CN116807567A - 一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，所述自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统包括主机、供电电源、单片机、驱动模块、信号采集模块、超声转换器、刀具模块、频率自动跟踪模块、显示模块。本发明本发明刀具模块通过超声刀进行剪切时通过信号采集模块和频率自动跟踪模块对数据进行采集，将信息传递给单片机，单片机通过信号采集模块和频率自动跟踪模块反馈的数据进行处理，单片机将处理的数据对驱动模块进行调整，从而使超声转换器始终处于谐振频率和设定恒电流值的状态下运行，以使刀具模块在剪切不同的组织时均工作在谐振频率，使其能够自适应剪切，从而可自动追踪进行自动调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声刀剪切控制系统及方法，具体为自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统及方法，属于超声刀技术领域。
背景技术
超声刀是利用超声原理能像真刀一样切割人体内部组织的超声波．它利用超声波极强的穿透力，通过超声发射器发射的数百束高能超声波（相当于 5 万台普通 B 超机），像聚集太阳能一样使焦点汇集在肿瘤组织上，利用高能超声空化作用使肿瘤组织细胞膜破裂，同时高能超声波释放出巨大能量迅速转化为热能，瞬间焦点处肿瘤组织的温度达70℃-100℃；
人体中包含多种生物组织类型，比如肌肉、脂肪、神经以及血管等，不同类型的生物组织的生物阻抗相差较大，因此所适用的交流激励信号的最佳电流值不同，但是现有的超声刀并不能自动追踪进行调整，导致不能自适应人体不同组织进行剪切，为此，提出一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统及方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，所述自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统包括主机、供电电源、单片机、驱动模块、信号采集模块、超声转换器、刀具模块、频率自动跟踪模块、显示模块；
所述主机的电性连接端与所述供电电源的电性输出端电线连接，所述主机的电性输出端与所述单片机的电性连接端电性连接，所述单片机的电性输出端与所述驱动模块的电性连接端电性连接，所述驱动模块的电性输出端与所述信号采集模块的电性连接端电性连接，所述信号采集模块的电性输出端与所述超声转换器的电性连接端电性连接，所述超声转换器的电性输出端与所述刀具模块的电性连接端电性连接，所述刀具模块的电性输出端与所述频率自动跟踪模块的电性输出端电性连接，所述频率自动跟踪模块的电性连接端与所述单片机的电性输出端电性连接，所述单片机的信号输送端与所述显示模块信号接收端电性连接，所述显示模块的电性连接端与所述主机的电性输出端电性连接。
进一步优选的，所述供电电源为所述主机进行供电。
进一步优选的，所述频率自动跟踪模块锁相法进行跟踪，锁相法的跟踪价值由锁相CD4046体现，CD4046主要包含相位比较器PD和压控振荡器VCO，通过这两者来实现频率自动跟踪，并且结合外接低通滤渡器，使锁相环更为全面。
进一步优选的，所述在CD4046进行频率自动跟踪的过程中，如果系统出现容抗或者4脚输出振荡频率上升的情况，需考虑电流信号超出电压信号，相反当系统出现感抗或者4脚输出频率振荡下降，反馈信号相位差归零，则可以确定换能器处于正常的谐振状态，为了避免逆变桥上下桥臂直接相连导致短路，则需设定一个死区时间在串联谐振型逆变器的驱动信号中。
进一步优选的，所述超声转换器用于驱动模块输出的激励信号的电能转换为机械能，以控制超声切割止血刀进行机械振动，从而对组织进行切割或止血。
进一步优选的，所述反馈信号能够调整单片机输出电路中的PWM频率，单片机是实现这一控制的主体，利用数控对超声频率的白动追踪做出调整的主要方式是整形采样信号，比较得出相位差信号，然后利用单片机来解决。
进一步优选的，所述刀具模块为超声刀，超声刀为恒压型超声刀，超声刀切割效率最高，热损伤最小。
进一步优选的，所述信号采集模块处理电路模块用于将正弦波信号转成电压和电流的信号。
另外，本发明还提供了一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统的剪切方法，包括以下步骤：
S1、刀具模块通过超声刀进行剪切时通过信号采集模块和频率自动跟踪模块对数据进行采集，将信息传递给单片机；
S2、S1中的单片机通过信号采集模块和频率自动跟踪模块反馈的数据进行处理，单片机根据反馈信号的电压值和电流值实时计算目标生物组织的生物阻抗，单片机将处理的数据对驱动模块进行调整，使超声换能器输出的激励信号的频率和等效电流，从而使超声转换器6始终处于谐振频率和设定恒电流值的状态下运行，以使刀具模块在剪切不同的组织时均工作在谐振频率，使其能够自适应剪切；
S3、切割组织过程中，通过信号采集模块和频率自动跟踪模块采集刀具模块中的电流传感器和电压传感器对换能器的电流和电压进行检测，将数据传递给单片机；
S4、单片机通过反馈信号能够调整输出电路中的PWM频率，单片机是实现这一控制的主体，然后利用单片机来解决；
S5、S4中的将数据转换后通过显示模块将信息显示出来。
进一步优选的：在所述S1中，超声刀预设频率的检测信号传输至刀具的目标生物组织。
本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
本发明刀具模块通过超声刀进行剪切时通过信号采集模块和频率自动跟踪模块对数据进行采集，将信息传递给单片机，单片机通过信号采集模块和频率自动跟踪模块反馈的数据进行处理，单片机根据反馈信号的电压值和电流值实时计算目标生物组织的生物阻抗，单片机将处理的数据对驱动模块进行调整，使超声换能器输出的激励信号的频率和等效电流，从而使超声转换器始终处于谐振频率和设定恒电流值的状态下运行，以使刀具模块在剪切不同的组织时均工作在谐振频率，使其能够自适应剪切，从而可自动追踪进行自动调节。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的步骤流程结构图。
附图标记：1、主机；2、供电电源；3、单片机；4、驱动模块；5、信号采集模块；6、超声转换器；7、刀具模块；8、频率自动跟踪模块；9、显示模块。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统包括主机1、供电电源2、单片机3、驱动模块4、信号采集模块5、超声转换器6、刀具模块7、频率自动跟踪模块8、显示模块9；
主机1的电性连接端与供电电源2的电性输出端电线连接，主机1的电性输出端与单片机3的电性连接端电性连接，单片机3的电性输出端与驱动模块4的电性连接端电性连接，驱动模块4的电性输出端与信号采集模块5的电性连接端电性连接，信号采集模块5的电性输出端与超声转换器6的电性连接端电性连接，超声转换器6的电性输出端与刀具模块7的电性连接端电性连接，刀具模块7的电性输出端与频率自动跟踪模块8的电性输出端电性连接，频率自动跟踪模块8的电性连接端与单片机3的电性输出端电性连接，单片机3的信号输送端与显示模块10信号接收端电性连接，显示模块9的电性连接端与主机1的电性输出端电性连接。
在一个实施例中，供电电源2为主机1进行供电，供电电源2为整个系统进行供电。
在一个实施例中，频率自动跟踪模块8锁相法进行跟踪，锁相法的跟踪价值由锁相CD4046体现，CD4046主要包含相位比较器PD和压控振荡器VCO，通过这两者来实现频率自动跟踪，并且结合外接低通滤渡器，使锁相环更为全面。
在一个实施例中，在CD4046进行频率自动跟踪的过程中，如果系统出现容抗或者4脚输出振荡频率上升的情况，需考虑电流信号超出电压信号，相反当系统出现感抗或者4脚输出频率振荡下降，反馈信号相位差归零，则可以确定换能器处于正常的谐振状态，为了避免逆变桥上下桥臂直接相连导致短路，则需设定一个死区时间在串联谐振型逆变器的驱动信号中。
在一个实施例中，超声转换器6用于驱动模块4输出的激励信号的电能转换为机械能，以控制超声切割止血刀进行机械振动，从而对组织进行切割或止血。
在一个实施例中，反馈信号能够调整单片机3输出电路中的PWM频率，单片机3是实现这一控制的主体，利用数控对超声频率的白动追踪做出调整的主要方式是整形采样信号，比较得出相位差信号，然后利用单片机3来解决。
在一个实施例中，刀具模块7为超声刀，超声刀为恒压型超声刀，超声刀切割效率最高，热损伤最小。
在一个实施例中，信号采集模块5处理电路模块用于将正弦波信号转成电压和电流的信号。
另外，本发明还提供了一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统的剪切方法，包括以下步骤：
S1、刀具模块7通过超声刀进行剪切时通过信号采集模块5和频率自动跟踪模块8对数据进行采集，将信息传递给单片机3；
S2、S1中的单片机3通过信号采集模块5和频率自动跟踪模块8反馈的数据进行处理，单片机3根据反馈信号的电压值和电流值实时计算目标生物组织的生物阻抗，单片机3将处理的数据对驱动模块4进行调整，使超声换能器4输出的激励信号的频率和等效电流，从而使超声转换器6始终处于谐振频率和设定恒电流值的状态下运行，以使刀具模块7在剪切不同的组织时均工作在谐振频率，使其能够自适应剪切；
S3、切割组织过程中，通过信号采集模块5和频率自动跟踪模块8采集刀具模块7中的电流传感器和电压传感器对换能器的电流和电压进行检测，将数据传递给单片机3；
S4、单片机3通过反馈信号能够调整输出电路中的PWM频率，单片机3是实现这一控制的主体，然后利用单片机3来解决；
S5、S4中的将数据转换后通过显示模块10将信息显示出来。
在一个实施例中，在S1中，超声刀预设频率的检测信号传输至刀具的目标生物组织。
本发明在工作时：使用时，刀具模块7通过超声刀进行剪切时通过信号采集模块5和频率自动跟踪模块8对数据进行采集，将信息传递给单片机3，单片机3通过信号采集模块5和频率自动跟踪模块8反馈的数据进行处理，单片机3根据反馈信号的电压值和电流值实时计算目标生物组织的生物阻抗，单片机3将处理的数据对驱动模块4进行调整，使超声换能器4输出的激励信号的频率和等效电流，从而使超声转换器6始终处于谐振频率和设定恒电流值的状态下运行，以使刀具模块7在剪切不同的组织时均工作在谐振频率，使其能够自适应剪切，切割组织过程中，通过信号采集模块5和频率自动跟踪模块8采集刀具模块7中的电流传感器和电压传感器对换能器的电流和电压进行检测，将数据传递给单片机3，单片机3通过反馈信号能够调整输出电路中的PWM频率，单片机3是实现这一控制的主体，然后利用单片机3来解决，中的将数据转换后通过显示模块10将信息显示出来。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统包括主机（1）、供电电源（2）、单片机（3）、驱动模块（4）、信号采集模块（5）、超声转换器（6）、刀具模块（7）、频率自动跟踪模块（8）、显示模块（9）；
所述主机（1）的电性连接端与所述供电电源（2）的电性输出端电线连接，所述主机（1）的电性输出端与所述单片机（3）的电性连接端电性连接，所述单片机（3）的电性输出端与所述驱动模块（4）的电性连接端电性连接，所述驱动模块（4）的电性输出端与所述信号采集模块（5）的电性连接端电性连接，所述信号采集模块（5）的电性输出端与所述超声转换器（6）的电性连接端电性连接，所述超声转换器（6）的电性输出端与所述刀具模块（7）的电性连接端电性连接，所述刀具模块（7）的电性输出端与所述频率自动跟踪模块（8）的电性输出端电性连接，所述频率自动跟踪模块（8）的电性连接端与所述单片机（3）的电性输出端电性连接，所述单片机（3）的信号输送端与所述显示模块（10）信号接收端电性连接，所述显示模块（9）的电性连接端与所述主机（1）的电性输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制，其特征在于：所述供电电源（2）为所述主机（1）进行供电。
3.根据权利要求1所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述频率自动跟踪模块（8）锁相法进行跟踪，锁相法的跟踪价值由锁相CD4046体现，CD4046主要包含相位比较器PD和压控振荡器VCO，通过这两者来实现频率自动跟踪，并且结合外接低通滤渡器，使锁相环更为全面。
4.根据权利要求3所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述在CD4046进行频率自动跟踪的过程中，如果系统出现容抗或者4脚输出振荡频率上升的情况，需考虑电流信号超出电压信号，相反当系统出现感抗或者4脚输出频率振荡下降，反馈信号相位差归零，则可以确定换能器处于正常的谐振状态，为了避免逆变桥上下桥臂直接相连导致短路，则需设定一个死区时间在串联谐振型逆变器的驱动信号中。
5.根据权利要求1所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述超声转换器（6）用于驱动模块（4）输出的激励信号的电能转换为机械能，以控制超声切割止血刀进行机械振动，从而对组织进行切割或止血。
6.根据权利要求1所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述反馈信号能够调整单片机（3）输出电路中的PWM频率，单片机（3）是实现这一控制的主体，利用数控对超声频率的白动追踪做出调整的主要方式是整形采样信号，比较得出相位差信号，然后利用单片机（3）来解决。
7.根据权利要求1所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述刀具模块（7）为超声刀，超声刀为恒压型超声刀，超声刀切割效率最高，热损伤最小。
8.根据权利要求1所述的自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统，其特征在于：所述信号采集模块（5）处理电路模块用于将正弦波信号转成电压和电流的信号。
9.根据权利要求1-8所述的一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统的剪切方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、刀具模块（7）通过超声刀进行剪切时通过信号采集模块（5）和频率自动跟踪模块（8）对数据进行采集，将信息传递给单片机（3）；
S2、S1中的单片机（3）通过信号采集模块（5）和频率自动跟踪模块（8）反馈的数据进行处理，单片机（3）根据反馈信号的电压值和电流值实时计算目标生物组织的生物阻抗，单片机（3）将处理的数据对驱动模块（4）进行调整，使超声换能器（4）输出的激励信号的频率和等效电流，从而使超声转换器（6）始终处于谐振频率和设定恒电流值的状态下运行，以使刀具模块（7）在剪切不同的组织时均工作在谐振频率，使其能够自适应剪切；
S3、切割组织过程中，通过信号采集模块（5）和频率自动跟踪模块（8）采集刀具模块（7）中的电流传感器和电压传感器对换能器的电流和电压进行检测，将数据传递给单片机（3）；
S4、单片机（3）通过反馈信号能够调整输出电路中的PWM频率，单片机（3）是实现这一控制的主体，然后利用单片机（3）来解决；
S5、S4中的将数据转换后通过显示模块（10）将信息显示出来。
10.根据权利要求9所述的一种自适应人体不同组织的超声刀剪切控制系统的剪切方法，其特征在于：在所述S1中，超声刀预设频率的检测信号传输至刀具的目标生物组织。
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