CN112535518B - 一种具有故障诊断功能的超声波手术刀系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其包括电气隔离模块，驱动信号输入模块，驱动信号响应模块，以及控制信号输入模块。所述电气隔离模块用于提供电气隔离。所述驱动信号输入模块用于持续为所述电气隔离模块输入信号且包括一路第一信号输入单元和一路第二信号输入单元。所述第一信号输入单元与第二信号输入单元所输出的信号相差四分之一个周期。所述控制信号输入模块包括按键输入单元，第一MOS管，以及第二MOS管。本超声波手术刀系统在发生短路时所述第一、第二信号响应单元所输出信号将全部是低电平，从而可以辨别出是否有故障产生。
Description
技术领域
本发明涉及微创外科手术器械技术领域，特别涉及一种具有故障诊断功能的超声波手术刀系统。
背景技术
超声波手术刀是指将高强度超声通过变幅杆传导到刀头，由刀头的振动来切除人体软组织的肿瘤等病变。采用超声能量对软组织进行处理，能够使切割、凝血同时完成，并能确保最小的组织侧向热损伤。因此，超声波手术刀非常适用于对需要控制出血量和最小程度热损伤的软组织实施切割。也因此，超声波手术刀是各种微创外科手术中必备的手术器械，同时，随着微创外科手术的普及，超声波手术刀已经成为一种常规手术器械。
在现有技术中，超声波手术刀一般都具有两个按键，即一个高档位键，一个低档位键。当所述高档位键或低档位键中的一个被按下时，所述超声手术刀便会开始工作。但是现有的超声波手术刀如果发生电子故障，如电路发生短路, 在上电时，超声波手术刀的工作状态将不可预测，要么是高档位键被按下时的工作状态，要么是低档位键被按下时的工作状态，或者是其他形式的输出，这无疑给操作人员如医生带来很大的困扰，甚至给病患带来无谓的伤害而造成不可挽回的损失。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可以解决上述问题的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统。
一种具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其包括一个电气隔离模块，一个与所述电气隔离模块的输入侧电性连接的驱动信号输入模块，一个与所述电气隔离模块的输入侧电性连接的驱动信号响应模块，以及一个与所述电气隔离模块的输出侧电性连接的控制信号输入模块。所述电气隔离模块用于为所述驱动信号输入模块及驱动信号响应模块与所述控制信号输入模块提供电气隔离。所述驱动信号输入模块用于持续为所述电气隔离模块输入信号且包括一路第一信号输入单元和一路第二信号输入单元。所述第一信号输入单元与第二信号输入单元所输出的信号相差四分之一个周期。所述驱动信号响应模块用于一直接收来自所述电气隔离模块的输出信号并包括一路第一信号响应单元和一路第二信号响应单元。所述控制信号输入模块包括一个串联在所述电气隔离模块的输出侧的输出端与输入端之间的按键输入单元，一个设置在所述电气隔离模块的输出端与所述按键输入单元的一端的第一MOS管，以及一个设置在所述电气隔离模块的输出端与所述按键输入单元的另一端的第二MOS管。所述按键输入单元包括一个MIN按键单元和一个与该MIN按键单元并联的MAX按键单元。所述MIN按键单元包括一个第一按键，以及一个与所述第一按键串联的第一二极管。所述MAX按键单元包括一个第二按键，以及一个与所述第二按键串联的第二二极管。所述第一、第二二极管的极性连接方向相反。
进一步地，所述第一、第二信号输入单元输出的信号为方波信号。
进一步地，所述第二信号输入单元输出的方波信号比所述第一信号输入单元输出的方波信号延后四分之一个周期。
进一步地，所述第一MOS管的源极接地，栅极与所述电气隔离模块的输出侧的输出端电性连接，漏极与所述按键输入单元的一端电性连接。
进一步地，与所述第一MOS管的栅极电性连接的电气隔离模块的输出端与第一信号输入单元相对应。
进一步地，所述第二MOS管的源极接地，栅极与所述电气隔离模块的输出侧的输出端电性连接，漏极与所述按键输入单元的一端电性连接。
进一步地，与所述第二MOS管的栅极电性连接的电气隔离模块的输出端与所述第二信号输入单元相对应。
进一步地，所述按键输入单元的两端分别通过一个上接电阻与电源连接。
与现有技术相比，本发明提供的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统由于在电气隔离模块的输入侧设置有驱动信号输入模块和驱动信号响应模块，且所述驱动信号输入模块包括第一信号输入单元和第二信号输入单元，同时所述第一、第二信号输入单元所输出的信号相差四分之一个周期，当所述第一、第二按键中的任意一个没有被按下时，所述驱动信号响应模块接收到的信号也应当是相差四分之一个周期。而在正常情况下当所述第一、第二按键中的任意一个被按下时，由于所述第一、第二MOS管的作用，使得与所述第一、第二按键中的任意一个对应的第一信号响应单元或第二信号响应单元所输出信号在每一个周期将具有四分之一个高电平波，而在发生短路时所述第一、第二信号响应单元所输出信号将全部是低电平，从而可以辨别出是否有故障产生。
附图说明
图1为本发明提供的一种具有故障诊断功能的超声波手术刀系统的电路示意图。
图2为图1的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统在不同工作状态的输入输出波形图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1至图2所示，其为本发明提供的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统的电路图及波形图。所述具有故障诊断功能的超声波手术刀系统包括一个电气隔离模块10，一个与所述电气隔离模块10的输入侧电性连接的驱动信号输入模块20，一个与所述电气隔离模块的输入侧电性连接的驱动信号响应模块30，以及一个与所述电气隔离模块10的输出侧电性连接的控制信号输入模块40。可以想到的是，所述具有故障诊断功能的超声波手术刀系统包括还具有其他的一些功能模块，如电气连接组件，超声波手术刀系统本身等硬件，其为本领域技术人员所习知的技术，在此不再赘述。
所述电气隔离模块10用于将信号输入侧与输出侧进行电气隔离，但其本身为现有技术，在此不再赘述。所述电气隔离模块10具有输入侧与输出侧，输入侧与控制器连接，以接收来自控制器的控制命令。众所周知，一个超声波手术刀系统包括一个控制器，该控制器输出各种参数的超声波能量以驱动所述超声波手术刀按照医生的指令进行工作。同时，所述电气隔离模块10具有输入侧与输出侧，其输入侧与控制器电性连接，输出侧与控制信号输入模块40电性连接。所述电气隔离模块10的输出侧与所述控制信号输入模块40电性连接。众所周知的是，所述电气隔离模块10的输入侧与输出侧都具有输出端与输入端，其分别与不同的功能电路相连接以实现不同功能信号的输入与输出。
所述驱动信号输入模块20用于一直为所述电气隔离模块10输入控制信号，从而为所述控制信号输入模块40提供载体信号，其会在后面进行说明。也由于所述驱动信号输入模块20提供载体信号，因此所述驱动信号输入模块20需要持续输出信号。所述驱动信号输入模块20连接在所述电气隔离模块10的输入侧的输入端并包括一路第一信号输入单元21和一路第二信号输入单元22。所述驱动信号输入模块20与所述控制器连接，控制器输出并将控制信号发送至该驱动信号输入模块20。所述第一、第二信号输入单元21输出的信号都为方波，且所述第一信号输入单元21与第二信号输入单元22所输出的信号相差四分之一个周期。具体地，所述第二信号输入单元22输出的方波信号比所述第一信号输入单元21输出的方波信号延后四分之一个周期。通过设计所述第一、第二信号输入单元21、22所输出的信号相差1/4个周期，使得输出信号在按键按下之时不完全为低，保留1/4个周期为高电平，以实现对该超声波手术刀系统进行故障诊断。当然，所述第一、第二信号输入单元21、22所输出的信号方波的其他参数如波长，振幅等是相同的。另外，所述第一、第二信号输入单元21、22所包含的电子元件为现有技术，如所包含的远算放大器，电阻等等。
所述驱动信号响应模块30用于持续接收来自所述电气隔离模块10的输出信号，以判定当前是否有按键按下。所述驱动信号响应模块30所接收的信号是所述驱动信号输入模块20加载到所述控制信号输入模块40后返回的驱动信号。因此，不同按键被按下，所述驱动信号响应模块30将接收到不同的信号。所述驱动信号响应模块30包括一路第一信号响应单元31和一路第二信号响应单元 32。所述第一、第二信号响应单元31、32分别对应所述控制信号输入模块40 的MIN按键和MAX按键所输出的控制信号。在所述驱动信号输入模块20所输出的信号相同的情况下，所述控制信号输入模块40输出的信号不同，所述驱动信号响应模块30所接收到的信号也是不同的，如按下MIN按键或按下MAX按键，或者是发生故障如当所述控制信号输入模块40处于短路状态。当控制信号输入模块40处于短路时，如元件损坏造成的短路，进水造成的短路等等，所述驱动信号响应模块30所接收到的信号的波形是与按下MIN按键或按下MAX按键时所输出的信号的波形是不同的，以达到故障诊断的目的。所述第一、第二信号响应单元31、32所包含的电子元件也为现有技术如远算放大器，电阻等等，在此不再赘述。
所述控制信号输入模块40包括一个串联在所述电气隔离模块10的输出侧的输出端与输入端之间的按键输入单元41，一个设置在所述电气隔离模块10的输出端与所述按键输入单元41的一端的第一MOS管42，以及一个设置在所述电气隔离模块40的输出端与所述按键输入单元41的另一端的第二MOS管43。
所述按键输入单元41包括一个MIN按键单元411，以及一个与该MIN按键单元411并联的MAX按键单元412。所述MIN按键单元411包括一个第一按键4111，以及一个与所述第一按键4111串联的第一二极管4112。所述第一按键4111为低档位键，即MIN按键，其功能及按下时所达到的功能为现有技术，在此不再赘述。所述MAX按键单元412包括一个第二按键4121，以及一个与所述第二按键4121串联的第二二极管4122。所述第二按键4121为高档位键，即现有技术中的MAX按键。所述第一、第二二极管4122本身为现有技术，但该第一、第二二极管4112、4122的极性连接方式相反，从而使得只有单个按下所述第一按键4111或第二按键4121。另外，所述按键输入单元41的两端分别通过一个上接电阻与电源连接，使得在通常状态下，所述按键输入单元41的两端为高电平。
所述第一MOS管42本身为现有技术，其源极接地，栅极与所述电气隔离模块10的输出侧的输出端电性连接，漏极与所述按键输入单元41的一端电性连接。当所述电气隔离模块10的输出侧的输出端输出高电平时，所述第一MOS 管42的源极为高电平，从而所述第一MOS管42被导通而接地，从而将所述按键输入单元41的一端拉低，进而使所述按键输入单元41形成一个回路，当所述第一、第二按键4111、4121中的一个被按下时便可以识别出按键信号。与所述第一MOS管42的栅极电性连接的电气隔离模块10的输出端与第一信号输入单元21相对应，即当第一MOS管42被导通时，所述第一信号输入单元21所输出的方波信号被导入。
所述第二MOS管43与所述第一MOS管42具有相同的结构及工作原理，只是所述第二MOS管43的漏极与所述按键输入单元41的另一端电性连接，即第二MOS管43的源极接地，栅极与所述电气隔离模块41的输出侧的输出端电性连接，漏极与所述按键输入单元10的另一端电性连接。与所述第二MOS管43 的栅极电性连接的电气隔离模块10的输出端与所述第二信号输入单元22相对应，即当第二MOS管43被导通时，所述第二信号输入单元22所输出的方波信号被导入。
在使用时，所述第一、第二信号输入单元21、22输出方波信号，如图2中的a波形和b波形所示。如果所述第一、第二按键4111、4121没有被按下时或者是发生断路时，所述第一、第二信号响应单元31、32所接收到的返回信号与所述第一、第二信号输入单元21、22所输出的方波信号间隔1/4个周期，如图 2中的c波形和d波形所示，只是由于电气隔离模块10的存在，其会延后1/4 周期。当所述第一、第二按键4111、4121中的一个被按下时，由于第一、第二 MOS管42、43的存在以及所述第一、第二信号输入单元21、22所输出的方波信号的周期相差四分之一个波形，从而使得在每一个周期内，都有四分之一周期为高电平，而另外的四分之三周期为低电平。在图2中e波形为第一信号输入单元41所对应的波形，f波形为第一按键4111被按下时所对应的波形。同理， g波形为第二信号输入单元42所对应的波形，h波形为第二按键4121被按下时所对应的波形。而控制信号输入模块40发生故障，如MOS管短路时，所述第一、第二MOS管42、43将失效并直接将信号拉低，因此所述第一、第二信号响应单元31、32所接收到的信号都为低电平，如图2中的i波形和j波形。由上可知，在短路状态与正常状态，所述第一、第二信号响应单元31、32所接收到的信号波形完全是不同的，当所接收到的信号全为低电平时，便可断定发生了故障，即发生了短路。另外，如果发生了断路，其输出波形与没有按下所述第一、第二按键4111、4121时所输出的波形不一致，整个周期内输出波形均为高电平，这时所述超声波手术刀无法工作，这时用户也可以断定该超声波手术刀发生了断路故障。
与现有技术相比，本发明提供的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统由于在电气隔离模块的输入侧设置有驱动信号输入模块和驱动信号响应模块，且所述驱动信号输入模块包括第一信号输入单元21和第二信号输入单元22，同时所述第一、第二信号输入单元21、22所输出的信号相差四分之一个周期，当所述第一、第二按键4111、4121中的任意一个没有被按下时，所述驱动信号响应模块30接收到的信号也是相差四分之一个周期，且信号当中高低电平各占用1/2 个周期时间。而在正常情况下当所述第一、第二按键4111、4121中的任意一个被按下时，由于所述第一、第二MOS管42、43的作用，使得与所述第一、第二按键4111、4121中的任意一个对应的第一信号响应单元31或第二信号响应单元32所输出信号在每一个周期将具有四分之一个高电平波，而在发生短路时所述第一、第二信号响应单元31、32所输出信号将全部是低电平，从而可以辨别出是否有故障产生。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其特征在于：所述具有故障诊断功能的超声波手术刀系统包括一个电气隔离模块，一个与所述电气隔离模块的输入侧电性连接的驱动信号输入模块，一个与所述电气隔离模块的输入侧电性连接的驱动信号响应模块，以及一个与所述电气隔离模块的输出侧电性连接的控制信号输入模块，所述电气隔离模块用于为所述驱动信号输入模块及驱动信号响应模块与所述控制信号输入模块提供电气隔离，所述驱动信号输入模块用于持续为所述电气隔离模块输入信号且包括一路第一信号输入单元和一路第二信号输入单元，所述第一信号输入单元与第二信号输入单元所输出的信号相差四分之一个周期，所述驱动信号响应模块用于一直接收来自所述电气隔离模块的输出信号并包括一路第一信号响应单元和一路第二信号响应单元，所述控制信号输入模块包括一个串联在所述电气隔离模块的输出侧的输出端与输入端之间的按键输入单元，一个设置在所述电气隔离模块的输出端与所述按键输入单元的一端的第一MOS管，以及一个设置在所述电气隔离模块的输出端与所述按键输入单元的另一端的第二MOS管，所述按键输入单元包括一个MIN按键单元和一个与该MIN按键单元并联的MAX按键单元，所述MIN按键单元包括一个第一按键，以及一个与所述第一按键串联的第一二极管，所述MAX按键单元包括一个第二按键，以及一个与所述第二按键串联的第二二极管，所述第一、第二二极管的极性连接方向相反，所述第一MOS管的源极接地，栅极与所述电气隔离模块的输出侧的输出端电性连接，漏极与所述按键输入单元的一端电性连接,所述第二MOS管的源极接地，栅极与所述电气隔离模块的输出侧的输出端电性连接，漏极与所述按键输入单元的一端电性连接。
2.如权利要求1所述的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其特征在于：所述第一、第二信号输入单元输出的信号为方波信号。
3.如权利要求2所述的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其特征在于：所述第二信号输入单元输出的方波信号比所述第一信号输入单元输出的方波信号延后四分之一个周期。
4.如权利要求1所述的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其特征在于：与所述第一MOS管的栅极电性连接的电气隔离模块的输出端与第一信号输入单元相对应。
5.如权利要求1所述的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其特征在于：与所述第二MOS管的栅极电性连接的电气隔离模块的输出端与所述第二信号输入单元相对应。
6.如权利要求1所述的具有故障诊断功能的超声波手术刀系统，其特征在于：所述按键输入单元的两端分别通过一个上接电阻与电源连接。
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