CN115813495B - 一种智能超声高频多频多模集成系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能超声高频多频多模集成系统及工作方法。它解决了现有技术中高频超声组合装置操作逻辑繁琐且整体融合性差的问题。它包括超声系统及高频系统，超声系统包括第一MCU模块，第一MCU模块通过DDS电路连接有超声信号逆变电路，超声信号逆变电路通过第一电压电流采样电路与超声换能器连接，超声换能器通过第一信号反馈组件与第一MCU模块连接；高频系统包括第二MCU模块，第二MCU模块连接有高频信号电路，且高频信号电路通过第二电压电流采样电路连接有双极器械，双极器械通过第二信号反馈组件与第二MCU模块连接，第一MCU模块与第二MCU模块信号连接。本发明的优点在于：操作便捷，融合性佳。

Description

一种智能超声高频多频多模集成系统及工作方法

技术领域

本发明涉及医用工具技术领域，具体涉及一种智能超声高频多频多模集成系统及工作方法。

背景技术

传统的超声刀电源采用振荡器产生高频信号，经功率放大后产生超声波，把换能器视为电容性负载，不计换能器在正常工作时压电陶瓷的伸缩产生的充放电过程以及其他动态特性对电源的不良影响。但是，现有技术中的高频超声组合装置不论是超声刀融合还是主机融合，都难以实现整体的融合性，存在高性能输出不足的核心问题，而这一缺陷若是试图通过加大采集或则改变输出特性进行改善，则不但收效甚微，但代价巨大；从设备使用成本角度来看，将包含核心电子部分和器械部分单一设计，单独使用显得简介，但当两个功能同时使用时，设备繁多，不但占用手术室空间，还给操作者带来使用逻辑上的困扰。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种智能超声高频多频多模集成系统。

本发明的目的是针对上述问题，提供一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种智能超声高频多频多模集成系统，包括超声系统及高频系统，超声系统包括第一MCU模块，第一MCU模块通过DDS电路连接有超声信号逆变电路，超声信号逆变电路通过第一电压电流采样电路与超声换能器连接，超声换能器通过第一信号反馈组件与第一MCU模块连接；高频系统包括第二MCU模块，第二MCU模块连接有高频信号电路，且高频信号电路通过第二电压电流采样电路连接有双极器械，双极器械通过第二信号反馈组件与第二MCU模块连接，第一MCU模块与第二MCU模块信号连接。

本系统分别设置第一MCU模块对超声系统进行集成控制，并利用第二MCU模块对高频系统进行集成控制，使用时，超声系统利用第一电压电流采样电路对超声换能器进行电流、电压信号的采样，通过第一信号反馈组件进行数字信号转换并将转换后的数字信号传输至第一MCU模块，第一MCU模块通过超声信号逆变电路产生PWM信号控制，产生可变电压改变超声换能器的输出特性；高频系统中，第二MCU模块利用第二电压电流采样电路对双极器械进行电流、电压信号的采样，通过第二信号反馈组件进行数字信号转换并将转换后的数字信号传输至第二MCU模块，第二MCU模块通过高频信号电路产生所需的高频正弦信号和使能信号改变双极器械的输出特性；本方法将超声系统与高频系统进行高度集成融合，有效确保了超声换能器与双极器械的高性能运行，减少了手术占用空间，使用逻辑清晰，操作便捷。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统中，第一MCU模块连接有触摸屏，超声换能器以及双极器械与各电路之间均设置有患者隔离电路，超声信号逆变电路由BUCK降压电路、整流滤波电路和推挽放大电路组成，其中，BUCK降压电路为由第一MCU模块产生的PWM信号控制并产生可变电压。BUCK降压电路产生可变电压改变超声换能器的输出电压，且患者隔离电路的设置用于防止电流外放的情况，提高使用安全性。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统，第一信号反馈组件包括分别与超声换能器连接的第一电流反馈变压器和第一电压反馈变压器，第一电流反馈变压器和第一电压反馈变压器分别通过第一ADC电路与第一MCU模块连接，并且第一电流反馈变压器和第一电压反馈变压器通过鉴相电路与第一MCU模块连接；DDS电路接受第一MCU模块的控制信号产生频率实时可变的正弦信号，且频率变化的最小分辨率为0.01Hz，频率变化范围为40Khz-80KHz；第一电压电流采样电路通过第一信号隔离变压器与第一MCU模块连接并对超声换能器进行按键信号传输。

鉴相电路处理来自第一电压反馈变压器及第一电流反馈变压器的反馈信号，产生电流及电压的相位关系信号，且电压采样由电阻分压产生电压信号，电流采样由精密电阻产生电流信号。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统，高频信号电路包括高频信号产生电路以及高频信号逆变电路，其中，高频信号产生电路用于产生所需的高频正弦信号和使能信号；第二信号反馈组件包括第二电流反馈变压器和第二电压反馈变压器，且第二电流反馈变压器以及第二电压反馈变压器分别通过第二ADC电路与第二MCU模块连接，第二电压电流采样电路通过第二信号隔离变压器与第二MCU模块连接并对双极器械进行按键信号传输。

第二ADC电路对第二电流反馈变压器以及第二电压反馈变压器反馈的电流、电压信号整流、滤波转化为数字信号传递给第二MCU模块。

根据上述的一种智能超声高频多频多模集成系统提供一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法，本方法包括以下步骤：

S1、超声系统及高频系统进行初始化和系统自检；

S2、超声系统对超声换能器进行检测和信号采样处理，根据信号采样处理结果对超声换能器进行超声频率输出；

S3、高频系统对双极器械进行信号采样处理，根据信号采样处理结果对双极器械进行高频功率输出；

S4、超声高频同步输出。

本工作方法将超声系统和高频系统两种独立的驱动系统进行整合，使两个操作系统能够集成于一种多模设备上进行使用，且驱动信号互不干扰又能同时运行，融合性佳且操作逻辑简单。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法中，超声系统初始化和系统自检步骤包括以下步骤：

S11、第一MCU模块初始化并进行系统自检；

S12、读取历史保存参数；

S13、通过触摸屏进行数据显示；

S14、对超声换能器以及超声换能器刀头进行检测；

S15、通过按键激发超声换能器并进行能量输出，

S16、电流、电压信号采样处理并通过触摸屏显示采样数据。

超声换能器以及超声换能器刀头检测可以检查设备故障以及刀头是否需要进行更换，并且触摸屏能够实时显示采样数据，便于观察。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法中，高频系统初始化和系统自检步骤包括以下步骤：

S21、第二MCU模块初始化并进行系统自检；

S22、读取历史保存参数；

S33、通过触摸屏17进行数据显示；

S34、通过按键激发双极器械并进行能量输出，

S16、电流、电压信号采样处理并通过触摸屏显示采样数据。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法中，在步骤S2中，超声频率的输出首先通过第一信号反馈组件进行电流、电压采样，第一MCU模块对采样的电流、电压进行相位差及相位关系处理；其中：

当相位差小于10°时，输出步长为0.1HZ；

当相位差大于10°且小于30°时，输出步长为1HZ；

当相位差大于30°且小于60°时，输出步长为5HZ；

当相位差大于60°且小于90°时，输出步长为10HZ；

当相位差大于90°时，输出步长为20HZ；

当电流超前电压上则相位关系为：基础频率+步长，否则相位关系为：基础频率-步长。

通过相位差及相位关系处理能够准确判断输出的步长频率。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法中，在步骤S3中，高频功率输出主要分为以下步骤：

S31、以功率值P₀输出；

S32、检测抗阻Z；

S33、得出输出功率P；

S34、达到抗阻切换值Zz；

当没有达到抗阻切换值Zz时则经过时间△t，直到达到抗阻切换值Zz时停止输出，当经过时间△t后没有达到抗阻切换值Zz时则重复上述步骤S34。

这样可以有效确保输出的抗阻达到设定的切换值Zz，提高高频功率输出的稳定性。

在上述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法中，步骤S4具体分为以下步骤：

S41、超声高频输出使能；

S42、高频能量输出；

S43、经过时间△T后进行超声高频能量同步输出；

S44、达到抗阻最大值Zmax，否则重复步骤S43；

S45、高频能量停止输出，超声能量输出；

S46、输出失能信号，否则重复步骤S45；

S47、停止输出并返回信号。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：将超声系统与高频系统进行有效融合并集成于同一款设备上，有效确保了超声换能器与双极器械的高性能运行，减少了手术占用空间，使用逻辑清晰，操作便捷，而且能够单系统独立运行也可以同时运行，驱动电路之间互不干扰，同时，能够根据采集的信号提供不同的输出使能，改变运行频率，使用方便。

附图说明

图1是本发明的整体结构连接框图；

图2是本发明中的超声系统工作流程图；

图3是本发明中的高频系统工作流程图；

图4是本发明中的超声频率输出流程图；

图5是本发明中的高频频率输出流程图；

图6是本发明中的高频输出功率曲线图；

图7是本发明中的超声高频同步输出时的流程图；

图中：超声系统1、第一MCU模块11、DDS电路12、超声信号逆变电路13、第一电压电流采样电路14、超声换能器15、第一信号反馈组件16、第一电流反馈变压器161、第一电压反馈变压器162、第一ADC电路163、鉴相电路164、触摸屏17、第一信号隔离变压器18、高频系统2、第二MCU模块21、高频信号电路22、高频信号产生电路221、高频信号逆变电路222、第二电压电流采样电路23、双极器械24、第二信号反馈组件25、第二电流反馈变压器251、第二电压反馈变压器252、第二ADC电路253、第二信号隔离变压器26、患者隔离电路3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种智能超声高频多频多模集成系统，包括超声系统1及高频系统2，超声系统1包括第一MCU模块11，第一MCU模块11通过DDS电路12连接有超声信号逆变电路13，超声信号逆变电路13通过第一电压电流采样电路14与超声换能器15连接，超声换能器15通过第一信号反馈组件16与第一MCU模块11连接；高频系统2包括第二MCU模块21，第二MCU模块21连接有高频信号电路22，且高频信号电路22通过第二电压电流采样电路23连接有双极器械24，双极器械24通过第二信号反馈组件25与第二MCU模块21连接，第一MCU模块11与第二MCU模块21信号连接。

超声系统1及高频系统2之间能够实现相互运行，也可以同步运行，减少手术占用空间，其中第一MCU模块11与第二MCU模块21信号连接，确保超声系统1及高频系统2之间相互通讯并实时调节超声换能器15及双极器械24的工作频率。

其中，第一MCU模块11连接有触摸屏17，超声换能器15以及双极器械24与各电路之间均设置有患者隔离电路3，超声信号逆变电路13由BUCK降压电路、整流滤波电路和推挽放大电路组成，其中，BUCK降压电路为由第一MCU模块11产生的PWM信号控制并产生可变电压。

患者隔离电路3用于防止使用时产生触电现象，提高使用安全性，且BUCK降压电路产生可变电压改变智能超声换能器15的输出电压。

进一步地，第一信号反馈组件16包括分别与超声换能器15连接的第一电流反馈变压器161和第一电压反馈变压器162，第一电流反馈变压器161和第一电压反馈变压器162分别通过第一ADC电路163与第一MCU模块11连接，并且第一电流反馈变压器161和第一电压反馈变压器162通过鉴相电路164与第一MCU模块11连接；DDS电路12接受第一MCU模块11的控制信号产生频率实时可变的正弦信号，且频率变化的最小分辨率为0.01Hz，频率变化范围为40Khz-80KHz；第一电压电流采样电路14通过第一信号隔离变压器18与第一MCU模块11连接并对超声换能器15进行按键信号传输。

鉴相电路164处理来自第一电压反馈变压器161及第一电流反馈变压器162的反馈信号，产生电流及电压的相位关系信号，且电压采样由电阻分压产生电压信号，电流采样由精密电阻产生电流信号。

更进一步地，高频信号电路22包括高频信号产生电路221以及高频信号逆变电路222，其中，高频信号产生电路221用于产生所需的高频正弦信号和使能信号；第二信号反馈组件25包括第二电流反馈变压器251和第二电压反馈变压器252，且第二电流反馈变压器251以及第二电压反馈变压器252分别通过第二ADC电路253与第二MCU模块21连接，第二电压电流采样电路23通过第二信号隔离变压器26与第二MCU模块21连接并对双极器械24进行按键信号传输。

第二ADC电路对第二电流反馈变压器以及第二电压反馈变压器反馈的电流、电压信号整流、滤波转化为数字信号传递给第二MCU模块。

一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法，本方法包括以下步骤：

S1、超声系统1及高频系统2进行初始化和系统自检；

S2、超声系统1对超声换能器15进行检测和信号采样处理，根据信号采样处理结果对超声换能器15进行超声频率输出；

S3、高频系统2对双极器械24进行信号采样处理，根据信号采样处理结果对双极器械24进行高频功率输出；

S4、超声高频同步输出。

本工作方法在使用时分别对超声系统1和高频系统2进行自检，确保运行稳定性，使用时首先对超声换能器15和双极器械24进行信号采样，并根据采样结果调节运行频率，确保高功率运行。

如图2所示，超声系统1初始化和系统自检步骤包括以下步骤：

S11、第一MCU模块11初始化并进行系统自检；

S12、读取历史保存参数；

S13、通过触摸屏17进行数据显示；

S14、对超声换能器15以及超声换能器15刀头进行检测；

S15、通过按键激发超声换能器15并进行能量输出，

S16、电流、电压信号采样处理并通过触摸屏17显示采样数据。

超声系统1初始化后读取历史保持参数，根据需要选择运行参数，同时对超声换能器15以及超声换能器15的刀头进行检测，确保设备运行稳定性。

如图3所示，高频系统2初始化和系统自检步骤包括以下步骤：

S21、第二MCU模块21初始化并进行系统自检；

S22、读取历史保存参数；

S33、通过触摸屏17进行数据显示；

S34、通过按键激发双极器械24并进行能量输出，

S16、电流、电压信号采样处理并通过触摸屏17显示采样数据。

高频系统2初始化后可以选择历史保存参数进行运行。

如图4所示，在步骤S2中，超声频率的输出首先通过第一信号反馈组件16进行电流、电压采样，第一MCU模块11对采样的电流、电压进行相位差及相位关系处理；其中：

当相位差小于10°时，输出步长为0.1HZ；

当相位差大于10°且小于30°时，输出步长为1HZ；

当相位差大于30°且小于60°时，输出步长为5HZ；

当相位差大于60°且小于90°时，输出步长为10HZ；

当相位差大于90°时，输出步长为20HZ；

当电流超前电压则相位关系为基础频率+步长，否则相位关系为基础频率-步长。

通过相位差及相位关系处理能够准确判断输出的步长频率。

如图5-6所示，在步骤S3中，高频功率输出主要分为以下步骤：

S31、以功率值P₀输出；

S32、检测抗阻Z；

S33、得出输出功率P；

S34、达到抗阻切换值Zz；

当没有达到抗阻切换值Zz时则经过时间△t，直到达到抗阻切换值Zz时停止输出，当经过时间△t后没有达到抗阻切换值Zz时则重复上述步骤S34。

如图7所示，步骤S4具体分为以下步骤：

S41、超声高频输出使能；

S42、高频能量输出；

S43、经过时间△T后进行超声高频能量同步输出；

S44、达到抗阻最大值Zmax，否则重复步骤S43；

S45、高频能量停止输出，超声能量输出；

S46、输出失能信号，否则重复步骤S45；

S47、停止输出并返回信号。

综上所述，本实施例的原理在于：本系统将超声系统1及高频系统2融合在同一个系统中，使用时，超声系统1利用第一电压电流采样电路14对超声换能器15进行电流、电压信号的采样，通过第一信号反馈组件16进行数字信号转换并将转换后的数字信号传输至第一MCU模块11，第一MCU模块11通过超声信号逆变电路13产生PWM控制信号以及可变电压改变超声换能器15的输出特性；在高频系统2中，第二MCU模块21利用第二电压电流采样电路23对双极器械24进行电流、电压信号的采样，通过第二信号反馈组件25进行数字信号转换并将转换后的数字信号传输至第二MCU模块21，第二MCU模块21通过高频信号电路22产生所需的高频正弦信号和使能信号改变双极器械24的输出特性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了超声系统1、第一MCU模块11、DDS电路12、超声信号逆变电路13、第一电压电流采样电路14、超声换能器15、第一信号反馈组件16、第一电流反馈变压器161、第一电压反馈变压器162、第一ADC电路163、鉴相电路164、触摸屏17、第一信号隔离变压器18、高频系统2、第二MCU模块21、高频信号电路22、高频信号产生电路221、高频信号逆变电路222、第二电压电流采样电路23、双极器械24、第二信号反馈组件25、第二电流反馈变压器251、第二电压反馈变压器252、第二ADC电路253、第二信号隔离变压器26、患者隔离电路3等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种智能超声高频多频多模集成系统，包括超声系统（1）及高频系统（2），其特征在于，所述的超声系统（1）包括第一MCU模块（11），所述的第一MCU模块（11）通过DDS电路（12）连接有超声信号逆变电路（13），所述的超声信号逆变电路（13）通过第一电压电流采样电路（14）与超声换能器（15）连接，所述的超声换能器（15）通过第一信号反馈组件（16）与第一MCU模块（11）连接；所述的高频系统（2）包括第二MCU模块（21），所述的第二MCU模块（21）连接有高频信号电路（22），且高频信号电路（22）通过第二电压电流采样电路（23）连接有双极器械（24），所述的双极器械（24）通过第二信号反馈组件（25）与第二MCU模块（21）连接，所述的第一MCU模块（11）与第二MCU模块（21）信号连接；所述的第一MCU模块（11）连接有触摸屏（17），所述的超声换能器（15）以及双极器械（24）与各电路之间均设置有患者隔离电路（3），所述的超声信号逆变电路（13）由BUCK降压电路、整流滤波电路和推挽放大电路组成，其中，所述的BUCK降压电路为由第一MCU模块（11）产生的PWM信号控制并产生可变电压；所述的第一信号反馈组件（16）包括分别与超声换能器（15）连接的第一电流反馈变压器（161）和第一电压反馈变压器（162），所述的第一电流反馈变压器（161）和第一电压反馈变压器（162）分别通过第一ADC电路（163）与第一MCU模块（11）连接，并且第一电流反馈变压器（161）和第一电压反馈变压器（162）通过鉴相电路（164）与第一MCU模块（11）连接；所述的DDS电路（12）接收第一MCU模块（11）的控制信号产生频率实时可变的正弦信号，且频率变化的最小分辨率为0.01Hz，频率变化范围为40Khz-80KHz；所述的第一电压电流采样电路（14）通过第一信号隔离变压器（18）与第一MCU模块（11）连接并对超声换能器（15）进行按键信号传输；

一种智能超声高频多频多模集成系统的工作方法，本方法包括以下步骤：

S1、超声系统（1）及高频系统（2）进行初始化和系统自检；

S2、超声系统（1）对超声换能器（15）进行检测和信号采样处理，根据信号采样处理结果对超声换能器（15）进行超声频率输出；

S3、高频系统（2）对双极器械（24）进行信号采样处理，根据信号采样处理结果对双极器械（24）进行高频功率输出；

S4、超声高频同步输出；

在步骤S2中，所述的超声频率的输出首先通过第一信号反馈组件（16）进行电流、电压采样，第一MCU模块（11）对采样的电流、电压进行相位差及相位关系处理；其中：

当相位差小于10°时，输出步长为0.1HZ；

当相位差大于10°且小于30°时，输出步长为1HZ；

当相位差大于30°且小于60°时，输出步长为5HZ；

当相位差大于60°且小于90°时，输出步长为10HZ；

当相位差大于90°时，输出步长为20HZ；

当电流超前电压上则相位关系为基础频率+步长，否则相位关系为基础频率-步长。

2.根据权利要求1所述的种智能超声高频多频多模集成系统，其特征在于，所述的高频信号电路（22）包括高频信号产生电路（221）以及高频信号逆变电路（222），其中，高频信号产生电路（221）用于产生所需的高频正弦信号和使能信号；所述的第二信号反馈组件（25）包括第二电流反馈变压器（251）和第二电压反馈变压器（252），且第二电流反馈变压器（251）以及第二电压反馈变压器（252）分别通过第二ADC电路（253）与第二MCU模块（21）连接，所述的第二电压电流采样电路（23）通过第二信号隔离变压器（26）与第二MCU模块（21）连接并对双极器械（24）进行按键信号传输。

3.根据权利要求1所述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法，其特征在于，所述的超声系统（1）初始化和系统自检步骤包括以下步骤：

S11、第一MCU模块（11）初始化并进行系统自检；

S12、读取历史保存参数；

S13、通过触摸屏（17）进行数据显示；

S14、对超声换能器（15）以及超声换能器（15）刀头进行检测；

S15、通过按键激发超声换能器（15）并进行能量输出，

S16、电流、电压信号采样处理并通过触摸屏（17）显示采样数据。

4.根据权利要求3所述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法，其特征在于，所述的高频系统（2）初始化和系统自检步骤包括以下步骤：

S21、第二MCU模块（21）初始化并进行系统自检；

S22、读取历史保存参数；

S33、通过触摸屏（17）进行数据显示；

S34、通过按键激发双极器械（24）并进行能量输出，

S16、电流、电压信号采样处理并通过触摸屏（17）显示采样数据。

5.根据权利要求1所述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的高频功率输出主要分为以下步骤：

S31、以功率值P₀输出；

S32、检测抗阻Z；

S33、得出输出功率P；

S34、达到抗阻切换值Zz；

当没有达到抗阻切换值Zz时则经过时间△t，直到达到抗阻切换值Zz时停止输出，当经过时间△t后没有达到抗阻切换值Zz时则重复上述步骤S34。

6.根据权利要求1所述的一种智能超声高频多频多模集成系统工作方法，其特征在于，步骤S4具体分为以下步骤：

S41、超声高频输出使能；

S42、高频能量输出；

S43、经过时间△T后进行超声高频能量同步输出；

S44、达到抗阻最大值Zmax，否则重复步骤S43；

S45、高频能量停止输出，超声能量输出；

S46、输出失能信号，否则重复步骤S45；

S47、停止输出并返回信号。

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