CN108169648A - 一种电手术器械绝缘缺陷检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，包括可充电电池、第一升压模块、第二升压模块、高频变换器、高压显示模块、漏电检测电路和探测电极，所述可充电电池的分别与第一升压模块、第二升压模块和高频变换器连接，第一升压模块与高频变换器连接，高频变换器与探测电极的正极连接，第二升压模块与高压显示模块、漏电检测电路连接，该高频变换器的高压检测输出端与高压显示模块的显示输入端连接，高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，探测电极的负极与漏电检测电路连接。本发明的缺陷检测仪可供医务人员在器械消毒后、术前、术中或术后确定手术器械绝缘的完好性，通过检测电手术器械的绝缘缺陷，可预防患者的烧伤。

Description

一种电手术器械绝缘缺陷检测仪

技术领域

本发明属于电子医疗器械技术领域，特别涉及一种电手术器械绝缘缺陷检 测仪。

背景技术

电手术器械又叫高频电刀或电外科器械，它是利用高密度高频电流对局部 生物组织的集中热效应，使组织或组织成分汽化或爆裂，从而达到凝固、切割 或干燥组织等特定手术效果。因其有效地切割组织同时控制出血量，已成为现 代手术的重要设备之一；电手术器械具有切割速度快、止血效果好、操作简单、 安全方便等优势，除了广泛用于开放式手术外，越来越多地应用在各种内窥镜 手术中，如：腹腔镜、前列腺切镜、胃镜、膀胱镜、宫腔镜等手术中。

电手术器械因其成本高，一般都是可重复使用的设备，需要进行消毒处理， 这就有可能破坏它的绝缘，一旦绝缘层被破坏，高频电流就会泄漏，从而造成 非手术区域的烧伤。在开放式手术中，手术视野比较开阔，绝缘层破损很容易 被发现。而在内窥镜手术中，手术视野是有限的，绝缘层破损很难被发现。而 且肉眼很难确认绝缘层是否出现绝缘缺陷。

电手术器械就是利用300kHz以上的高频电流，在组织内产生热效应，有 选择地破坏组织。电手术器械的作用主要是切割与凝固，为了实现对组织的切 割与凝固作用，必须在电手术器械上施加幅度很高电压，其峰值电压可达数千 伏特。为了确保高频电流沿着指定路径到达手术部位，避免造成非手术区的灼 伤，电手术器械除了尖端外，其他部位都带有单层或双层绝缘层；高频电流泄 露机制有两种，一是绝缘缺陷，二是电容耦合，其中绝缘缺陷占主导地位，这 是由于器械过渡重复使用、多次通过套管针和频繁的灭菌造成的，而绝缘缺陷 会造成灾难性电损伤。

为了使这种风险最小化的唯一有效的方法是在消毒后、使用前，由医护人 员用仪器对器械绝缘的完好性进行检查；在使用后立即由医务人员再次确认绝 缘层是否出现缺陷。如果发现绝缘缺陷，就要考虑是否已经造成患者烧伤、肠 穿孔等并发症，如何补救等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供了一种电手术 器械绝缘缺陷检测仪，本发明的缺陷检测仪可供医务人员在器械消毒后、术前、 术中或术后确定手术器械绝缘的完好性，通过检测电手术器械的绝缘缺陷，可 预防患者的烧伤，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一方面，提供了一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，包括可充 电电池、第一升压模块、第二升压模块、高频变换器、高压显示模块、漏电检 测电路和探测电极，所述可充电电池的正极输出端分别与所述第一升压模块的 电源输入端、第二升压模块的电源输入端和高频变换器的直流变换输入端连 接，所述第一升压模块的电源输出端与所述高频变换器的电源输入端连接，所 述高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，所述第二升压模 块的电源输出端与所述高压显示模块的电源输入端、漏电检测电路的电源输入 端连接，该高频变换器的高压检测输出端与所述高压显示模块的显示输入端连 接，所述高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，所述探测 电极的负极与所述漏电检测电路连接。

优选的，所述高频变换器包括PWM调制控制器、高压隔离电路、高压变换 电路、整流滤波电路和高压检测电路，所述PWM调制控制器的输出端通过高压 隔离电路与所述高压变换电路的第一输入端连接，所述第一升压模块的电源输 出端与所述高压变换电路的第二输入端连接，所述高压变换电路的输出端分别 与所述整流滤波电路的输入端、探测电极的正极连接，所述整流滤波电路的输 出端分别与所述高压检测电路的输入端、高压显示模块的显示输入端连接，所 述高压检测电路的输出端与所述PWM调制控制器的调制控制输入端连接。

优选的，所述PWM调制控制器采用的型号为UCC3581调制控制器，所述 高压隔离电路包括电阻R3和场效应管Q1，所述高压变换电路包括升压变压器 T1，整流滤波电路包括整流二极管D1和电容C4，高压检测电路包括电阻R4、 电阻R5、可调电位器R6和运算放大器IC2，所述UCC3581调制控制器的输出 端通过电阻R3与所述场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的漏极与所 述升压变压器T1的原边抽头的一端连接，该升压变压器T1的原边抽头的另一 端与所述可充电电池的正极输出端连接，所述升压变压器T1的副边抽头的一 端与整流二极管D1的阳极连接，该整流二极管D1阴极分别与所述电容C4的 一端、电阻R4的一端、探测电极的正极连接，所述电阻R4的另一端分别与电 阻R5的一端、运算放大器IC2的负极输入端和高压显示模块的显示输入端连 接，所述运算放大器IC2的正极输入端与所述可调电位器R6的中心抽头连接， 所述运算放大器IC2的输出端与所述UCC3581调制控制器的电压控制端连接， 所述UCC3581调制控制器的电源输入端、可调电位器R6的另一端、运算放大 器IC2的电源输入端分别与所述第一升压模块的电源输出端连接，所述升压变 压器T1原边抽头的另一端、运算放大器IC2的接地端、场效应管Q1的源极、 电阻5的另一端和电容C4的另一端分别与地连接。

优选的，所述漏电检测电路包括ICM7555定时器、电阻R7、电阻R70、电 阻R8、电容C5、电容C6、发光二极管LED1和报警器，所述探测电极的负极分 别与所述电阻R7的一端、电阻R70的一端连接，电阻R70的另一端分别与所 述连ICM7555定时器的基准输入端、ICM7555定时器的触发输入端和电容C5 的一端连接，所述ICM7555定时器的复位端、ICM7555定时器的电源输入端、 电阻R8的一端和报警器的电源输入端与所述第二升压模块的电源输出端连接， 所述电阻R8的另一端与所述发光二极管LED1的阳极连接，所述发光二极管 LED1的阴极、报警器的信号输入端分别与所述ICM7555定时器的定时输出端连 接，ICM7555定时器的电压控制端与电容C6的一端连接，所述电阻R7的另一 端、电容C5的另一端、电容C6的另一端和ICM7555定时器的接地端分别与地 连接。

优选的，所述高压显示模块包括量程选择电路、A/D转换器和LCD显示器， 所述量程选择电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述量程选择 电路的输出端与所述A/D转换器的模拟输入端连接，所述A/D转换器的数字输 出端与所述LCD显示器的显示输入端连接。

优选的，所述A/D转换器型号采用ICL7136双积分三位半A/D转换的CMOS 型集成电路。

优选的，所述可充电电池采用3.7V动力聚合物锂可充电锂电池，所述第 一升压模块采用5V电源变换模块将3.7V电源提升至5V，所述第二升压模块采 用12V电源变换模块将3.7V电源提升至12V。

综上所述，本发明由于采用了以上技术方案，本发明具有如下显著效果：

(1)、本发明可供医务人员在器械消毒后、术前、术中或术后确定手术器 械绝缘的完好性，通过检测电手术器械的绝缘缺陷，可预防患者的烧伤；本发 明采用可充电电池供电，仪器的体积较小、便于携带，操作方便。

(2)、测试电压连续可调，适合检测不同的手术器械，包括：腹腔镜器械、 内窥镜器械、体内手术器械、体外电手术器械、手术器械电缆等，也可用于一 次性器械。

(3)、采用微功耗变换模块，延长了每次充电的使用时间，高压模块采用 负反馈电路，提高了探测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实 例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种电手术器械绝缘缺陷检测仪的原理框图；

图2是本发明的高频变换器的原理框图；

图3是本发明的高频变换器的具体实施例的电路图；

图4是本发明的漏电检测电路的具体实施例的电路图；

图5是本发明的手术器械绝缘缺陷检测实物连接图；

图6是本发明的高压显示模块的具体实施例的电路图；

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，包括可 充电电池、第一升压模块、第二升压模块、高频变换器、高压显示模块、漏电 检测电路和探测电极，所述可充电电池的正极输出端分别与所述第一升压模块 的电源输入端、第二升压模块的电源输入端和高频变换器的直流变换输入端连 接，所述第一升压模块的电源输出端与所述高频变换器的电源输入端连接，所 述高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，所述第二升压模 块的电源输出端与所述高压显示模块的电源输入端、漏电检测电路的电源输入 端连接，该高频变换器的高压检测输出端与所述高压显示模块的显示输入端连 接，所述高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，所述探测 电极的负极与所述漏电检测电路连接；在本发明中，所述可充电电池采用3.7V 动力聚合物锂电芯、5000mAh的可充电锂电池，具有低内阻，高性能，一致性 好，循环寿命长，安全性高，不爆炸等特点，所述第一升压模块采用5V电源 变换模块将3.7V电源提升至5V，具体采用T64型3.7V转5V DC-DC升压转换 模块，该模块的最大输出电流可达480mA，工作频率为工作频率150kHz，典型 转换效率85％，尺寸大小为11mm×10.5mm×7.5mm(非常小)，重量约1g，所述 第二升压模块采用12V电源变换模块将3.7V电源提升至12V，具体采用 ELECHSUP型超小型3.7V转12V DC-DC升压转换模块，工作频率1.0MHz，典型 转换效率85％。尺寸为20.5mm×10.5mm×5.6mm，重量约1.4g。

在本发明中，如图2所示，所述高频变换器包括PWM调制控制器、高压隔 离电路、高压变换电路、整流滤波电路和高压检测电路，所述PWM调制控制器 的输出端通过高压隔离电路与所述高压变换电路的第一输入端连接，所述第一 升压模块的电源输出端与所述高压变换电路的第二输入端连接，所述高压变换 电路的输出端分别与所述整流滤波电路的输入端、探测电极的正极连接，所述 整流滤波电路的输出端分别与所述高压检测电路的输入端、高压显示模块的显 示输入端连接，所述高压检测电路的输出端与所述PWM调制控制器的调制控制 输入端连接。在本发明中，结合图3所示，所述PWM调制控制器采用的型号为UCC3581调制控制器，所述高压隔离电路包括电阻R3和场效应管Q1，所述高 压变换电路包括升压变压器T1，整流滤波电路包括整流二极管D1和电容C4， 高压检测电路包括电阻R4、电阻R5、可调电位器R6和运算放大器IC2，所述 UCC3581调制控制器的输出端通过电阻R3与所述场效应管Q1的栅极连接， 所述场效应管Q1的漏极与所述升压变压器T1的原边抽头的一端连接，该升压 变压器T1的原边抽头的另一端与所述可充电电池的正极输出端连接，所述升 压变压器T1的副边抽头的一端与整流二极管D1的阳极连接，该整流二极管D1 阴极分别与所述电容C4的一端、电阻R4的一端、探测电极的正极连接，所述 电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、误差运算放大器IC2的负极输入端和 高压显示模块的显示输入端连接，所述运算放大器IC2的正极输入端与所述可 调电位器R6的中心抽头连接，所述运算放大器IC2的输出端与所述UCC3581 调制控制器的电压控制端连接，所述UCC3581调制控制器的电源输入端、可 调电位器R6的另一端、运算放大器IC2的电源输入端分别与所述第一升压模块的电源输出端连接，所述升压变压器T1原边抽头的另一端、运算放大器IC2 的接地端、场效应管Q1的源极、电阻5的另一端和电容C4的另一端分别与地 连接。结合图2和图3所示，在该电路中的升压变压器T1、场效应管开关管 Q1组成反激式升压变换器,将3.7V直流输入电压提升到0～5000V，当没有漏 电流时负载很轻，该变换器工作于不连续状态，当输出功率为1W时,效率可达 82％,当输出功率为50mW时,效率为70％,当输出功率只有5mW时，效率仍可达到 50％。此时，总输入电流只有200mA。电阻R1、电阻R2和电容C1构成将UCC3581 内部振荡器的频率设置为6kHz，最大占空比设置为70％，电容C2为软启动电 容，电容C3为滤波电容，用于滤掉基准电压PWM调制控制器IC1第6引脚上 的纹波；二极管D1和电容C4构成整流滤波电路，将升压变压器T1输出的交 流电转换成直流电，经过二极管D1整流之后输出至探测电极进行放电刺激， 电阻R4、电阻R5构成的分压电路，用于采集输出电压并将采集电压送给误差 运算放大器IC2的反向输入端(引脚2脚)，电阻R4的输出的电压Vo至高压显 示模块进行显示。电阻R6给误差运算放大器IC2的同向输入端(正极输入端即 引脚3脚)设置电压，用于确定输出电压的设置值，整个电路构成一个负反馈 电路，将输出电压稳定在设置值，当高压输出电压下降时，误差运算放大器的 输出电压上升，PWM调制控制器IC1的第4引脚输出脉冲变宽，场效应管开关 管Q1每次导通储存的能量增大，输出电压升高。当高压输出电压升高时，误 差放大器的输出电压下降，PWM调制控制器IC1第4引脚输出脉冲变窄，PWM 调制控制器开关管Q1每次导通储存的能量减少，输出电压下降，空载时，电 路工作间歇模式，以降低电路的静态功耗。

在本发明中，结合图4，所述漏电检测电路包括ICM7555定时器IC2、电 阻R7、电阻R70、电阻R8、电容C5、电容C6、发光二极管LED1和报警器B1(蜂 鸣器或喇叭)，所述探测电极的负极分别与所述电阻R7的一端、电阻R70的一 端连接，电阻R70的另一端分别与所述连ICM7555定时器IC3的基准输入端、 ICM7555定时器的触发输入端和电容C5的一端连接，所述ICM7555定时器的复 位端、ICM7555定时器的电源输入端、电阻R8的一端和报警器的电源输入端与 所述第二升压模块的电源输出端连接，所述电阻R8的另一端与所述发光二极 管LED1的阳极连接，所述发光二极管LED1的阴极、报警器的信号输入端分别 与所述ICM7555定时器的定时输出端连接，ICM7555定时器的电压控制端与电 容C6的一端连接，所述电阻R7的另一端、电容C5的另一端、电容C6的另一 端和ICM7555定时器的接地端分别与地连接。漏电检测电路用于判断绝缘电阻， 因为施加的高压除以漏电流等于绝缘电阻。在本发明中，首先使漏电流在电阻 上产生电压，然后利用电压比较器判断漏电是否超过设定值。如果超过设定值， 即激活声光报警，说明该器械绝缘电阻不合格，请勿使用。本发明的漏电流检 测电路采用定时器ICM7555构成的迟滞比较器，以提高检测系统的抗干扰能力。 在本发明中，结合图1至图5所示，电阻R7和电阻R70通过导线连接后与探 测电极的负极相连，探测电极的负极(-)与导体的金属部分接触，二极管D1整 流之后通过导线与探测电极的正极(+)连接，探测电极的正极(+)与手术器械的 绝缘层接触进行放电刺激，当探测电极的负极(-)探测到漏电流时，在电阻R7 和电阻R70上形成电压，当电压超过阈值时，ICM7555定时器IC3第3脚输出 变为低电平，发光二级管LED1发出光报警，蜂鸣器B1发出声报警，说明被测器械不合格。电阻R70与电容C5构成低通滤波器，以提高抗干扰能力，电容 C6为滤波电容，进一步提高抗干扰能力。

在本发明中，如图6所示，所述高压显示模块包括量程选择电路、A/D转 换器IC4和LCD显示器，所述量程选择电路的输入端与所述整流滤波电路的输 出端连接，所述量程选择电路的输出端与所述A/D转换器的模拟输入端连接， 所述A/D转换器的数字输出端与所述LCD显示器的显示输入端连接。该高压显 示模块的作用是将高频变换器中的电阻R4的输出电压Vo转换成数字信号，并 通过LCD显示器进行显示。电阻R9、电阻R10和开关S2构成量程选择电路， 选择不同的被测电阻量程，提高了测量精度。电阻R11和电容C9构成低通滤波器，消除电阻R4的输出电压Vo的高频成分和干扰成分。A/D转换器型号采 用ICL7136转换器，该转换器是双积分3位半A/D转换的CMOS型集成电路， 具有集成度高，功耗低微，抗干扰能力强等优点，适合用测量输入电压。它内 部包含驱动LCD液晶显示屏电路，测量电压范围在±200mV到±2V之间。电容 C10是自动校零电容，电容C11、电阻R12为积分回路外界元件，电容C11、电 阻R12与IC9双斜积分A/D转换器。电容C12是A/D转换器IC4的基准电容， 它被充电的电压在反相积分时成为基准电压,本电路中接0.01μF电容；电容 C13、电阻R13与A/D转换器IC4内部的非门电路构成振荡器，产生A/D转换 器的时钟脉冲,电阻R14和电位器P3为基准电压的偏置电阻，当满量程为200mV 时，调节电位器P3使基准电压为100mV，给A/D转换器IC4提供参考电压，电 位器P3用于调节基准电压值，以便校准测量值和显示数值。校准后测量值送 到LCD显示器以数字形式显示

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本使 用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：包括可充电电池、第一升压模块、第二升压模块、高频变换器、高压显示模块、漏电检测电路和探测电极，所述可充电电池的正极输出端分别与所述第一升压模块的电源输入端、第二升压模块的电源输入端和高频变换器的直流变换输入端连接，所述第一升压模块的电源输出端与所述高频变换器的电源输入端连接，所述高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，所述第二升压模块的电源输出端与所述高压显示模块的电源输入端、漏电检测电路的电源输入端连接，该高频变换器的高压检测输出端与所述高压显示模块的显示输入端连接，所述高频变换器的高压变换输出端与所述探测电极的正极连接，所述探测电极的负极与所述漏电检测电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：所述高频变换器包括PWM调制控制器、高压隔离电路、高压变换电路、整流滤波电路和高压检测电路，所述PWM调制控制器的输出端通过高压隔离电路与所述高压变换电路的第一输入端连接，所述第一升压模块的电源输出端与所述高压变换电路的第二输入端连接，所述高压变换电路的输出端分别与所述整流滤波电路的输入端、探测电极的正极连接，所述整流滤波电路的输出端分别与所述高压检测电路的输入端、高压显示模块的显示输入端连接，所述高压检测电路的输出端与所述PWM调制控制器的调制控制输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：所述PWM调制控制器IC1采用的型号为UCC3581调制控制器，所述高压隔离电路包括电阻R3和场效应管Q1，所述高压变换电路包括升压变压器T1，整流滤波电路包括整流二极管D1和电容C4，高压检测电路包括电阻R4、电阻R5、可调电位器R6和误差运算放大器IC2，所述UCC3581调制控制器的输出端通过电阻R3与所述场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的漏极与所述升压变压器T1的原边抽头的一端连接，该升压变压器T1的原边抽头的另一端与所述可充电电池的正极输出端连接，所述升压变压器T1的副边抽头的一端与整流二极管D1的阳极连接，该整流二极管D1阴极分别与所述电容C4的一端、电阻R4的一端、探测电极的正极连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、误差运算放大器IC2的负极输入端和高压显示模块的显示输入端连接，所述误差运算放大器IC2的正极输入端与所述可调电位器R6的中心抽头连接，所述误差运算放大器IC2的输出端与所述UCC3581调制控制器的电压控制端连接，所述UCC3581调制控制器的电源输入端、可调电位器R6的另一端、误差运算放大器IC2的电源输入端分别与所述第一升压模块的电源输出端连接，所述升压变压器T1原边抽头的另一端、误差运算放大器IC2的接地端、场效应管Q1的源极、电阻5的另一端和电容C4的另一端分别与地连接。

4.根据权利要求1所述的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：所述漏电检测电路包括ICM7555定时器、电阻R7、电阻R70、电阻R8、电容C5、电容C6、发光二极管LED1和报警器，所述探测电极的负极分别与所述电阻R7的一端、电阻R70的一端连接，电阻R70的另一端分别与所述连ICM7555定时器的基准输入端、ICM7555定时器的触发输入端和电容C5的一端连接，所述ICM7555定时器的复位端、ICM7555定时器的电源输入端、电阻R8的一端和报警器的电源输入端与所述第二升压模块的电源输出端连接，所述电阻R8的另一端与所述发光二极管LED1的阳极连接，所述发光二极管LED1的阴极、报警器的信号输入端分别与所述ICM7555定时器的定时输出端连接，ICM7555定时器的电压控制端与电容C6的一端连接，所述电阻R7的另一端、电容C5的另一端、电容C6的另一端和ICM7555定时器的接地端分别与地连接。

5.根据权利要求3所述的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：所述高压显示模块包括量程选择电路、A/D转换器和LCD显示器，所述量程选择电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述量程选择电路的输出端与所述A/D转换器的模拟输入端连接，所述A/D转换器的数字输出端与所述LCD显示器的显示输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：所述A/D转换器型号采用ICL7136双积分三位半A/D转换的CMOS型集成电路。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种电手术器械绝缘缺陷检测仪，其特征在于：所述可充电电池采用3.7V动力聚合物锂可充电锂电池，所述第一升压模块采用5V电源变换模块将3.7V电源提升至5V，所述第二升压模块采用12V电源变换模块将3.7V电源提升至12V。