CN114305600B - 超声手术器械的控制方法及装置、手术设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声手术器械的控制方法及装置、手术设备及存储介质。该控制方法包括：向所述超声手术器械施加驱动信号，以使所述超声手术器械在所述驱动信号的作用下发生振动，其中所述驱动信号包括驱动频率；在所述超声手术器械切割所述目标组织的过程中，获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；比较所述目标相位角和相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，以使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动。上述控制方法中，通过比较该相位差和目标相位差，并且根据比较结果调节驱动频率，从而达到实施跟踪该谐振频率的目的。

Description

超声手术器械的控制方法及装置、手术设备及存储介质

技术领域

本公开实施例涉及一种超声手术器械的控制方法及装置、手术设备及存储介质。

背景技术

随着科技的发展，超声手术刀在医疗上的运用越来越广泛。在实际应用中，为了让超声手术刀的换能器能尽可能高效率地将电能转换成机械能，利用并联阻抗匹配实现了超声手术刀的阻抗匹配，让超声手术刀的换能器呈现纯阻抗，从而使换能器的输出功率最大，并且减少了换能器的发热，延长了使用寿命。

发明内容

根据本公开第一方面，提供一种超声手术器械的控制方法，所述超声手术器械用于切割目标组织，所述控制方法包括：向所述超声手术器械施加驱动信号，以使所述超声手术器械在所述驱动信号的作用下发生振动，其中所述驱动信号包括驱动频率；在所述超声手术器械切割目标组织的过程中，获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；比较所述目标相位角和所述相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，以使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动。

至少一些实施例中，所述比较所述目标相位角和相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，包括：确定所述相位角是否在所述目标相位角的预设范围，包括：当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内时，调节所述驱动频率；当所述相位角在所述目标相位角的预设范围内时，保持所述驱动频率不变。

至少一些实施例中，所述当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内时，调节所述驱动频率，包括：当所述相位角大于所述目标相位角的预设范围的最大值时，增加所述驱动频率；当所述相位角小于所述目标相位角的预设范围的最小值时，降低所述驱动频率。

至少一些实施例中，所述控制方法还包括：当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内时，确定所述相位角和所述目标相位角之间的差值是否在预设差值范围内，包括：当所述差值不在所述预设差值范围内时，以第一频率步进值调节所述驱动频率；当所述差值在所述预设差值范围内时，以第二频率步进值调节所述驱动频率；其中，所述第一频率步进值大于所述第一频率步进值。

至少一些实施例中，所述控制方法包括：当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内且所述差值不在所述预设差值范围内时，以所述第一频率步进值调节所述驱动频率；在调节所述驱动频率后，重新获取所述反馈电流、所述反馈电压、所述容抗和所述相位角；根据重新获取的所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，重新确定所述目标相位角；比较重新确定的所述目标相位角和重新获取的所述相位角；当所述重新获取的所述相位角不在所述重新确定的目标相位角的预设范围内且二者之间的差值在所述预设差值范围内时，以所述第二频率步进值调节所述驱动频率。

至少一些实施例中，所述目标相位角为大于等于1°且小于等于80°；所述目标相位角的预设范围为所述目标相位角±1.000°范围内；所述预设差值范围为大于等于4°且小于等于6°。

至少一些实施例中，所述基于所述反馈电压、所述反馈电流和所述容抗，确定使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动的目标相位角，包括：根据所述反馈电压和所述容抗，确定无功反馈电流：无功反馈电流=反馈电压÷容抗根据所述无功反馈电流和所述反馈电流，确定所述目标相位角：目标相位角=arcsin (无功反馈电流÷反馈电流)。

至少一些实施例中，在所述超声手术器械切割所述目标组织之前，所述控制方法还包括：获取所述超声手术器械的空载阻抗；基于所述空载阻抗，确定用于调节所述驱动频率的初始频率。

至少一些实施例中，所述控制方法包括：在预设频率范围内进行频率扫描，其中所述空载阻抗在所述频率扫描过程中随频率的变化而变化；在所述频率扫描过程中，确定所述空载阻抗的最小值；将与所述空载阻抗的最小值对应的频率确定为所述驱动频率的初始频率。

至少一些实施例中，所述控制方法还包括：在所述超声手术器械切割所述目标组织之前，确定所述超声手术器械是否出现异常，包括：在预设频率范围内进行频率扫描；在所述频率扫描过程中，获取所述超声手术器械的空载阻抗和空载相位角；分别确定所述空载阻抗和所述空载相位角是否在各自的预设范围内；如果所述空载阻抗和所述空载相位角中的任一个不在所述预设范围内，则确定所述超声手术器械出现异常。

至少一些实施例中，所述空载阻抗的预设范围为大于0且小于等于200欧姆；所述空载相位角的预设范围为大于等于0°且小于等于90°。

至少一些实施例中，所述控制方法还包括：在所述超声手术器械切割所述目标组织过程中，确定所述超声手术器械是否出现异常，包括：确定所述驱动频率是否在预设范围内；如果所述驱动频率不在所述预设范围内，则确定所述超声手术器械出现异常。

至少一些实施例中，所述驱动频率的预设范围为大于等于53.5千赫兹且小于等于57.5千赫兹。

至少一些实施例中，所述获取所述超声手术器械的反馈电压和反馈电流，包括:顺序采集n组原始反馈数据，每组原始反馈数据包括原始反馈电压和原始反馈电流，n≥2；并且处理所述n组原始反馈数据，其中，处理所述n组原始反馈数据包括：计算所述n组原始反馈数据所包括的原始反馈电压的平均值以作为所述反馈电压，并计算所述n组原始反馈数据所包括的原始反馈电流的平均值以作为所述反馈电流。

至少一些实施例中，所述顺序采集n组原始反馈数据包括：采集第i组原始反馈数据，所述第i组原始反馈数据包括第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流，n≥i≥1；确定第i组原始反馈数据是否正常，包括：分别确定第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流是否在预设范围内；如果第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流的任一个不在预设范围内，则所述第i组原始反馈数据不被纳入所述n组原始反馈数据；如果第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流的任一个分别在预设范围内，则所述第i组原始反馈数据被纳入所述n组原始反馈数据。

至少一些实施例中，所述原始反馈电压的预设范围为：10V≤原始反馈电压≤150V；所述原始反馈电流的预设范围为：100mA≤原始反馈电流≤500mA。

至少一些实施例中，在所述超声手术器械切割所述目标组织之前或切割所述目标组织过程中，当确定所述超声手术器械出现异常时，发出报警信号。

至少一些实施例中，在所述超声手术器械切割所述目标组织的过程中，重复执行所述获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角的步骤、所述基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角的步骤、以及所述比较所述目标相位角和相位角，根据比较结果调节所述驱动频率的步骤，直到所述相位角在所述目标相位角的预设范围内，所述超声手术器械在所述谐振状态下振动。

根据本公开第二方面，提供一种超声手术器械的控制装置，包括：驱动单元，配置为向所述超声手术器械施加驱动信号，以使所述超声手术器械在所述驱动信号的作用下发生振动，其中所述驱动信号包括驱动频率；获取单元，配置为在所述超声手术器械切割目标组织的过程中，获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；确定单元，配置为基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；调节单元，配置为比较所述目标相位角和所述相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，以使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动。

根据本公开第三方面，提供一种手术设备，包括：主机和与所述主机连接的超声手术器械，所述主机包括前述的超声手术器械的控制装置。

根据本公开第四方面，提供一种手术设备，包括：处理器；存储器，包括一个或多个计算机程序模块；其中，所述一个或多个计算机程序模块被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述一个或多个计算机程序模块包括用于实现前述的超声手术器械的控制方法的指令。

根据本公开第五方面，提供一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时可实现前述的超声手术器械的控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为根据本公开实施例提供的超声手术刀的各部件的连接框图；

图2为根据本公开实施例提供的超声手术器械的控制方法的流程图；

图3为根据本公开实施例提供的超声手术器械的等效电路图；

图4为图3中无功反馈电流、反馈电流和目标相位角之间的关系图；

图5为根据本公开实施例提供的控制方法中确定初始频率的流程图；

图6为根据本公开实施例提供的超声手术器械的初始化过程的流程图；

图7为根据本公开实施例的n组原始反馈数据的示意图；

图8为根据本公开实施例提供的超声手术器械和控制装置的连接框图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在超声手术刀的使用过程中，超声换能器的各项参数会随着温度以及环境等发生改变，其谐振频率是实时变化的，为了使超声换能器保持在谐振频率点附近，需要实时跟踪谐振频率的变化。

本公开实施例提供一种超声手术器械的控制方法，其中超声手术器械用于切割目标组织，该控制方法包括：向超声手术器械施加驱动信号，以使超声手术器械在驱动信号的作用下发生振动，其中驱动信号包括驱动频率；在超声手术器械切割目标组织的过程中，获取超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；基于反馈电流、反馈电压和容抗，确定使超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；比较目标相位角和相位角，根据比较结果调节驱动频率，以使超声手术器械在谐振状态下振动。

当超声换能器工作在失谐的状态时，其会呈现感抗或者容抗特性，则电压信号与电流信号就会产生一定的相位差，上述实施例提供的控制方法中，通过比较该相位差和目标相位差，并且根据比较结果调节驱动频率，从而达到实施跟踪该谐振频率的目的。

本公开实施例中的超声手术器械包括超声换能器，且该超声手术器械可应用于任一手术设备，例如，诸如超声手术刀的外科手术设备中。

下面以超声手术刀为例对本公开进行说明。为了保持本公开实施例以下的说明清楚且简明，可省略已知功能和已知部件的详细说明。

图1为根据本公开实施例提供的超声手术刀的各部件的连接框图。

如图1所示，本公开实施例提供的超声手术刀包括主机10和与主机10连接的超声手术器械20。超声手术器械20包括超声换能器2和与超声换能器2连接的超声刀头3。主机10包括控制装置1，其与超声换能器2连接，向超声换能器2提供驱动信号。在驱动信号的激励下，超声换能器2发生机械振动并且将该机械振动传递给超声刀头3。超声刀头3通过高频振动实现切割目标组织（例如生物体内的组织）的目的。

例如，超声刀头3包括杆状组件，该杆状组件沿其延伸方向包括近端和远端。杆状组件的远端设置有端部执行器，该端部执行器可在打开或闭合状态之间切换。超声换能器2包括壳体，该壳体具有便于手持的手持部，设置在壳体中的超声换能器2与杆状组件的近端连接，超声换能器2将机械振动传递给杆状组件，以驱动杆状组件执行切割目标组织的动作。有关超声刀头3和超声换能器2的具体结构和连接方式可参考现有设计，此处不再详细描述。

图2为根据本公开实施例提供的超声手术器械的控制方法的流程图。例如，图2所示的控制方法可应用到图1的超声手术器械20。

如图2所示，本公开实施例提供的超声手术器械的控制方法，包括：

S100：向超声手术器械20施加驱动信号，以使超声手术器械在驱动信号的作用下发生振动，其中驱动信号包括驱动频率；

S200：在超声手术器械切割目标组织的过程中，获取超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；

S300：基于反馈电流、反馈电压和容抗，确定使超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；

S400：比较目标相位角和相位角，根据比较结果调节驱动频率，以使超声手术器械在谐振状态下振动。

例如，步骤S100中，向超声手术器械20中的超声换能器2施加驱动信号，该驱动信号例如为诸如正弦脉冲的输入信号，驱动频率f为超声换能器的输入信号的频率。

例如，步骤S200中，在驱动信号的激励下，超声换能器2发生机械振动并且将该机械振动传递给超声刀头3，超声刀头3对目标组织执行切割。在超声刀头3对目标组织执行切割过程中，采集超声换能器2两端的端口电流（即反馈电流）、端口电压（即反馈电压）和相位角，该相位角为该端口电流和端口电压之间的相位差。

由于在切割过程中，超声刀头3的负载实时发生变化，导致端口电流、端口电压及相位差也实时发生变化，因此端口电流、端口电压为实时采集，相位角由实时采集的端口电流和端口电压计算得到。这样一来，通过对端口电流、端口电压以及二者的相位差进行实时跟踪，更有利于准确地调整驱动频率，从而实现谐振频率跟踪的效果。

例如，步骤S300可以包括：

S301：根据反馈电压和容抗，确定无功反馈电流。

在一个示例中，容抗Xc可根据以下公式(1)计算：

其中，w为角频率，C为超声换能器的静电电容值，j为复数中虚数的符号。例如，w=2πf，f为频率。

图3为根据本公开实施例提供的超声手术器械的等效电路图。虚线框内为超声换能器2的等效电路。例如，超声换能器2包括由串联连接的动态电感L1、动态电容C1、动态电阻R1和负载电阻R组成的动态支路；还包括静态电容C0，该静态电容C0与动态支路并联连接。U为端口电压，I为端口电流，该端口电流用作反馈电流。无功反馈电流I2为流经静态电容C0的电流。有功反馈电流I1为流经动态支路的电流。

端口电压U可直接采集并且作为反馈电压。基于计算出的容抗Xc和采集的端口电压U，根据以下公式(2)计算无功反馈电流I2：

S302：根据无功反馈电流和反馈电流，确定目标相位角。

图4为图3中无功反馈电流、反馈电流和目标相位角之间的关系图。从图4可以看出，无功反馈电流I2、端口电流I和目标相位角之间满足三角函数关系。

因此，基于计算出的无功反馈电流I2和采集的端口电流I，根据以下公式(3)计算目标相位角θ0：

目标相位角θ0为使超声手术器械在谐振状态下振动的理想相位角。由于在超声手术器械切割组织过程中，超声换能器3的谐振频率不断变化，该目标相位角的值也在变化。根据以上步骤S301和S302，可以实时计算出使超声手术器械在谐振状态下振动的理想相位角，从而提高跟踪谐振频率的准确性和可靠性。

本公开实施例中，目标相位角为大于等于1°且小于等于80°，也就是说，在超声手术器械切割组织过程中，目标相位角可在上述范围内变化或波动。进一步地，目标相位角优选为大于等于3.6°且小于等于78.4°。

例如，步骤S400可以包括：

步骤S401：确定相位角是否在目标相位角的预设范围。例如，当相位角不在目标相位角的预设范围时，增加或降低驱动频率；当相位角在目标相位角的预设范围时，保持驱动频率不变。如此一来，根据相位角和目标相位角之间的比较结果，即可判断出此时超声换能器是否处于谐振状态，由此可进一步确定是否需要调整驱动频率。

进一步地，目标相位角的预设范围具有最大值和最小值。当相位角大于目标相位角的预设范围的最大值时，增加驱动频率；当相位角小于目标相位角的预设范围的最小值时，降低驱动频率。这样一来，经调节后的驱动频率可逐渐趋近于谐振频率，实现了对谐振频率的实时跟踪。

例如，目标相位角的预设范围为在目标相位角附近的某个角度范围，在理想情况下，相位角等于目标相位角，然而由于目标相位角是时刻变化的，且在跟踪过程中也有一定误差，所以只要使相位角落在目标相位角的预设范围即可实现超声换能器处于谐振状态。

例如，该预设范围为目标相位角的±1.000°内，即预设范围为大于等于（目标相位角-1.000°）且小于等于（目标相位角+1.100°）。

在具体应用时，假设目标相位角为45°，其预设范围为44.000°~ 46.000°。如果端口电流U和端口电流I之间的相位角为60°，由于60°大于46.000，说明超声换能器2呈容性特性，此时可通过调高驱动频率使驱动频率趋近谐振频率，从而达到使超声换能器处于谐振状态的目的。如果相位角为20°，其小于44.000°，说明超声换能器呈感性特性，此时通过调低驱动频率使驱动频率趋近谐振频率，从而达到使超声换能器处于谐振状态的目的。这样，通过实时获取和比较目标相位角和相位角，并且根据比较结果确定当前的驱动频率是低还是高，再对驱动频率进行调节，即可实现对谐振频率的实时跟踪。如果端口电流U和端口电流I之间的相位角为44.05°，则落入预设范围，此时，保持驱动频率不变。

例如，步骤S400还可以包括：

步骤S402：当相位角不在目标相位角的预设范围时，确定相位角和目标相位角之间的差值是否在预设差值范围内。

例如，当差值不在预设差值范围内时，以第一频率步进值调节驱动频率；当差值在预设差值范围内时，以第二频率步进值调节驱动频率；第一频率步进值大于第一频率步进值。频率步进值指的是单位时间内增加或降低的频率值，频率步进值越大，说明调节速率越快，在单位时间内驱动频率增加或降低得也越快。换言之，当相位角和目标相位角差距较远时，以较快速率调节驱动频率，当相位角和目标相位角的差距缩小到一定程度时（例如落在预设差值范围内时），以较慢速率调节驱动频率。由此，可以优化对驱动频率的调节速率，缩短调节时间，提高调节效率。

例如，相位角和目标相位角之间的差值的预设差值范围为大于等于4°且小于等于6°，优选为5°。

例如，当相位角大于目标相位角的预设范围的最大值且相位角和目标相位角之间的差值不在预设差值范围内，以第一频率步进值增加驱动频率；当差值在预设差值范围内时，以第二频率步进值增加驱动频率。

同理，当相位角小于目标相位角的预设范围的最小值且相位角和目标相位角之间的差值不在预设差值范围内，以第一频率步进值降低驱动频率；当差值在预设差值范围内时，以第二频率步进值降低驱动频率。

本公开实施例中，第一频率步进值大约为第二频率步进值的2至50倍，例如第一频率步进值为0.1~0.5赫兹，第二频率步进值为0.01~0.05赫兹。优选地，第一频率步进值为0.1赫兹，第二频率步进值为0.01赫兹。

在超声手术器械切割目标组织的过程中，重复执行步骤S200至步骤S400，直到相位角在目标相位角的预设范围，超声手术器械在谐振状态下振动，通过上述过程，既可以实现对谐振频率的实时跟踪，也能优化驱动频率的调节速率，缩短调节时间，提高调节效率，提高超声手术器械的使用寿命和工作效率。

在具体应用时，假设预设差值范围为5°。如果目标相位角为10°且相位角为20°，此时，以0.1赫兹的频率步进值增加驱动频率。在调节驱动频率后，重新获取相位角，重新确定目标相位角。若重新获取的相位角为15°，重新确定的目标相位角为11°，则以0.01赫兹的频率步进值增加驱动频率，直到相位角在目标相位角的预设范围，例如相位角在9.000°~11.000°之间，超声手术器械在谐振状态下振动，则保持驱动频率不变。

图5为根据本公开实施例提供的控制方法中确定初始频率的流程图。如图5所示，例如，在超声手术器械切割目标组织之前，控制方法还包括：

S500：获取超声手术器械的空载阻抗；

S600：基于空载阻抗，确定用于调节驱动频率的初始频率。

这样，通过在调节驱动频率之前确定驱动频率的初始频率，可进一步缩短驱动频率的调节时间，提高调节效率。

空载阻抗指的是超声手术器械在切割目标组织之前处于没有负载的状态下时的阻抗。

例如，在步骤S600中，首先在预设频率范围内进行频率扫描，空载阻抗随频率的变化而变化。然后，在频率扫描过程中，确定空载阻抗的最小值。在切割目标组织之前，当超声换能器处于谐振状态时，其空载阻抗最小，在切割目标组织过程中，当超声换能器处于谐振状态时，其负载阻抗最小。因此，将与空载阻抗的最小值对应的频率确定为驱动频率的初始频率。通过获取驱动频率的初始频率，可在更接近谐振频率点的频率处开始调节，进一步缩短调节时间，提高调节效率。空载阻抗例如大于0且小于等于200欧姆。

例如，超声手术器械的控制方法还包括：

步骤S700：在超声手术器械切割目标组织之前，确定超声手术器械是否出现异常。

例如，在步骤S700中，首先在预设频率范围内进行频率扫描，空载阻抗和空载相位角均随频率的变化而变化。然后，在频率扫描过程中，获取超声手术器械的空载阻抗和空载相位角，并且分别判断空载阻抗和空载相位角是否在各自的预设范围内。如果空载阻抗和空载相位角中的任一个不在各自的预设范围内，则确定超声手术器械出现异常。也就是说，在频率扫描过程中，当空载阻抗不在空载阻抗的预设范围内或空载相位角不在空载阻抗的预设范围内时，则确定超声手术器械出现异常。

在超声手术器械实际使用过程中，当出现超声刀头损坏、手柄短路或断路等异常情况时，空载阻抗或空载相位角并不能保持在正常的预设范围内，比如空载阻抗突然升高或降低，空载相位角突然升高或降低，或者，空载阻抗或空载相位角不再随着频率的变化而变化，此时，通过判断空载阻抗和空载相位角是否在各自的预设范围内，可有利于判断是否出现上述异常情况。

例如，空载阻抗的预设范围为大于0且小于等于200欧姆；空载相位角的预设范围为大于等于0°且小于等于90°。当空载阻抗为600~1200欧姆时，则确定超声手术器械出现异常。

例如，当超声手术器械出现异常时，会发出报警信号，报警信号包括但不限于声、光、电信号等。

本公开实施例中，确定初始频率的步骤与确定超声手术器械异常的步骤可以先后独立执行，也可以同时执行。为了节省切割组织前的准备时间，优选为二者同时执行。例如，可以在超声手术器械切割目标组织之前，设置超声手术器械的初始化过程，以执行以上两个步骤。

图6为根据本公开实施例提供的超声手术器械的初始化过程的流程图。

在具体应用时，如图6所示，首先，从起始频率开始频率扫描，并且获取空载阻抗和空载相位角；然后，确定空载阻抗和空载相位角是否在各自的预设范围内。如果空载阻抗和空载相位角中的任一个不在各自的预设范围内，则确定超声手术器械出现异常，发出报警信号。如果否，则确定超声手术器械正常，存储此时的空载阻抗并且继续扫描。接下来，确定是否扫描到终止频率，如果不是，则继续扫描并且重复之前的步骤。如果是，则在所存储的空载阻抗中确定最小值，并且将该最小值对应的频率作为调节驱动频率的初始频率，初始化过程结束。

例如，超声手术器械的控制方法还包括：

步骤S800：在超声手术器械切割目标组织过程中，确定超声手术器械是否出现异常。

例如，在步骤S800中，确定驱动频率是否在预设范围内；如果驱动频率不在预设范围内，则确定超声手术器械出现异常。驱动频率的预设范围为大于等于53.5千赫兹且小于等于57.5千赫兹。

当超声手术器械出现超声刀头损坏等异常情况时，可能导致驱动频率的调节失败。通过对调节后的驱动频率进行实时监控，可以检测出在超声手术器械切割目标组织过程中，超声手术器械是否出现异常，由此避免对组织切割的影响，降低手术风险。

例如，在具体应用时，如果调节后的驱动频率低于53.5千赫兹，或者高于57.5千赫兹，则确定超声手术器械出现异常。当确定超声手术器械出现异常时，可发出报警信号。该报警信号包括但不限于声、光、电信号等。

本公开实施例中，为了使所获取的反馈电压和反馈电流的数据更准确，提高频率跟踪的精度，步骤S200中，获取超声手术器械的反馈电压和反馈电流可以包括:

步骤S201：顺序采集n组原始反馈数据，每组原始反馈数据包括原始反馈电压和原始反馈电流，n≥2。

步骤S202：处理n组原始反馈数据，其中，处理n组原始反馈数据包括：计算n组原始反馈数据所包括的原始反馈电压的平均值以作为反馈电压，并计算n组原始反馈数据所包括的原始反馈电流的平均值以作为反馈电流。

进一步地，例如，步骤201中，顺序采集n组原始反馈数据包括：

步骤S2011：采集第i组原始反馈数据，第i组原始反馈数据包括第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流，n≥i≥1；

步骤S2012：确定第i组原始反馈数据是否正常，包括：分别确定第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流是否在预设范围内；

如果第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流的任一个不在预设范围内，则第i组原始反馈数据不被纳入n组原始反馈数据；

如果第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流的任一个分别在预设范围内，则第i组原始反馈数据被纳入n组原始反馈数据。

图7为根据本公开实施例的n组原始反馈数据的示意图。

如图7所示，假设 n=8，即顺序采集8组原始反馈数据，每组原始反馈数据包括原始反馈电压和原始反馈电流。当采集到第3组（即i=3时）原始反馈数据时，发现第3个原始反馈电压不在原始反馈电压的预设范围中，或者第3个原始反馈电流不在原始反馈电流的预设范围中，则该第3组原始反馈数据不被纳入8组原始反馈数据中。接下来，继续采集第9组（即第n+1组）原始反馈数据，直到8组原始反馈数据均正常。此时，计算8组原始反馈数据所包括的8组原始反馈电压的平均值以作为反馈电压，并计算8组原始反馈数据所包括的8组原始反馈电流的平均值以作为反馈电流。

例如，所述原始反馈电压的预设范围为：10V≤原始反馈电压≤150V，原始反馈电流的预设范围为：100mA≤原始反馈电流≤500mA。

通过上述平均化方法，可以提高所获取的反馈电压和反馈电流的准确性，从而在基于反馈电压和反馈电流计算目标相位角时，提高目标相位角的准确性，从而提高频率跟踪的精确度。

图8为根据本公开实施例提供的超声手术器械和控制装置的连接框图。

如图8所示，本公开实施例还提供一种超声手术器械的控制装置，包括：

驱动单元，配置为向超声手术器械施加驱动信号，以使超声手术器械在驱动信号的作用下发生振动，其中驱动信号包括驱动频率；

获取单元，配置为在超声手术器械切割目标组织的过程中，获取超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；

确定单元，配置为基于反馈电流、反馈电压和容抗，确定使超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；

调节单元，配置为比较目标相位角和相位角，根据比较结果调节驱动频率，以使超声手术器械在谐振状态下振动。

在上述实施例提供的控制装置中，通过在超声手术器械切割目标组织的过程中，实时获取并且比较相位差和目标相位差，并且根据比较结果调节驱动频率，从而达到实施跟踪该谐振频率的目的。

例如，确定单元还配置为确定所述相位角是否等于所述目标相位角。例如，当所述相位角不等于所述目标相位角时，调节所述驱动频率；当所述相位角等于所述目标相位角时，保持所述驱动频率不变。如此一来，根据相位角和目标相位角之间的比较结果，即可确定出此时超声换能器是否处于谐振状态，由此可进一步确定是否需要调整驱动频率。

进一步地，例如，确定单元还配置为当相位角不在目标相位角的预设范围时，确定相位角和目标相位角之间的差值是否在预设差值范围内。例如，当差值不在预设差值范围内时，以第一频率步进值调节驱动频率；当差值在预设差值范围内时，以第二频率步进值调节驱动频率；第一频率步进值大于第一频率步进值。由此，可以优化对驱动频率的调节速率，缩短调节时间，提高调节效率。

例如，获取单元还配置为在超声手术器械切割目标组织之前，获取超声手术器械的空载阻抗；确定单元还配置为基于空载阻抗，确定用于调节驱动频率的初始频率。这样，通过在调节驱动频率之前确定驱动频率的初始频率，可进一步缩短驱动频率的调节时间，提高调节效率。

例如，确定单元还配置为在超声手术器械切割目标组织之前确定超声手术器械是否出现异常。进一步地，通过获取单元获取超声手术器械的空载阻抗和空载相位角。通过确定单元确定空载阻抗和空载相位角是否在各自的预设范围内。如果空载阻抗和空载相位角中的任一个不在各自的预设范围内，则确定超声手术器械出现异常。

例如，确定单元还配置为在超声手术器械切割目标组织过程中确定超声手术器械是否出现异常。例如，通过确定单元确定驱动频率是否在预设范围内；如果驱动频率不在预设范围内，则确定超声手术器械出现异常。

参考图8，超声手术器械的控制装置还包括报警单元，其与确定单元相连接。例如，在所述超声手术器械切割所述目标组织之前或切割所述目标组织过程中，当通过确定单元确定所述超声手术器械出现异常时，报警单元发出报警信号。

本公开实施例还提供一种手术设备，包括：处理器；存储器，包括一个或多个计算机程序模块；其中，一个或多个计算机程序模块被存储在存储器中并被配置为由处理器执行，一个或多个计算机程序模块包括用于实现前述任一实施例提供的控制方法的指令。

本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当非暂时性计算机可读指令由计算机执行时可实现前述任一实施例提供的控制方法。

本文中，有以下几点需要注意。

（1）本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

（2）在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种超声手术器械的控制方法，所述超声手术器械用于切割目标组织，其特征在于，所述控制方法包括：

向所述超声手术器械施加驱动信号，以使所述超声手术器械在所述驱动信号的作用下发生振动，其中所述驱动信号包括驱动频率；

在所述超声手术器械切割所述目标组织的过程中，获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；

基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；

比较所述目标相位角和所述相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，以使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动，

其中，所述基于所述反馈电压、所述反馈电流和所述容抗，确定使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动的目标相位角，包括：

根据所述反馈电压和所述容抗，确定无功反馈电流：

无功反馈电流=反馈电压÷容抗

根据所述无功反馈电流和所述反馈电流，确定所述目标相位角：

目标相位角=arcsin (无功反馈电流÷反馈电流)。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述比较所述目标相位角和相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，包括：

确定所述相位角是否在所述目标相位角的预设范围，包括：

当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内时，调节所述驱动频率；

当所述相位角在所述目标相位角的预设范围内时，保持所述驱动频率不变。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内时，调节所述驱动频率，包括：

当所述相位角大于所述目标相位角的预设范围的最大值时，增加所述驱动频率；

当所述相位角小于所述目标相位角的预设范围的最小值时，降低所述驱动频率。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内时，确定所述相位角和所述目标相位角之间的差值是否在预设差值范围内，包括：

当所述差值不在所述预设差值范围内时，以第一频率步进值调节所述驱动频率；

当所述差值在所述预设差值范围内时，以第二频率步进值调节所述驱动频率；

其中，所述第一频率步进值大于所述第一频率步进值。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

当所述相位角不在所述目标相位角的预设范围内且所述差值不在所述预设差值范围内时，以所述第一频率步进值调节所述驱动频率；

在调节所述驱动频率后，重新获取所述反馈电流、所述反馈电压、所述容抗和所述相位角；

根据重新获取的所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，重新确定所述目标相位角；

比较重新确定的所述目标相位角和重新获取的所述相位角；

当所述重新获取的所述相位角不在所述重新确定的目标相位角的预设范围内且二者之间的差值在所述预设差值范围内时，以所述第二频率步进值调节所述驱动频率。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述目标相位角为大于等于1°且小于等于80°；所述目标相位角的预设范围为所述目标相位角±1.000°范围内；所述预设差值范围为大于等于4°且小于等于6°。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述超声手术器械切割所述目标组织之前，所述控制方法还包括：

获取所述超声手术器械的空载阻抗；

基于所述空载阻抗，确定用于调节所述驱动频率的初始频率。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在预设频率范围内进行频率扫描，其中所述空载阻抗在所述频率扫描过程中随频率的变化而变化；

在所述频率扫描过程中，确定所述空载阻抗的最小值；

将与所述空载阻抗的最小值对应的频率确定为所述驱动频率的初始频率。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在所述超声手术器械切割所述目标组织之前，确定所述超声手术器械是否出现异常，包括：

在预设频率范围内进行频率扫描；

在所述频率扫描过程中，获取所述超声手术器械的空载阻抗和空载相位角；

分别确定所述空载阻抗和所述空载相位角是否在各自的预设范围内；

如果所述空载阻抗和所述空载相位角中的任一个不在所述预设范围内，则确定所述超声手术器械出现异常。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述空载阻抗的预设范围为大于0且小于等于200欧姆；所述空载相位角的预设范围为大于等于0°且小于等于90°。

11.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在所述超声手术器械切割所述目标组织过程中，确定所述超声手术器械是否出现异常，包括：

确定所述驱动频率是否在预设范围内；

如果所述驱动频率不在所述预设范围内，则确定所述超声手术器械出现异常。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述驱动频率的预设范围为大于等于53.5千赫兹且小于等于57.5千赫兹。

13.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述超声手术器械的反馈电压和反馈电流，包括:

顺序采集n组原始反馈数据，每组原始反馈数据包括原始反馈电压和原始反馈电流，n≥2；并且

处理所述n组原始反馈数据，其中，处理所述n组原始反馈数据包括：计算所述n组原始反馈数据所包括的原始反馈电压的平均值以作为所述反馈电压，并计算所述n组原始反馈数据所包括的原始反馈电流的平均值以作为所述反馈电流。

14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述顺序采集n组原始反馈数据包括：

采集第i组原始反馈数据，所述第i组原始反馈数据包括第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流，n≥i≥1；

确定第i组原始反馈数据是否正常，包括：分别确定第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流是否在预设范围内；

如果第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流的任一个不在预设范围内，则所述第i组原始反馈数据不被纳入所述n组原始反馈数据；

如果第i个原始反馈电压和第i个原始反馈电流的任一个分别在预设范围内，则所述第i组原始反馈数据被纳入所述n组原始反馈数据。

15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，

所述原始反馈电压的预设范围为：10V≤原始反馈电压≤150V；

所述原始反馈电流的预设范围为：100mA≤原始反馈电流≤500mA。

16.根据权利要求9或11所述的控制方法，其特征在于，在所述超声手术器械切割所述目标组织之前或切割所述目标组织过程中，当确定所述超声手术器械出现异常时，发出报警信号。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的控制方法，其特征在于，在所述超声手术器械切割所述目标组织的过程中，重复执行所述获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角的步骤、所述基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角的步骤、以及所述比较所述目标相位角和相位角，根据比较结果调节所述驱动频率的步骤，直到所述相位角在所述目标相位角的预设范围内，所述超声手术器械在所述谐振状态下振动。

18.一种超声手术器械的控制装置，其特征在于，包括：

驱动单元，配置为向所述超声手术器械施加驱动信号，以使所述超声手术器械在所述驱动信号的作用下发生振动，其中所述驱动信号包括驱动频率；

获取单元，配置为在所述超声手术器械切割目标组织的过程中，获取所述超声手术器械的反馈电流、反馈电压、容抗和相位角；

确定单元，配置为基于所述反馈电流、所述反馈电压和所述容抗，确定使所述超声手术器械在谐振状态下振动的目标相位角；

调节单元，配置为比较所述目标相位角和所述相位角，根据比较结果调节所述驱动频率，以使所述超声手术器械在所述谐振状态下振动，

其中，所述确定单元还配置为：

根据所述反馈电压和所述容抗，确定无功反馈电流：

无功反馈电流=反馈电压÷容抗

以及，根据所述无功反馈电流和所述反馈电流，确定所述目标相位角：

目标相位角=arcsin (无功反馈电流÷反馈电流)。

19.一种手术设备，其特征在于，包括：主机和与所述主机连接的超声手术器械，所述主机包括根据权利要求18所述的超声手术器械的控制装置。

20.一种手术设备，包括：

处理器；

存储器，包括一个或多个计算机程序模块；

其特征在于，所述一个或多个计算机程序模块被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述一个或多个计算机程序模块包括用于实现权利要求1至15中任一项所述的超声手术器械的控制方法的指令。

21.一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，其特征在于，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时可实现权利要求1至15中任一项所述的超声手术器械的控制方法。

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