CN115102425B - 超声换能器的动态支路电流的控制方法及超声波手术系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种超声换能器的动态支路电流的控制方法、装置、超声波手术系统、计算机设备和存储介质，所述方法包括：获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；获取超声换能器的静态电容；根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。上述方法无需使用匹配电感器即可实现超声换能器的动态支路电流的精确控制，提高了应用包含超声换能器的超声波手术系统的手术效果一致性和稳定性。

Description

超声换能器的动态支路电流的控制方法及超声波手术系统
技术领域
本申请涉及外科医疗器械技术领域，特别是涉及一种超声换能器的动态支路电流的控制方法、装置、超声波手术系统、计算机设备和存储介质。
背景技术
当前超声外科装置，如超声切割止血刀，通过超声换能器将电能转换为高频机械振动，完成软组织的切割，同时实现手术过程中的止血或凝固，对比传统电外科，超声换能器具有温度低、焦痂少、热损伤低并且无电气直接连接、无漏电等优点，因而被广泛使用在外科手术中。
超声外科系统主要是由带超声换能器的手柄、具有端部执行器完成切割和密封组织的器械、能量发生器(主机)以及脚踏激发开关等构成。其中超声换能器的等效电路模型，可以包括带有静态电容的第一支路，以及具有电容、电感、电阻三者相串联的第二支路，该第二支路具有电机械特性且第二支路也可称为“动态支路”。超声换能器的等效电路模型中，第一支路和第二支路在电路上为并联关系。目前的能量发生器可包括匹配电感器，该电感器的作用是，使得在超声换能器第二支路的串联谐振频率下，第一支路的静态电容和能量发生器内的匹配电感实现并联谐振，从而使得能量发生器的输出电流全部流入到第二支路。
目前能量发生器的匹配电感器需要在第二支路的串联谐振频率下实现与第一支路的静态电容实现并联谐振，但超声换能器实际工作时，第二支路的串联谐振频率是在动态变化的，其变化范围最大可能是2kHz；而第一支路的静态电容，因为温度的变化以及反复使用老化的影响，其电容值也不是固定的。此外，匹配电感器，在实际工程中电感误差范围是±5%；这样如上三个变化的因素，会导致匹配电感器在实际使用中，和第一支路的静态电容，在谐振频率下无法达到真正的并联谐振。其带来的结果是：动态支路的电流幅值小于能量发生器的控制输出的电流幅值，并且该电流幅值的偏差不是固定的，无法预测和补偿；临床表现上是，切割变慢无法正常分离组织或者凝闭效果不佳，影响手术效果。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种超声换能器的动态支路电流的控制方法、装置、超声波手术系统、计算机设备和存储介质，无需使用匹配电感器即可实现超声换能器的动态支路电流的精确控制，提高了应用包含超声换能器的超声波手术系统的手术效果一致性和稳定性。
一种超声换能器的动态支路电流的控制方法，包括：获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；获取超声换能器的静态电容；根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。
在其中一个实施例中，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整的步骤，包括：获取第一驱动电流和第一驱动电压的第一相位差；获取超声换能器的预估的第二相位差，预估的第二相位差通过第一驱动电流、第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容确定；基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，获取超声换能器的预估的第二相位差的步骤，包括：获取第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容的第一乘积；获取第一乘积与第一驱动电流的比值；根据比值获取预估的第二相位差。
在其中一个实施例中，基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整的步骤，包括：获取动态支路的设定幅值；获取动态支路的电流幅值，电流幅值通过第一驱动电流和预估的第二相位差确定；根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，获取动态支路的电流幅值的步骤，包括：获取预估的第二相位差的余弦值；获取余弦值与第一驱动电流的第二乘积，第二乘积为动态支路的电流幅值。
在其中一个实施例中，根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整的步骤，包括：根据第一相位差和预估的第二相位差确定第一误差值；根据第一误差值调整第一驱动信号的频率；根据电流幅值和设定幅值确定第二误差值；根据第二误差值调整第一驱动信号的幅值。
在其中一个实施例中，根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整的步骤之后，还包括：通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制；其中，比例谐振控制器的传递函数基于超声换能器的谐振频率以及截止频率设置。
在其中一个实施例中，获取超声换能器的静态电容的步骤，包括：获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，其中，第二驱动信号的第二驱动频率小于或大于超声换能器的谐振频率；根据第二驱动电流、第二驱动电压和第二驱动频率确定静态电容。
在其中一个实施例中，获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压的步骤，包括：在向超声换能器输入第一驱动信号之前，向超声换能器输入第二驱动信号，获取超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压；或，将第二驱动信号和第一驱动信号输入超声换能器，获取超声换能器的输出信号；从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。
在其中一个实施例中，获取超声换能器的静态电容的步骤，包括：获取输入第三驱动信号到超声换能器时得到的扫频测试的测试结果；基于测试结果得到导纳圆；从导纳圆获取最大电纳值以及最小电纳值，并获取最大电纳值对应的第一频率以及最小电纳值对应的第二频率；根据最大电纳值、第一频率、最小电纳值以及第二频率获取静态电容。
一种超声换能器的动态支路电流的控制装置，包括：第一获取模块，用于获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；第二获取模块，用于获取超声换能器的静态电容；调整模块，用于根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。
一种超声波手术系统，其特征在于，超声波手术系统包括主机、超声换能器和超声手术器械；主机用于获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率，获取超声换能器的静态电容，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整；主机还用于向超声换能器输出调整后的第一驱动信号，以通过调整后的第一驱动信号对超声换能器的动态支路电流进行控制；超声换能器用于将调整后的第一驱动信号的电能转换为机械能，并向超声手术器械输出机械能。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例方法的步骤。
上述超声换能器的动态支路电流的控制方法、装置、超声波手术系统、计算机设备和存储介质，获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率，获取超声换能器的静态电容，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。因此，能够基于第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及超声换能器的静态电容对第一驱动信号进行调整，从而控制超声换能器的动态支路电流，实现的过程无需使用匹配电感器，即可实现超声换能器的动态支路电流的精确控制，提高了应用包含超声换能器的超声波手术系统的手术效果一致性和稳定性。
附图说明
图1为一个实施例中一种超声换能器的动态支路电流的控制方法的应用环境图；
图2为一个实施例中一种超声换能器的动态支路电流的控制方法的流程示意图；
图3为一个实施例中导纳圆的示意图；
图4为一个实施例中静态电容的实时检测的实现框图；
图5为一个实施例中静态电容的实时检测的流程示意图；
图6为一个实施例中超声换能器的等效电路模型的示意图；
图7为一个实施例中动态支路的电流相位差控制实现框图；
图8为一个实施例中
Figure 830593DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 419838DEST_PATH_IMAGE002
以及
Figure 606099DEST_PATH_IMAGE003
的向量图；
图9为一个实施例中动态支路的电流幅值控制实现框图；
图10为一个实施例中准PR控制器的波特图；
图11为一个实施例中超声换能器的输出电流波形控制框图；
图12为一个实施例中超声波手术系统的结构框图；
图13为一个实施例中主机11的系统功能中各个模块的示意图；
图14为一个实施例中一种超声换能器的动态支路电流的控制装置的结构框图；
图15为一个实施例中主机的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的一种超声换能器的动态支路电流的控制方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示，主机11与超声换能器12连接。主机11向超声换能器12输出第一驱动信号，以驱动超声换能器12振动。超声换能器12将主机11输出的第一驱动信号的电能转换成振动的机械能，并将振动的机械能传递到超声手术器械13。其中，主机11用于实现本申请的一种超声换能器的动态支路电流的控制方法。具体地，主机11获取输入到超声换能器12的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率，并且获取超声换能器的静态电容，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，向超声换能器12输出调整后的第一驱动信号，以通过调整第一驱动信号的方式对超声换能器12的动态支路电流进行控制。此外，超声换能器12将调整后的第一驱动信号的电能转换成振动的机械能，并将振动的机械能传递到超声手术器械13。因此，主机11实现了对输入到超声换能器12的动态支路电流进行控制。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种超声换能器的动态支路电流的控制方法，以该方法应用于图1中的主机11为例进行说明，包括以下步骤：
S202，获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率。
本实施例中，第一驱动信号用于驱动超声换能器，以使得超声换能器将第一驱动信号的电能转换为振动的机械能，并将振动的机械能传递到超声手术器械。具体地，第一驱动信号包括第一驱动电流、第一驱动电压和第一驱动频率。当超声换能器输入第一驱动信号时，超声换能器的动态支路发生谐振，获得振动的机械能，从而将振动的机械能传递到超声手术器械。
S204，获取超声换能器的静态电容。
本实施例中，预先采集得到超声换能器的静态电容，具体可以通过第一种检测方法和第二种检测方法的任一种检测方法获得静态电容。其中，第一种检测方法为：基于超声换能器的扫描频率的导纳圆检测得到静态电容。第二种检测方法为：向超声换能器输入远低于或远高于超声换能器的谐振频率的探测信号，通过输出的电压和电流获得静态电容。可以通过这两种方式中的任一种确定超声换能器的静态电容。以下分别对第一种检测方法和第二种检测方法进行说明：
采用第一种检测方法获得超声换能器的静态电容，即上述获取超声换能器的静态电容，包括：获取输入第三驱动信号到超声换能器时得到的扫频测试的测试结果，基于测试结果得到导纳圆，从导纳圆获取最大电纳值以及最小电纳值，并获取最大电纳值对应的第一频率以及最小电纳值对应的第二频率，根据最大电纳值、第一频率、最小电纳值以及第二频率获取静态电容。
具体地，向超声换能器输入第三驱动信号，以对超声换能器进行频率扫描，得到扫频测试的测试结果。基于扫频测试的测试结果，得到如图3所示的导纳圆。由导纳圆特性可知，谐振角频率
Figure 532467DEST_PATH_IMAGE004
的计算公式如下：
Figure 753364DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，如图3所示，导纳圆的直径D与A点、B点的电纳值存在如下关系：
Figure 372564DEST_PATH_IMAGE006
；
静态电容
Figure 46122DEST_PATH_IMAGE007
与A点、B点的参数关系如下：
Figure 776181DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 851584DEST_PATH_IMAGE009
；
本超声切割止血刀系统中，如图3所示，A点和B点分别对应的频率
Figure 376106DEST_PATH_IMAGE010
和频率
Figure 536960DEST_PATH_IMAGE011
及电纳值
Figure 539551DEST_PATH_IMAGE012
和电纳值
Figure 469461DEST_PATH_IMAGE013
。通过对手柄进行扫频测试得到
Figure 430464DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 411622DEST_PATH_IMAGE011
以及
Figure 217904DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 126954DEST_PATH_IMAGE013
，根据这些参数计算出静态电容
Figure 868645DEST_PATH_IMAGE014
的值。其中，
Figure 128725DEST_PATH_IMAGE012
表示上述最大电纳值，
Figure 614064DEST_PATH_IMAGE010
表示上述第一频率，
Figure 643200DEST_PATH_IMAGE013
表示上述最小电纳值，
Figure 821372DEST_PATH_IMAGE011
表示上述第二频率。
在输入第一驱动信号到超声换能器之前，即在采用超声换能器驱动超声手术器械以实现超声外科手术之前，对超声换能器进行频率扫描，基于扫频测试的测试结果计算超声换能器的静态电容，实现了实时使用时计算超声换能器的静态电容，避免了因为温度变化或反复使用超声换能器老化引起的静态电容的电容值的改变带来影响。
采用第二种检测方法获得超声换能器的静态电容，即上述获取超声换能器的静态电容，包括：获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，其中，第二驱动信号的第二驱动频率小于或大于超声换能器的谐振频率；根据第二驱动电流、第二驱动电压和第二驱动信号的第二驱动频率确定静态电容。
具体地，当超声波换能器以远低于或高于内部固有的谐振频率工作时，超声换能器的电学特性相当于一个电容器，此电容器近似为静态电容
Figure 303169DEST_PATH_IMAGE014
。静态电容
Figure 326620DEST_PATH_IMAGE014
主要决定于传感器材料的几何尺寸和电极面积，近似为常数。根据这一电学特性，对超声换能器施加一远低于谐振频率的某一电流幅值的探测信号，通过检测输出电压和输出电流，即可计算静态电容
Figure 210262DEST_PATH_IMAGE014
,计算方式如下:
Figure 559335DEST_PATH_IMAGE015
；
也即是，可以是，上述第二驱动信号的第二驱动频率为远低于超声换能器的谐振频率或远高于超声换能器的谐振频率，第二驱动信号为某一电流幅值的探测信号。第二驱动电流为上述公式中的输出电流
Figure 794007DEST_PATH_IMAGE016
，第二驱动电压为上述公式中的输出电压
Figure 621149DEST_PATH_IMAGE017
，第二驱动频率对应的角频率为上述公式中
Figure 624877DEST_PATH_IMAGE018
。
在输入第一驱动信号到超声换能器之前，即在采用超声换能器驱动超声手术器械以实现超声外科手术之前，对超声换能器施加一远低于谐振频率的某一电流幅值的探测信号，通过检测输出电压和输出电流计算静态电容实现了实时使用时计算超声换能器的静态电容，避免了因为温度变化或反复使用超声换能器老化引起的静态电容的电容值的改变带来影响。此外，与第一种检测方法相比，第二种检测方法操作相对简单，处理流程相对简易，能够快速获得静态电容的电容值。
在一示例中，上述获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，包括：在向超声换能器输入第一驱动信号之前，向超声换能器输入第二驱动信号，获取超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压；或，将第二驱动信号和第一驱动信号输入超声换能器，获取超声换能器的输出信号；从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。
具体地，通过两种探测机制中的任一种方式获取第二驱动电流和第二驱动电压。其中，探测机制一为分时检测，即：将第二驱动信号作为探测信号单独施加到超声换能器上，检测结束后获取超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压。进而，再向超声换能器输入第一驱动信号，以驱动超声换能器工作。例如，参照上述公式，探测信号为
Figure 410430DEST_PATH_IMAGE016
，第一驱动信号为
Figure 601240DEST_PATH_IMAGE016
。将
Figure 229143DEST_PATH_IMAGE016
单独施加在超声换能器上，检测结束时，获得超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压。停止超声换能器的静态电容检测，向超声换能器输入
Figure 821799DEST_PATH_IMAGE016
。
探测机制二为实时检测，即：在正常工作时，同时输入第一驱动信号和第二驱动信号，获取超声换能器的输出信号，从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。例如，参照上述公式，探测信号为
Figure 247095DEST_PATH_IMAGE016
，第一驱动信号为
Figure 456359DEST_PATH_IMAGE016
。将
Figure 625304DEST_PATH_IMAGE016
与
Figure 338045DEST_PATH_IMAGE016
进行叠加后输入超声换能器，其实现过程如图4所示。
如图4所示，DDS表示直接数字式频率合成器。DDS1表示其中一个DDS，DDS2表示另外一个DDS。主机11中设置有FPGA芯片402，FPGA芯片402中设置DDS1和DDS2。DDS1产生
Figure 934242DEST_PATH_IMAGE016
信号，DDS2产生
Figure 365223DEST_PATH_IMAGE016
信号，FPGA芯片402中通过累加器对
Figure 196913DEST_PATH_IMAGE016
信号和
Figure 905106DEST_PATH_IMAGE016
信号进行累加，通过DAC（数模转换器）404后输入AMP（功率放大器）406，进而将放大后的信号输入超声换能器，通过Output（输出）模块408输出模拟信号，通过ADC（模数转换器）410转换得到上述超声换能器的输出信号。进而，通过FPGA芯片402中的快速傅立叶变换（FFT）模块从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。具体的实时检测流程参见图5所示。其中，图5中，
Figure 796839DEST_PATH_IMAGE016
信号和
Figure 324903DEST_PATH_IMAGE016
信号累加后得到的混叠信号，混叠信号的电压为
Figure 491442DEST_PATH_IMAGE019
，混叠信号的电流为
Figure 522983DEST_PATH_IMAGE020
。
因此，通过上述第一种检测方法和第二种检测方法中的任一种检测方法均可获得静态电容。因为实际工作时，静态电容
Figure 851197DEST_PATH_IMAGE021
是动态变化的，第二种检测方法具有实时性好，不影响超声到手术装置正常的切割工作。
S206，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。
本实施例中，基于第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，得到调整后的第一驱动信号。进而，向超声换能器输入调整后的第一驱动信号。
如图6所示的电路模块106是超声换能器的等效电路模型。其中，电路模块106为超声换能器12的等效电路模块。电路模块106中
Figure 866557DEST_PATH_IMAGE021
是静态电容，其流过的电流是
Figure 571208DEST_PATH_IMAGE022
。电阻R1、电容C1、电感L1组成超声换能器的动态支路，其流过的电流是
Figure 985484DEST_PATH_IMAGE023
。由此可知，第一驱动信号的第一驱动电压为
Figure 750178DEST_PATH_IMAGE024
，第一驱动电流为
Figure 252835DEST_PATH_IMAGE025
。
Figure 495597DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 767310DEST_PATH_IMAGE027
存在关联关系，即：
Figure 578271DEST_PATH_IMAGE028
。
因此，对动态支路电流
Figure 427278DEST_PATH_IMAGE023
进行解耦控制，基于第一驱动电流为
Figure 208152DEST_PATH_IMAGE025
与动态支路电流
Figure 599950DEST_PATH_IMAGE023
的关联关系，通过控制第一驱动信号的方式，控制超声换能器的动态支路电流。
在一个实施例中，上述步骤S206，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，包括：获取第一驱动电流和第一驱动电压的第一相位差；获取超声换能器的预估的第二相位差，预估的第二相位差通过第一驱动电流、第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容确定；基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整。
该实施例中，第一相位差指的是第一驱动信号中第一驱动电流和第一驱动电压的相位差。预估的第二相位差则是通过预估的方式确定，具体通过第一驱动电流、第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容预估确定。通过比对第一相位差和预估的第二相位差，可对第一驱动信号进行调整。可以是，基于第一相位差和预估的第二相位差调整第一驱动信号的频率，进而将调整后的第一驱动信号输入到超声换能器中，以通过调整第一驱动信号的方式对超声换能器中的动态支路电流进行控制。
在一个示例中，上述获取超声换能器的预估的第二相位差，包括：获取第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容的第一乘积；获取第一乘积与第一驱动电流的比值；根据比值获取预估的第二相位差。
具体地，第一驱动电流为
Figure 440868DEST_PATH_IMAGE029
，第一驱动电压为
Figure 918116DEST_PATH_IMAGE024
。第一驱动频率为
Figure 502681DEST_PATH_IMAGE030
，静态电容为
Figure 14565DEST_PATH_IMAGE031
。预估的第二相位差为
Figure 901750DEST_PATH_IMAGE032
。其中，
Figure 725349DEST_PATH_IMAGE032
通过
Figure 848026DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 945908DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 128627DEST_PATH_IMAGE033
以及
Figure 580468DEST_PATH_IMAGE031
确定的方式如下：
假设输入到超声换能器中的
Figure 506836DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 196575DEST_PATH_IMAGE024
的相位差为
Figure 815775DEST_PATH_IMAGE032
，则;
Figure 489333DEST_PATH_IMAGE034
；
Figure 219391DEST_PATH_IMAGE035
；
结合图6可知，由
Figure 29216DEST_PATH_IMAGE024
以及
Figure 553738DEST_PATH_IMAGE031
可以得出：
Figure 839226DEST_PATH_IMAGE036
。
由KCL可以得出：
Figure 982762DEST_PATH_IMAGE037
；
当动态支路谐振时，
Figure 37306DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 873675DEST_PATH_IMAGE024
相位相同，那么
Figure 380879DEST_PATH_IMAGE038
的虚部也必须为0；因此有：
Figure 328107DEST_PATH_IMAGE039
；
由此可得：
Figure 502736DEST_PATH_IMAGE040
。
如图7所示，动态支路的电流相位差控制实现框图。具体实现过程：Output（输出）模块110的电压
Figure 241498DEST_PATH_IMAGE024
、电流
Figure 501578DEST_PATH_IMAGE029
，传输到ADC模块113，实现模拟到数字的采样转换，进而计算出和
Figure 986917DEST_PATH_IMAGE032
。其中，
Figure 750473DEST_PATH_IMAGE041
是反馈的电压
Figure 663066DEST_PATH_IMAGE042
和电流
Figure 410442DEST_PATH_IMAGE043
的相位差 ，即上述第一相位差。在确定出误差结果，即
Figure 699472DEST_PATH_IMAGE041
与
Figure 583114DEST_PATH_IMAGE044
的差值,再对
Figure 932187DEST_PATH_IMAGE045
进行闭环控制，使得
Figure 901280DEST_PATH_IMAGE046
。将误差结果输出到PID控制器122，PID控制器122输出频率调节信号到DDS模块116，通过 DDS模块116产生调整后的第一驱动信号，最终通过DAC模块120输出到AMP模块103实现输出放大后再输出，进而实现超声换能器的动态支路的相位差闭环控制。
在一个实施例中，上述基于第一相位差和预估的第二相位差对驱动信号进行调整，包括：获取动态支路的设定幅值；获取动态支路的电流幅值，电流幅值通过第一驱动电流和预估的第二相位差确定；根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整。
该实施例中，超声换能器的动态支路的设定幅值预先配置，动态支路的电流幅值为基于第一驱动电流和预估的第二相位差实时确定。进而，根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整。可以是，基于第一相位差和预估的第二相位差调整第一驱动信号的频率，基于动态支路的设定幅值以及动态支路的电流幅值调整第一驱动信号的电流幅值。因此，能够同时对第一驱动信号的频率和幅值进行调整，进而提高对动态支路电流调整的准确度。
在一个示例中，上述获取动态支路的电流幅值，包括：获取预估的第二相位差的余弦值；获取余弦值与第一驱动电流的第二乘积，第二乘积为动态支路的电流幅值。
此时，
Figure 728422DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure 732150DEST_PATH_IMAGE043
以及
Figure 986545DEST_PATH_IMAGE022
的向量图，如图8所示。命名
Figure 177355DEST_PATH_IMAGE041
为实际反馈的电压
Figure 932821DEST_PATH_IMAGE042
和电流
Figure 400843DEST_PATH_IMAGE043
的相位差，及上述预估的第二相位差。则有
Figure 216352DEST_PATH_IMAGE046
时，动态支路实现谐振，此时动态支路的电流幅值为：
Figure 32474DEST_PATH_IMAGE048
。
在一个实施例中，上述根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整，包括：根据第一相位差和预估的第二相位差确定第一误差值；根据第一误差值调整第一驱动信号的频率；根据电流幅值和设定幅值确定第二误差值；根据第二误差值调整第一驱动信号的幅值。
该实施例中，如上实施例所述，第一误差值为
Figure 326052DEST_PATH_IMAGE045
。根据第一误差值调整第一驱动信号的频率可以是：对
Figure 914159DEST_PATH_IMAGE045
进行闭环控制，调整第一驱动信号的频率，使得
Figure 634991DEST_PATH_IMAGE049
，具体动态支路的电流相位差控制的实现框图如图7所示以及上述图7的解释说明。
其中，根据电流幅值和设定幅值确定第二误差值。如电流幅值为Im_f，设定幅值为Im_set，第二误差值为Im_set与Im_f的差值。根据第二误差值调整第一驱动信号的幅值可以是：调整第一驱动信号的幅值，以控制Im_set与Im_f的差值趋向于零。
具体地，如图9所示，动态支路的电流幅值控制实现框图。Output（输出）模块110的电压
Figure 65972DEST_PATH_IMAGE042
、电流
Figure 38607DEST_PATH_IMAGE043
，通过ADC模块113，实现模拟到数字的采样转换，在控制模块124内计算
Figure 605855DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 638533DEST_PATH_IMAGE044
。进而根据上述公式得到动态支路的电流反馈值Im_f，计算设定幅值Im_set与电流反馈值Im_f的误差值。将误差值反馈到PID控制器122。经过PID控制器122运算后，输出幅值调节信号。幅值调节信号用于指示DDS模块116对第一驱动信号进行幅值调整，输出调整后的第一驱动信号到AMP模块103进行放大后，再输入超声换能器。
因此，通过对第一驱动信号的频率和电流幅值的调整，基于第一驱动信号与超声换能器中动态支路的电流信号的关系，实现对动态支路电流的实时动态精准控制。
在一个实施例中，上述根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整的步骤之后，还包括：通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制；其中，比例谐振控制器的传递函数基于超声换能器的谐振频率以及截止频率设置。
该实施例中，根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整之后，通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制，从而解决由于功率放大电路多因素造成的输出电流畸变失真，以导致超声换能器高频异响以及锁频能力下降和输出能量控制不稳定性问题。
该实施例中的比例谐振控制器可以是在传统比例谐振控制器的基础上提出的一种适应性更好的PR（比例谐振）控制器，即准PR控制器，准PR控制器可以实现超声输出一定频率（例如55kHz）为中心频率且一定频率带宽的高增益，而对其他远离中心频率的信号有很大衰减。如图10所示，准PR控制器的波特图。
准PR控制器的传递函数为：
Figure 291231DEST_PATH_IMAGE050
；
上式中，
Figure 801978DEST_PATH_IMAGE051
为准PR控制器的比例系数，
Figure 489311DEST_PATH_IMAGE052
为准PR控制器的积分系数，
Figure 692891DEST_PATH_IMAGE053
对应谐振频率，
Figure 832885DEST_PATH_IMAGE054
对应截止频率。
如图11所示的输出电流波形控制框图。DDS IP模块1102产生谐振频率，谐振频率对应的正弦波I_ref，正弦波I_ref作为参考电流设定，其中的DDS IP模块1102由FPGA内部IP核或者内部RAM查表产生，也可以由外部的DDS硬件芯片实现。ADC模块113，采集Output模块110的电流波形，转换为输出电流Ig_s的数字信号；正弦波I_ref和输出电流Ig_s的误差信号，输出到准PR（比例谐振控制器）1108，再由DAC模块120实现输出驱动信号到AMP（功率放大器）模块103，构成一个对输出电流波形，实时控制的闭环调节过程。
因此，实现对超声换能器的动态支路输出电流波形控制，采用准PR比例谐振控制器实现实时电流波形控制。
本申请还提供一种超声波手术系统。在一个实施例中，如图12所示，超声波手术系统包括主机11、超声换能器12和超声手术器械13；主机11用于获取输入到超声换能器12的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率，获取超声换能器12的静态电容，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整；主机11还用于向超声换能器12输出调整后的第一驱动信号，以通过调整后的第一驱动信号对超声换能器12的动态支路电流进行控制；超声换能器12用于将调整后的第一驱动信号的电能转换为机械能，并向超声手术器械13输出机械能。
其中，主机11的系统功能如图13所示。主机11主要包括交流输入（AC Line）模块100、AC/DC（交流转直流电源）模块101、DC/DC（直流变换器）模块102、AMP（功率放大器）模块103、变压器104、输出电压电流采样网络105以及控制系统121组成。
AC/DC模块101输出提供系统工作的直流电压，同时通过辅助电源107产生系统工作的辅助电源。由DSP模块111，通过采样AMP模块103的电压反馈值，控制DC/DC模块102输出所需的电压值；DC/DC模块102其拓扑可以是buck（buck DC-DC 定义“buck”或“降压型”开关模式电压调节器,输出电压低于输入电压）、全桥、推挽等传统DC/DC变换器。DSP模块111可以是DSP或者AMR、MCU等微控制器。DSP模块111和UI模块产生人机交互，完成模式或者参数设置。FPGA模块112控制LS-DAC（低速自主访问控制）模块108产生并输出设定的电流幅值，以及产生并输出AMP模块103工作的偏置电压。FPGA模块111控制HS-DAC（高速自主访问控制）模块109产生超声振动频率(例如55kHZ)的驱动信号。FPGA模块112可以是可编程逻辑类器件，例如CPLD或者FPGA等。AMP模块103进行功率放大后，将放大的功率输出到变压器104，实现电压变化以及电气隔离。其中，输出的电压和电流分别经过第一隔离传输114以及第二隔离传输115进行隔离传输，实现手术过程患者侧的信号隔离传输。该隔离传输模块可以是变压器或者是隔离运放等芯片。经过隔离后的输出电压信号以及电流信号，输入到高速ADC模块113，由FPGA模块112完成对输出电压信号以及电流信号的数字化采样转换。
综上，本申请的一种超声波手术系统以及一种超声换能器的动态支路电流的控制方法，无需设置匹配电感，采用将动态支路电流解耦控制的方式，实现动态支路电流的精确控制，大大提高了手术效果一致性和稳定性；同时对输出电流波形的畸变失真补偿控制，使得超声换能器在近似纯正弦激励下工作，提高了超声换能器的工作效率并且保证输出能量的稳定性。
应该理解的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图14所示，提供了一种超声换能器的动态支路电流的控制装置，包括：第一获取模块1402、第二获取模块1404以及调整模块1406。第一获取模块1402，用于获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；第二获取模块1404，用于获取超声换能器的静态电容；调整模块1406，用于根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。
在其中一个实施例中，根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，包括：获取第一驱动电流和第一驱动电压的第一相位差；获取超声换能器的预估的第二相位差，预估的第二相位差通过第一驱动电流、第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容确定；基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，获取超声换能器的预估的第二相位差，包括：获取第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容的第一乘积；获取第一乘积与第一驱动电流的比值；根据比值获取预估的第二相位差。
在其中一个实施例中，基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整，包括：获取动态支路的设定幅值：获取动态支路的电流幅值，电流幅值通过第一驱动电流和预估的第二相位差确定；根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，获取动态支路的电流幅值，包括：获取预估的第二相位差的余弦值；获取余弦值与第一驱动电流的第二乘积，第二乘积为动态支路的电流幅值。
在其中一个实施例中，根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整，包括：根据第一相位差和预估的第二相位差确定第一误差值；根据第一误差值调整第一驱动信号的频率；根据电流幅值和设定幅值确定第二误差值；根据第二误差值调整第一驱动信号的幅值。
在其中一个实施例中，根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整的步骤之后，还包括：通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制；其中，比例谐振控制器的传递函数基于超声换能器的谐振频率以及截止频率设置。
在其中一个实施例中，获取超声换能器的静态电容，包括：获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，其中，第二驱动信号的第二驱动频率小于或大于超声换能器的谐振频率；根据第二驱动电流、第二驱动电压和第二驱动频率确定静态电容。
在其中一个实施例中，获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，包括：在向超声换能器输入第一驱动信号之前，向超声换能器输入第二驱动信号，获取超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压；或，将第二驱动信号和第一驱动信号输入超声换能器，获取超声换能器的输出信号；从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。
在其中一个实施例中，获取超声换能器的静态电容，包括：获取输入第三驱动信号到超声换能器时得到的扫频测试的测试结果；基于测试结果得到导纳圆；从导纳圆获取最大电纳值以及最小电纳值，并获取最大电纳值对应的第一频率以及最小电纳值对应的第二频率；根据最大电纳值、第一频率、最小电纳值以及第二频率获取静态电容。
关于一种超声换能器的动态支路电流的控制装置的具体限定可以参见上文中对于一种超声换能器的动态支路电流的控制方法的限定，在此不再赘述。上述一种超声换能器的动态支路电流的控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是超声手术系统的主机。如图15所示，主机内设置有处理器、非易失性存储介质、内存储器、网络接口以及输入装置。当非易失性存储介质的计算机可读存储介质中的计算机程序被处理器执行时，主机实现本申请的一种超声换能器的动态支路电流的控制方法。
本领域技术人员可以理解，图15中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；获取超声换能器的静态电容；根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整的步骤时，具体实现以下步骤：获取第一驱动电流和第一驱动电压的第一相位差；获取超声换能器的预估的第二相位差，预估的第二相位差通过第一驱动电流、第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容确定；基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的获取超声换能器的预估的第二相位差的步骤时，具体实现以下步骤：获取第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容的第一乘积；获取第一乘积与第一驱动电流的比值；根据比值获取预估的第二相位差。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整的步骤时，具体实现以下步骤：获取动态支路的电流幅值，电流幅值通过第一驱动电流和预估的第二相位差确定；根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的获取动态支路的电流幅值的步骤时，具体实现以下步骤：获取预估的第二相位差的余弦值；获取余弦值与第一驱动电流的第二乘积，第二乘积为动态支路的电流幅值。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整的步骤时，具体实现以下步骤：根据第一相位差和预估的第二相位差确定第一误差值；根据第一误差值调整第一驱动信号的频率；根据电流幅值和设定幅值确定第二误差值；根据第二误差值调整第一驱动信号的幅值。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制；其中，比例谐振控制器的传递函数基于超声换能器的谐振频率以及截止频率设置。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的获取超声换能器的静态电容的步骤时，具体实现以下步骤：获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，其中，第二驱动信号的第二驱动频率小于或大于超声换能器的谐振频率；根据第二驱动电流、第二驱动电压和第二驱动频率确定静态电容。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压的步骤时，具体实现以下步骤：在向超声换能器输入第一驱动信号之前，向超声换能器输入第二驱动信号，获取超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压；或，将第二驱动信号和第一驱动信号输入超声换能器，获取超声换能器的输出信号；从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现上述的获取超声换能器的静态电容的步骤时，具体实现以下步骤：获取输入第三驱动信号到超声换能器时得到的扫频测试的测试结果；基于测试结果得到导纳圆；从导纳圆获取最大电纳值以及最小电纳值，并获取最大电纳值对应的第一频率以及最小电纳值对应的第二频率；根据最大电纳值、第一频率、最小电纳值以及第二频率获取静态电容。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取输入到超声换能器的第一驱动信号，第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；获取超声换能器的静态电容；根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整，以通过调整第一驱动信号的方式对动态支路电流进行控制。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的根据第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容对第一驱动信号进行调整的步骤时，具体实现以下步骤：获取第一驱动电流和第一驱动电压的第一相位差；获取超声换能器的预估的第二相位差，预估的第二相位差通过第一驱动电流、第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容确定；基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的获取超声换能器的预估的第二相位差的步骤时，具体实现以下步骤：获取第一驱动电压、第一驱动频率以及静态电容的第一乘积；获取第一乘积与第一驱动电流的比值；根据比值获取预估的第二相位差。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的基于第一相位差和预估的第二相位差对第一驱动信号进行调整的步骤时，具体实现以下步骤：获取动态支路的电流幅值，电流幅值通过第一驱动电流和预估的第二相位差确定；根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的获取动态支路的电流幅值的步骤时，具体实现以下步骤：获取预估的第二相位差的余弦值；获取余弦值与第一驱动电流的第二乘积，第二乘积为动态支路的电流幅值。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的根据第一相位差、预估的第二相位差以及设定幅值、电流幅值对第一驱动信号进行调整的步骤时，具体实现以下步骤：根据第一相位差和预估的第二相位差确定第一误差值；根据第一误差值调整第一驱动信号的频率；根据电流幅值和设定幅值确定第二误差值；根据第二误差值调整第一驱动信号的幅值。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制；其中，比例谐振控制器的传递函数基于超声换能器的谐振频率以及截止频率设置。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的获取超声换能器的静态电容的步骤时，具体实现以下步骤：获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，其中，第二驱动信号的第二驱动频率小于或大于超声换能器的谐振频率；根据第二驱动电流、第二驱动电压和第二驱动频率确定静态电容。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的获取输入第二驱动信号到超声换能器时超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压的步骤时，具体实现以下步骤：在向超声换能器输入第一驱动信号之前，向超声换能器输入第二驱动信号，获取超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压；或，将第二驱动信号和第一驱动信号输入超声换能器，获取超声换能器的输出信号；从输出信号中分解出第二驱动电流和第二驱动电压。
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现上述的获取超声换能器的静态电容的步骤时，具体实现以下步骤：获取输入第三驱动信号到超声换能器时得到的扫频测试的测试结果；基于测试结果得到导纳圆；从导纳圆获取最大电纳值以及最小电纳值，并获取最大电纳值对应的第一频率以及最小电纳值对应的第二频率；根据最大电纳值、第一频率、最小电纳值以及第二频率获取静态电容。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种超声换能器的动态支路电流的控制方法，所述方法包括：
获取输入到所述超声换能器的第一驱动信号，所述第一驱动信号包括第一驱动电流、第一驱动电压和第一驱动频率；
获取所述超声换能器的静态电容；
获取所述第一驱动电流和所述第一驱动电压的第一相位差，以及获取所述超声换能器的预估的第二相位差，所述预估的第二相位差通过所述第一驱动电流、所述第一驱动电压、所述第一驱动频率以及所述静态电容确定；
获取所述动态支路的设定幅值，以及获取所述动态支路的电流幅值，所述电流幅值通过所述第一驱动电流和所述预估的第二相位差确定；
根据所述第一相位差、所述预估的第二相位差以及所述设定幅值、所述电流幅值对所述第一驱动信号进行调整，以通过调整所述第一驱动信号的方式对所述动态支路电流进行控制；
其中，所述根据所述第一相位差、所述预估的第二相位差以及所述设定幅值、所述电流幅值对所述第一驱动信号进行调整，包括：
根据所述第一相位差和所述预估的第二相位差确定第一误差值；
根据所述第一误差值调整所述第一驱动信号的频率；
根据所述电流幅值和所述设定幅值确定第二误差值；
根据所述第二误差值调整所述第一驱动信号的幅值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述超声换能器的预估的第二相位差的步骤，包括：
获取所述第一驱动电压、所述第一驱动频率以及所述静态电容的第一乘积；
获取所述第一乘积与所述第一驱动电流的比值；
根据所述比值获取所述预估的第二相位差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述动态支路的电流幅值的步骤，包括：
获取所述预估的第二相位差的余弦值；
获取所述余弦值与所述第一驱动电流的第二乘积，所述第二乘积为所述动态支路的电流幅值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一相位差、所述预估的第二相位差以及所述设定幅值、所述电流幅值对所述第一驱动信号进行调整的步骤之后，还包括：
通过比例谐振控制器对调整后的第一驱动信号进行波形的失真补偿控制；
其中，所述比例谐振控制器的传递函数基于所述超声换能器的谐振频率以及截止频率设置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述超声换能器的静态电容的步骤，包括：
获取输入第二驱动信号到所述超声换能器时所述超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压，其中，所述第二驱动信号的第二驱动频率小于或大于所述超声换能器的谐振频率；
根据所述第二驱动电流、所述第二驱动电压和所述第二驱动频率确定所述静态电容。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取输入第二驱动信号到所述超声换能器时所述超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压的步骤，包括：
在向所述超声换能器输入所述第一驱动信号之前，向所述超声换能器输入所述第二驱动信号，获取所述超声换能器输出的第二驱动电流和第二驱动电压；
或，
将所述第二驱动信号和所述第一驱动信号输入所述超声换能器，获取所述超声换能器的输出信号；
从所述输出信号中分解出所述第二驱动电流和所述第二驱动电压。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述超声换能器的静态电容的步骤，包括：
获取输入第三驱动信号到所述超声换能器时得到的扫频测试的测试结果；
基于所述测试结果得到导纳圆；
从所述导纳圆获取最大电纳值以及最小电纳值，并获取所述最大电纳值对应的第一频率以及所述最小电纳值对应的第二频率；
根据所述最大电纳值、所述第一频率、所述最小电纳值以及所述第二频率获取所述静态电容。
8.一种超声换能器的动态支路电流的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取输入到所述超声换能器的第一驱动信号，所述第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率；
第二获取模块，用于获取所述超声换能器的静态电容，获取所述第一驱动电流和所述第一驱动电压的第一相位差，以及获取所述超声换能器的预估的第二相位差，所述预估的第二相位差通过所述第一驱动电流、所述第一驱动电压、所述第一驱动频率以及所述静态电容确定，获取所述动态支路的设定幅值，以及获取所述动态支路的电流幅值，所述电流幅值通过所述第一驱动电流和所述预估的第二相位差确定；
调整模块，用于根据所述第一相位差、所述预估的第二相位差以及所述设定幅值、所述电流幅值对所述第一驱动信号进行调整，以通过调整所述第一驱动信号的方式对所述动态支路电流进行控制；
其中，所述根据所述第一相位差、所述预估的第二相位差以及所述设定幅值、所述电流幅值对所述第一驱动信号进行调整，包括：
根据所述第一相位差和所述预估的第二相位差确定第一误差值；
根据所述第一误差值调整所述第一驱动信号的频率；
根据所述电流幅值和所述设定幅值确定第二误差值；
根据所述第二误差值调整所述第一驱动信号的幅值。
9.一种超声波手术系统，其特征在于，所述超声波手术系统包括主机、超声换能器和超声手术器械；
所述主机用于获取输入到所述超声换能器的第一驱动信号，所述第一驱动信号包括第一驱动电流和第一驱动电压、第一驱动频率，获取所述超声换能器的静态电容，获取所述第一驱动电流和所述第一驱动电压的第一相位差，以及获取所述超声换能器的预估的第二相位差，所述预估的第二相位差通过所述第一驱动电流、所述第一驱动电压、所述第一驱动频率以及所述静态电容确定，获取动态支路的设定幅值，以及获取所述动态支路的电流幅值，所述电流幅值通过所述第一驱动电流和所述预估的第二相位差确定，根据所述第一相位差和所述预估的第二相位差确定第一误差值，根据所述第一误差值调整所述第一驱动信号的频率，根据所述电流幅值和所述设定幅值确定第二误差值，根据所述第二误差值调整所述第一驱动信号的幅值；
所述主机还用于向所述超声换能器输出调整后的所述第一驱动信号，以通过调整后的所述第一驱动信号对所述超声换能器的动态支路电流进行控制；
所述超声换能器用于将所述调整后的所述第一驱动信号的电能转换为机械能，并向所述超声手术器械输出所述机械能。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115102425B (zh) * 2022-07-25 2022-12-02 上海逸思医疗科技股份有限公司 超声换能器的动态支路电流的控制方法及超声波手术系统
CN115795230A (zh) * 2022-10-20 2023-03-14 广东工业大学 一种压电换能器的全状态频率跟踪方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3536263A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-11 Ethicon LLC Using spectroscopy to determine device use state in combo instrument
EP3536269A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-11 Ethicon LLC In-the-jaw classifier based on a model
CN114264882A (zh) * 2021-12-24 2022-04-01 深圳市泰达智能装备有限公司 超声波换能器的等效参数测量方法、装置和控制器
CN114305599A (zh) * 2022-03-15 2022-04-12 厚凯(北京)医疗科技有限公司 超声换能器的控制方法、控制装置、手术设备及存储介质

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5113116A (en) * 1989-10-05 1992-05-12 Firma J. Eberspacher Circuit arrangement for accurately and effectively driving an ultrasonic transducer
US11612408B2 (en) * 2017-12-28 2023-03-28 Cilag Gmbh International Determining tissue composition via an ultrasonic system
CN110702971B (zh) * 2019-09-10 2021-11-26 天津大学 自动跟踪换能器串联谐振频率的超声驱动电源
CN115102425B (zh) * 2022-07-25 2022-12-02 上海逸思医疗科技股份有限公司 超声换能器的动态支路电流的控制方法及超声波手术系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3536263A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-11 Ethicon LLC Using spectroscopy to determine device use state in combo instrument
EP3536269A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-11 Ethicon LLC In-the-jaw classifier based on a model
CN114264882A (zh) * 2021-12-24 2022-04-01 深圳市泰达智能装备有限公司 超声波换能器的等效参数测量方法、装置和控制器
CN114305599A (zh) * 2022-03-15 2022-04-12 厚凯(北京)医疗科技有限公司 超声换能器的控制方法、控制装置、手术设备及存储介质

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