CN105832406A - 功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统 - Google Patents

功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统，该功率控制方法包括：采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号与输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号；对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率；根据有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值；输出增益控制值至功率放大模块的增益控制端。本发明根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。

Description

功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统。
背景技术
目前的手术设备，如高频电刀，一般采用电流反馈或反射波功率反馈来控制、调节和稳定功率输出。当负载稳定在设计的最佳负载值时，手术设备具有较稳定的输出特性。但在外科手术中，伴随着高频电刀的功率输出，生物组织的负载会发生剧烈变化，导致输出功率出现不稳定和功率衰减，从而无法得到稳定的手术效果。
针对负载变化导致输出功率不稳定或功率衰减的问题，目前一般的高频外科手术设备控制技术会自动加大输出电流或输出电压来弥补功率输出的减小，但实际上由于生物组织负载的虚部阻抗特性的变化，造成有效功率得不到提升，而电流或电压输出过大，对手术周围组织造成很大的热损伤，或导致瞬间功率过大导致安全事故，从而使得一些需要防止热损伤的手术区域无法使用这些手术设备。另外，在电路技术的研究中有通过改变工作频率的办法来改变输出阻抗匹配特性的解决方案，但该方法目前只用于一些微小功率信号的传输信号系统中，应用在大功率信号的高频外科手术设备中有一定困难，此外由于其工作频率的变化会造成频率干扰信号，受到EMC(ElectroMagnetic Compatibility，电磁兼容性)安全标准的规定限制。
发明内容
本发明提供了一种功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统，以至少解决组织负载随手术设备的功率输出变化导致的功率衰减和功率不稳定的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种功率控制方法，包括：采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号；对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率；根据所述有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值；输出所述增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，使得所述功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
根据本发明的另一个方面，提供了一种功率控制装置，包括：功率放大模块、采样保持模块、反馈处理模块、第一计算模块、第二计算模块和控制模块；所述采样保持模块，用于采样保持所述功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号；所述反馈处理模块，用于对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；所述第一计算模块，用于对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率；所述第二计算模块，用于根据所述有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值；所述控制模块，用于输出所述增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，使得所述功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
根据本发明的一个方面，提供了一种控制设备，应用于电磁刀手术系统，包括：高频信号源模块、功率放大模块、反馈电路模块、CPU控制模块、输出控制开关模块、输出电路模块以及至少一个电极接口；所述功率放大模块的输入端连接至所述高频信号源模块；所述输出电路模块的输入端连接至所述功率放大模块的输出端，所述输出电路模块的输出端连接至所述至少一个电极接口；所述反馈电路模块的输入端连接至所述功率放大模块的输出端，所述反馈电路模块的输出端连接至所述CPU控制模块，所述CPU控制模块还连接至所述功率放大模块的增益控制端、所述高频信号源模块和所述输出控制开关模块；所述高频信号源模块，用于输出预设频率的电磁功率信号；所述输出电路模块，用于将经所述功率放大模块放大的电磁功率信号通过所述电极接口传输给手术电极，以对生物组织进行处理；所述反馈电路模块，用于采样保持所述功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；所述CPU控制模块，用于输出根据预设输入功率、预设比较值、所述输出电压信号、所述输出电流信号、所述相位差信号及所述输出反射波功率信号得到的增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，接收所述输出控制开关模块发出的工作指令以及输出控制指令；所述输出控制开关模块，用于输出所述工作指令，其中，所述工作指令用于指示工作模式以及指示输出或停止输出所述电磁功率信号；所述输出电路模块包括：依次连接的隔离变压器、第一切换电路、至少一个输出电路、第二切换电路、隔直流电路；其中，所述第一切换电路和所述第二切换电路，还连接至所述CPU控制模块，用于根据来自所述CPU控制模块的控制指令控制所述输出电路的接通或断开；所述至少一个输出电路与所述至少一个电极接口一一对应。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制方法，包括：CPU控制模块接收来自输出控制开关模块的工作指令，根据所述工作指令控制第一切换电路和第二切换电路，将所述工作指令中工作模式对应的输出电路接通；所述CPU控制模块根据所述工作指令控制所述高频信号源模块输出预设频率的电磁功率信号；所述接通的输出电路将经功率放大模块放大的电磁功率信号通过所述电极接口输出到对应的手术电极，以对生物组织进行处理；同时，所述CPU控制模块控制反馈电路模块采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号，所述CPU控制模块输出根据预设输入功率、预设比较值、所述输出电压信号、所述输出电流信号、所述相位差信号及所述输出反射波功率信号得到的增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，使得所述功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
根据本发明的再一个方面，提供了一种电磁刀手术系统，包括：上述控制设备、至少一个电极及其对应的电缆，其中，所述电极通过对应的电缆连接至所述控制设备。
通过本发明的功率控制方法及装置、控制设备及方法、电磁刀手术系统，根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的最佳功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。控制设备可以输出较高频率的电磁功率信号到手术电极，在手术电极与生物组织之间产生电磁场和诱导电磁场的相互作用，从而产生弧光放电和焦耳热，利用弧光放电和焦耳热，可以对生物组织进行切开、凝固等处理。并且，控制设备提供了多种电极接口以及对应的输出电路，可以满足不同的手术需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例的功率控制方法的流程图；
图2是本发明实施例的计算增益控制值的流程图；
图3是本发明实施例的功率控制装置的结构框图；
图4是本发明实施例的控制设备的结构框图一；
图5是本发明实施例的控制设备的结构框图二；
图6是本发明实施例的谐振电路的结构示意图；
图7是本发明实施例的控制方法的流程图；
图8是本发明实施例的电磁刀手术系统的结构示意图；
图9是本发明实施例的分段电缆连接的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
针对现有技术中的组织负载随手术设备的功率输出变化导致的功率衰减和功率不稳定的问题，本发明实施例提供了一种功率控制方法，图1是本发明实施例的功率控制方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括如下步骤：
步骤S101，采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号与输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号。
步骤S102，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号。其中，对采样的信号进行的处理可以包括：放大、滤波、整形，以消除噪声和干扰，具体地，上述处理可以通过放大器、滤波电路、整形电路实现。为方便后续的计算，可以对直流信号进行模数转换，得到可用于计算的数字信号。
步骤S103，对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率。
步骤S104，根据有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值。其中，预设输入功率可以是手术所需的功率，预设比较值可以是各工作模式下或特定负载范围内对应的最大输出功率。
步骤S105，输出增益控制值至功率放大模块的增益控制端，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。其中，组织负载指的是生物组织的等效负载。
通过上述功率控制方法，根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的最佳功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。
在一个实施例中，步骤S101中的采样保持可以通过采样保持电路实现，具体地，可以利用周期性脉冲信号实现采样与保持。当功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在周期性脉冲信号为第一值的情况下，进行信号采样；在周期性脉冲信号为第二值的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为第一值时所采样的信号。例如，在周期性脉冲信号为1的情况下，进行信号采样；在周期性脉冲信号为0的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为1时所采样的信号；或者信号为0时进行采样，信号为1时进行保持。
本实施例中，采样保持功能是为了保证周期性脉冲信号(即脉冲调制信号)为第二值时，也能反馈与脉冲信号为第一值时所采样的同样幅度的信号，以保证反馈控制的稳定性。否则，在第二值信号期间，反馈信号会自动控制增大功率输出。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S104可以通过以下步骤实现：
步骤S1041，根据直流形式的输出反射波功率信号和相位差信号，确定组织负载阻抗的变化状态；并根据组织负载阻抗的变化状态对有效功率进行补偿运算，得到补偿后的有效功率。
具体地，组织负载阻抗可以表示为R+iX，其中，实部R吸收功率，虚部iX反射功率，如果iX为0，则输出电压与输出电流的相位差为0。由此，在手术过程中，随着电磁刀手术系统的功率输出，生物组织的负载阻抗也会发生变化，根据输出反射波功率信号Pr和相位差信号可以得知组织负载阻抗的变化状态，例如，相位差信号不为0且输出反射波功率信号比较大，表示组织负载阻抗的虚部变大，输出给组织的有效功率P0相对较少，可以通过反射波功率信号Pr乘上一定补偿系数α对有效功率P0补偿，然后通过加法运算器得到补偿后的有效功率P0+αPr。
在实际应用中，可以根据多次试验，预先存储有效功率、反射波功率、补偿后的有效功率的一些具体数值的对应关系，因此，在手术过程中进行有效功率补偿时，省去了计算的步骤，直接在预先存储的信息中查找，可以提高功率控制的效率。
另外，还可以设置反射波功率的最大值，当实际采样的反射波功率达到该最大值时，不再进行有效功率的补偿，以免影响功率放大模块的正常工作，导致故障，进而避免患者发生危险。
步骤S1042，将补偿后的有效功率与预设输入功率Pset进行差分叠加运算，得到差分叠加结果。具体地，差分叠加运算可以通过差分运算电路实现，例如，差分运算放大器。
步骤S1043，将预设比较值与差分叠加结果进行比较，并将二者中较小的值作为增益控制值。
具体地，如果差分叠加结果处于[0，比较值]范围内，则将差分叠加结果作为增益控制值；如果差分叠加结果处于(比较值，∞)范围内，则将比较值作为增益控制值。
预设比较值可以是与当前工作模式对应的值，可以预先存储各个工作模式及其对应的比较值，例如，比较值可以是工作模式下的最大输出功率。取预设比较值与差分叠加结果中较小的值作为增益控制值，可以保证电路的安全性，避免危险发生。工作模式可以包括：单极工作模式、双极切开工作模式、双极凝固工作模式和内镜工作模式。在手术过程中，采用单极电极对生物组织进行处理，当前工作模式即为单极工作模式；采用双极电极对生物组织进行处理，当前工作模式为双极工作模式，具体地，双极工作模式下可以分为切开模式和凝固模式；采用内镜电极对生物组织进行处理，当前工作模式即为内镜工作模式。双极电极类似于镊子，内镜电极可以通过内镜通道伸入生物组织，进行精密手术。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种功率控制装置，可以用于实现上述实施例所描述的功率控制方法，由于该装置解决问题的原理与功率控制方法相似，因此该装置的实施可以参见功率控制方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“模块”或者“子模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图3是本发明实施例的功率控制装置的结构框图，如图3所示，该功率控制装置包括：功率放大模块31、采样保持模块32、反馈处理模块33、第一计算模块34、第二计算模块35和控制模块36。下面对其结构进行详细说明。
采样保持模块32，用于采样保持功率放大模块31的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号与输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号；
反馈处理模块33，用于对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；
第一计算模块34，用于对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率；
第二计算模块35，用于根据有效功率、预设输入功率和预设比较值，得到增益控制值；
控制模块36，用于输出增益控制值至功率放大模块的增益控制端，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
通过上述功率控制装置，根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的最佳功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。
在一个实施例中，采样保持模块32被设置为，当功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在周期性脉冲信号为第一值的情况下，进行信号采样；在周期性脉冲信号为第二值的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为第一值时所采样的信号。
在一个实施例中，第二计算模块35可以包括：第一计算子模块、第二计算子模块和第三计算子模块。
第一计算子模块，用于根据直流形式的输出反射波功率信号和相位差信号，确定组织负载阻抗的变化状态；并根据组织负载阻抗的变化状态对有效功率进行补偿运算，得到补偿后的有效功率；
第二计算子模块，用于将补偿后的有效功率与预设输入功率进行差分叠加运算，得到差分叠加结果；
第三计算子模块，用于将预设比较值与差分叠加结果进行比较，并将二者中较小的值作为增益控制值。
当然，上述模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此。该功率控制装置还可以仅包括：功率放大模块、采样保持模块和处理模块，处理模块执行与计算、输出相关的功能，只要能实现本发明的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。
本发明实施例还提供了一种控制设备，应用于电磁刀手术系统，如图4所示，该控制设备可以包括：高频信号源模块10、功率放大模块20、反馈电路模块30、CPU控制模块40、输出控制开关模块50、输出电路模块60以及至少一个电极接口70。下面对其结构进行说明。
功率放大模块20的输入端连接至高频信号源模块10；输出电路模块60的输入端连接至功率放大模块20的输出端，输出电路模块60的输出端连接至至少一个电极接口70；反馈电路模块30的输入端连接至功率放大模块20的输出端，反馈电路模块30的输出端连接至CPU控制模块40，CPU控制模块40还连接至功率放大模块20的增益控制端、高频信号源模块10和输出控制开关模块50。
高频信号源模块10，用于输出预设频率的电磁功率信号。高频信号源模块10可以是信号发生器，优选地，可以是多频信号发生器。该预设频率可以是8MHz至60MHz范围内的任意频率。
输出电路模块60，用于将经功率放大模块20放大的电磁功率信号通过电极接口70传输给手术电极，以对生物组织进行处理。手术电极可以是：单极电极、双极电极或内镜电极。
反馈电路模块30，用于采样保持功率放大模块20的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号与输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号。
反馈电路模块30采样保持信号可以通过采样保持电路实现，具体地，可以利用周期性脉冲信号实现采样与保持。当功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在周期性脉冲信号为1的情况下，进行信号采样；在周期性脉冲信号为0的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为1时所采样的信号。本实施例中，采样保持功能是为了保证周期性脉冲信号(即脉冲调制信号)为第二值时，也能反馈与脉冲信号为第一值时所采样的同样幅度的信号，以保证反馈控制的稳定性。否则，在第二值信号期间，反馈信号会自动控制增大功率输出。
反馈电路模块30对采样的信号进行的处理可以包括：放大、滤波、整形，以消除噪声和干扰，具体地，可以通过放大器、滤波电路、整形电路实现。可以对直流信号进行模数转换，得到可用于计算的数字信号。
CPU控制模块40，用于输出根据预设输入功率、预设比较值、输出电压信号、输出电流信号、相位差信号及输出反射波功率信号得到的增益控制值至功率放大模块20的增益控制端，接收输出控制开关模块50发出的工作指令以及输出控制指令。其中，控制指令是针对控制设备中其他模块的，例如，输出控制指令给反馈电路模块，控制反馈电路模块进行采样保持。
需要说明的是，功率放大模块20、反馈电路模块30和CPU控制模块40可以完成上述实施例描述的功率控制装置的功率控制功能，稳定输出功率。具体不再赘述。
输出控制开关模块50，用于输出工作指令，其中，工作指令用于指示工作模式以及指示输出或停止输出电磁功率信号。输出控制开关模块50可以与控制设备外壳上设置的用于选择工作模式的按键连接，当医生按下按键时，输出控制开关模块50输出相应的工作指令，指示当前工作模式以及指示输出当前工作模式对应的电磁功率信号。当医生按下关闭按键，停止控制设备的工作时，输出控制开关模块50输出相应的工作指令，指示停止输出电磁功率信号。
输出电路模块60包括：依次连接的隔离变压器601、第一切换电路602、至少一个输出电路603、第二切换电路604、隔直流电路605。
其中，第一切换电路602和第二切换电路604，还连接至CPU控制模块40，用于根据来自CPU控制模块40的控制指令控制输出电路603的接通或断开。至少一个输出电路603与至少一个电极接口70一一对应。隔直流电路605可以通过电容实现。
通过上述控制设备，可以输出较高频率的电磁功率信号到手术电极，在手术电极与生物组织之间产生电磁场和诱导电磁场的相互作用，从而产生弧光放电和焦耳热，利用弧光放电和焦耳热，可以对生物组织进行切开、凝固等处理。并且，上述控制设备提供了多种电极接口以及对应的输出电路，可以满足不同的手术需求。另外，上述控制设备根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的最佳功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。
通过切换电路(第一切换电路602和第二切换电路604)可以使控制设备在相应的工作模式下工作，控制输出电路603的接通或断开，进而使得对应的手术电极接通，以进行生物组织的处理。在实际应用中，切换电路可以是继电器。一般地，控制设备中的模块或电路为二端网络，切换电路进行切换时具有以下性能特征：(1)第一切换电路602和第二切换电路604同时切换；(2)二端网络的正负端回路同时切换；(3)对控制设备内三个工作模式对应的安全保护电路同时进行切换。其中，前两点的目的是为了减小高频能量泄露到其他电路或工作模式的手术电极上，第三点是为了在各工作模式中应用对应的安全保护功能，防止输出电压过高、电流过大、过压时间太长等。
手术设备相关安全标准规定手术设备的高频漏电流应小于固定值，例如，单极工作模式下应小于100mA，本发明实施例的控制设备输出高频电磁功率信号，较现有技术中使用工作频率为370KHz的信号，会产生更大的漏电流。
如图5所示，本发明一个实施例中，控制设备还可以包括：谐振电路80，谐振电路80的一端连接至输出电路603的输出端，另一端接地(由于控制设备的外壳会接地，因此，此处可以理解为在输出电路与控制设备外壳之间接入谐振电路)；谐振电路80的阻抗可调，谐振电路80与控制设备的浮游电容及离散电容在上述预设频率上构成并联谐振回路。其中，浮游电容及离散电容是在上述预设频率时控制设备的输出电路模块、电缆和大地间形成的浮游电容及离散电容，是造成患者与输出电路模块隔离度降低，高频漏电流增加的主要原因，上述电缆用于连接控制设备和手术电极。图5中仅以一个输出电路为例说明谐振电路的连接关系，在实际应用中，每个输出电路均可以连接一谐振电路，以抑制漏电流。谐振电路80可以由至少一个电阻、至少一个电容、至少一个电感通过串联和/或并联的方式构成，其中，电阻、电容、电感均可以是可调的。
本实施例中，在输出电路与控制设备的外壳接地端之间接入谐振电路，该谐振电路与看不见的浮游电容及离散电容在工作频率(即上述预设频率)上构成并联谐振回路，并在工作频率上保持谐振，使控制设备的输出电路模块和大地之间形成很大的阻抗(理论上无穷大)，从而减小了由于浮游电容及离散电容导致的高频漏电流，提高了患者和输出电路模块的隔离度，解决了高频漏电流较大的问题。
例如，谐振电路80的结构可参见图6所示，Z表示由浮游电容和离散电容导致的接地阻抗，P表示电极。谐振电路的结构还可以是电感和电容串联，其结构可以多种变化，此处不进行列举。
电极接口70可以是单极电极接口、双极电极接口或内镜电极接口，在实际应用中，根据具体需要，可以在控制设备上设置上述三个电极接口中的至少一个，以满足不同的手术需求。
与现有技术中手术设备使用的低频信号(一般使用频率为5MHz以内的信号)相比，本发明实施例使用高频信号，使得传输到双极电极的能量足够对生物组织进行切开，解决了现有技术中双极电极只能进行凝固而不能切开的问题。
在一个实施例中，控制设备还可以包括：绝缘电源模块、显示输入模块和安全保护模块。其中，绝缘电源模块分别连接至高频信号源模块10、功率放大模块20、反馈电路模块30、CPU控制模块40、输出控制开关模块50、显示输入模块和安全保护模块，绝缘电源模块用于为控制设备供电；显示输入模块还连接至CPU控制模块40，用于显示信息以及提供输入信息的界面；安全保护模块还连接至高频信号源模块10、功率放大模块20和CPU控制模块40，用于防止过压过流。
另外，控制设备还可以设置语音回路，连接至CPU控制模块40，用于报警或者语音提示功能，例如，提示当前工作模式或者当前工作功率为多少。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种控制方法，基于上述控制设备实现，其中有关功率控制的内容，可参见上述功率控制方法的实施例，重复之处不再赘述。如图7所示，该控制方法可以包括如下步骤：
步骤S701，CPU控制模块接收来自输出控制开关模块的工作指令，根据工作指令控制第一切换电路和第二切换电路，将工作指令中工作模式对应的输出电路接通。
步骤S702，CPU控制模块根据工作指令控制高频信号源模块输出预设频率的电磁功率信号；接通的输出电路将经功率放大模块放大的电磁功率信号通过电极接口输出到对应的手术电极，以对生物组织进行处理；同时，CPU控制模块控制反馈电路模块采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号与输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号，CPU控制模块输出根据预设输入功率、预设比较值、输出电压信号、输出电流信号、相位差信号及输出反射波功率信号得到的增益控制值至功率放大模块的增益控制端，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
通过上述控制方法，输出较高频率的电磁功率信号到手术电极，在手术电极与生物组织之间产生电磁场和诱导电磁场的相互作用，从而产生弧光放电和焦耳热，利用弧光放电和焦耳热，可以对生物组织进行切开、凝固等处理。并且，上述控制设备提供了多种电极接口以及对应的输出电路，可以满足不同的手术需求。另外，上述控制设备根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的最佳功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。
在一个实施例中，在输出根据预设输入功率、预设比较值、输出电压信号、输出电流信号、相位差信号及输出反射波功率信号得到的增益控制值至功率放大模块的增益控制端之前，可以通过以下步骤得到增益控制值：根据直流形式的输出反射波功率信号和相位差信号，确定组织负载阻抗的变化状态；并根据组织负载阻抗的变化状态对有效功率进行补偿运算，得到补偿后的有效功率；将补偿后的有效功率与预设输入功率进行差分叠加运算，得到差分叠加结果；将预设比较值与差分叠加结果进行比较，并将二者中较小的值作为增益控制值。
在一个实施例中，采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号与输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，包括：当功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在周期性脉冲信号为第一值的情况下，进行信号采样；在周期性脉冲信号为第二值的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为第一值时所采样的信号。
本发明实施例还提供了一种电磁刀手术系统，图8是本发明实施例的电磁刀手术系统的结构示意图，如图8所示，该电磁刀手术系统包括：控制设备100、至少一个电极200及其对应的电缆300，其中，控制设备100是上述实施例所描述的控制设备，电极200通过对应的电缆300连接至控制设备100，至少一个电极200可以是单极电极、双极电极和内镜电极中至少一个。
通过上述电磁刀手术系统，控制设备输出较高频率的电磁功率信号，该电磁功率信号通过电缆输出到电极，在电极与生物组织之间产生电磁场和诱导电磁场的相互作用，从而产生弧光放电和焦耳热，利用弧光放电和焦耳热，可以对生物组织进行切开、凝固等处理。并且，该电磁刀手术系统提供了多种电极，可以满足不同的手术需求。另外，其中的控制设备根据有效功率和预设值进行增益控制，使得功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的最佳功率，改善了组织负载随功率输出变化导致的功率衰减和不稳定问题。
上述电磁刀手术系统还可以包括：脚踏开关及其电缆，脚踏开关通过电缆连接至控制设备上对应的接口，脚踏开关用于选择切开或者凝固。例如，当医生使用双极电极进行手术时，用脚踩住切开开关，则使用双极电极进行生物组织的切开；用脚踩住凝固开关，则使用双极电极进行凝固。
在一个实施例中，电缆300可以是同轴电缆，包括：芯线和以同轴方式通过绝缘材料包围该芯线的屏蔽线。电缆300可以包括多个分段电缆，在邻接的分段电缆中，靠近电极200一侧的分段电缆的直径小于靠近控制设备100一侧的分段电缆的直径。靠近电极200一侧的分段电缆的直径细，可以减轻电缆重量，提高医生手持电极进行手术的稳定性。
邻接的分段电缆之间可以通过中接头连接，中接头内部设置有包括变压器、电感、电容中至少一种器件的电路。如图9所示，A表示靠近控制设备100一侧的分段电缆(粗同轴电缆)，B表示靠近电极200一侧的分段电缆(细同轴电缆)，1表示芯线，2表示屏蔽线，电缆A与电缆B通过虚线框内的中接头连接，图9中的中接头以变压器为例，提高电缆B上的电压，进而提高传输到电极200上的电压，有利于切割生物组织。
在电缆300与电极200连接的一端，电缆300的屏蔽线作为无源输出端，芯线作为有源输出端，有源输出端与电极200连接。
对于双极电极，可以是镊子式双极电极，也可以是单极式双极电极。其中，镊子式双极电极与双极电极对应的电缆连接；单极式双极电极可以与单极电极对应的电缆连接，实现双极切开凝固功能。单极式双极电极包括两个分支电极，与有源输出端(电缆的芯线)连接的分支电极作为正电极，与无源输出端(电缆的屏蔽线)连接的分支电极作为负电极。正电极与负电极可以通过绝缘物(例如，陶瓷材料的隔板)隔离，构成开路状态，并在空间保持一定物理距离；或者，正电极与负电极通过电阻性材料相连接，例如，使用双极电极进行生物组织处理时，生物组织可等效为电阻。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)，中央处理器(CPU)与程序存储芯片的组合等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种功率控制方法，其特征在于，包括：
采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号；
对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；
对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率；
根据所述有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值；
输出所述增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，使得所述功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
2.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，包括：
当所述功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在所述周期性脉冲信号为第一值的情况下，进行信号采样；在所述周期性脉冲信号为第二值的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为所述第一值时所采样的信号。
3.根据权利要求1或2所述的功率控制方法，其特征在于，根据所述有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值，包括：
根据直流形式的输出反射波功率信号和相位差信号，确定组织负载阻抗的变化状态；并根据所述组织负载阻抗的变化状态对所述有效功率进行补偿运算，得到补偿后的有效功率；
将所述补偿后的有效功率与预设输入功率进行差分叠加运算，得到差分叠加结果；
将所述预设比较值与所述差分叠加结果进行比较，并将二者中较小的值作为所述增益控制值。
4.一种功率控制装置，其特征在于，包括：功率放大模块、采样保持模块、反馈处理模块、第一计算模块、第二计算模块和控制模块；
所述采样保持模块，用于采样保持所述功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号；
所述反馈处理模块，用于对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；
所述第一计算模块，用于对直流形式的输出电压信号、输出电流信号和相位差信号进行乘法计算，得到有效功率；
所述第二计算模块，用于根据所述有效功率、预设输入功率和预设比较值计算得到增益控制值；
所述控制模块，用于输出所述增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，使得所述功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
5.根据权利要求4所述的功率控制装置，其特征在于，所述采样保持模块被设置为，当所述功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在所述周期性脉冲信号为第一值的情况下，进行信号采样；在所述周期性脉冲信号为第二值的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为所述第一值时所采样的信号。
6.根据权利要求4或5所述的功率控制装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
第一计算子模块，用于根据直流形式的输出反射波功率信号和相位差信号，确定组织负载阻抗的变化状态；并根据所述组织负载阻抗的变化状态对所述有效功率进行补偿运算，得到补偿后的有效功率；
第二计算子模块，用于将所述补偿后的有效功率与预设输入功率进行差分叠加运算，得到差分叠加结果；
第三计算子模块，用于将所述预设比较值与所述差分叠加结果进行比较，并将二者中较小的值作为所述增益控制值。
7.一种控制设备，应用于电磁刀手术系统，其特征在于，包括：高频信号源模块、功率放大模块、反馈电路模块、CPU控制模块、输出控制开关模块、输出电路模块以及至少一个电极接口；
所述功率放大模块的输入端连接至所述高频信号源模块；所述输出电路模块的输入端连接至所述功率放大模块的输出端，所述输出电路模块的输出端连接至所述至少一个电极接口；所述反馈电路模块的输入端连接至所述功率放大模块的输出端，所述反馈电路模块的输出端连接至所述CPU控制模块，所述CPU控制模块还连接至所述功率放大模块的增益控制端、所述高频信号源模块和所述输出控制开关模块；
所述高频信号源模块，用于输出预设频率的电磁功率信号；
所述输出电路模块，用于将经所述功率放大模块放大的电磁功率信号通过所述电极接口传输给手术电极，以对生物组织进行处理；
所述反馈电路模块，用于采样保持所述功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号；
所述CPU控制模块，用于输出根据预设输入功率、预设比较值、所述输出电压信号、所述输出电流信号、所述相位差信号及所述输出反射波功率信号得到的增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，接收所述输出控制开关模块发出的工作指令，以及输出控制指令；
所述输出控制开关模块，用于输出所述工作指令，其中，所述工作指令用于指示工作模式以及指示输出或停止输出所述电磁功率信号；
所述输出电路模块包括：依次连接的隔离变压器、第一切换电路、至少一个输出电路、第二切换电路、隔直流电路；
其中，所述第一切换电路和所述第二切换电路，还连接至所述CPU控制模块，用于根据来自所述CPU控制模块的控制指令控制所述输出电路的接通或断开；
所述至少一个输出电路与所述至少一个电极接口一一对应。
8.根据权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括：谐振电路，所述谐振电路的一端连接至所述输出电路的输出端，另一端接地；
所述谐振电路的阻抗可调，所述谐振电路与所述控制设备的浮游电容及离散电容在所述预设频率上构成并联谐振回路；
其中，所述浮游电容及离散电容是在所述预设频率时所述控制设备的所述输出电路模块、电缆和大地间形成的浮游电容及离散电容，所述电缆用于连接所述控制设备和所述手术电极。
9.根据权利要求7或8所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个电极接口包括：单极电极接口、双极电极接口和内镜电极接口中至少一个。
10.一种控制方法，其特征在于，包括：
CPU控制模块接收来自输出控制开关模块的工作指令，根据所述工作指令控制第一切换电路和第二切换电路，将所述工作指令中工作模式对应的输出电路接通；
所述CPU控制模块根据所述工作指令控制所述高频信号源模块输出预设频率的电磁功率信号；所述接通的输出电路将经功率放大模块放大的电磁功率信号通过所述电极接口输出到对应的手术电极，以对生物组织进行处理；同时，所述CPU控制模块控制反馈电路模块采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，对采样的信号进行处理，并将处理后的信号转换成直流信号，所述CPU控制模块输出根据预设输入功率、预设比较值、所述输出电压信号、所述输出电流信号、所述相位差信号及所述输出反射波功率信号得到的增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端，使得所述功率放大模块输出特定组织负载或组织负载变化时所需的功率。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，在输出根据预设输入功率、预设比较值、所述输出电压信号、所述输出电流信号、所述相位差信号及所述输出反射波功率信号得到的增益控制值至所述功率放大模块的增益控制端之前，所述方法还包括：
根据直流形式的输出反射波功率信号和相位差信号，确定组织负载阻抗的变化状态；并根据所述组织负载阻抗的变化状态对所述有效功率进行补偿运算，得到补偿后的有效功率；
将所述补偿后的有效功率与预设输入功率进行差分叠加运算，得到差分叠加结果；
将所述预设比较值与所述差分叠加结果进行比较，并将二者中较小的值作为所述增益控制值。
12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，采样保持功率放大模块的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号与所述输出电流信号的相位差信号、输出反射波功率信号，包括：
当所述功率放大模块的输出信号被周期性脉冲信号调制时，在所述周期性脉冲信号为第一值的情况下，进行信号采样；在所述周期性脉冲信号为第二值的情况下，进行信号保持，保持的信号为前一个脉冲为所述第一值时所采样的信号。
13.一种电磁刀手术系统，其特征在于，包括：权利要求7至9中任一项所述的控制设备、至少一个电极及其对应的电缆，其中，所述电极通过对应的电缆连接至所述控制设备。
14.根据权利要求13所述的电磁刀手术系统，其特征在于，
所述电缆包括：芯线和以同轴方式通过绝缘材料包围所述芯线的屏蔽线；
所述电缆包括多个分段电缆，在邻接的分段电缆中，靠近所述电极一侧的分段电缆的直径小于靠近所述控制设备一侧的分段电缆的直径；
邻接的分段电缆之间通过中接头连接，所述中接头内部设置有包括变压器、电感、电容中至少一种器件的电路。
15.根据权利要求13或14所述的电磁刀手术系统，其特征在于，所述至少一个电极包括：单极电极、双极电极和内镜电极中至少一个。
16.根据权利要求15所述的电磁刀手术系统，其特征在于，所述双极电极包括两个分支电极，与电缆的芯线连接的分支电极作为正电极，与电缆的屏蔽线连接的分支电极作为负电极，其中，所述正电极与所述负电极通过绝缘物隔离，构成开路状态，并在空间保持预定的物理距离；或者，所述正电极与所述负电极通过电阻性材料相连接。
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