CN109350232A - 一种生物组织焊接系统 - Google Patents

Abstract

一种生物组织焊接系统，设置有中央控制器，该中央控制器电源控制端连接有程控电源模块，该程控电源模块的输入端为工频电源接口，输出端与功率放大模块连接，该功率放大模块的输出端与输出模块连接，控制端与所述中央控制器输出端连接，反馈端经反馈电路模块后与所述中央控制器的反馈输入端连接，所述中央控制器的输入端连接有人机交互模块。本发明系统整体结构简单，通过调节程控电源模块的矩形波的脉宽从而实现输出功率的控制，这样可以在不改变输出电压的情况下就实现功率的调控，可令功率控制反应时间大大减少，实现更加精准的控制。

Description

一种生物组织焊接系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种生物组织焊接系统。

背景技术

生物组织快速焊接缝合的原理是通过热能的作用促使蛋白质分子发生凝变。手术时使用两极焊接钳，用高频高压电流破坏细胞膜，使其分解出凝结液体，然后对伤口处的组织进行压合，从而完成“焊接”过程。一般经过一个月左右，生物组织的形态结构就会完全恢复如初，手术处几乎难以发现。基于生物组织快速焊接缝合技术原理进行相关设备的研究及开发，必将为未来手术医师提供极大便利，大大减少手术患者的痛楚，提高全民医疗环境。

常规缝合技术长期以来无显著改进，具有耗时长、恢复慢、易感染、创口大易留疤痕等明显缺点，给患者带来诸多痛苦并延长外科手术时间和术后康复时间。且在一些内脏、血管、肠道等手术上，需使用特殊可吸收缝合线，效果受缝合线质量及患者个体体质影响，稍有不慎，易让患者长期伴随不适感，甚者产生排斥现象。同时战争状态下和重大自然灾害救治时，对外科手术以及急救提出了快速救治、快速康复的要求，然而常规缝合技术无法满足现实需求，极大的制约了战时救助的效率和公共安全应急救助水平，因此急需一种新型外科缝合技术以改善目前临床外科手术中存在的上述缺陷。

生物组织焊接术的出现，有望打破外科医学因为常规缝合技术的停滞不前而受到的制约。生物组织焊接术的原理是通过热能的作用促使蛋白质分子发生凝变。手术时使用两极焊接钳，用高频高压电流破坏细胞膜，使其分解出凝结液体，然后对伤口处的组织进行压合，从而完成“焊接”过程。一般经过一个月左右，生物组织的形态结构就会完全恢复如初，手术处几乎难以发现。与传统缝合技术相比，在临床上采用生物组织焊接仪可大大缩短缝合时间，减少患者失血量及输血量，从而降低并发症可能及手术费用。同时，采用生物组织焊接仪具有缝合速度快、止血效果好、操作简单、安全方便，伤口愈合后不用拆线，不用担心有毒物质吸收，且无明显缝合疤痕，不影响伤口处正常运动，安全美观等优点。其突出的凝血效果，可使它在弥漫性渗血部位如肝脏、脾脏、甲状腺、乳腺、肺部手术缝合中大放异彩。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种带有检测电路，控制精准，输出稳定，操作简单的生物组织焊接系统，具体技术方案如下：

一种生物组织焊接系统，设置有中央控制器，该中央控制器电源控制端连接有程控电源模块，该程控电源模块的输入端为工频电源接口，输出端与功率放大模块连接，该功率放大模块的输出端与输出模块连接，控制端与所述中央控制器输出端连接，反馈端经反馈电路模块后与所述中央控制器的反馈输入端连接，所述中央控制器的输入端连接有人机交互模块。

为更好的实现本发明，进一步为：

在所述程控电源模块的输出端与功率放大模块的输入端之间设置有滤波电路模块，用于减小程控电源模块输出的电流干扰。

所述功率放大模块设置有MOS管Q2和MOS管Q4，该MOS管Q2和MOS管Q4的栅极分别与第一驱动芯片DD200的输出端连接，其中所述MOS管Q2的漏极与所述程控电源模块的输出端连接，源极与所述MOS管Q4的漏极连接，该MOS管Q4的源极接地，所述第一驱动芯片DD200的高端浮置电源电压端与二极管D202的负极连接，该二极管D202的正极与电源端连接，所述二极管D202的负极还经电容C209后与第一驱动芯片DD200的高端浮置电源偏移电压端连接，该第一驱动芯片DD200的高端浮置电源偏移电压端还经电阻R212后与所述MOS管Q2源极和MOS管Q4漏极的公共端连接；

还设置有MOS管Q1和MOS管Q3，该MOS管Q1和MOS管Q3的栅极分别与第二驱动芯片DD201的输出端连接，其中所述MOS管Q1的漏极与所述程控电源模块的输出端连接，源极与所述MOS管Q3的漏极连接，该MOS管Q3的源极接地，所述第二驱动芯片DD201的高端浮置电源电压端与二极管D203的负极连接，该二极管D203的正极与电源端连接，所述二极管D203的负极还经电容C210后与第二驱动芯片DD201高端浮置电源偏移电压端连接，该第二驱动芯片DD201高端浮置电源偏移电压端还经电阻R213后与所述MOS管Q1源极和MOS管Q3漏极的公共端连接。

所述反馈电路模块设置有电流检测电路和电压检测电路，其中所述电压检测电路设置有隔离变压器T201，该隔离变压器T201原边线圈的一端经热敏电阻后与所述输出模块的第二输出端连接，所述隔离变压器T201的副边线圈第一端与二极管D206的负极连接，该二极管D206正极经电阻R221后与可调电阻R222的输入端连接，该可调电阻R222的可调端经电阻R220后为电路输出负端，所述副边线圈的第二端与二极管D209的负极连接，该二极管D209的正端与所述二极管D206正极连接，所述隔离变压器T201的副边线圈第一端还与二极管D207的正极连接，该二极管D207的负极经电阻R224后为电路输出正端，所述隔离变压器T201的副边线圈第二端还与二极管D208的正极连接，该二极管D208的负极与所述二极管D207的负极连接；

所述电流检测电路设置有隔离变压器T202，该隔离变压器T202原边一端经电阻R223后与二极管D220的负极连接，该二极管D220的正极经电容C213后与所述隔离变压器T201原边线圈的另一端连接，所述隔离变压器T202原边线圈的另一端与所述输出模块的第一输出端连接，所述隔离变压器T202副边线圈的第一端与二级管D210的负极连接，该二级管D210的正极经电阻R231后与可调电阻R234的输入端连接，该可调电阻R234的可调输出端为电路输出负端，所述隔离变压器T202副边线圈的第二端与二极管D215的负极连接，该二极管D215的正极与所述二级管D210的正极连接，所述隔离变压器T202副边线圈的第一端还与二极管D212的正极连接，该二极管D212的负极经电阻235后作为电路输出正端，所述隔离变压器T202副边线圈的第二端还与二极管D214的正极连接，该二极管D214的负极与所述二极管D212的负极连接。

本发明的有益效果为：系统整体结构简单，通过调节程控电源模块的矩形波的脉宽从而实现输出功率的控制，这样可以在不改变输出电压的情况下就实现功率的调控，可令功率控制反应时间大大减少，实现更加精准的控制；功率放大模块采用全桥拓扑结构，实现了输入任意脉宽(小于45％)450kHz的PWM波能够达到100W-200W的输出功率，实现了对输出电压和电流的调整；反馈电路模块的设置，实现输出波形的全自动功率控制，必须对患者组织处的状态进行实时监控，但显然直接测试组织处的温度不太现实，因为考虑到是否完全接触患者焊接部位，或者温度本身随时间就是会较大变化，亦或者由于焊接钳温度较高会对焊接处温度造成较大影响，反馈电路中采用对焊接钳输入的电压以及输入的电流进行测量，通过计算来反馈出组织处的阻抗特性，然后再根据阻抗-温度曲线来实时调节功率。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明中功率放大模块的电路示意图；

图3为本发明中反馈电路模块的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示：一种生物组织焊接系统，设置有中央控制器，该中央控制器电源控制端连接有程控电源模块，该程控电源模块的输入端为工频电源接口，输出端与功率放大模块连接，该功率放大模块的输出端与输出模块连接，控制端与所述中央控制器输出端连接，反馈端经反馈电路模块后与所述中央控制器的反馈输入端连接，所述中央控制器的输入端连接有人机交互模块，在所述程控电源模块的输出端与功率放大模块的输入端之间设置有滤波电路模块，用于减小程控电源模块输出的电流干扰。

如图2所示：所述功率放大模块设置有MOS管Q2和MOS管Q4，该MOS管Q2和MOS管Q4的栅极分别与第一驱动芯片DD200的输出端连接，具体为MOS管Q2的栅极经电阻R205后与二极管D200的正极连接，该二极管D200的负极与第一驱动芯片DD200的HO端连接，在MOS管Q2的栅极和源极之间跨接有电阻R208，在二极管D200的正极和负极之间跨接有电阻R210，MOS管Q4的栅极经电阻R215后与二极管204的正极连接，该二极管204的负极与第一驱动芯片DD200的LO端连接，在MOS管Q4的栅极和源极之间跨接有电阻R218，在二极管204的正极和负极之间，跨接有电阻R214，MOS管Q2的漏极与所述程控电源模块的输出端连接，源极与所述MOS管Q4的漏极连接，该MOS管Q4的源极接地，所述第一驱动芯片DD200的高端浮置电源电压端与二极管D202的负极连接，该二极管D202的正极与电源端连接，所述二极管D202的负极还经电容C209后与第一驱动芯片DD200的高端浮置电源偏移电压端连接，该第一驱动芯片DD200的高端浮置电源偏移电压端还经电阻R212后与所述MOS管Q2源极和MOS管Q4漏极的公共端连接；

还设置有MOS管Q1和MOS管Q3，该MOS管Q1和MOS管Q3的栅极分别与第二驱动芯片DD201的输出端连接，其中所述MOS管Q1的漏极与所述程控电源模块的输出端连接，源极与所述MOS管Q3的漏极连接，该MOS管Q3的源极接地，所述第二驱动芯片DD201的高端浮置电源电压端与二极管D203的负极连接，该二极管D203的正极与电源端连接，所述二极管D203的负极还经电容C210后与第二驱动芯片DD201高端浮置电源偏移电压端连接，该第二驱动芯片DD201高端浮置电源偏移电压端还经电阻R213后与所述MOS管Q1源极和MOS管Q3漏极的公共端连接。

功率放大电路能实现输入任意脉宽(小于45％)450kHz的PWM波能够达到100W-200W的输出功率。为了不损失电压，功率放大电路采用全桥拓扑结构，全桥电路与半桥电路类似，区别在于半桥电路的两个分压电容被换成了另外两个MOS管，从而构成四个MOS管组成电路，当电路开通时，两个桥臂中点间的电压近似等于母线电压。当电路正常工作时，先是MOS管Q1和Q4同时打开，Q2和Q3关闭，为变压器原边提供正向母线电压。然后Q1、Q2、Q3、Q4同时关闭，电路进入死区时间，此时变压器原边不工作。接着MOS管Q2和Q3同时打开，Q1和Q4关闭，为变压器原边提供负向母线电压。由于MOS管内具有寄生电容，当MOS管关闭后会快速放电，且开关频率越高，放电速度也就越快，从而会使变压器原边电压瞬间增大，造成损害。为了防止这个现象，需要在两桥臂间添加TVS管，也即瞬变电压抑制管，防止由于浪涌而造成的电压激增。

如图3所示：所述反馈电路模块设置有电流检测电路和电压检测电路，其中电压检测电路设置有隔离变压器T201，该隔离变压器T201原边线圈的一端经热敏电阻后与所述输出模块的第二输出端连接，其中热敏电阻由热敏电阻NTC200、热敏电阻NTC201和热敏电阻NTC202并联组成，所述隔离变压器T201的副边线圈第一端与二极管D206的负极连接，该二极管D206正极经电阻R221后与可调电阻R222的输入端连接，该可调电阻R222的可调端经电阻R220后为电路输出负端，所述副边线圈的第二端与二极管D209的负极连接，该二极管D209的正端一路与所述二极管D206正极连接，另一路接地，所述隔离变压器T201的副边线圈第一端还与二极管D207的正极连接，该二极管D207的负极经电阻R224后为电路输出正端，所述可调电阻R222的输出端与二极管D207的负极连接，所述隔离变压器T201的副边线圈第二端还与二极管D208的正极连接，该二极管D208的负极与所述二极管D207的负极连接；

所述电流检测电路设置有隔离变压器T202，该隔离变压器T202原边一端经电阻R223后与二极管D220的负极连接，该二极管D220的正极经电容C213后与所述隔离变压器T201原边线圈的另一端连接，所述隔离变压器T202原边线圈的另一端与所述输出模块的第一输出端连接，所述隔离变压器T202副边线圈的第一端与二级管D210的负极连接，该二级管D210的正极经电阻R231后与可调电阻R234的输入端连接，该可调电阻R234的可调输出端为电路输出负端，所述隔离变压器T202副边线圈的第二端与二极管D215的负极连接，该二极管D215的正极与所述二级管D210的正极连接，所述隔离变压器T202副边线圈的第一端还与二极管D212的正极连接，该二极管D212的负极经电阻235后作为电路输出正端，所述隔离变压器T202副边线圈的第二端还与二极管D214的正极连接，该二极管D214的负极与所述二极管D212的负极连接。

为了实现输出波形的全自动功率控制，必须对患者组织处的状态进行实时监控。但显然直接测试组织处的温度不太现实，因为考虑到是否完全接触患者焊接部位，或者温度本身随时间就是会较大变化，亦或者由于焊接钳温度较高会对焊接处温度造成较大影响。所以本实施例反馈电路采用对焊接钳输入的电压以及输入的电流进行测量，通过计算来反馈出组织处的阻抗特性，然后再根据阻抗-温度曲线来实时调节功率。电压测量电路，是通过变压器并联输出端口，来隔离测量出输出电压，然后通过滤除高频载波，按比例缩小到核心控制电路能够测量的电压。而电流测量则是将变压器串联进输出网络，测试输出电流，然后将电流转换为电压值反馈给核心控制电路。需要注意的是，由于人体组织阻抗一般较小，最小是只有几十欧姆，所以串联的电流测量模块的阻值应尽量小才是。通过变压设计，将电流测试模块在主电路上的等效电阻降到了0.5R，效果较令人满意。

Claims (4)

1.一种生物组织焊接系统，其特征在于：设置有中央控制器，该中央控制器电源控制端连接有程控电源模块，该程控电源模块的输入端为工频电源接口，输出端与功率放大模块连接，该功率放大模块的输出端与输出模块连接，控制端与所述中央控制器输出端连接，反馈端经反馈电路模块后与所述中央控制器的反馈输入端连接，所述中央控制器的输入端连接有人机交互模块。

2.根据权利要求1所述生物组织焊接系统，其特征在于：在所述程控电源模块的输出端与功率放大模块的输入端之间设置有滤波电路模块，用于减小程控电源模块输出的电流干扰。

3.根据权利要求1所述生物组织焊接系统，其特征在于：所述功率放大模块设置有MOS管Q2和MOS管Q4，该MOS管Q2和MOS管Q4的栅极分别与第一驱动芯片DD200的输出端连接，其中所述MOS管Q2的漏极与所述程控电源模块的输出端连接，源极与所述MOS管Q4的漏极连接，该MOS管Q4的源极接地，所述第一驱动芯片DD200的高端浮置电源电压端与二极管D202的负极连接，该二极管D202的正极与电源端连接，所述二极管D202的负极还经电容C209后与第一驱动芯片DD200的高端浮置电源偏移电压端连接，该第一驱动芯片DD200的高端浮置电源偏移电压端还经电阻R212后与所述MOS管Q2源极和MOS管Q4漏极的公共端连接；

还设置有MOS管Q1和MOS管Q3，该MOS管Q1和MOS管Q3的栅极分别与第二驱动芯片DD201的输出端连接，其中所述MOS管Q1的漏极与所述程控电源模块的输出端连接，源极与所述MOS管Q3的漏极连接，该MOS管Q3的源极接地，所述第二驱动芯片DD201的高端浮置电源电压端与二极管D203的负极连接，该二极管D203的正极与电源端连接，所述二极管D203的负极还经电容C210后与第二驱动芯片DD201高端浮置电源偏移电压端连接，该第二驱动芯片DD201高端浮置电源偏移电压端还经电阻R213后与所述MOS管Q1源极和MOS管Q3漏极的公共端连接。

4.根据权利要求1所述生物组织焊接系统，其特征在于：所述反馈电路模块设置有电流检测电路和电压检测电路，其中所述电压检测电路设置有隔离变压器T201，该隔离变压器T201原边线圈的一端经热敏电阻后与所述输出模块的第二输出端连接，所述隔离变压器T201的副边线圈第一端与二极管D206的负极连接，该二极管D206正极经电阻R221后与可调电阻R222的输入端连接，该可调电阻R222的可调端经电阻R220后为电路输出负端，所述副边线圈的第二端与二极管D209的负极连接，该二极管D209的正端与所述二极管D206正极连接，所述隔离变压器T201的副边线圈第一端还与二极管D207的正极连接，该二极管D207的负极经电阻R224后为电路输出正端，所述隔离变压器T201的副边线圈第二端还与二极管D208的正极连接，该二极管D208的负极与所述二极管D207的负极连接；

所述电流检测电路设置有隔离变压器T202，该隔离变压器T202原边一端经电阻R223后与二极管D220的负极连接，该二极管D220的正极经电容C213后与所述隔离变压器T201原边线圈的另一端连接，所述隔离变压器T202原边线圈的另一端与所述输出模块的第一输出端连接，所述隔离变压器T202副边线圈的第一端与二级管D210的负极连接，该二级管D210的正极经电阻R231后与可调电阻R234的输入端连接，该可调电阻R234的可调输出端为电路输出负端，所述隔离变压器T202副边线圈的第二端与二极管D215的负极连接，该二极管D215的正极与所述二级管D210的正极连接，所述隔离变压器T202副边线圈的第一端还与二极管D212的正极连接，该二极管D212的负极经电阻235后作为电路输出正端，所述隔离变压器T202副边线圈的第二端还与二极管D214的正极连接，该二极管D214的负极与所述二极管D212的负极连接。