在手术中可能会遇到很多意想不到的突发情况，但是处理起来只靠一台电外科设备，并不能满足需要，有时需要两台或两台以上的设备才能满足，这样就会给手术带来很大的不便，甚至还会给病员带来生命危险。并且有些医院因没有设备而只能缝合转入大医院治疗，给病人带来无限的痛苦。

国际公认的人体无感阻抗为10Ω--2000Ω，其中10Ω-50Ω是人体血液的阻抗，100Ω--500Ω是人体的肌肉组抗，500Ω--900Ω是人体的脂肪、肌肉、和网膜等组抗，1000Ω是典型的前列腺组抗，1000Ω--2000Ω基本上是带有毛细血管的脂肪阻抗。如果要让电能量在人体上有效的发挥电能(如电切、电凝、游离、大血管闭合、双极前列腺汽化等)，那么就要对高频功率放大器有严格的匹配要求，其中要解决的问题就是能够使高频功率放大器输出与人体所有阻抗相应的能量，目前可以分为以下几种，普通外科及大血管闭合所需能量、微创外科所需能量、氩离子外科手术所需能量以及神经外科手术所需能量。

对于普通外科及大血管闭合所需能量，首先我们分析一下现有的电外科技术，以市场上最普及的美国电外科设备Force FX-8A为例。前面已经提过人体无感阻抗是10Ω--2000Ω，那么高频电能是怎样在人体阻抗发挥能量的，如说明书附图1所示，图中横坐标为人体阻抗，用电阻Ω为单位表示，纵坐标为在人体阻抗中所得到的电能，用电功率W表示；从图1中不难看出，当人体阻抗在200Ω-1000Ω时，人体得到的电能量为300W，在1000Ω-2000Ω时开始下降，当在10Ω-200Ω时，基本上在几十W左右。而200Ω-1000Ω只是人体的肌肉和脂肪，也就是说，在手术时，如果术者使用的最大功率为50W左右(是临床经验值)，那么遇到10Ω-50Ω的血液阻抗，按照图1的分析基本上无能量输出了。因此，从图1中可以得知，当手术大夫使用的最大功率在50W左右时，只能做切割而不能进行止血。附图2所示凝血曲线图，从图2中可以看出，当人体阻抗在250Ω-450Ω时，人体得到的电能量为120W，在600Ω-2000Ω时开始下降。当然，人体的血液阻抗比较低，600Ω以上不能表示为血液，10Ω-50Ω时则表明已进入血液中。根据图2显示分析，人体血液阻抗在10Ω-50Ω时基本上无能量输出了，那么也就是说，在手术时，如果术者使用的最大功率为80W左右(是临床经验值)，遇到大血管破裂再指望图2的功率曲线去止血是不可能的。因此，现有的电外科技术已经不能满足现代的手术需要，尤其是高频功率放大器无法与人体的10Ω-100Ω阻抗相匹配，也就无法实现大血管闭合术。

对于微创外科所需能量，其是指通过各种内窥镜的导管，将电极能量释放在病灶组织上，根据附图1和附图2的曲线基本满足要求，但现有技术仍无法解决大血管出血的现象。

对于氩离子外科手术所需能量，其是借助于氩离子束的电传导，将高频电能量传递至目标组织，从而发挥其优越于普通高频功率发生器对目标组织非电极接触方式的高频电凝固治疗作用；该氩离子束的电传导是以氩气为介质，氩气在高频高压作用下形成氩等离子束，将高频电能量传递至组织进行凝血，该方式避免了传统的直接接触组织凝血引起的粘连等问题，从而提高了临床的凝血效果。但是随着此技术的普及，问题也就显现出来了。由于是非接触式操作并且又是在镜下，大夫很难对准病灶组织释放能量，离病灶组织的距离稍远，高压击穿不了氩离子气体，病灶组织不能获取能量，近了能量过大容易造成穿孔，从而发生手术事故。据调查，不少医院发生过此类穿孔的医疗事故。那么是什么原因造成穿孔事故?从现有技术角度分析，首先用一台德国生产的ERBEICC300型电刀比较，它的高频高压功率放大器的输出波形如附图3，从图3可以推算出输出的平均值功率即：P＝{VP*(t1／t2)}2／R，其中VP＝输出电压的峰值，t1＝正脉宽uS，t2＝脉冲周期(频率＝1／59uS＝17KHz)，R＝人体负载电阻＝300Ω，将数字带入公式即：P＝{800*(2／59)}2／300＝2.45W单个脉冲的功率；然后再将其带入均方根公式为：

由此可见当脉宽不变时(图3的阴影部分)，它的占空比也不变，这时电极接触到人体阻抗会将全部的能量释放到人体上，造成穿孔。

对于神经外科手术所需能量，众所周知，神经外科手术都十分精细，高频电流不能流过全身，不然的话高频电流会刺激神经，给手术带来不必要的麻烦。我们用两个电极高频电流从一极流向另一极，使能量释放局部组织上达到目，我们称之为双极镊。从现有技术来分析，以德国生产的ERBE ICC300型电刀比较，它的双极电凝输出曲线如附图4所示，从图4可以看出，大夫在手术中使用50W功率时，其输出电压的Vpp值为200V，由于输出的电压过高，摄夹的人体组织很小，两个电极之间十分容易打出电火花，在神经外科非常精细手术当中如果遇到电弧是一件可怕的事，很有可能将其他神经烧死，给病人带来痛苦。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高频手术能量平台，其仅需一台就能囊括各种手术需要的电能量。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种高频手术能量平台，具有计算机系统模块，所述计算机系统模块的输入端上并接有低压稳压电源模块、隔离系统模块、A／D1模块和A／DO模块，输出端上并接有操作系统模块和D／A0模块；所述低压稳压电源模块的输入端与外置电源连接，隔离系统模块的输入端上依次连接有启动模块和功率输出模块，所述启动模块上设置有摇控刀笔，所述功率输出模块的输入端上并接有第一功率放大器和第二功率放大器，所述第一功率放大器和第二功率放大器与并接在电源输出端上的高压稳压电源模块连接，且该高压稳压电源模块的输入端连接D／A0模块的输出端，所述功率输出模块的输出端上并接有中性电极检测模块、电流取样模块和电压取样模块，所述中性电极检测模块与A／D1模块的输入端连接，电流取样模块和电压取样模块输出端与A／D0模块的输入端连接。

优选的，所述操作系统模块由按键选择模块、功能显示模块和系统音响模块构成，其中功能显示模块上设置有记忆模块。

优选的，所述第一功率放大器包括功率输出变压器、谐振电感、谐振电容、串联电感、串联谐振电容、输出耦合电容、泄放电容、续流二极管和功率放大MOS管；其中谐振电感与功率输出变压器并联，谐振电感与谐振电容组成LC谐振电路，串联电感与串联谐振电容串联，续流二极管与泄放电容组成泄放回路。

优选的，所述功率放大MOS管包括栅极分压电阻、激励变压器以及用于阻断MOS管内部寄生二极管的阻尼二极管。

优选的，所述激励变压器上设置有耦合电容。

优选的，所述第二功率放大器包括上管、下管以及连接上管和下管的输出变压器；所述上管上设置有激励管、上管分压电阻、滤穿心电感、功率放大MOS上管、续流二极管、泄放电容和泄放电阻，所述下管上设置有激励管、下管分压电阻、滤穿心电感、功率放大MOS下管、续流二极管、泄放电容和泄放电阻，其中续流二极管与电容、电阻组成泄放回路，泄放电阻与电容组成阻容泄放回路。

优选的，所述激励管上设置有偏置电阻、滤波电解电容、吸收电容和上管激励变压器；所述激励管上设置有偏置电阻、吸收电容和下管激励变压器。

优选的，所述功率放大MOS上管和功率放大MOS下管上分别设置有用于阻断MOS管内部寄生二极管的阻尼二极管。

优选的，所述输出变压器上设置有耦合电容。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：这种高频手术能量平台是将外科及微创外科等所需高频能量集中于一体的电外科手术设备；从技术角度上讲，它弥补了目前电外科手术设备单一能量来源的缺陷，一台设备可解决各种电外科手术的能量所需，避免了多台机器处理同一手术的局面，即一台能量平台产品可替代普通高频电刀、双极电凝器、氩气刀及大血管闭合电刀；从经济角度上讲，该设备除了可以替代多达四台普通高频产品外，还能够达到国外进口产品同等手术效果，可完全替代国外进口产品，使设备采购支出节省50％，降低医疗机构设备采购支出以及设备成本，从而有效地降低患者的手术费用支出，其社会效益也是很显著的。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是人体阻抗能量曲线图；

图2是凝血曲线图；

图3是ERBE ICC300型电刀高频高压功率放大器输出波形；

图4是ERBE ICC300型电刀双极电凝输出曲线示意图；

图5是本发明高频手术能量平台结构原理图；

图6是本发明高频手术能量平台中第一功率放大器结构原理图；

图7是本发明高频手术能量平台中第二功率放大器结构原理图；

图8是本发明高频手术能量平台的输出功率曲线图。

图中：1、计算机系统模块；2、低压稳压电源模块；3、电源；4、按键选择模块；5、功能显示模块；6、系统音响模块；7、记忆模块；8、摇控刀笔；9、隔离系统模块；10、启动模块；11、功率输出模块；12、中性电极检测模块；13、A／D1模块；14、第一功率放大器模块；15、电流取样模块；16、A／D0模块；17、电压取样模块；18、第二功率放大器模块；19、高压稳压电源模块；20、D／A0模块；21、功率输出变压器；22、串联电感；23、110、串联谐振电容；24、谐振电感；25、26、谐振电容；27、28、29、输出耦合电容；111、129、132、阻尼二极管；112、113、115、133、137、泄放电容；114、130、139、续流二极管；116、118、栅极分压电阻；119、激励变压器；120、135、耦合电容；121、147、激励管；122、146、偏置电阻；123、滤波电解电容；124、上管激励变压器；125、145、吸收电容；126、131、上管分压电阻；127、141、滤穿心电感；128、功率放大MOS上管；134、138、泄放电阻；136、输出变压器；140、功率放大MOS下管；142、143、下管分压电阻；144、下管激励变压器。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述：

图5所示一种高频手术能量平台，具有计算机系统模块1，所述计算机系统模块1的输入端上并接有低压稳压电源模块2、隔离系统模块9、A／D1模块13和A／D0模块16，输出端上并接有操作系统模块和D／A0模块20；所述低压稳压电源模块2的输入端与外置电源3连接，隔离系统模块9的输入端上依次连接有启动模块10和功率输出模块11，所述启动模块10上设置有摇控刀笔8，所述功率输出模块11的输入端上并接有第一功率放大器14和第二功率放大器18，所述第一功率放大器14和第二功率放大器18与并接在电源3输出端上的高压稳压电源模块19连接，且该高压稳压电源模块19的输入端连接D／A0模块20的输出端，所述功率输出模块11的输出端上并接有中性电极检测模块12、电流取样模块15和电压取样模块17，所述中性电极检测模块12与A／D1模块13的输入端连接，电流取样模块15和电压取样模块17的输出端与A／D0模块16的输入端连接，所述操作系统模块由按键选择模块4、功能显示模块5和系统音响模块6构成，其中功能显示模块5上设置有记忆模块7。

如图6所示，所述第一功率放大器14包括功率输出变压器21、谐振电感24、谐振电容25、26、串联电感22、串联谐振电容23、110、输出耦合电容27、28、29、泄放电容112、113、115、续流二极管114和功率放大MOS管117；其中谐振电感24与功率输出变压器21并联，谐振电感24与谐振电容25、26组成LC谐振电路，串联电感22与串联谐振电容23、110串联，续流二极管114与泄放电容112、113、115组成泄放回路；所述功率放大MOS管117包括栅极分压电阻116、118、激励变压器119以及用于阻断MOS管内部寄生二极管的阻尼二极管111；所述激励变压器119上设置有耦合电容120。上述串联电感22、串联谐振电容23、110、输出耦合电容27、28、29构成了一个串联谐振电路，设串联电感22为62uH，串联谐振电容为1.5nF，输出耦合电容为220nF，代入公式计算后得出f＝450Khz，功放的工作频率是416Khz，所述工作频率高于谐振频率f，当带载时电路形成回路并呈容性，带载能力强。所述功率计算如下：

输出的平均值功率即：P＝{V_P*(t1／t2)}²／R，V_P＝输出电压的峰值，t1＝正脉宽uS，t2＝脉冲周期(频率＝1／2.4uS＝416KHz)，R＝人体负载电阻＝10Ω，将数字带入公式即：P＝{90*(0.34／2.4)}²／10＝16.25W单个脉冲的功率，然后再将其带入均方根公式为：

这是有效值功率，其输出的功率曲线图如图8所示，可以看出负载在5Ω～200Ω时，仍然可以释放出100多瓦的能量，这对大血管闭合来说此能量足够了，在300Ω～1000Ω时，功率反而会下降，这是手术的需要，其是由计算机取样控制的，不是功率放大器本身的特性，这是因为大血管在出血时阻抗很低，而在电凝住后阻抗由低变高，300Ω～1000Ω被视为大血管已被闭合，因此所以不需要继续释放功率。

如图7所示，所述第二功率放大器18包括上管、下管以及连接上管和下管的输出变压器136；所述上管上设置有激励管121、上管分压电阻126、131、滤穿心电感127、功率放大MOS上管128、续流二极管130、泄放电容133和泄放电阻134，所述下管上设置有激励管147、下管分压电阻142、143、滤穿心电感141、功率放大MOS下管140、续流二极管139、泄放电容137和泄放电阻138，其中续流二极管130、139与电容、电阻组成泄放回路，泄放电阻134、138与电容组成阻容泄放回路；所述激励管121上设置有偏置电阻122、滤波电解电容123、吸收电容125和上管激励变压器124；所述激励管147上设置有偏置电阻146、吸收电容145和下管激励变压器144；所述功率放大MOS上管128和功率放大MOS下管140上分别设置有用于阻断MOS管内部寄生二极管的阻尼二极管129、132；所述输出变压器136上设置有耦合电容135。

其具体实施方式如下，高频电流从电外科设备流出，通过摇控刀笔8进入人体，然后从负极板流回机器。当电流流过人体时，为克服人体的组织而产生巨大的热量，瞬时间巨大热量聚集，产生生物效应就是电切和电凝。有了电切，电凝就有对人体组织的撞伤大小的问题。以切割为例，当切割的目的达到，而人体组织撞伤越小越好，想要达到此目的，就得将输出的频率提高，输出的频率越高，生理集肤效应就越强，也就是说高频电流只从表面流经回路，所产生的热能也只在人体表面；由于频率的提高，集肤效应的曾强，对人体的损害就越小，这也是高频电流的特性。

这种高频手术能量平台是将外科及微创外科等所需高频能量集中于一体的电外科手术设备；从技术角度上讲，它弥补了目前电外科手术设备单一能量来源的缺陷，一台设备可解决各种电外科手术的能量所需，避免了多台机器处理同一手术的局面，即一台能量平台产品可替代普通高频电刀、双极电凝器、氩气刀及大血管闭合电刀；从经济角度上讲，该设备除了可以替代多达四台普通高频产品外，还能够达到国外进口产品同等手术效果，可完全替代国外进口产品，使设备采购支出节省50％，降低医疗机构设备采购支出以及设备成本，从而有效地降低患者的手术费用支出，其社会效益也是很显著的。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种高频手术能量平台，其特征在于：具有计算机系统模块(1)，所述计算机系统模块(1)的输入端上并接有低压稳压电源模块(2)、隔离系统模块(9)、A／D1模块(13)和A／D0模块(16)，输出端上并接有操作系统模块和D／A0模块(20)；所述低压稳压电源模块(2)的输入端与外置电源(3)连接，隔离系统模块(9)的输入端上依次连接有启动模块(10)和功率输出模块(11)，所述启动模块(10)上设置有摇控刀笔(8)，所述功率输出模块(11)的输入端上并接有第一功率放大器(14)和第二功率放大器(18)，所述第一功率放大器(14)和第二功率放大器(18)与并接在电源(3)输出端上的高压稳压电源模块(19)连接，且该高压稳压电源模块(19)的输入端连接D／A0模块(20)的输出端，所述功率输出模块(11)的输出端上并接有中性电极检测模块(12)、电流取样模块(15)和电压取样模块(17)，所述中性电极检测模块(12)与A／D1模块(13)的输入端连接，电流取样模块(15)和电压取样模块(17)的输出端与A／D0模块(16)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述操作系统模块由按键选择模块(4)、功能显示模块(5)和系统音响模块(6)构成，其中功能显示模块(5)上设置有记忆模块(7)。

3.根据权利要求1所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述第一功率放大器(14)包括功率输出变压器(21)、谐振电感(24)、谐振电容(25、26)、串联电感(22)、串联谐振电容(23、110)、输出耦合电容(27、28、29)、泄放电容(112、113、115)、续流二极管(114)和功率放大MOS管(117)；其中谐振电感(24)与功率输出变压器(21)并联，谐振电感(24)与谐振电容(25、26)组成LC谐振电路，串联电感(22)与串联谐振电容(23、110)串联，续流二极管(114)与泄放电容(112、113、115)组成泄放回路。

4.根据权利要求3所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述功率放大MOS管(117)包括栅极分压电阻(116、118)、激励变压器(119)以及用于阻断MOS管内部寄生二极管的阻尼二极管(111)。

5.根据权利要求4所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述激励变压器(119)上设置有耦合电容(120)。

6.根据权利要求1所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述第二功率放大器(18)包括上管、下管以及连接上管和下管的输出变压器(136)；所述上管上设置有激励管(121)、上管分压电阻(126、131)、滤穿心电感(127)、功率放大MOS上管(128)、续流二极管(130)、泄放电容(133)和泄放电阻(134)，所述下管上设置有激励管(147)、下管分压电阻(142、143)、滤穿心电感(141)、功率放大MOS下管(140)、续流二极管(139)、泄放电容(137)和泄放电阻(138)，其中续流二极管(130、139)与电容、电阻组成泄放回路，泄放电阻(134、138)与电容组成阻容泄放回路。

7.根据权利要求6所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述激励管(121)上设置有偏置电阻(122)、滤波电解电容(123)、吸收电容(125)和上管激励变压器(124)；所述激励管(147)上设置有偏置电阻(146)、吸收电容(145)和下管激励变压器(144)。

8.根据权利要求6所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述功率放大MOS上管(128)和功率放大MOS下管(140)上分别设置有用于阻断MOS管内部寄生二极管的阻尼二极管(129、132)。

9.根据权利要求6所述的高频手术能量平台，其特征在于：所述输出变压器(136)上设置有耦合电容(135)。