CN104523331A - 基于温差制冷的可调温手术刀 - Google Patents

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崔雪
龚建芳
郑翔
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Abstract

本发明提供了一种基于温差制冷的可调温手术刀，包括：刀片、半导体制冷片、直流电源、PWM波形发生器、半导体制冷片、温度检测装置、温度显示装置以及控制部分；其中，半导体制冷片与刀片以相互接触的方式布置；而且其中，直流电源向PWM波形发生器提供直流电，PWM波形发生器对直流电进行调制以产生方波信号，并且将方波信号提供给半导体制冷片的输入端；温度检测装置用于检测半导体制冷片的冷端和/或热端的温度，并且将检测到的冷端温度传递给控制部分；而且，控制部分将接收到的冷端和/或热端的温度显示在温度显示装置上。

Description

基于温差制冷的可调温手术刀
技术领域
本发明涉及电力电子及电制冷领域，更具体地说，本发明涉及一种基于温差制冷的可调温手术刀。
背景技术
现有的“冷刀”也叫冷冻探针，其主要是冷冻器械应用液氮(也有用氩气的)汽化吸收大量热的原理实现致冷的。具体地，现有的“热刀”主要是高频电刀，是利用高频电流接触组织造成的强大电阻而产生的高温来切割组织，凝固血管。
目前，冷冻手术设备工作的原理是制冷的原理是焦耳－汤姆逊原理，也就是气体节流效应。一般在数十秒内氩气可使针尖温度迅速降至零下175℃，氦气使温度升至零上45℃。主要存在的不足有以下几点：1.由于采用低温液体汽化，因此系统体积重量庞大。2.需要精密的温度检测和控制系统，系统价格高昂。3.探针尺寸小、需要中空并封闭，且需要承受较大的气体压力，因此制作工艺要求高。
高频电刀在使用过程中主要的缺点有：1.手术室中不得有易燃易爆的气体、液体或其它物质，因为高频电刀手术中会产生火花、弧光，易燃易爆物遇火花、弧光会发生燃烧或爆炸。2.带有心脏起搏器的病人一般不能使用高频电刀，因高频会干扰心脏起搏器，使之工作不正常甚至停博。如一定要使用高频电刀，则必须按起搏器的使用说明书规定，采取必要而有效的预防措施。3.极板必须正确连接和安放，与病人皮肤接触面要足够大。4.系统复杂并且价格高。5.高频电刀本身必须具有十分完善而可靠的安全保障体系，这是保证病员和医护人员安全的最基本的条件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够同时完成冷冻和灼烧功能、可以倒立或者侧立使用、没有方向性限制且不受气体量限制的基于温差制冷的可调温手术刀。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种基于温差制冷的可调温手术刀，包括：刀片、半导体制冷片、直流电源、PWM波形发生器、半导体制冷片、温度检测装置、温度显示装置以及控制部分；其中，半导体制冷片与刀片以相互接触的方式布置；而且其中，直流电源向PWM波形发生器提供直流电，PWM波形发生器对直流电进行调制以产生方波信号，并且将方波信号提供给半导体制冷片的输入端；温度检测装置用于检测半导体制冷片的冷端和/或热端的温度，并且将检测到的冷端温度传递给控制部分；而且，控制部分将接收到的冷端和/或热端的温度显示在温度显示装置上。
优选地，用户通过向PWM波形发生器输入控制指令以调节PWM波形发生器产生的方波信号的频率。
优选地，控制部分进一步用于调节PWM波形发生器产生的方波信号的频率。
优选地，方波信号的频率大于2000Hz。
优选地，基于温差制冷的可调温手术刀还包括手柄，其中手柄有制冷片插槽及刀片插槽，分别用于布置半导体制冷片和刀片。
优选地，所述手柄的材料为隔热材料。
优选地，控制部分由AT89S51单片机实现，而且由直流电源向AT89S51单片机提供5V的直流电。
优选地，所述半导体制冷片是电制冷芯片。
优选地，所述半导体制冷片的冷端与热端之间的最大温差不低于60℃。
本发明利用PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制技术，通过调节脉冲宽度，控制电制冷芯片的温度，适合于手术中对切口进行冷冻处理。由于电制冷有制冷芯片和制热芯片，并且可以多个制冷片并联使用；因此，制热芯片连接手术刀也可以对手术过程中的出血点进行灼烧处理。利用可调温手术刀，对凝固血管、减少手术过程出血量、提高手术效率较传统方式有很大优势。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于温差制冷的可调温手术刀采用的手术刀部件的结构图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于温差制冷的可调温手术刀的功能框图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
本发明提供了一种无振动、噪音小、体积小、重量轻、不需要运动部件、性能稳定、温度可调、寿命长、可以同时完成冷冻和灼烧功能的手术设备，其温差可达65℃，热片可达20℃时，冷片温度可达-45℃。由于不使用制冷剂，环保无公害，并且可以倒立或者侧立使用，没有方向性限制。由于不受气体量限制，可以长时间使用。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于温差制冷的可调温手术刀采用的手术刀部件的结构图。
如图1所示，根据本发明优选实施例的基于温差制冷的可调温手术刀采用的手术刀部件包括：刀片100、半导体制冷片30和手柄200；其中半导体制冷片30与刀片100以相互接触的方式布置。
优选地，手柄的材料为隔热材料。
在具体实施例中，例如，半导体制冷片的尺寸为40×40×5mm，重约20g。冷热面最大温差可达60℃以上。冷端面与热端面间距约4mm。刀片与制冷片接触，手柄采用隔热材料。例如，手柄有制冷片插槽及刀片插槽，分别用于布置半导体制冷片30和刀片100。刀片插槽可以为标准规格，适用于各种类型的刀片。刀片可以为一次性消毒不锈钢刀片。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于温差制冷的可调温手术刀的功能框图。
如图2所示，根据本发明优选实施例的基于温差制冷的可调温手术刀包括：直流电源10、PWM波形发生器20、半导体制冷片30、温度检测装置40、温度显示装置50以及控制部分60。
半导体制冷片30可以采用本领域常用的半导体制冷片结构和型号。具体地，半导体制冷片30例如是常用的电制冷芯片，例如采用如图2所示的结构的半导体制冷片。
其中，直流电源10向PWM波形发生器20提供直流电，PWM波形发生器20对直流电进行调制以产生方波信号(方波信号的频率优选地大于2000Hz)，并且将方波信号提供给半导体制冷片30的输入端(P型半导体材料的一端)。
PWM波形发生器20产生的方波信号的频率可被调节(例如用户向PWM波形发生器20输入控制指令以调节PWM波形发生器20产生的方波信号的频率，或者用户可以通过控制部分60调节PWM波形发生器20产生的方波信号的频率)，由此改变半导体制冷片30的冷端温度。
温度检测装置40例如是一个温度传感器，其检测半导体制冷片30的冷端(连接P型半导体材料和N型半导体材料的一端)温度，并且将检测到的冷端温度传递给控制部分60。
例如，温度检测装置40还可以替换地或者附加地检测半导体制冷片30的热端(N型半导体材料的一端)温度。
而且，控制部分60将接收到的冷端温度显示在温度显示装置50上。
由此可以通过调节方波的频率来改变制冷芯片的温度。温度检测和显示部分由控制部分60控制实现。由PWM脉宽调制电路将直流电调制成高频方波，频率大于2000Hz，可以通过调节方波的频率来改变半导体冷端温度。冷端温度可由单片机控制的温度传感器测量，并通过单片机连接液晶显示屏显示。
在具体实施例中，冷端也可以并联多个，以实现多处共同使用，其中一个损坏，不影响其他冷端的使用。具体使用中，将冷端密封隔热处理，一端连接手柄，另一端连接手术刀。
在具体实施例中，控制部分60可由AT89S51单片机实现，而且由直流电源10向AT89S51单片机提供5V的直流电。
相对于现有技术，本发明至少具有下述优势：
(1)采用PWM方波控制半导体制冷芯片，实现温度可调。
(2)采用采用半导体制冷方式，无振动、噪音，体积小，重量轻，不需要运动部件，性能稳定，温度可调，寿命长，由于不使用制冷剂，环保无公害，并且可以倒立或者侧立使用，没有方向性限制。由于不受气体量限制，可以长时间使用。
(3)采用单片机为核心的控制系统，体积小，重量轻，性能稳定。
(4)系统的性能和安全性、可靠性更好。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于包括：刀片、半导体制冷片、直流电源、PWM波形发生器、半导体制冷片、温度检测装置、温度显示装置以及控制部分；
其中，半导体制冷片与刀片以相互接触的方式布置；
而且其中，直流电源向PWM波形发生器提供直流电，PWM波形发生器对直流电进行调制以产生方波信号，并且将方波信号提供给半导体制冷片的输入端；
温度检测装置用于检测半导体制冷片的冷端和/或热端的温度，并且将检测到的冷端温度传递给控制部分；
而且，控制部分将接收到的冷端和/或热端的温度显示在温度显示装置上。
2.根据权利要求1所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，用户通过向PWM波形发生器输入控制指令以调节PWM波形发生器产生的方波信号的频率。
3.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，控制部分进一步用于调节PWM波形发生器产生的方波信号的频率。
4.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，方波信号的频率大于2000Hz。
5.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于还包括手柄，其中手柄有制冷片插槽及刀片插槽，分别用于布置半导体制冷片和刀片。
6.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，所述手柄的材料为隔热材料。
7.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，控制部分由AT89S51单片机实现，而且由直流电源向AT89S51单片机提供5V的直流电。
8.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，所述半导体制冷片是电制冷芯片。
9.根据权利要求1或2所述的基于温差制冷的可调温手术刀，其特征在于，所述半导体制冷片的冷端与热端之间的最大温差不低于60℃。
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