CN108478253B - 一种超声手术工具的频率控制方法及系统 - Google Patents

一种超声手术工具的频率控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超声手术工具的频率控制方法及系统，所述超声手术工具的频率控制方法包括：获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率；当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点，根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率。超声手术工具的频率控制方法解决了某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术工具无法正常工作或导致工作效率低下的问题，提高了超声手术工具的工作效率和稳定性。

Description

一种超声手术工具的频率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及频率控制领域，特别是涉及一种超声手术工具的频率控制方法及系统。
背景技术
超声手术工具，如超声切割止血手术刀(简称超声手术刀)、白内障超声乳化仪及超声骨刀等，有规模的应用已有20年左右的历史，比起其它的手术方法，具有一系列的优点。例如超声手术刀，其优点是：产生烟雾少，手术视野清晰，热损伤小，兼有组织切割、凝固和分离的作用，且可精确控制切割和凝固范围，无电损伤的可能，快速振荡有自净作用，减少刀与组织的粘合。
超声手术工具系统，以超声手术刀为例，通常由超声发生器、超声手柄和超声刀具组成；超生发生器是电驱动源，驱动手柄和刀具系统作超声频振动，振动的刀头与组织作用，起到切割与止血效果。这种组织的有效切割需要较高的振幅，如55千赫兹工作频率需要50-100微米的振幅；这样的系统工作时谐振频率容易随负载和温度的变化而漂移。为了使系统工作在高效率的状态，工作频率需要在系统谐振频率附近，这样就需要超生发生器有频率跟踪的功能。
当系统工作在谐振频率时，通过手柄电路的电压和电流的相位差为零。在正常情况下为了超声系统工作在最大的效率，常常把工作相位点设在相位0点，所以所说的频率跟踪常常就是相位0点跟踪。但是在超声系统的某些状态下，整个系统并不存在相位0点，如当超声刀在高负载的情况下，谐振频率点附近的相位并不过0点，即使不工作在0相位点，或根本没有0相位点，在谐振频率附近工作仍有较高的效率，但当系统出现相位0点时，如仍工作在非相位0点，系统的效率就不是最高的。
发明内容
本发明的目的是提供了一种超声手术工具的频率控制方法及系统，用来解决某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术工具工作效率低下和不稳定的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种超声手术工具的频率控制方法，包括:
获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率；
当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率。
可选的，所述将所述最大值减去一个预设值得到锁相点,具体包括：
根据锁相点公式：
ph_lock＝ph_now–ph_delta (1)
计算锁相点；
其中，ph_lock表示锁相点，ph_now表示相位差的最大值，ph_delta表示第一预设值。
可选的，ph_delta为0-10度。
可选的，在所述根据所述锁相点调整系统的工作频率之后，还包括：
获取所述超声手术工具的工作电流；
根据所述工作电流计算理论最大相位差；
根据所述理论最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率。
可选的，所述根据所述工作电流计算理论最大相位差，具体为；
根据公式：
ph_max＝a*current+b (2)
计算理论最大相位差；其中，ph_max表示理论最大相位差的数值，current表示电流，a和b为已知系数。
可选的，所述根据所述理论最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率，具体包括：
令ph_max＝ph_now，根据所述锁相点公式计算第二相位差；，
判断所述第二相位差是否小于零，得到第二判断结果；
当第二判断结果表示所述第二相位差小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述第二相位差所对应的频率；
当第二判断结果表示所述第二相位差不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整所述相位差为零所对应的频率。
可选的，所述根据所述最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率，具体包括：
判断所述理论最大相位差是否小于零，得到第三判断结果；
当第三判断结果表示所述理论最大相位差小于零时，维持所述超声手术工具的工作频率不变；
当第三判断结果表示所述理论最大相位差不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
本发明还提供了一种超声手术工具的频率控制方法，包括：
获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，提高所述超声手术工具的驱动电流；时刻获取所述工作电压，当所述工作电压高于所述超声手术工具的额定电压时，停止提高所述超声手术工具的驱动电流；将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率；
当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
本发明还提供了另一种超声手术工具的频率控制系统，包括：
获取模块，用于获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断模块，用于判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
第一调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率；
第二调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率。
本发明还提供了一种超声手术工具的频率控制系统，包括：
获取模块，用于获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断模块，用于判断所述最大值是否小于零，得到第四判断结果；
第一调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，提高所述超声手术工具的驱动电流；时刻获取所述工作电压，当所述工作电压高于所述超声手术工具的额定电压时，停止提高所述超声手术工具的驱动电流；将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率；
第二调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的超声手术工具的频率控制方法，当超声手术工具的工作电压和工作电流的相位差的最大值小于零时，预设一个小于最大值的所对应的相位差的相位作为锁相点，调整超声手术工具工作在所述锁相点对应的工作频率。解决了某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术工具无法正常工作或导致工作效率低下的问题，提高了超声手术工具的工作效率和稳定性。
本发明提供的超声手术工具的频率控制方法，当超声手术工具的工作电压和工作电流的相位差的最大值小于零时，提高所述超声手术工具的驱动电流，进而提高工作电压和工作电流的相位差使其靠近并超过零相位。解决了某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术工具无法正常工作或导致工作效率低下的问题，提高了超声手术工具的工作效率和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例1的流程图；
图2为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例2的流程图；
图3为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例3的流程图；
图4为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例4的流程图；
图5为锁相电路的结构连接图；
图6为本发明超声手术工具的频率控制系统的实施例1的结构连接图；
图7为本发明超声手术工具的频率控制系统的实施例2的结构连接图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种超声手术工具的频率控制方法及系统，用来解决某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术工具工作效率低下或不稳定的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了超声手术工具的频率控制方法，用来解决某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术工具工作效率低下或不稳定的问题。
实施例1
图1为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例1的流程图，如图1所示，一种超声手术工具的频率控制方法，以超声手术刀为例，包括如下步骤：
步骤101，获取所述超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值。
步骤102，判断所述最大值是否小于零。
步骤103，当所述最大值不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
当工作电压和工作电流的相位差过0相位时，说明0相位所对应的工作频率即为超声手术刀的谐振频率，将锁相点设为0相位，超声手术刀就会有最高的工作效率。
步骤104，当表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点。
当工作电压和工作电流的相位差不过0相位时，如果依然把锁相点设置在0相位，那么系统就会因为检测不到0相位，还无法确定超声手术刀的工作频率，因此也就无法正常工作。
根据锁相点公式：
ph_lock＝ph_now–ph_delta (1)
计算锁相点；
其中，ph_lock表示锁相点，ph_now表示相位差的最大值，ph_delta表示第一预设值。
步骤105，根据所述锁相点调整所述超声手术刀的工作频率。
将所述超声手术刀的工作频率调整到锁相点所对应的频率。具体实现这一功能的是锁相电路。
图5为锁相电路的结构连接图，如图5所示，锁相电路包括：超声手术刀501、电流检测器502、电压检测器503、相位比较器504、控制器505和功率放大器506。
将检测到的超声手术刀501的电压与电流信号送到相位比较器504，相位比较器504将比较的结果送到控制器505，控制器505根据比较的结果调整驱动频率，送到功率放大器506来驱动超声手术刀501工作。这是一个相位调整的闭过程，来保证超声手术刀501工作在谐振频率附近。
当超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值小于零时，本发明通过降低锁相点的相位，来找到超声波刀具的谐振频率，提高了超声手术刀的工作效率和稳定性。
实施例2
图2为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例2的流程图，以超声手术刀为例，如图2所示，一种超声手术刀的频率控制方法，包括如下步骤：
步骤201，获取所述超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值。
步骤202，判断所述最大值是否小于零。
步骤203，当所述最大值不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
步骤204，当所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点。
步骤205，根据所述锁相点调整所述超声手术刀的工作频率。
具体的，根据锁相点公式：
ph_lock＝ph_now–ph_delta (1)
计算锁相点。将所述超声手术刀的工作频率调整到锁相点所对应的频率。
步骤206，获取所述超声手术刀的工作电流。
步骤207，根据所述工作电流计算理论最大相位差。
实践证明，在其它条件相同的情况下，工作电流值越大，相位差越有可能过0点。此规律可以近似用一次函数来近似，如：
ph_max＝a*current+b (2)
根据公式(2)计算理论最大相位差；其中，ph_max表示理论最大相位差的数值，current表示电流，a和b为已知系数，可以通过测量确定。
步骤208，根据理论最大相位差计算第二相位差；令ph_now＝ph_max，根据所述锁相点公式(1)计算第二相位差。
步骤209，判断所述第二相位差是否小于零；
步骤210，当所述第二相位差小于零时，根据第二相位差调整超声手术刀的工作频率，并提高工作电流。具体为：将所述超声手术刀的工作频率调整到所述第二相位差所对应的频率，并提高工作电流，并返回执行步骤206；
当第二相位差不小于零时，执行步骤203，将所述超声手术刀的工作频率调整所述相位差为零所对应的频率。
本实施例，在超声手术刀工作在非0相位的工作情况下，通过实时检测超声手术刀的工作电流，判断理论最大相位差是否超过0相位，并根据锁相点公式实时调整工作频率，提高了超声手术刀系统的工作频率和稳定性。
实施例3
图3为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例3的流程图，以超声手术刀为例，如图3所示，一种超声手术刀的频率控制方法，包括如下步骤：
步骤301，获取所述超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值。
步骤302，判断所述最大值是否小于零。
步骤303，当所述最大值不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
步骤304，当表示所述最大值小于零时，将锁相点设置在一个比较小的值，如-50度。
步骤305，根据所述锁相点调整所述超声手术刀的工作频率。
步骤306，获取所述超声手术刀的工作电流。
步骤307，根据所述工作电流计算理论最大相位差。具体的，根据公式(2)计算理论最大相位差。
步骤308，判断所述理论最大相位差是否小于零。
步骤309，当所述理论最大相位差小于零时，维持所述超声手术刀的工作频率不变，并提高工作电流，并返回步骤306。
当所述理论最大相位差不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率，返回步骤303。
本实施例，在超声手术刀工作在非0相位的工作情况下，通过实时检测超声手术刀的工作电流，判断理论最大相位差是否超过0相位，如果超过0相位，将超声手术刀的工作频率调整到0相位所对应的频率。解决了当超声手术刀在高负载的情况下，谐振频率点附近的相位并不过0点，系统工作在谐振频率附近的非0相位，但当系统出现相位0点时，系统无法调整到0相位对应的频率工作，而导致的工作效率低下的问题，提高了超声手术刀的工作效率。
实施例4
图4为本发明超声手术工具的频率控制方法的实施例4的流程图，以超声手术刀为例，如图4所示，一种超声手术刀的频率控制方法，包括如下步骤：
步骤401，获取所述超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值。
步骤402，判断所述最大值是否小于零。
步骤403，当表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
步骤404，当所述最大值小于零时，提高所述超声手术刀的驱动电流；时刻获取所述工作电压，当所述工作电压高于所述超声手术刀的额定电压时，停止提高所述超声手术刀的驱动电流。
步骤405，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点。
步骤406，根据所述锁相点调整所述超声手术刀的工作频率。
本实施例根据电流值越大，电压与电流的相位差越大这一规律，在电压允许的范围之内，通过提高驱动电流，进而提前让系统的电流大于阈值电流，保证电压与电流的相位差大于0相位，借此提高系统的工作效率。
本发明提供了超声手术刀的频率控制系统，用来解决某些情况下谐振频率点的相位不过0点时，超声手术刀工作效率低下或不稳定的问题。
实施例1
图6为本发明超声手术工具的频率控制系统的实施例1的结构连接图，以超声手术刀为例，如图6所示，本实施例的超声手术刀的频率控制系统，包括：获取模块601、判断模块602、第一调整模块603、第二调整模块604。
获取模块601，用于获取所述超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值。
判断模块602，用于判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果。
第一调整模块603，用于当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
第二调整模块604，用于当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术刀的工作频率。
实施例2
图7为本发明超声手术工具的频率控制系统的实施例2的结构连接图。以超声手术刀为例，如图7所示，本实施例的超声手术刀的频率控制系统，包括：包括：获取模块701、判断模块702、第一调整模块703、第二调整模块704。
获取模块701，用于获取所述超声手术刀的工作电压与工作电流的相位差的最大值。
判断模块702，用于判断所述最大值是否小于零，得到第四判断结果。
第一调整模块703，用于当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，提高所述超声手术刀的驱动电流；时刻获取所述工作电压，当所述工作电压高于所述超声手术刀的额定电压时，停止提高所述超声手术刀的驱动电流；将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术刀的工作频率。
第二调整模块704，用于当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术刀的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种超声手术工具的频率控制方法，其特征在于，包括:
获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率；
当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点，根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率；
以及，
获取所述超声手术工具的工作电流；
根据所述工作电流计算理论最大相位差；
根据所述理论最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将所述最大值减去一个预设值得到锁相点,具体包括：
根据锁相点公式：
ph_lock=ph_now–ph_delta （1）
计算锁相点；
其中，ph_lock表示锁相点，ph_now表示相位差的最大值，ph_delta表示第一预设值。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，ph_delta为0-10度。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述工作电流计算理论最大相位差，具体为，
根据公式：
ph_max=a*current+b （2）
计算理论最大相位差；其中，ph_max表示理论最大相位差的数值，current表示电流，a和b为已知系数。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述理论最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率，具体包括：
令ph_max=ph_now，根据所述锁相点公式计算第二相位差；
判断所述第二相位差是否小于零，得到第二判断结果；
当第二判断结果表示所述第二相位差小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述第二相位差所对应的频率；
当第二判断结果表示所述第二相位差不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零所对应的频率。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述理论最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率，具体包括：
判断所述理论最大相位差是否小于零，得到第三判断结果；
当第三判断结果表示所述理论最大相位差小于零时，维持所述超声手术工具的工作频率不变；
当第三判断结果表示所述理论最大相位差不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
7.一种超声手术工具的频率控制方法，其特征在于，包括：
获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，提高所述超声手术工具的驱动电流；时刻获取所述工作电压，当所述工作电压高于所述超声手术工具的额定电压时，停止提高所述超声手术工具的驱动电流；将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率；
当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
8.一种超声手术工具的频率控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断模块，用于判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
第一调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率；
第二调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率；
还包括，
第二获取模块，用于获取所述超声手术工具的工作电流；
计算模块，用于根据所述工作电流计算理论最大相位差；
第三调整模块，用于根据所述理论最大相位差调整所述超声手术工具的工作频率。
9.一种超声手术工具的频率控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述超声手术工具的工作电压与工作电流的相位差的最大值；
判断模块，用于判断所述最大值是否小于零，得到第一判断结果；
第一调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值小于零时，提高所述超声手术工具的驱动电流；时刻获取所述工作电压，当所述工作电压高于所述超声手术工具的额定电压时，停止提高所述超声手术工具的驱动电流；将所述最大值减去一个预设值得到锁相点；根据所述锁相点调整所述超声手术工具的工作频率；
第二调整模块，用于当所述第一判断结果表示所述最大值不小于零时，将所述超声手术工具的工作频率调整到所述相位差为零时所对应的频率。
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