CN114515184B - 一种超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机，该方法包括：根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数；根据电路输出参数计算超声换能器当前采样周期内输出的实部功率；根据实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整超声换能器的工作电压；重复执行根据预设的采样周期获取超声换能器的电路输出参数及其后续步骤，以使实部功率达到目标实部功率值并保持稳定。本申请采用恒实部功率控制方式来驱动超声换能器，通过调整超声换能器的工作电压使超声换能器的实部功率稳定控制为目标实部功率值，可有效保证转换后输出至超声刀的机械能的稳定，进而保障超声刀刀头机械振幅的稳定输出，提高超声刀系统的操作稳定性和控制精准度。

Description

一种超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机

技术领域

本申请涉及超声刀技术领域，特别涉及一种超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机。

背景技术

超声刀在医疗领域特别是手术微创治疗中具有重要应用。和射频电刀相比，超声刀对周围组织热损伤小且无烟雾产生，工作过程中无电流通过人体，组织焦痂小，因而对患者的损伤小，常用于内窥式微创手术和开放性手术。

超声换能器是超声刀系统中的一个重要器件，它在超声激励信号的激励作用下，基于压电元件可实现电能到机械能(即，超声振动)的转化，并将超声振动传递给超声刀，令超声刀的刀头进行高频率往复运动，实施切割组织和/或闭合小血管等操作。因此，对超声换能器的驱动控制将直接影响超声刀的使用操作效果。

在现有技术中，一般多采用恒电流控制方式来激励超声换能器。但是，在实际应用过程中，本申请发明人发现：在超声刀的切割过程中，随着组织不断地被切掉，等效的负载大小是不断变化的，即超声换能器的等效阻抗在不断变化。根据欧姆定律，此时若保持电流恒定，则超声换能器的输出功率也是不断变化的。又由于超声换能器的能量转换效率固定，因此，被传递到超声刀的机械能将跟随超声换能器的输出功率而不断变化，进而导致超声刀刀头头端的机械振幅也不断变化。而在超声刀的手术操作中，振幅不稳定会导致切割过程忽快忽慢，进而影响组织切割效果以及血管闭合的紧密性。因此，确保刀头头端机械振幅的稳定输出是十分重要且必要的。

鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机，以便有效确保超声刀刀头机械振幅的稳定输出，提高超声刀系统的操作稳定性和控制精准度。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请公开了一种超声刀系统的功率驱动方法，包括：

根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数；

根据所述电路输出参数计算所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率；

根据所述实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整所述超声换能器的工作电压；

重复执行所述根据预设的采样周期获取超声换能器的电路输出参数及其后续步骤，以使所述实部功率达到所述目标实部功率值并保持稳定。

可选地，所述获取超声换能器的电路输出参数，包括：

获取所述超声换能器的等效电路的输出电压幅值、输出电流幅值、输出电流领先输出电压的相位差值；

所述根据所述电路输出参数计算所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率，包括：

基于下述功率计算公式确定所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率：

W＝I*V*cos(Φ)；

其中，W为所述实部功率；I为所述输出电流幅值；V为所述输出电压幅值；Φ为所述相位差值。

可选地，所述根据所述实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整所述超声换能器的工作电压，包括：

判断所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值是否大于预设阈值；

若是，则线性调整所述超声换能器的工作电压；

若否，则调用预设的稳态微调算法调整所述超声换能器的工作电压。

可选地，所述调用预设的稳态微调算法调整所述超声换能器的工作电压，包括：

获取历史调整过程中各采样周期以及当前采样周期内的所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值；

基于各个所述功率差值，根据下述电压计算公式调整所述超声换能器的工作电压：

V_n+1＝V_n+E_n*P+EI_n*I+ED_n*D；

其中，V_n+1为第n+1次调整后的工作电压；V_n为第n次调整后的工作电压以及第n+1次调整前的工作电压；E_n＝W_targ-W_n为第n个采样周期内的功率差值；W_n为第n个采样周期内的所述实部功率；W_targ为所述目标实部功率值；P为预设比例参数；I为预设积分参数；D为预设微分参数；ED_n＝E_n-E_n-1；

可选地，还包括：

根据输入的功率档位设定信息，确定与设定的功率档位对应的所述目标实部功率值。

第二方面，本申请还公开了一种超声刀系统的功率驱动装置，包括：

获取模块，用于根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数；

计算模块，用于根据所述电路输出参数计算所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率；

调整模块，用于在每个采样周期内根据所述实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整所述超声换能器的工作电压，以使所述实部功率达到所述目标实部功率值并保持稳定。

可选地，所述获取模块具体用于：

获取所述超声换能器的等效电路的输出电压幅值、输出电流幅值、输出电流领先输出电压的相位差值；

所述计算模块具体用于：

基于下述功率计算公式确定所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率：

W＝I*V*cos(Φ)；

其中，W为所述实部功率；I为所述输出电流幅值；V为所述输出电压幅值；Φ为所述相位差值。

可选地，所述调整模块具体用于：

判断所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值是否大于预设阈值；若是，则线性调整所述超声换能器的工作电压；若否，则调用预设的稳态微调算法调整所述超声换能器的工作电压。

可选地，所述调整模块具体用于：

获取历史调整过程中各采样周期以及当前采样周期内的所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值；基于各个所述功率差值，根据下述电压计算公式调整所述超声换能器的工作电压：

V_n+1＝V_n+E_n*P+EI_n*I+ED_n*D；

其中，V_n+1为第n+1次调整后的工作电压；V_n为第n次调整后的工作电压以及第n+1次调整前的工作电压；E_n＝W_targ-W_n为第n个采样周期内的功率差值；W_n为第n个采样周期内的所述实部功率；W_targ为所述目标实部功率值；P为预设比例参数；I为预设积分参数；D为预设微分参数；ED_n＝E_n-E_n-1；

可选地，还包括：

确定模块，用于根据输入的功率档位设定信息，确定与设定的功率档位对应的所述目标实部功率值。

第三方面，本申请还公开了一种超声刀系统的主机，包括：

处理器，其与超声换能器电连接；以及，

与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的任一种功率驱动方法。

第四方面，本申请还公开了一种超声刀系统，包括：

超声刀；

超声换能器，其与所述超声刀连接，用于将接收到的超声激励信号转换为超声振动，并将所述超声振动传递给所述超声刀；以及，

如上所述的主机，其与所述超声换能器电连接，用于为所述超声换能器提供所述超声激励信号。

本申请所提供的超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机所具有的有益效果是：本申请采用恒实部功率控制方式来激励和驱动超声换能器，通过在每个采样周期内调整超声换能器的工作电压，使超声换能器的实部功率稳定控制为目标实部功率值，可有效保证转换后输出至超声刀的机械能的稳定，进而保障超声刀刀头机械振幅的稳定输出，提高超声刀系统的操作稳定性和控制精准度。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种超声刀系统的功率驱动方法的流程图；

图2为本申请实施例公开的一种超声换能器的等效电路图；

图3为本申请实施例公开的一种超声刀系统在启动过程中的功率驱动方法的流程图；

图4为本申请实施例公开的一种超声刀系统的功率驱动装置的结构框图；

图5为本申请实施例公开的一种超声刀系统的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种超声刀系统及其功率驱动方法、装置和主机，以便有效确保超声刀刀头机械振幅的稳定输出，提高超声刀系统的操作稳定性和控制精准度。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种超声刀系统的功率驱动方法，主要包括：

S101：根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数。

S102：根据电路输出参数计算超声换能器当前采样周期内输出的实部功率。

S103：根据实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整超声换能器的工作电压，以使实部功率达到目标实部功率值并保持稳定；返回至步骤S101以便继续进行调整。

需要指出的是，本申请所提供的超声刀系统的功率驱动方法，具体采用的是恒实部功率控制方式来激励和驱动超声换能器的。

具体地，参见图2所示的超声换能器的等效电路图。超声换能器的等效电路包括两个并联支路。其中一个支路为静态支路，包括静态电容C_o，静态电容C_o多为压电陶瓷，容值由压电陶瓷振子的电极面积和厚度决定，一般在2nF-4nF左右；另一个支路为动态支路，包括动态电感Ls、动态电容Cs和动态电阻Rs三个串联器件。

由于超声刀系统的负载中有等效电感和等效电容的存在，因此超声换能器的输出电压和输出电流不同相，两者间存在相位差，使得超声换能器的输出功率同时包含有实部功率和虚部功率。

其中，超声换能器输出的实部功率将会转换为机械能输出；而虚部功率为无用功，对机械能的转换输出无影响。在超声换能器的转换效率不变时，超声刀刀头的输出振幅将与超声换能器输出的实部功率成正比关系。

由此，考虑到以输出功率(实部功率与虚部功率之和)恒定的控制方式来驱动超声换能器依旧难以保证超声刀刀头的机械振幅的稳定输出，因此，本申请直接以维持实部功率恒定的控制方式来驱动超声换能器，即，控制超声换能器的实部功率恒定为目标实部功率值，以便保障机械能的稳定转换和输出，进而保证超声刀刀头的机械振幅的稳定输出。

其中，实部功率的稳态目标值，即目标实部功率值，可具体根据使用人员的输入信息而确定；而针对实部功率的调整，可具体通过调整超声换能器的工作电压而实现。

具体地，超声刀系统的主机输出的用于激励超声换能器的超声激励信号，是一种频率可调、电压幅值可调的信号。通过调整超声激励信号的频率，可使超声换能器尽量工作在谐振状态下而获取最大的能量转换效率。超声激励信号的电压幅值则决定了超声换能器的输入能量的大小以及输出能量的最大值；在能量转换效率不变的情况下，通过对超声激励信号的电压幅值亦即超声换能器的工作电压进行调整，可以有效调整超声换能器实际输出的实部功率。

由此，本申请可周期性采样获取超声换能器的电路输出参数，以便实时更新计算当前的实部功率。若当前的实部功率并未达到目标实部功率值，即两者之间存在功率差值，则即可通过调整超声换能器的工作电压而对实部功率进行实时调整，以便将实部功率恒定控制为目标实部功率值。

容易理解的是，将实部功率稳定控制为目标实部功率值是一个实时持续的过程。因此，在每个采样周期内，均需要重新更新计算当前的实部功率，并重新实时调整超声换能器的工作电压，以令超声换能器输出的实部功率持续保持稳定为目标实部功率值。

可见，本申请所提供的超声刀系统的功率驱动方法，采用恒实部功率控制方式来激励和驱动超声换能器，通过在每个采样周期内调整超声换能器的工作电压，使超声换能器的实部功率稳定控制为目标实部功率值，可有效保证转换后输出至超声刀的机械能的稳定，进而保障超声刀刀头机械振幅的稳定输出，提高超声刀系统的操作稳定性和控制精准度。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动方法在上述内容的基础上，获取超声换能器的电路输出参数，包括：

获取超声换能器的等效电路的输出电压幅值、输出电流幅值、输出电流领先输出电压的相位差值；

根据电路输出参数计算超声换能器当前采样周期内输出的实部功率，包括：

基于下述功率计算公式确定超声换能器当前采样周期内输出的实部功率：

W＝I*V*cos(Φ)；

其中，W为实部功率；I为输出电流幅值；V为输出电压幅值；Φ为相位差值。

需要指出的是，若直接计算超声换能器的输出电流I和输出电压V的乘积，则得到的是超声换能器的输出功率亦即实部功率与虚部功率之和。因此，本实施例所需要获取的超声换能器等效电路的电路输出参数，不仅包括输出电流与输出电压的幅值，还包括输出电流领先输出电压的相位差值，由此基于上述功率计算公式计算得到当前的实部功率。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动方法在上述内容的基础上，根据实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整超声换能器的工作电压，包括：

判断实部功率距离目标实部功率值的功率差值是否大于预设阈值；

若是，则线性调整超声换能器的工作电压；

若否，则调用预设的稳态微调算法调整超声换能器的工作电压。

具体地，本实施例分情况采用了两段控制算法，以便在实部功率的调整过程中有效均衡调整速度和调整稳定性两方面的性能。

其中，当实部功率W_n尚未达到目标实部功率值W_targ附近、距离目标实部功率值W_targ的功率差值大于预设阈值W_vth时，即W_targ-W_n>W_vth，本实施例可具体采用线性调整算法，直接线性增大超声换能器的工作电压：

V_n+1＝V_n+V_diff；

其中，V_n+1为第n+1次调整后的工作电压；V_n为第n次调整后的工作电压以及第n+1次调整前的工作电压；V_diff为预设的电压变化量。

以超声刀系统刚启动后的功率上升阶段为例，超声换能器在初始启动时刻以预设小信号工作电压V₀起始输出。在第一个采样周期内，由于输出的实部功率尚未达到目标实部功率值附近，因此将采用线性调整算法，直接线性增大超声换能器的工作电压：V₁＝V₀+V_diff；其中，V₁即为本周期调整后的工作电压，同时也是下一采样周期初始时的工作电压。在下一个采样周期，将在V₁的基础上，继续对超声换能器的工作电压重复进行上述调节。

当重复了若干次上述线性调整过程后，超声换能器的实部功率W_n将达到目标实部功率值W_targ附近、距离目标实部功率值W_targ的功率差值不再大于预设阈值W_vth，即W_targ-W_n≤W_vth。此时将进入稳态微调阶段，本实施例将采用预设的稳态微调算法，以便避免实部功率控制过程中的超调现象，提高控制的稳定性。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动方法在上述内容的基础上，调用预设的稳态微调算法调整超声换能器的工作电压，包括：

获取历史调整过程中各采样周期以及当前采样周期内的实部功率距离目标实部功率值的功率差值；

基于各个功率差值，根据下述电压计算公式调整超声换能器的工作电压：

V_n+1＝V_n+E_n*P+EI_n*I+ED_n*D；

其中，V_n+1为第n+1次调整后的工作电压；V_n为第n次调整后的工作电压以及第n+1次调整前的工作电压；E_n＝W_targ-W_n为第n个采样周期内的功率差值；W_n为第n个采样周期内的实部功率；W_targ为目标实部功率值；P为预设比例参数；I为预设积分参数；D为预设微分参数；ED_n＝E_n-E_n-1；

具体地，本实施例中的稳态微调算法具体为PID控制算法。本领域技术人员可自行整定出预设比例参数P、预设积分参数I、预设微分参数D的合理取值，以便取得较好的控制效果。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动方法在上述内容的基础上，还包括：

根据输入的功率档位设定信息，确定与设定的功率档位对应的目标实部功率值。

一般地，超声刀系统的主机设置有人机交互界面，可供用户选择输入功率档位等操作信息。值得注意的是，由于本申请采用的是恒实部功率的控制方式，因此，本申请并非是将各个功率档位与目标输出电流建立对应关系，而是预先将各个功率档位与对应的目标实部功率值建立了一一对应关系，从而可根据用户输入的功率档位设定信息而确定目标实部功率值，进而基于目标实部功率值实现超声刀刀头振幅的稳定输出。

结合上述对两段式算法调整过程的描述，关于超声刀系统的一次完整的启动过程可具体参见图3，主要包括以下步骤：

S201：根据输入的功率档位设定信息，确定与设定的功率档位对应的目标实部功率值W_targ。

S202：以预设小信号工作电压V₀起始驱动超声换能器。

S203：根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数I_n、V_n和Φ_n。

S204：根据W_n＝I_n*V_n*cos(Φ_n)计算超声换能器当前采样周期内输出的实部功率W_n。

S205：判断W_targ-W_n>W_vth是否成立；若是，则进入S206；若否，则进入S207。

S206：线性调整超声换能器的工作电压；返回S203。

S207：根据E_n＝W_targ-W_n计算历史采样周期和当前采样周期内的功率差值E_n；进入S208。

S208：计算ED_n＝E_n-E_n-1、进入S209。

S209：根据V_n+1＝V_n+E_n*P+EI_n*I+ED_n*D调整超声换能器的工作电压；返回S203。

参见图4，图4为本申请实施例公开的一种超声刀系统的功率驱动装置300，包括：

获取模块301，用于根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数；

计算模块302，用于根据电路输出参数计算超声换能器当前采样周期内输出的实部功率；

调整模块303，用于在每个采样周期内根据实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整超声换能器的工作电压，以使实部功率达到目标实部功率值并保持稳定。

可见，本申请所提供的超声刀系统的功率驱动装置300，采用恒实部功率控制方式来激励和驱动超声换能器，通过在每个采样周期内调整超声换能器的工作电压，使超声换能器的实部功率稳定控制为目标实部功率值，可有效保证转换后输出至超声刀的机械能的稳定，进而保障超声刀刀头机械振幅的稳定输出，提高超声刀系统的操作稳定性和控制精准度。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动装置300在上述内容的基础上，获取模块301具体用于：

获取超声换能器的等效电路的输出电压幅值、输出电流幅值、输出电流领先输出电压的相位差值；

计算模块302具体用于：

基于下述功率计算公式确定超声换能器当前采样周期内输出的实部功率：

W＝I*V*cos(Φ)；

其中，W为实部功率；I为输出电流幅值；V为输出电压幅值；Φ为相位差值。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动装置300在上述内容的基础上，调整模块303具体用于：

判断实部功率距离目标实部功率值的功率差值是否大于预设阈值；若是，则线性调整超声换能器的工作电压；若否，则调用预设的稳态微调算法调整超声换能器的工作电压。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动装置300在上述内容的基础上，调整模块303调用预设的稳态微调算法调整超声换能器的工作电压，具体包括：

获取历史调整过程中各采样周期以及当前采样周期内的实部功率距离目标实部功率值的功率差值；基于各个功率差值，根据下述电压计算公式调整超声换能器的工作电压：

V_n+1＝V_n+E_n*P+EI_n*I+ED_n*D；

其中，V_n+1为第n+1次调整后的工作电压；V_n为第n次调整后的工作电压以及第n+1次调整前的工作电压；E_n＝W_targ-W_n为第n个采样周期内的功率差值；W_n为第n个采样周期内的实部功率；W_targ为目标实部功率值；P为预设比例参数；I为预设积分参数；D为预设微分参数；ED_n＝E_n-E_n-1；

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的超声刀系统的功率驱动装置300在上述内容的基础上，还包括：

确定模块，用于根据输入的功率档位设定信息，确定与设定的功率档位对应的目标实部功率值。

进一步地，本申请还公开了一种超声刀系统400及其主机401。

具体地，请参阅图5所示，为本申请公开的一种超声刀系统400，包括依次连接的主机401、超声换能器402和超声刀403。

其中，超声刀系统400的主机401亦称能量发生器，用于为超声换能器402提供超声激励信号(具体为电信号)以及其他控制信号。主机401具体可以包括：与超声换能器402电连接的处理器，以及，与处理器通信连接的存储器，存储器中存储有可被处理器执行的指令，该指令在被处理器执行时可使处理器能够执行如上任一实施例所述的功率驱动方法，比如，执行如图1或者图3所示的功率驱动方法。

超声换能器402与能量发生器电连接，其具体可以包括压电陶瓷片等压电元件，用于将从主机401接收到超声激励信号(电能)转换为超声振动(机械能)，并将超声振动传递给超声刀403。

需要说明的是，本申请所公开的超声刀系统的主机401中，其处理器和存储器可具体基于FPGA实现。同时，容易理解的是，本申请所公开的超声刀系统的主机401中还可包括其他一些用于实现激励输出功能的常规电路部件，比如，DSP、功率放大器、检测电路和数模转换器等。

其中，DSP与FPGA电连接，用于向FPGA输出激励控制信号以控制FPGA产生超声激励信号；功率放大器用于将超声激励信号放大后输出至超声换能器；检测电路用于对超声换能器的等效电路的输出电流、输出电压进行波形采样检测；数模转换器分别与检测电路和FPGA电连接，用于将检测电路的波形采样数据经模数转换处理后输出至FPGA，以便FPGA基于这些波形采样数据确定输出电流领先输出电压的相位差、输出电流幅值和输出电压幅值，进而计算对应的实部功率，并基于当前的实部功率大小，控制功率放大器调整所输出的超声激励信号的电压幅值，以改变超声换能器的工作电压，从而将超声换能器的实部功率稳定控制为目标实部功率值。

超声刀403具体包括可抓握的手柄、刀杆和端部执行器。端部执行器包括刀头和可相对刀头枢转的夹持臂，用于夹持组织并对组织进行切割和/或止血。其中，刀头设置于刀杆的远端，而刀杆的近端则与超声换能器402连接，刀杆用于传递和放大超声换能器402所产生的超声振动。

在超声刀系统400工作时，主机401发出超声激励信号驱动超声换能器402，而超声换能器402则将接收到的超声激励信号转换为超声振动，并通过超声刀403的刀杆将该超声振动传递和放大，最终带动刀头进行高频率往复运动，从而使刀头与夹持臂之间所夹持组织变性、断裂，以达到切割和/或闭合小血管的功能。

应当理解的是，由于本申请提供的超声刀系统400及其主机401能够实现本申请提供的功率驱动方法，或者，运行本申请提供的功率驱动装置；因此，其同样具备本申请提供的功率驱动方法和装置的有益效果，此处便不再赘述。

本申请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。对于实施例公开的设备而言，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。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超声刀系统的功率驱动方法，其特征在于，包括：

根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数；其中，所述电路输出参数为所述超声换能器和负载的等效电路的输出参数；

根据所述电路输出参数计算所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率；

根据所述实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整所述超声换能器的工作电压；

重复执行所述根据预设的采样周期获取超声换能器的电路输出参数及其后续步骤，以使所述实部功率达到所述目标实部功率值并保持稳定；

所述根据所述实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整所述超声换能器的工作电压，包括：

判断所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值是否大于预设阈值；若是，则线性调整所述超声换能器的工作电压；若否，则调用预设的稳态微调算法调整所述超声换能器的工作电压。

2.根据权利要求1所述的功率驱动方法，其特征在于，所述获取超声换能器的电路输出参数，包括：

获取所述超声换能器的等效电路的输出电压幅值、输出电流幅值、输出电流领先输出电压的相位差值；

所述根据所述电路输出参数计算所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率，包括：

基于下述功率计算公式确定所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率：

W＝I*V*cos(Φ)；

其中，W为所述实部功率；I为所述输出电流幅值；V为所述输出电压幅值；Φ为所述相位差值。

3.根据权利要求1所述的功率驱动方法，其特征在于，所述调用预设的稳态微调算法调整所述超声换能器的工作电压，包括：

获取历史调整过程中各采样周期以及当前采样周期内的所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值；

基于各个所述功率差值，根据下述电压计算公式调整所述超声换能器的工作电压：

Vn+1＝Vn+En*P+EIn*I+EDn*D；

其中，Vn+1为第n+1次调整后的工作电压；Vn为第n次调整后的工作电压以及第n+1次调整前的工作电压；En＝Wtarg-Wn为第n个采样周期内的功率差值；Wn为第n个采样周期内的所述实部功率；Wtarg为所述目标实部功率值；P为预设比例参数；I为预设积分参数；D为预设微分参数；EDn＝En-En-1；

4.根据权利要求1至3任一项所述的功率驱动方法，其特征在于，还包括：

根据输入的功率档位设定信息，确定与设定的功率档位对应的所述目标实部功率值。

5.一种超声刀系统的功率驱动装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于根据预设的采样周期，获取超声换能器的电路输出参数；其中，所述电路输出参数为所述超声换能器和负载的等效电路的输出参数；

计算模块，用于根据所述电路输出参数计算所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率；

调整模块，用于在每个采样周期内根据所述实部功率距离目标实部功率值的功率差值调整所述超声换能器的工作电压，以使所述实部功率达到所述目标实部功率值并保持稳定；

所述调整模块具体用于：

判断所述实部功率距离所述目标实部功率值的功率差值是否大于预设阈值；若是，则线性调整所述超声换能器的工作电压；若否，则调用预设的稳态微调算法调整所述超声换能器的工作电压。

6.根据权利要求5所述的功率驱动装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：

获取所述超声换能器的等效电路的输出电压幅值、输出电流幅值、输出电流领先输出电压的相位差值；

所述计算模块具体用于：

基于下述功率计算公式确定所述超声换能器当前采样周期内输出的实部功率：

W＝I*V*cos(Φ)；

其中，W为所述实部功率；I为所述输出电流幅值；V为所述输出电压幅值；Φ为所述相位差值。

7.一种超声刀系统的主机，其特征在于，包括：

处理器，其与超声换能器电连接；以及，

与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令在被执行时用于实现如权利要求1至4任一项所述的功率驱动方法。

8.一种超声刀系统，其特征在于，包括：

超声刀；

超声换能器，其与所述超声刀连接，用于将接收到的超声激励信号转换为超声振动，并将所述超声振动传递给所述超声刀；以及，

如权利要求7所述的主机，其与所述超声换能器电连接，用于为所述超声换能器提供所述超声激励信号。