CN111494003A - 一种数字微创高频能量工作系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字微创高频能量工作系统，其中，高频信号发生器连接高频功率放大器后的输出电路经匹配电路向手术电极输出信号；高频功率放大器与手术电极之间设有耦合采样电路用于对负载精确实时取样并传输至数字信号处理电路进行处理计算；控制电路依据数字信号处理电路的处理结果选择不同匹配电路对输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节。本发明的系统手术电极的输出信号频率达到2MHz以上，系统智能数字化程度高，控制精度高，操作简单，安全可靠，对人体周围组织热损伤少，可理想地实现对阻抗范围变化大的不同负载进行数字控制恒功率电切、电凝的微创手术。

Description

一种数字微创高频能量工作系统

技术领域

本发明涉及釆用高频电磁能量加热组织的方式向人体传递非机械形式能量的电外科器械，尤其是一种数字微创高频能量工作系统。

背景技术

数字微创高频能量工作系统，是一种取代机械手术刀或传统电刀进行组织切割或凝血的电外科工作系统。它通过有效电极尖端产生的数字控制高频能量与受术者身体接触时对组织进行加热，实现对人体组织的分离或破坏，进而起到切割和止血的微创目的。

现有高频电刀大多是采用1MHz以下，一般是300〜550KHz的两极输岀信号，存在诸多的问题。一是设备控制精度低，没有实时组织阻抗检测，无恒功率控制工作方式；二是缺少远端设定与监控功能；三是输出信号频率低，所产生的“热效应”有限，在切割界面形成碳化物，不利于创口快速愈合，易结疤痕，甚至产生粘连；四是负极板须放在受术者身体上，影响手术安全性，甚至发生烧伤受术者。电流通过时间过长对人体还会产生副作用；五是使用范围有限，出现大面积弥漫性渗血时需要其它设备如氩气供气装置等配合进行凝血。提高输出信号的频率，极易干扰其它周边电子设备的正常工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种数字微创高频能量工作系统，解决现有微创高频电刀精度低、副作用、安全性等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种数字微创高频能量工作系统，包括电源模块、高频信号发生器、高频功率放大器以及手术电极；高频信号发生器经高频功率放大器后的输出电路向手术电极输出信号；电源模块向高频信号发生器提供电源，所述系统还包括相互连接的数字信号处理电路和控制电路；所述高频功率放大器与手术电极之间设有耦合采样电路用于对负载实时取样且将取样信息传输至数字信号处理电路进行处理；所述高频功率放大器的输出电路与手术电极之间还设有匹配电路；所述控制电路依据数字信号处理电路的处理结果选择不同匹配电路对输出至手术电极的输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节；所述系统输出至手术电极的输出信号频率达到2MHz以上。

作为一些实施例，所述系统还包括工作方式设定与显示模块；所述工作方式设定与显示模块通过控制电路设定手术电极的输出能量大小和/或输出方式，还用于显示设定参数和/或所述系统的工作状态；所述高频功率放大器的输出信号频率的幅值可调节；所述输出信号频率为2MHz〜5MHz；所述高频功率放大器的输出功率达200W，输出与地隔离。

进一步地，所述控制电路是釆用单片机或DSP的可设定输出能量大小、输出波形占空比可调的控制电路；所述耦合采样电路用于对负载精确取样并输出至数字信号处理电路进行快速模拟数字信号转换得到负载的阻抗数值；不同参数的匹配电路的选择采用继电器实现，由控制电路控制继电器的线圈通断。

进一步地，所述控制电路控制继电器选择二级升压谐振电路或三级升压谐振电路对所述输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节；所述二级升压谐振电路由电感L2、电容C3及电感L3、负载电容级联组成；当依据耦合采样电路对负载的初始取样得到的负载阻抗值小时，控制电路控制继电器LS1及LS2选择二级升压谐振电路，以保证恒功率输出； 所述三级升压谐振电路由电感L2、电容C31及电感L31、电容C32以及电感L32、负载电容级联组成；当依据耦合采样电路对负载的初始取样得到的负载阻抗值大时，控制电路控制继电器LS1及LS2选择三级升压谐振电路，以保证恒功率输出。

进一步地，所述耦合采样电路可对负载的电压、电流数据取样并传输至数字信号处理电路进行快速模拟数字信号转换并处理得到负载的阻抗数值；耦合采样电路是互感器或电阻取样器件。

进一步地，所述电源模块是带功率因数校正的输出电压可调节的AC/DC电源模块；控制电路控制AC/DC电源模块的输出直流电压大小对高频功率放大器的输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节。

进一步地，高频功率放大器与匹配电路之间还设置有高频变压器，所述高频变压器用于对输入市电与高频功率放大器输出进行电隔离而保护受术者以及抑制高频杂波；所述高频信号发生器与高频功率放大器之间连接有驱动放大电路，用于驱动所述高频功率放大器。

进一步地，所述系统还包括手术电极识别模块，所述手术电极识别模块与手术电极连接，用于自动识别判断所连接的手术电极并自动设定手术电极的最大输出功率；所述系统还包括负极板检控模块，所述负极板检控模块与手术电极连接，用于实时监测负极板与组织的粘合程度，且进行显示或报警；负极板检控模块通过所述工作方式设定与显示模块进行显示或报警或者通过声音提醒模块报警。

进一步地，所述系统还包括远程监控模块；所述远程监控模块通过通讯网络远程控制并实时设定、监控所述系统的工作参数及状态；所述远程监控模块与所述工作方式设定与显示模块连接。

进一步地，所述系统还包括声音提醒模块，用于根据所述工作方式设定与显示模块和/或各种监控模块的系统状态发出不同频率的声音。

本发明的有益效果是：

本发明的数字微创高频能量工作系统，输出信号频率高于2MHz，优选为2MHz〜5MHz，可恒定功率输出，大小可调节。本发明的数字微创高频能量工作系统智能数字化程度高，控制精度高，操作简单，安全可靠，对人体周围组织热损伤少，可理想地实现对阻抗范围变化大的不同负载进行恒功率电切、电凝的微创手术。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例数字微创高频能量工作系统的结构框图。

图2是本发明实施例数字微创高频能量工作系统的高频功率放大器的电路图。

图3是本发明实施例数字微创高频能量工作系统的匹配电路的原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明涉及一种数字微创高频能量工作系统，其中，高频信号发生器连接高频功率放大器后的输出电路经匹配电路向手术电极输出信号；高频功率放大器与手术电极之间设有耦合采样电路用于对负载精确快速取样并传输至数字信号处理电路进行处理；控制电路依据数字信号处理电路的处理结果选择不同匹配电路对输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节。本发明的系统手术电极的输出信号频率达到2MHz以上，系统智能数字化程度高，控制精度高，操作简单，安全可靠，对人体周围组织热损伤少，可理想地实现对阻抗范围变化大的不同负载进行数字控制恒功率电切、电凝的微创手术。

作为一种具体实施例，参照图1，一种数字微创高频能量工作系统包括高频信号发生器1、驱动放大电路2、高频功率放大器3、高频变压器4、匹配电路5、手术电极6、控制电路7、AC/DC电源模块8、数字信号处理电路9、耦合采样电路10、工作方式设定与显示模块11、远程监控模块12、负极板检控模块13、手术电极识别模块14及声音提醒模块15。本系统输出至手术电极6的输出信号的频率高于2MHz，可达5MHz，输出功率达200W，输出与地隔离。

高频信号发生器1的输出端与驱动放大电路2及高频功率放大器3电连接形成输出电路输出高频脉冲信号，输出电路向手术电极6输出高频信号。

高频功率放大器3与手术电极6之间设有匹配电路5。进一步地，高频功率放大器3经高频变压器4后与匹配电路5连接。

高频功率放大器3与手术电极6之间设有耦合采样电路10。

耦合采样电路10与数字信号处理电路9连接且传输对负载的取样信息。

手术电极6与负极板检控模块13及手术电极识别模块14连接。

控制电路7与数字信号处理电路9、驱动放大电路2、匹配电路5、AC/DC电源模块8、工作方式设定与显示模块11、负极板检控模块13、手术电极识别模块14、声音提醒模块15连接并控制或接受这些电子部件的工作及信息。

AC/DC电源模块8与高频信号发生器1、驱动放大电路2、高频功率放大器3、控制电路7、数字信号处理电路9、工作方式设定与显示模块11、远程监控模块12、声音提醒模块15等电子部件连接，用于提供电源。可以理解，这些电子部件也可具有独立的电源。

其中，高频信号发生器1由电源模块8提供工作电源以产生高频信号。较佳地，电源模块8为AC/DC多路输出电源模块，接入市电将交流转换为多路直流。

驱动放大电路2用于对高频信号发生器1输出的高频信号进行功率放大并驱动高频功率放大器3。高频功率放大器3的输出信号频率界于2MHz〜5MHz且输出信号的幅值可调节。控制电路7实时控制AC/DC电源模块8的输出直流电压大小进行高频功率放大器3输出信号幅值的调节，实现高精度恒功率控制或电压幅值的调节。高频功率放大器3的输出功率达200W，输出与地隔离。作为一种具体的例子，高频功率放大器的电路图参照图2。

高频变压器4连接于高频功率放大器3与匹配电路5之间，用于对输入市电与高频功率放大器3的输出进行电隔离而保护受术者以及抑制高频杂波。

匹配电路5是由控制电路7依据耦合采样电路10的实时高速采样计算得到的负载阻抗值选择不同参数的匹配电路5，对高频功率放大器3输出至手术电极6的输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节。不同参数的匹配电路5的选择采用继电器组合实现，由控制电路7控制继电器的线圈通断。参照图3所示的匹配电路5的一种具体例子。匹配电路5的具体工作原理为：如依据耦合采样电路10对负载的初始采样后得到的负载阻抗值小，为保证恒功率输出，控制电路7控制继电器LS1及LS2可选择二级升压谐振电路。该二级升压谐振电路由电感L2、电容C3及电感L3、负载电容级联组成。如依据初始采样后得到的负载阻抗值大，为保证恒功率输出，控制电路7控制继电器LS1及LS2可选择三级升压谐振电路。该三级升压谐振电路由电感L2、电容C31及电感L31、电容C32以及电感L32、负载电容级联组成。

控制电路7可釆用单片机或DSP，控制电路7接收数字信号处理电路9的数据信号并选择不同匹配电路5对高频功率放大器3的输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节。

电源模块8是带功率因数校正的输出电压可调节的AC/DC电源模块。AC/DC电源模块8与高频信号发生器1电连接，接通交流市电且转换为直流电源至高频信号发生器1，产生高频信号。AC/DC电源模块8与高频功率放大器3（具体是与驱动放大电路2以及高频功率放大器3）电连接，控制电路7控制AC/DC电源模块8的输出直流电压大小进行高频功率放大器3幅值的调节。可通过工作方式设定与显示模块11向控制电路7设定输出能量大小及输出方式。

耦合采样电路10用于对负载的精确取样，取样输出电压、电流并将取样的结果输出至数字信号处理电路9进行快速模拟数字信号转换并处理。

数字信号处理电路9依据耦合采样电路10实时取样的结果处理得到负载阻抗，并输出至控制电路7，由控制电路7控制选择不同参数的匹配电路5并对输出信号进行输出电压幅值或恒功率的调节。

手术电极识别模块14可自动识别判断所连接的手术电极，并通过工作方式设定与显示模块11可自动设定最大输出功率。

负极板检控模块13用于实时监测手术电极的负极板与组织的粘合程度，且可直接显示或报警或者通过控制电路7及工作方式设定与显示模块11进行显示或报警，又或者通过声音提醒模块15。

远程监控模块12可通过通讯网络使用计算机远程控制并实时设定、监控系统的工作参数及状态。远程监控模块也可通过通讯网络远程更新软件。

工作方式设定与显示模块11用于设定输出能量大小、输出方式并显示设定参数及系统实时工作状态。

声音提醒模块15根据工作方式设定与显示模块11及各种监控模块的平台状态发出不同频率的声音。

上述实施例的数字微创高频能量工作系统的工作过程如下：

将系统接通交流市电，通过工作方式设定与显示模块11选择手术电极6的工作方式及输出强度，进入准备工作状态。踩脚踏开关或手动开关，此时耦合采样电路10初始采样后经过数字信号处理电路9处理计算得到负载阻抗，依据负载阻抗大小，控制电路7控制继电器选择不同匹配电路5；同时通过控制电路7、耦合采样电路10实时快速采样后经过数字信号处理电路9处理计算得到负载阻抗，依据负载阻抗大小，实时控制AC/DC电源模块8的输出直流电压大小进行高频功率放大器3输出信号幅值的调节，实现高精度恒功率控制或输出幅值的调节。本系统输出在手术电极6的端头形成强电磁场，该电磁场与受术者身体组织共同作用，在局部范围内使细胞内极性分子快速振荡，形成低温热能，导致水分子电离，实现对人体组织的分离和凝固，进而起到切割和止血的目的。实现微创电外科作业。

本发明的数字微创高频能量工作系统，智能数字化程度高，控制精度高，操作简单、安全可靠，对人体周围组织热损伤少，可理想地实现对阻抗范围变化大的不同负载进行恒功率电切、电凝的微创手术。本发明不仅可以广泛应用于普通外科、胸外、脑外、五官科、颌面外科的直视手术中，还可以广泛应用于包括腹腔镜、前列腺切镜、胃镜、 膀胱镜、宫腔镜的各种内窥镜手术，尤其是那些在机械手术刀难以进入和实施的腹部管道结扎、前列腺尿道肿物切除手术，以及在弥漫性渗血部位如肝脏、脾脏、甲状腺、乳腺、肺部的手术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均应属于本申请的范围；本发明的保护范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种数字微创高频能量工作系统，包括电源模块、高频信号发生器、高频功率放大器以及手术电极；高频信号发生器经高频功率放大器后的输出电路向手术电极输出信号；电源模块向高频信号发生器提供电源，其特征在于：所述系统还包括相互连接的数字信号处理电路和控制电路；

所述高频功率放大器与手术电极之间设有耦合采样电路用于对负载取样且将取样信息传输至数字信号处理电路进行处理；

所述高频功率放大器的输出电路与手术电极之间还设有匹配电路；

所述控制电路依据数字信号处理电路的处理结果选择不同匹配电路对输出至手术电极的输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节；

所述系统输出至手术电极的输出信号频率达到2MHz以上。

2.如权利要求1所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：

所述系统还包括工作方式设定与显示模块；所述工作方式设定与显示模块通过所述控制电路设定手术电极的输出能量大小和/或输出方式，还用于显示设定参数和/或所述系统的工作状态；

所述高频功率放大器的输出信号频率的幅值可调节；所述输出信号频率为2MHz〜5MHz；所述高频功率放大器的输出功率达200W，输出与地隔离。

3.如权利要求1所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：所述控制电路是釆用单片机或DSP的可设定输出能量大小、输出波形占空比可调的控制电路；

所述耦合采样电路用于对负载精确取样并输出至数字信号处理电路进行快速模拟数字信号转换得到负载的阻抗数值；

不同参数的匹配电路的选择采用继电器切换实现，由控制电路控制继电器的线圈通断。

4.如权利要求3所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：

所述控制电路控制继电器选择二级升压谐振电路或三级升压谐振电路对所述输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节；

所述二级升压谐振电路由电感L2、电容C3及电感L3、负载电容级联组成；当依据耦合采样电路对负载的初始取样得到的负载阻抗值小时，控制电路控制继电器LS1及LS2选择二级升压谐振电路，以保证恒功率输出；

所述三级升压谐振电路由电感L2、电容C31及电感L31、电容C32以及电感L32、负载电容级联组成；当依据耦合采样电路对负载的初始取样得到的负载阻抗值大时，控制电路控制继电器LS1及LS2选择三级升压谐振电路，以保证恒功率输出。

5.如权利要求1所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：所述耦合采样电路可对负载的电压、电流数据取样并传输至数字信号处理电路；耦合采样电路是互感器或电阻取样器件。

6.如权利要求1所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：所述电源模块是带功率因数校正的输出电压可调节的AC/DC电源模块；控制电路控制AC/DC电源模块的输出直流电压大小对高频功率放大器的输出信号进行恒功率或输出电压幅值的调节。

7.如权利要求1所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：高频功率放大器与匹配电路之间还设置有高频变压器，所述高频变压器用于对输入市电与高频功率放大器输出进行电隔离而保护受术者以及抑制高频杂波；

所述高频信号发生器与高频功率放大器之间连接有驱动放大电路，用于驱动所述高频功率放大器。

8.如权利要求2所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：所述系统还包括手术电极识别模块，所述手术电极识别模块与手术电极连接，用于自动识别判断所连接的手术电极并自动设定手术电极的最大输出功率；

所述系统还包括负极板检控模块，所述负极板检控模块与手术电极连接，用于实时监测负极板与组织的粘合程度，且进行显示或报警；

负极板检控模块通过所述工作方式设定与显示模块进行显示或报警或者通过声音提醒模块报警。

9.如权利要求2所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：所述系统还包括远程监控模块；所述远程监控模块通过通讯网络远程控制并实时设定、监控所述系统的工作参数及状态；所述远程监控模块与所述工作方式设定与显示模块连接。

10.如权利要求2所述的数字微创高频能量工作系统，其特征在于：所述系统还包括声音提醒模块，用于根据所述工作方式设定与显示模块和/或各种监控模块的系统状态发出不同频率的声音。

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