CN201088626Y - 谐振式双片中性电极监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种谐振式双片中性电极监测系统，其包括振荡级、阻抗变换级和信号检测级，所述振荡级为可调频率中频振荡电路，用以产生数十kHz中频振荡信号送阻抗变换级；所述阻抗变换级为高Q值谐振式阻抗变换电路，用以接收中性电极与患者皮肤的接触阻抗信号，并将之变换为具有正相关关系的反映信号送入信号检测级；所述信号检测级为开关式反向信号检测电路，用以产生与中性电极与患者接触质量具有正相关关系的监测信号，并送CPU作为接触质量的判断依据。本实用新型提高了系统对高频手术设备工作电流的抗干扰能力，达到了准确、连续地监测中性电极与患者皮肤的接触质量的效果，从而保证了患者的安全，其可应用于高频手术设备中。

Description

谐振式双片中性电极监测系统

技术领域：

本实用新型涉及一种医疗用高频手术设备，特别涉及一种具有强抗干扰能力的高频手术设备用谐振式双片中性电极监测系统。

背景技术：

高频电刀也称高频手术设备，是一种取代机械手术刀进行切割和凝血的电外科器械。它通过手术电极尖端产生的高频高压电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对肌体组织的分离和凝固，从而起到切割和止血的目的。单极高频手术设备必须配备一个能够安全地分散并收集和返回高频手术电流的中性电极，常规中性电极由一块大面积薄金属板或金属箔构成，手术过程中必须始终保证其与患者身体紧密而均匀地接触，将任何接触面积上流通的高频电流密度降到一个安全阈值(通常为0.2A/cm²)以下，方能保证不发生灼伤事故。为了随时监测和保证接触质量，人们将中性电极一分为二，并涂以导电粘胶，使之紧贴于患者身体的合适部位，再施加一微弱的检测电流(＜100μA)，就可以检测患者与中性电极接触部位的阻抗，以此来监视中性电极与患者的接触面积和接触紧密程度，这就是中性电极接触质量监测器，即双片式中性电极监测系统。

由于中性电极与患者接触且工作于高频通流状态下，中性电极接触质量监测器的微弱检测信号往往受到高频干扰，而现有的双片式中性电极监测系统由于采用的振荡级频率较高(例100kHz以上)，与高频手术设备工作频率比较接近，其阻抗变换级不处于谐振状态，以及信号检测级(滤波放大)为单电源，只能处理正向信号等原因，导致线路自身的抗干扰能力不强，无法准确连续地检测出中性电极与患者的接触阻抗，达不到真正保护患者的目的。

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题是克服高频手术设备启动工作时现有双片式中性电极监测系统抗干扰性差的缺陷，提供一种抗干扰性能优异的高频手术设备用谐振式双片中性电极监测系统，以保证正确、连续地检测中性电极与患者之间的接触面积和接触程度，从而保证患者进行高频电手术时的安全。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种谐振式双片中性电极监测系统，包括振荡级、阻抗变换级和信号检测级，所述振荡级为可调频率中频振荡电路，用以产生数十kHz中频振荡信号送阻抗变换级；所述阻抗变换级为高Q值谐振式阻抗变换电路，用以接收中性电极与患者皮肤的接触阻抗信号，并将之变换为具有正相关关系的反映信号送入信号检测级；所述信号检测级为开关式反向信号检测电路，用以产生与中性电极与患者接触质量具有正相关关系的监测信号，并送CPU作为接触质量的判断依据。

本实用新型所述的谐振式双片中性电极监测系统的振荡级是一个CMOS-RC振荡器，其振荡频率可调节且与后接阻抗变换级的谐振频率一致，其所产生的中频振荡信号的频率为50～80kHz；所述阻抗变换级由一个隔离耦合高频变压器和若干高频电容组成，该隔离耦合高频变压器的付边与接触患者的中性电极相连；所述信号检测级由一LC²MOS模拟开关、一反向放大器和一正向放大器构成，该LC²MOS模拟开关由正负电源供电，该反向放大器和正向放大器依次连接于LC²MOS模拟开关之后，该正向放大器将接触质量的监测信号输送CPU；所述CPU可以替换为能够对中性电极与患者接触质量作出判断的数字电路。

与现有的双片中性电极监测系统相比较，本实用新型采用了振荡频率较低的中频振荡级，只有数十kHz，远离了高频手术设备的工作频率(一般为0.3～0.5MHz)，因而不易受到高频手术设备工作电流的干扰影响；再而，所述谐振式双片中性电极监测系统采用了高Q值谐振式的阻抗变换级，其处于与上述振荡频率的谐振状态，提高了选频能力，因此能有力地扼制住高频手术电流对检测信号的侵袭；此外，所述谐振式双片中性电极监测系统采用了正负电源供电的高速低阻LC²MOS模拟开关作整流滤波和反向放大器进行信号放大及处理，提高了本身的抗干扰能力，并取消了双重变压器隔离和屏蔽措施，简化了系统结构。总之，本实用新型所述的谐振式双片中性电极监测系统采取了多重技术措施，提高了系统对高频手术设备工作电流的抗干扰能力，达到了准确、连续地监测中性电极与患者皮肤的接触质量的效果，从而防止患者的意外灼伤，保证了患者进行高频电手术时的安全。

附图说明：

图1是本实用新型的结构原理框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

首先请参阅图1本实用新型的结构原理框图。图示谐振式双片中性电极监测系统包括一振荡级1，一阻抗变换级2和一信号检测级3。所述振荡级1为可调频率中频振荡电路，用以产生中频振荡方波信号fp，它的频率范围一般为数十kHz，具体为50～80kHz，不仅远离高频手术设备的工作频率(通常为0.3～0.5MHz)，而且不致在患者身上产生过多的低频检测电流(必须＜100μA)；其所产生的中频振荡方波信号fp振荡频率可调节且与后接的阻抗变换级2的谐振频率一致，该中频振荡方波信号fp经限流后送入后续的阻抗变换级2。所述阻抗变换级2为高Q值谐振式阻抗变换电路，用以接收中性电极的两片通过导电粘胶贴合在患者皮肤上的金属箔P1、P2与患者皮肤的接触阻抗(R)信号，并将之变换为与接触质量具有正相关关系的反映信号f_R送入信号检测级3。所述信号检测级3为开关式反向信号检测电路，其对来自阻抗变换级2的反映信号f_R进行信号处理，且产生与中性电极与患者接触质量具有正相关关系的监测信号U_R，并送CPU作为接触质量的判断依据。本实用新型中，CPU可以替换任何一种能够对中性电极与患者接触质量作出判断的数字电路。

再请参阅图2本实用新型的电路原理图。图示谐振式双片中性电极监测系统的振荡级1是一个由CMOS反向器U1_A、U1_B、U1_C与电阻R₁、R₂、W₁及电容C₁构成的典型的CMOS-RC振荡器，其产生频率为50～80kHz的中频振荡方波信号fp，其中U1_C作缓冲放大用。该中频振荡方波信号fp的振荡频率主要由电阻R2、可调电阻W₁及电容C₁确定，通过可调电阻W₁可以调节该中频振荡方波信号fp的振荡频率，并使之与后接阻抗变换级2的谐振频率一致。振荡级1所产生的中频振荡方波信号fp经限流电阻R₃和隔直电容C₂送阻抗变换级2。

所述阻抗变换级2由一个隔离耦合高频变压器Tp和若干高频电容C₃～C₆组成，该隔离耦合高频变压器Tp的付边N₂与接触患者的双片中性电极两金属箔P1、P2相连。所述阻抗变换级2接受经限流电阻R₃限流和隔直电容C₂隔直的中频振荡方波信号fp，该中频振荡方波信号fp经隔离耦合高频变压器Tp的原边N₁隔离耦合加于付边N₂，该付边N₂的电感与所接高频电容C₃～C₆的电容产生谐振，并施加谐振的中频信号于双片中性电极两金属箔P1、P2及其与患者人体的接触阻抗R上。该中频信号的谐振频率 ${\mathrm{fp}}^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{2}C}},$ 式中C为高频电容C₃～C₆组合而成的等效电容：C＝(C₃+C₅)//(C₄+C₆)，其中C₃＝C₄为容值较低的高频电容，C₅＝C₆为容值较高的高频电容。同时通过调节上述振荡级1的可调电阻W₁，使振荡级1所产生的中频振荡方波信号fp＝fp′，以使振荡级1与阻抗变换级2谐振于同一振荡频率上。施加有谐振中频的接触阻抗R，反映到隔离耦合高频变压器Tp的原边N₁的信号为反映信号f_R，该反映信号f_R与中性电极与患者的接触阻抗具有正相关关系，然后被送入信号检测级3进行信号处理。由于高频手术设备的手术电流从患者人体和双片中性电极两金属箔P1、P2流回高频手术设备的中性端P时，必须经过高频电容C₃～C₆，为了使两金属箔P1、P2上返回的电流相等，除了保证两金属箔P1、P2及其引线的对称性外，还要保证C₃+C₅＝C₄+C₆；同时流通能力(由容值、残余电感、泄漏电阻、击穿电压等因素确定)应足够，由于 $Q=\frac{1}{r}\sqrt{\frac{L}{C}},$ 其中r为电感线圈电阻，L为电感值，C为电容，因此通过采取加粗线圈直径和减少匝数以减小R值、选择高导磁系数和较大尺寸磁芯以增加L值、适当减小回路电容C值等措施，提高谐振回路的Q值，即选频能力，从而极大限度地扼制住中性电极上流通的高频手术电流对检测信号的侵袭。

所述信号检测级3为开关式反向信号检测电路，由一LC²MOS模拟开关U₂、一反向放大器U3_A和一正向放大器U3_B构成。该LC²MOS模拟开关U₂为高速低阻高稳定性放大器，由一±12V的正负电源(±E)供电，该反向放大器U3_A连接于LC²MOS模拟开关U₂之后，为了将信号放大到要求值并进行“0”点校正，第一级反向放大器U3_A之后又连接了一正向放大器U3_B，该正向放大器U3_B将接触质量的监测信号U_R输送能够对中性电极与患者接触质量作出判断的CPU或数字电路。

当由阻抗变换级2输送来的反映信号f_R为高电平时，LC²MOS模拟开关U₂关断，正向信号仅送给隔离耦合高频变压器Tp；而当反映信号f_R为低电平时，LC²MOS模拟开关U₂接通，隔离耦合高频变压器Tp上出现的反向信号(患者的接触阻抗R的反向反映信号)经电阻R₄、电容C₇积分滤波后送入反向放大兼滤波电路，该反向放大器U3_A的放大倍数由

确定，其不宜过高以提高稳定性和抗干扰能力，C₈为滤波电容。正向放大器U3_B连接于反向放大器U3_A之后，其放大倍数主要由(

)确定，C₉也是滤波电容。由于阻抗变换级2输送来的反映信号f_R的幅度与患者的接触阻抗R成正相关关系，而一般人们习惯于用信号的大小来表示中性电极与患者的接触面积大小和接触的紧密程度，但两者的关系恰恰是相反的，故加了一级校“0”，使信号电平上升与接触面积变大和紧密程度增加方向相一致。校“0”调整是通过电位器W₂来实现的，具体方法如下：当接触阻抗R处于最大值时(例150Ω)，调节电位器W₂，在正向放大器U3_B的反向输入端加上一个偏置电平，使其输出的代表接触质量的监测信号U_R＝0，这样当接触阻抗R下降，即接触面积变大或接触紧密程度增加时，输出的监测信号U_R电平随之上升，反之，当接触面积减小或接触紧密程度下降时，接触阻抗R上升，接触质量下降，输出的监测信号U_R电平将下降。

正向放大器U3_B输出的直流监测信号U_R与接触质量成正相关关系(即与接触阻抗R成反相关关系)，在通常的阻抗范围内(30Ω～100Ω)成近似正比例关系，该监测信号U_R被送至CPU或数字电路进行处理，作为判断接触质量的依据，处理后由CPU或数字电路允许或禁止高频手术设备运行，并发出相应的警示声光信号，从而保障对患者安全地实施高频电外科手术。

综上所述，由于本实用新型所述的谐振式双片中性电极监测系统采取了多重技术措施：采用了振荡频率远离高频手术设备工作频率的中频振荡级，采用了与上述振荡频率谐振的高Q值谐振式阻抗变换级，以及采用了正负电源供电的高速低阻LC²MOS模拟开关作整流滤波和反向放大器进行信号放大及处理，提高了系统对高频手术设备工作电流的抗干扰能力，达到了准确、连续地监测中性电极与患者皮肤的接触质量的效果，从而防止了患者的意外灼伤，保证了患者进行高频电手术时的安全，同时本实用新型取消了双重变压器隔离和屏蔽措施，简化了系统结构。

Claims (6)

1.一种谐振式双片中性电极监测系统，包括振荡级(1)、阻抗变换级(2)和信号检测级(3)，其特征在于：所述振荡级(1)为可调频率中频振荡电路，用以产生数十kHz中频振荡信号送阻抗变换级(2)；所述阻抗变换级(2)为高Q值谐振式阻抗变换电路，用以接收中性电极与患者皮肤的接触阻抗信号，并将之变换为具有正相关关系的反映信号送入信号检测级(3)；所述信号检测级(3)为开关式反向信号检测电路，用以产生与中性电极与患者接触质量具有正相关关系的监测信号，并送CPU作为接触质量的判断依据。

2.根据权利要求1所述的谐振式双片中性电极监测系统，其特征在于：所述振荡级(1)所产生的中频振荡信号的频率为50～80kHz。

3.根据权利要求1或2所述的谐振式双片中性电极监测系统，其特征在于：所述振荡级(1)是一个CMOS-RC振荡器，其振荡频率可调节且与后接阻抗变换级(2)的谐振频率一致。

4.根据权利要求1或2所述的谐振式双片中性电极监测系统，其特征在于：所述阻抗变换级(2)由一个隔离耦合高频变压器和若干高频电容组成，该隔离耦合高频变压器的付边与接触患者的中性电极相连。

5.根据权利要求1或2所述的谐振式双片中性电极监测系统，其特征在于：所述信号检测级(3)由一LC²MOS模拟开关、一反向放大器和一正向放大器构成，该LC²MOS模拟开关由正负电源供电，该反向放大器和正向放大器依次连接于LC²MOS模拟开关之后，该正向放大器将接触质量的监测信号输送CPU。

6.根据权利要求1或2所述的谐振式双片中性电极监测系统，其特征在于：所述CPU可以替换为能够对中性电极与患者接触质量作出判断的数字电路。

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