CN115281787A - 一种用于向外科设备递送能量的手术系统和可调电源系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于向外科设备递送能量的手术系统，集成手术系统和可调电源系统，外科设备包括超声外科设备和/或高频外科设备，其特征在于，所述可调电源系统包括：升压电路，所述升压电路用于接收负直流电压和第一控制信号，并在所述第一控制信号的控制下将所述负直流电压转换成相应大小的正直流电压，以向所述外科设备提供。本申请通过引入升压电路，实现了宽范围可调的正电流输出。

Description

一种用于向外科设备递送能量的手术系统和可调电源系统
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种用于向外科设备递送能量的手术系统，集成手术系统和可调电源系统。
背景技术
高频电刀能量系统和超声刀能量系统目前已在临床外科手术中已广泛应用，高频电刀利用通过人体组织的高频电流产生的热效应，实现对组织的切割和凝固；超声刀是利用器械刀头的超声机械振动能对组织进行止血切割和凝固。通常高频电刀输出功率范围大，用于皮肤和组织切割时的效率高，但其对切割组织周围产生的热损伤范围较大，不适合用于精细手术操作。超声刀输出能量较小，其对手术部位周边组织的损伤远小于电刀，可安全地用于重要大血管旁边的分离切割。这两种能量系统各有优缺点，一般在同一如手术中会同时使用，相互配合实现手术高效顺畅的进行。
在超声刀、电刀产品使用过程中，为了保证超声能量和\或电能的成功输出，需要通过一个宽范围可调的直流电源来调节功率输出。一些方案中通过反激的方式来实现，一些方案中通过四开关管IGBT方案来实现；反激方案需要变压器，对变压器的漏感要求较高，因为漏感会使得转换效率降低；四开关管方案一般是专用集成IC控制，实现高电压输出比较困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种用于向外科设备递送能量的手术系统，集成手术系统和可调电源系统，下面具体说明。
根据第一方面，一种实施例中提供一种用于向外科设备递送能量的手术系统，其特征在于，包括：电压变换单元、功放单元、隔离变换单元、运算及驱动单元和能量输出端口；
所述能量输出端口用于为所述外科设备递送能量；
所述电压变换单元用于根据第一控制信号将输入电压变换为相应大小的直流电；所述电压变换单元包括升压电路，所述升压电路用于接收负直流电压，并根据所述第一控制信号将所述负直流电压转换成相应大小的的正直流电压；
所述功放单元用于接收所述电压变换单元和所述运算及驱动单元的输出，进行输出；
所述隔离变换单元用于将所述功放单元的输出进行隔离和变换后提供给所述能量输出端口；
所述运算及驱动单元用于至少产生所述第一控制信号。
一实施例中，所述升压电路包括一路或多路升压支路；所述升压支路包括能量变换电感、充电开关和放电开关，所述充电开关和放电开关用于根据第一控制信号进行通断，以对所述能量变换电感进行充电和放电，从而进行升压。
一实施例中，所述能量变换电感的一端接地，另一端通过所述充电开关连接到所述升压电路的电压输入端，所述升压电路的电压输入端用于接收所述负直流电压，所述能量变换电感非接地的一端还通过所述放电开关连接到所述升压电路的电压输出端，所述升压电路的电压输出端用于输出所述正直流电压。
一实施例中，所述充电开关包括三端晶体管或二极管；和/或，所述放电开关包括三端晶体管或二极管。
一实施例中，所述升压电路还包括输入电容和/或输出电容；所述输入电容一端接地，另一端连接于所述升压电路的电压输入端；所述输出电容一端接地，另一端连接于所述升压电路的电压输出端。
一实施例中，所述升压支路还包括电流检测电路，所述电流检测电路与所述充电开关串联连接，用于输出检测电流；所述隔离变换单元用于根据所述检测电流产生或调节所述第一控制信号。
一实施例中，所述升压电路为boost升压电路。
一实施例中，所述升压电路所输出的正直流电压的范围为0至预设值；所述预设值为350V。
根据第二方面，一种实施例提供一种集成手术系统，包括电压变换单元、第一功放单元、第二功放单元、隔离变换单元、运算及驱动单元、电刀输出端口和超声刀输出端口；
所述电刀输出端口用于为电刀供电；所述超声刀输出端口用于为超声刀供电；
所述电压变换单元用于根据第一控制信号将输入电压变换为相应大小的直流电；所述电压变换单元接收负电压，并将其输出为可调的正电压；
所述第一功放单元用于根据第二控制信号将所述电压变换单元所输出的直流电转换成交流电并放大；所述隔离变换单元用于将所述第一功放单元输出的交流电进行隔离和变换后提供给所述电刀输出端口，以为所述电刀供电；
所述第二功放单元接收所述电压变换单元的供电，对第三信号进行放大后输出；所述隔离变换单元用于将所述第二功放单元的输出进行隔离和变换后提供给所述超声刀输出端口，以为所述电刀超声刀供电；
所述运算及驱动单元用于产生所述第一控制信号、第二控制信号和第三信号。
一实施例中，所述电压变换单元包括一个电感器件、两个开关器件，这三个器件都有一端连接在一起，电感器件的另一端接地，两个开关器件的另一端分别作为输入和输出，两个开关器件开通时间错开，实现电压变换功能。
根据第三方向，一种实施例提供一种用于向外科设备传递能量的可调电源系统，所述外科设备包括超声外科设备和/或高频外科设备，其特征在于，所述可调电源系统包括：升压电路，所述升压电路用于接收负直流电压和第一控制信号，并在所述第一控制信号的控制下将所述负直流电压转换成相应大小的正直流电压，以向所述外科设备提供能量。
一实施例中，所述升压电路包括一路或多路升压支路；所述升压支路包括能量变换电感、充电开关和放电开关，所述能量变换电感的一端接地，另一端通过所述充电开关连接到所述升压电路的电压输入端，所述升压电路的电压输入端用于接收所述负直流电压，所述能量变换电感非接地的一端还通过所述放电开关连接到所述升压电路的电压输出端，所述升压电路的电压输出端用于输出所述正直流电压；所述充电开关和放电开关用于根据第一控制信号进行通断，以对所述能量变换电感进行充电和放电。
一实施例中，所述充电开关包括三端晶体管或二极管；和/或，所述放电开关包括三端晶体管或二极管。
一实施例中，所述升压电路为boost升压电路。
一实施例中，所述升压电路所输出的正直流电压的范围为0至预设值；所述预设值为350V。
依上述实施例的用于向外科设备递送能量的手术系统，集成手术系统和可调电源系统，通过引入升压电路，实现了宽范围可调的正电流输出。
附图说明
图1为一种实施例的集成手术系统的结构示意图；
图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)和图2(f)为几种实施例的电压变换单元的结构示意图；
图3为一种实施例的集成手术系统的结构示意图；
图4为一种实施例的第一功放单元的结构示意图；
图5为一种实施例的第二功放单元的工作原理图；
图6为一种实施例的集成手术系统的结构示意图；
图7为一种实施例的集成手术系统的结构示意图；
图8为一种实施例的集成手术系统的结构示意图；
图9为一种实施例的集成手术系统的局部结构示意图；
图10为一种实施例的集成手术系统的局部结构示意图；
图11为一种实施例的运算及驱动单元的结构示意图；
图12为一种实施例的集成手术系统的结构示意图；
图13为一种实施例的集成手术系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
本发明一些实施例中提供一种集成手术系统，在一台设备系统中提供电刀功能和超声刀功能；一些实施例中，在将电刀和超声刀集成于同一设备中的集成手术系统，可以支持超声能量和高频电刀能量按需分时输出；一些实施例中，在将电刀和超声刀集成于同一设备中的集成手术系统，也可以支持同步输出超声能量和高频电刀能量，实现更快速的组织切割和凝固。
一些实施例中，本文中向电刀供电，是指向电刀提供电刀能量例如高频电刀能量；向超声刀供电，是指向超声刀提供超声刀能量，例如超声刀低频能量。
请参照图1，一些实施例中的集成手术系统包括电压变换单元10、功放单元20、隔离变换单元30、运算及驱动单元40和能量输出端口，能量输出端口例如可以包括电刀输出端口50和/或超声刀输出端口60，下面具体说明。
电压变换单元10用于将输入电压变换为直流电。一些实施例中，电压变换单元10能够输出电压可调的直流电。一些实施例中，电压变换单元10在运算及驱动单元40的控制下，输出预期大小的直流电，例如电压变换单元10用于根据由运算及驱动单元40输出的第一控制信号将输入电压变换为相应大小的直流电。一些实施例中，第一控制信号为数字信号。一些实施例中，电压变换单元10接收负电压，并将其输出为可调的正电压；例如电压变换单元10接收-48V的输入，能够输出0～350V的直流电。一些实施例中，电压变换单元10是将交流电变换为直流电。一些实施例中，电压变换单元10为HVDC，即高压直流电单元。
请参照图2(a)，一些实施例中电压变换单元10包括升压电路11；一些实施例中，升压电路11用于接收负直流电压，并根据第一控制信号将负直流电压转换成相应大小的的正直流电压。请参照图2(b)、图2(c)和图2(d)，一些实施例的升压电路11包括一路或多路升压支路12；升压支路12包括能量变换电感L、充电开关SW1和放电开关SW2，充电开关SW1和放电开关SW2用于根据第一控制信号进行通断，以对能量变换电感L进行充电和放电，从而进行升压。图2(c)是包含一路升压支路12的例子，图2(d)是包含两路升压支路12的例子；通过多路升压支路12可以增加输出功率，降低纹波。
一些实施例中，能量变换电感L的一端接地，另一端通过充电开关SW1连接到升压电路11的电压输入端，升压电路11的电压输入端用于接收负直流电压，能量变换电感L非接地的一端还通过放电开关SW2连接到升压电路11的电压输出端，升压电路11的电压输出端用于输出正直流电压。
工作时，充电开关SW1和放电开关SW2交替导通，两者不会同时导通，通过调节两者的占空比来实现输出电压调节；具体地，充电开关SW1导通和放电开关SW2断开，则通过输入的负直流电压给能量变换电感L充电；当充电开关SW1断开和放电开关SW2导通，则通过输入的负直流电压和能量变换电感L进行放电。
一些实施例中，充电开关SW1包括三端晶体管或二极管；一些实施例中，放电开关SW2包括三端晶体管或二极管。
一些实施例中，升压电路11还包括输入电容Cin和/或输出电容Cout；输入电容Cin一端接地，另一端连接于升压电路11的电压输入端；输出电容Cout一端接地，另一端连接于升压电路11的电压输出端。
一些实施例中，请参照图2(e)，升压支路12还包括电流检测电路I1，电流检测电路I1与充电开关SW1串联连接，用于输出检测电流；运算及驱动单元40用于根据所述检测电流产生或调节所述第一控制信号。
一些实施例中，升压电路11为boost升压电路。
一些实施例中，升压电路11所输出的正直流电压的范围为0至预设值；一些实施例中，预设值为350V。
一些实施例中，本文中的正直流电压是包括0的。
一些实施例中，所输入的负直流电压为-48V。
通过负压输入的方式实现最小电压为0的宽范围可调正压，从而实现宽动态范围功率调节。
在向外科设备传递能量的可调电源系统中，前端一般具有交流转直流，再基于直流来输出一个宽范围可调正压，一些方案是在PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)基础上进行变换，采用反激来实现；由于前端交流转直流的输出电压一般不会很低，也不会很高，因此，前者使得反激方案漏感的影响变大，效率低，后者则使得传统boost升压电路输出电压调节范围太窄(只能升压)；本申请一些实施例中，通过输入负电源，实现最小电压为0的宽范围可调正压输出且效率高，克服两者的缺点，兼顾两者的有优点。
本申请一些实施例中，与反激方案相比，省去了隔离变压器，效率更高；与四开关管方案相比，可实现输出电压更高，并且开关管数量更少，成本更优；与传统boost升压方案相比，输出电压调节范围更宽，可支持0正压输出。
请参照图2(f)一些实施例中，电压变换单元10包括一个电感器件、两个开关器件，这三个器件都有一端连接在一起，电感器件的另一端接地，两个开关器件的另一端分别作为输入和输出，两个开关器件开通时间错开，实现电压变换功能。图2为电压变换单元10的一个例子，其包括电感L1、晶体管Q1、二极管D1和电容C1；电感L1的一端接地，另一端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；二极管D1的阳极还与晶体管Q1的第一极连接，晶体管Q1的控制极受到运算及驱动单元40的控制，例如用于接收运算及驱动单元40输出的信号例如上述的第一控制信号；晶体管Q1的第二极作为电压变换单元10的输入端，用于接收输入的电压；二极管D1的阴极作为电压变换单元10的输出端，用于输出电压可调的直流电。在图2中例子当中，二极管D和晶体管Q1作为两个开关器件，在运算及驱动单元40的控制下，通过它们开通时间错开，能够通过实现电压变换功能。
需要说明的是，本文中所提及的晶体管是三端器件，其可以是任何结构的晶体管，比如双极型晶体管(BJT)或者场效应晶体管(FET)；当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的栅极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极，在实际应用过程中，“发射极”和“集电极”可以依据信号流向而互换；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极，在实际应用过程中，“源极”和“漏极”可以依据信号流向而互换。
一些实施例中，功放单元20接收电压变换单元10的输出和运算及驱动单元40的输出，进行输出，功放单元20的输出经过隔离变换单元30后提供给电刀输出端口50和超声刀输出端口60，以为电刀供电和超声刀供电，例如可以单独为电刀供电，也可以单独为超声刀供电，还可以同时为电刀和超声刀供电。
一些实施例中，功放单元20用于将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大，然后经过隔离变换单元30后提供给电刀输出端口50，以为电刀供电。例如功放单元20在运算及驱动单元40的控制下，将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大。一些实施例中，功放单元20用于根据由运算及驱动单元40输出的第二控制信号将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大。一些实施例中，第二控制信号为数字信号。一些实施例中，功放单元20将电压变换单元10所输出的直流电转换为方波电压或者说方波信号。
上面功放单元20完成对电刀供电或者说供能的一些说明；功放单元20还可以完成对超声刀供电或者说供能，下面具体说明。
一些实施例中，功放单元20对第三信号进行放大后输出，其中功放单元20接收电压变换单元10的供电；换话句话，功放单元20在电压变换单元10输出的直流电的供电下，将第三信号进行放大后输出；然后经过隔离变换单元30后提供给超声刀输出端口60，以为超声刀供电。第三信号可以是由运算及驱动单元40产生和输出的。一些实施例中，功放单元20所输出的是一个具有完整正弦波的周期信号，不存在交越交真。一些实施例中，第三信号包括两路驱动电流信号，例如电流信号IA和电流信号IA，功放单元20将第三信号进行放大后输出，得到例如电流信号K*(IA-IA)，其中K为放大倍数。一些实施例中，第三信号为模拟信号，例如第三信号包括两路驱动电流信号都是模拟信号，例如上文提及的电流信号IA和电流信号IA都是模拟信号。
功放单元20有多种实现方式，例如通过一个功放电路来实现，再例如还可以通过两个功放电路来实现。一些实施例中，请参照图3，功放单元20包括第一功放单元21和第二功放单元23，下面具体说明。
一些实施例中，第一功放单元21用于将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大，然后经过隔离变换单元30后提供给电刀输出端口50，以为电刀供电。例如第一功放单元21在运算及驱动单元40的控制下，将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大。一些实施例中，第一功放单元21用于根据由运算及驱动单元40输出的第二控制信号将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大。一些实施例中，第二控制信号为数字信号。一些实施例中，第一功放单元21将电压变换单元10所输出的直流电转换为方波电压或者说方波信号。
一些实施例中，第一功放单元21为全桥功放电路。图4为第一功放单元21的一个例子，其包括晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4和晶体管Q5；晶体管Q2的第一极与晶体管Q3的第一极连接，并用于接收电压变换单元10所输出的直流电；晶体管Q2的第二极与晶体管Q4的第一极连接，并用于作为第一功放单元21的第一输出端；晶体管Q3的第二极与晶体管Q5的第一极连接，并用于作为第一功放单元21的第二输出端；晶体管Q4和晶体管Q5的第二极都接地；晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4和晶体管Q5的控制极都受到运算及驱动单元40的控制，例如都用于接收运算及驱动单元40输出的信号例如上述的第二控制信号，第二控制信号可以是脉宽调制信号。第一功放单元21通过其第一输出端和第二输出端来输出，例如上述将电压变换单元10所输出的直流电转换成交流电并放大后输出的交流电，或者说输出的信号。一些实施例中，全桥功放电路的两个输出端之间还连接有LC串联电路，例如晶体管Q2的第二极与晶体管Q3的第二极之间连接有LC串联电路，这有助于全桥功放电路实现软开关。
一些实施例中，第二功放单元23对第三信号进行放大后输出，其中第二功放单元23接收电压变换单元10的供电；换话句话，第二功放单元23在电压变换单元10输出的直流电的供电下，将第三信号进行放大后输出；然后经过隔离变换单元30后提供给超声刀输出端口60，以为超声刀供电。第三信号可以是由运算及驱动单元40产生和输出的。一些实施例中，第二功放单元23所输出的是一个具有完整正弦波的周期信号，不存在交越交真。一些实施例中，第三信号包括两路驱动电流信号，例如电流信号IA和电流信号IB，功放单元20将第三信号进行放大后输出，得到例如电流信号K*(IA-IB)，其中K为放大倍数。一些实施例中，第三信号为模拟信号，例如第三信号包括两路驱动电流信号都是模拟信号，例如上文提及的电流信号IA和电流信号IB都是模拟信号。
一些实施例中，第二功放单元23为线性功放单元。
请参照图5，第二功放单元23被例如电流信号IA和电流信号IA的两路驱动信号驱动，输出K*(IA-IB)，保证IA-IB为一个完整的正弦波，不存在交越失真，波形畸变不需要校正可以达到比较理想的结果，能够依靠硬件电路来实现，并且成本较低。
一些实施例中，请参照图6，隔离变换单元30包括第一隔离变换单元31和第二隔离变换单元33，下面具体说明。
一些实施例中，第一隔离变换单元31用于将功放单元20输出的交流电进行隔离和变换后提供给电刀输出端口50。一些实施例中，第一隔离变换单元31用于将功放单元20输出的交流电进行谐振、隔离和变换后提供给电刀输出端口50。
在功放单元20包括第一功放单元21的实施例中，第一隔离变换单元31用于将第一功放单元21输出的交流电进行隔离和变换后提供给电刀输出端口50。一些实施例中，第一隔离变换单元31用于将第一功放单元21输出的交流电进行谐振、隔离和变换后提供给电刀输出端口50。
在第一功放单元21通过全桥功放电路来实现的例子中，全桥功放电路用于将电压变换单元10所输出的直流电转换成方波电压；第一隔离变换单元31用于将上述方波电压滤成正统波电压，并进行谐振、隔离和变换后提供给电刀输出端口，以为电刀供电。
一些实施例中，第一隔离变换单元31通过变压器来实现。
以上是第一隔离变换单元31的一些说明，下面对第二隔离变换单元33进行说明。
一些实施例中，第二隔离变换单元33用于将功放单元20对第三信号进行放大后输出的信号进行隔离和变换后提供给超声刀输出端口60。
在功放单元20包括第二功放单元23的实施例中，第二隔离变换单元33用于将第二功放单元23对第三信号进行放大后输出的信号进行隔离和变换后提供给超声刀输出端口50。
一些实施例中，第二隔离变换单元33通过变压器来实现。
请参照图7，一些实施例的集成手术系统还包括采样单元49，下面具体说明。
一些实施例中，采样单元49用于对采集隔离变换单元30的输入或输出进行采样，得到采样电信号。一些实施例中，采样电信号包括电压、电流和功率中的至少一者。运算及驱动单元40根据采样电信号调整上述第一控制信号、第二控制信号和第三信号中的至少一者。
一些实施例中，采样电信号包括第一采样电信号和/或第二采样电信号。
一些实施例中，采样单元49用于对第一隔离变换单元31的输入或输出进行采样，得到第一采样电信号；采样单元49还用于对第二隔离变换单元33的输入或输出进行采样，得到第二采样电信号。一些实施例中，第一电信号包括电压、电流和功率中的至少一者。一些实施例中，第二电信号包括电压、电流和功率中的至少一者。一些实施例中，运算及驱动单元40根据第一采样电信号调整第一控制信号和/或第二控制信号。一些实施例中，运算及驱动单元40根据第二采样电信号调整第三信号。
请参照图8，一些实施例的集成手术系统还包括串并联谐振电路91、共模滤波电路92和关闭吸收电路93中至少一者，下面具体说明。
一些实施例中，串并联谐振电路91用于对功放单元20输出的交流电进行滤波，例如将方波滤成正弦波后输出。一些实施例中，共模滤波电路92用于将功放单元20输出的交流电中共模信号滤除。一些实施例中，关闭吸收电路93用于在功放单元20关闭后防止出现振荡。
在功放单元20包括第一功放单元21的实施例中，串并联谐振电路91用于对第一功放单元21输出的交流电进行滤波，例如将方波滤成正弦波后输出。在功放单元20包括第一功放单元21的实施例中，共模滤波电路92用于将第一功放单元21输出的交流电中共模信号滤除。在功放单元20包括第一功放单元21的实施例中，关闭吸收电路93用于在第一功放单元93关闭后防止出现振荡。
请参照图9，就是一个例子；其中第一个虚线框为电压变换单元10的一种电路图结构，第二个虚线框为第一功放单元21的一种电路图结构；第三个虚线框为串并联谐振电路91、共模滤波电路92、关闭吸收电路93和第一隔离单元33的一种电路实现结构。
请参照图10，一些实施例的集成手术系统还包括阻抗匹配电路94，下面具体说明。
一些实施例中，阻抗匹配电路94连接于功放单元20和隔离变换单元20之间，用于进行阻抗匹配。
在功放单元20包括第二功放单元23的实施例中，阻抗匹配电路94连接于第二功放单元23和隔离变换单元20之间，用于进行阻抗匹配。
在隔离变换单元20包括第二隔离变换单元23的实施例中，阻抗匹配电路94连接于功放单元20和第二隔离变换单元23之间，用于进行阻抗匹配。
在功放单元20包括第二功放单元23，且隔离变换单元20包括第二隔离变换单元23的实施例中，阻抗匹配电路94连接于第二功放单元23和第二隔离变换单元23之间，用于进行阻抗匹配。
一些实施例中，运算及驱动单元40用于产生和/或调整第一控制信号、第二控制信号和第三信号中的任意一者、任意两者或三者，下面具体说明。
一些实施例中，运算及驱动单元40通过用户输入单元(图中未画出)接收用户输入的控制参数。
一些实施例中，运算及驱动单元40用于根据控制参数产生第一控制信号、第二控制信号和第三信号。
一些实施例中，运算及驱动单元40用于根据采样电信号调整第一控制信号、第二控制信号和第三信号的任意一者、任意两者或三者。
一些实施例中，运算及驱动单元40用于根据第一采样电信号调整第一控制信号和/或所述第二控制信号，以及根据第二采样电信号调整第三信号。
请参照图11，一些实施例中，运算及驱动单元40包括处理器41、波形发生器43和数模转换单元45，下面具体说明。
一些实施例中，处理器45用于产生第一控制信号。一些实施例中，运算及驱动单元40还包括数模转换单元46，用于将上述第一控制信号由数字信号转换为模拟信号，再输出给电压变换单元10。
一些实施例中，处理器45控制波形发生器43产生第二数字信号波形，作为第二控制信号。
一些实施例中，处理器控制波形发生器43产生第三数字信号波形，数模转换单元45将第三数字信号波形转换为第三模拟信号波形，作为第三信号。
一些实施例中，处理器41接收用户输入单元的输入参数例如控制参数，计算出驱动波形的幅值、频率、占空比等参数，并把波形数据或者波形参数下发给波形发生器43，从而产生所需的驱动波形；根据不同的输出模式，模拟信号波形用于第二功率放大器33例如驱动线性功放，数字信号波形用于驱动第一功率放大器31例如全桥功放；处理器41根据采样单元49反馈的采样电信号，计算出阻抗、功率、相位差等相关电参数，实时调整输出波形和电压变换单元10的输出电压，从而实现所需的能量输出。
一些实施例中，电刀输出端口50包括电刀第一单极端51、电刀第二单极端52、电刀中性电极端53和电刀双极端54。
请参照图12，一些实施例的集成手术系统还包括开关组件70，用于来导通和断开电刀输出端口50和超声刀输出端口60的供电。一些实施例中，开关组件70为手动开关组件，用于供用户手动来导通和断开电刀输出端口50和超声刀输出端口60的供电；例如通过手动开关组件70，用户可以导通电刀输出端口50，使得能够为电刀供电；通过手动开关组件70，用户可以断开电刀输出端口50，使得电刀无法从电刀输出端口50处获得供电；通过手动开关组件70，用户可以导通超声刀输出端口60，使得能够为超声刀供电；通过手动开关组件70，用户可以断开超声刀输出端口60，使得超声刀无法从电刀输出端口50处获得供电。
一些实施例中，电刀可通过线缆与电刀输出端口50固定连接。
一些实施例中，电刀与电刀输出端口50可拔插地连接。
一些实施例中，超声刀可通过线缆与超声刀输出端口60固定连接。
一些实施例中，超声刀与超声刀输出端口60可拔插地连接。
一些实施例中，电刀输出端口50和超声刀输出端口60可以为同一个端口，电刀和超声刀都与该端口可拔插地连。
一些实施例中，电刀输出端口50和超声刀输出端口60可以为同一个端口，集成手术系统既可以提供电刀能量，也可以提供超声刀能量，但是同一时刻只能输出一种能量，能量输出以抢占的方式决定；一些实施例中，能量的变换可以由运算及驱动单元40控制开关组件70来完成。
请参照图13，为集成手术系统的一个例子。图13所示的集成手术系统，支持一路超声刀能量输出、两路单极电刀能量输出和一路双极电刀能量输出；如图所示，该集成手术系统的功率输出部分由两部分组成，包括主要由第一功放单元21例如全桥功放(全桥功率放大器)和第一隔离变换单元31例如变压器T1及相关外围器件构成的高频电刀功率生成电路，和主要由第二功放单元23例如线性功放(线性功率放大器)和第一隔离变换单元33例如变压器T2构成的超声刀功率驱动电路。电压变换单元10例如高压直流电源单元(HVDC)作为能量源同时给全桥功放和线性功放供电，采样单元49例如传感器S1和传感器S2分别用于采集电刀功率和超声刀功率输出电路的电压、电流和功率等信号，传感器信号经运算及驱动单元40分析后，实现对前述两个功率放大器和HVDC的驱动控制，此外用户输入单元提供操作接口可由用户控制输出的控制参数例如工作模式和功率大小。由前述结构可见，该集成手术系统通过采样单元49采样输出能量信号，由运算及驱动单元40对两个功放电路进行反馈调节，可实现对用户输入单元设定能量的稳定输出。
在图13的例子中，电刀输出端口50包括图中单极1、单极2、中性电极和双极这几端，可支持两路单极电刀能量输出和一路双极电刀能量输出。
在图13的例子中，K1至K7为器械通道能量输出选择开关，根据用户选择使用的器械接口和激发控制输入信号实现对电刀输出能量和超声刀输出能量选择性地接通到相应的器械上。一般地，电刀能量输出和超声刀能量输出为分时输出，即当电刀功率生成电路和某一电刀器械通道开关(K1、K2、K3或K4和K5)闭合对外输出能量时，超声功率生成电路不工作和超声刀器械通道开关打开，此时超声刀无能量输出；同理也可以实现超声刀能量输出时，电刀能量不输出。此外，由于电刀功率生成电路和超声刀功率生成电路在本发明是两个独立的电路，因此也可以支持至少两种不同能量器械的同时输出，即同时输出电刀能量和超声刀能量。
本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现(例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中)。
虽然在各种实施例中已经示出了本文的原理，但是许多特别适用于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和部件的修改可以在不脱离本披露的原则和范围内使用。以上修改和其他改变或修正将被包含在本文的范围之内。
前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、方法、系统、文章或设备的其他要素。此外，本文中所使用的术语“耦合”和其任何其他变体都是指物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。
具有本领域技术的人将认识到，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应仅由权利要求确定。

Claims (15)

1.一种用于向外科设备递送能量的手术系统，其特征在于，包括：电压变换单元、功放单元、隔离变换单元、运算及驱动单元和能量输出端口；
所述能量输出端口用于为所述外科设备递送能量；
所述电压变换单元用于根据第一控制信号将输入电压变换为相应大小的直流电；所述电压变换单元包括升压电路，所述升压电路用于接收负直流电压，并根据所述第一控制信号将所述负直流电压转换成相应大小的的正直流电压；
所述功放单元用于接收所述电压变换单元和所述运算及驱动单元的输出，进行输出；
所述隔离变换单元用于将所述功放单元的输出进行隔离和变换后提供给所述能量输出端口；
所述运算及驱动单元用于至少产生所述第一控制信号。
2.如权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述升压电路包括一路或多路升压支路；所述升压支路包括能量变换电感、充电开关和放电开关，所述充电开关和放电开关用于根据第一控制信号进行通断，以对所述能量变换电感进行充电和放电，从而进行升压。
3.如权利要求2所述的手术系统，其特征在于，所述能量变换电感的一端接地，另一端通过所述充电开关连接到所述升压电路的电压输入端，所述升压电路的电压输入端用于接收所述负直流电压，所述能量变换电感非接地的一端还通过所述放电开关连接到所述升压电路的电压输出端，所述升压电路的电压输出端用于输出所述正直流电压。
4.如权利要求2或3所述的手术系统，其特征在于，所述充电开关包括三端晶体管或二极管；和/或，所述放电开关包括三端晶体管或二极管。
5.如权利要求3所述的手术系统，其特征在于，所述升压电路还包括输入电容和/或输出电容；所述输入电容一端接地，另一端连接于所述升压电路的电压输入端；所述输出电容一端接地，另一端连接于所述升压电路的电压输出端。
6.如权利要求2至5中任一项所述的手术系统，其特征在于，所述升压支路还包括电流检测电路，所述电流检测电路与所述充电开关串联连接，用于输出检测电流；所述运算及驱动单元用于根据所述检测电流产生或调节所述第一控制信号。
7.如权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述升压电路为boost升压电路。
8.如权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述升压电路所输出的正直流电压的范围为0至预设值；所述预设值为350V。
9.一种集成手术系统，其特征在于，包括电压变换单元、第一功放单元、第二功放单元、隔离变换单元、运算及驱动单元、电刀输出端口和超声刀输出端口；
所述电刀输出端口用于为电刀供电；所述超声刀输出端口用于为超声刀供电；
所述电压变换单元用于根据第一控制信号将输入电压变换为相应大小的直流电；所述电压变换单元接收负电压，并将其输出为可调的正电压；
所述第一功放单元用于根据第二控制信号将所述电压变换单元所输出的直流电转换成交流电并放大；所述隔离变换单元用于将所述第一功放单元输出的交流电进行隔离和变换后提供给所述电刀输出端口，以为所述电刀供电；
所述第二功放单元接收所述电压变换单元的供电，对第三信号进行放大后输出；所述隔离变换单元用于将所述第二功放单元的输出进行隔离和变换后提供给所述超声刀输出端口，以为所述电刀超声刀供电；
所述运算及驱动单元用于产生所述第一控制信号、第二控制信号和第三信号。
10.如权利要求9所述的集成手术系统，其特征在于，所述电压变换单元包括一个电感器件、两个开关器件，这三个器件都有一端连接在一起，电感器件的另一端接地，两个开关器件的另一端分别作为输入和输出，两个开关器件开通时间错开，实现电压变换功能。
11.一种用于向外科设备传递能量的可调电源系统，所述外科设备包括超声外科设备和/或高频外科设备，其特征在于，所述可调电源系统包括：升压电路，所述升压电路用于接收负直流电压和第一控制信号，并在所述第一控制信号的控制下将所述负直流电压转换成相应大小的正直流电压，以向所述外科设备提供能量。
12.如权利要求11所述的可调电源系统，其特征在于，所述升压电路包括一路或多路升压支路；所述升压支路包括能量变换电感、充电开关和放电开关，所述能量变换电感的一端接地，另一端通过所述充电开关连接到所述升压电路的电压输入端，所述升压电路的电压输入端用于接收所述负直流电压，所述能量变换电感非接地的一端还通过所述放电开关连接到所述升压电路的电压输出端，所述升压电路的电压输出端用于输出所述正直流电压；所述充电开关和放电开关用于根据第一控制信号进行通断，以对所述能量变换电感进行充电和放电。
13.如权利要求12所述的集成手术系统，其特征在于，所述充电开关包括三端晶体管或二极管；和/或，所述放电开关包括三端晶体管或二极管。
14.如权利要求11所述的集成手术系统，其特征在于，所述升压电路为boost升压电路。
15.如权利要求11所述的集成手术系统，其特征在于，所述升压电路所输出的正直流电压的范围为0至预设值；所述预设值为350V。
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