CN203483504U - 高频电刀手术仪 - Google Patents

Abstract

一种高频电刀手术仪，其特征是包括微处理器、外围设备接口电路、波形发生器、音响放大电路、模数转换器、射频功放、隔离电路、电流取样电路、电压取样电路、回路极板监测电路、显示驱动电路和电源电路，本实用新型的高频电刀手术仪具备双极电凝：可在精细的组织上进行双极凝血，无论组织干或湿都能对其释放功率，适用于脑外科、妇产科、整形外科等科室的各种手术。

Description

高频电刀手术仪

技术领域

本实用新型涉及电子医疗器械技术领域，尤其是一种高频电刀手术仪。 

背景技术

高频电刀用于手术实践已有八十多年。近年来随着科学技术的发展，高频电刀设备已趋向带有微处理器和电子传感器技术的专用自动控制系统，实现自动化。高频电刀发展至今已成为外科用的电子仪器中具有代表性的设备，是现代外科手术中不可缺少的工具。 

泌尿系统和胃肠系统手术以往必须打开腹腔进行。利用电外科技术可以不打开腹腔而通过引入尿道的电极将高频电流作用到手术部位。高频电刀在脑外科主要用于脑肿瘤切除。双极技术的发展使脑手术中凝固出血脉管安全方便。高频电刀常用的领域还包括普外科、眼科、牙科、整形科、皮肤外科等。 

高频电刀一般由高频功率源、手术电极和中性电极等组成。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高频电刀手术仪，它是一种特殊的大功率高频发生器，它产生特定频率、特定波形及特定负载功率曲线的高频电流通过应用电极直接作用于生物组织表层，并对其集中加热使组织成分挥发而产生切割、止血等物理作用。 

本实用新型的技术方案是： 

一种高频电刀手术仪，包括微处理器、外围设备接口电路、波形发生器、音响放大电路、模数转换器、射频功放、隔离电路、电流取样电路、电压取样电路、回路极板监测电路、显示驱动电路和电源电路，所述回路极板监测电路和电流取样电路通过模数转换器与微处理器连接，微处理器通过外围设备接口电路连接隔离电路，隔离电路与显示驱动电路连接，微处理器和外围设备接口电路连接波形发生器，波形发生器通过门驱动连接射频功放，射频功放通过电压取样电路连接音响放大电路。 

所述隔离电路还与键盘、手控和脚控连接。 

所述高频电刀手术仪还包括看门狗，所述微处理器和外围设备接口电路通过看门狗连接波形发生器。 

所述高频电刀手术仪还包括数模转换器和基极电压放大电路，音响放大电路通过数模转换器连接基极电压放大电路，基极电压放大电路连接射频功放。 

所述高频电刀手术仪还包括电源复位电路，电路复位电路分别连接微处理器和门驱动。 

本实用新型的有益效果是： 

1.本实用新型的高频电刀手术仪具备双极电凝：可在精细的组织上进行双极凝血，无论组织干或湿都能对其释放功率，适用于脑外科、妇产科、整形外 科等科室的各种手术。 

2.本实用新型的高频电刀手术仪具备单极电凝：10000伏的峰值电压可达到理想的凝血效果，适用于各种的外科手术，包括水下凝血。 

3.本实用新型的高频电刀手术仪具有高性能射频功放，无需风扇散热，避免了风扇产生的空气对流对无菌环境的影响。 

4.本实用新型的高频电刀手术仪的安全性高：(1)整机性能参数和安全指标符合GB9706.1-2007《医用电气设备第一部分：安全通用要求》、GB9706.4-2009《医用电气设备 第二部分：高频手术设备安全专用要求》。(2)针对中性电极处的烧伤设计了安全回路极板监测系统。使用双极板时，回路极板监测系统可自动监测并评估患者体表与极板间的有效接触面积，接触阻抗超出安全范围时主机将自动切断功率输出并产生声光报警，以避免发生灼伤。 

5.本实用新型的高频电刀手术仪的可靠性好：关键部位选用进口元器件：，射频驱动管选用美国国家半导体公司产的LM395，该管带有过流、过热保护，射频输出变压器选用日本TDK公司产的高功率PC40磁环。显示驱动模块选用美国SUPERTEX公司产的HV53高亮度数码显示芯片，该芯片内含一个32位寄存器，具有信号锁存及段驱动功能。数模转换器选用美国MAXIM公司产的MAX500。模数转换器选用美国国家半导体公司产的ADC0838。为了使射频输出部分和数字电路之间的高度隔离，光耦合器选用美国OPTEK公司产的OPI1264，隔离电压10KV以上；高压继电器选用台湾产的LRL-102PCZ，线包和触点之间的隔离电压10KV以上。微处理板、功放板用电阻精度多在±1％。所有器件都经过严格筛选，使整机质量更可靠。 

6.本实用新型的高频电刀手术仪还具有使用方便的优点：(1)提供9组预置模式，可预先设定不同的手术操作模式与工作参数。(2)通用接口：所有接口均采用标准连接口径。 

附图说明

图1是本实用新型的功能框图。 

图2是本实用新型的微处理器控制电路图。 

图3是本实用新型的射频驱动、射频功放电路图。 

图4是本实用新型的显示电路图。 

图5是本实用新型的隔离控制电路图。 

图6是本实用新型的模数和数模转换电路图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述： 

如图1，一种高频电刀手术仪，包括微处理器、外围设备接口电路、波形发生器、音响放大电路、模数转换器、射频功放、隔离电路、电流取样电路、电压取样电路、回路极板监测电路、显示驱动电路和电源电路，所述回路极板监 测电路和电流取样电路通过模数转换器与微处理器连接，微处理器通过外围设备接口电路连接隔离电路，隔离电路与显示驱动电路连接，微处理器和外围设备接口电路连接波形发生器，波形发生器通过门驱动连接射频功放，射频功放通过电压取样电路连接音响放大电路。 

隔离电路还与键盘、手控和脚控连接。 

高频电刀手术仪还包括看门狗，所述微处理器和外围设备接口电路通过看门狗连接波形发生器。 

高频电刀手术仪还包括数模转换器和基极电压放大电路，音响放大电路通过数模转换器连接基极电压放大电路，基极电压放大电路连接射频功放。 

高频电刀手术仪还包括电源复位电路，电路复位电路分别连接微处理器和门驱动。 

本实用新型的高频电刀手术仪的的主要特点如下： 

1.本实用新型的高频电刀手术仪的按电击防护分类属I类CF型，具有对除颤放电效应防护的高频电子设备。 

2.正常的工作条件：(1)环境温度：10℃～40℃；(2)相对湿度：30％～75％；(3)大气压强：700hPa～1060hPa；(4)使用电源：220V±22V；50Hz±1Hz。 

3.额定输出功率 

本实用新型的高频电刀手术仪的工作在额定负载和额定电压情况下，由各工作模式测得的额定输出功率及其允许的误差范围，见表1。 

表1  本实用新型的高频电刀手术仪的额定输出功率表 

4.主载频率 

本实用新型的高频电刀手术仪的主载频率见表2。 

表2  本实用新型的高频电刀手术仪的主载频率表 

本实用新型的高频电刀手术仪的所选用的工作频率：单极纯切为416.7KHz±0.2％，单极混切为416.7KHz±0.2％，单极凝为520KHz+10％、-5％，双极凝为1050KHz±0.2％。 

电刀发展过程中，对于所用电流波形的选择主要依据实验与经验的积累，并没有严格的理论分析。从原理上讲，连续高频功率可持续提供能量以产生足够的热量适于切割。而调制波形输出的高频功率源提供随调制深度而变化的断续能量。由于切割效果和电凝效果主要由控制合适的电流密度而实现，因此波形只是控制切割或电凝功率的一种手段。 

电刀要求的功率变化幅度很大。精细的神经外科、眼外科或牙科，需要几瓦或几十瓦的双极凝功率。在普通外科中，切割功率需要30～100瓦，电凝则要求25～50瓦。如果在液体中手术，如经尿道前列腺电汽化，一般需要200瓦以上的切割功率和60瓦以上的电凝功率。任何工作模式，包括各独立输出可能被同时触发，当每种输出都在最大输出功率时，该功率在任何一秒内的平均值都不得超过400瓦。既满足临床需要，又符合国标要求，综合考虑后确定电刀功率为：单极纯切在额定负载300Ω下的实际输出功率0～300W可调，步长为1瓦；单极混切在额定负载300Ω下的实际输出功率0～180W可调，步长为1瓦；单极凝在额定负载500Ω下的实际输出功率0～120W可调，步长为1瓦；双极凝在额定负载50Ω下的实际输出功率0～50W可调，步长为1瓦。 

本实用新型的高频电刀手术仪的的硬件系统如下： 

1.微处理器控制电路 

由8031微处理器、外围设备接口电路、波形发生器、音频放大电路、数模转换器、模数转换器、电流取样电路、电压取样电路、回路极板监测电路、显示驱动电路、电源电路、隔离电路等组成。 

(1)8031微处理器 

4个8位口：P0、P1、P2、P3。 

①P0口：作为外部I/O通讯的8位数据线及与外部程序存储器相连的低位地址线。 

②P1口中，P1.0和P1.1用作产生EEPROM校正时所必需的连续读或写信号；P1.2和P1.3与数模转换器相连；模数转换器将电流和输出电压的反馈信号转换成数字形式送至P1.4和P1.5；P1.6和P1.7为显示驱动电路提供时钟和数据信号。 

③P2口为读取外部程序存储器和写入外部I/O的高位地址线。 

④P3口产生特殊信号来控制总系统。 

(2)可编程并行I/O扩展接口 

①8255芯片 

用于手控和脚控信号的输入；控制继电器和波形发生器、提供看门狗选通信号等。 

②8155芯片 

包含有音频放大电路所需的分频信号和射频使能、键盘扫描等。 

(3)波形发生器 

波形的产生是通过U3(8031)控制U27(27C256)执行某一波形发生程序，向移位寄存器U26(74LS166)的输入端按一定的规律发送数据。同时，经由缓冲器U22(74S140)每50nS输出一组波形。 

(4)音频放大电路 

由8155产生的方波控制音频，由数模转换器和LM324产生的直流电压来控制音量。 

(5)取样、监测电路 

①电流取样 

串接在+140V直流电压负端的电流取样电阻上获取的电压值(VI)与射频功放的工作电流成正比。当VI超过设定值时，经过电流反馈回路，使基极电压下降，射频功放电流保持在限定值内。同时，VI送至模数转换器与机器预先设定值比较，若超出值过大，系统自动停止输出。 

②电压取样 

射频输出变压器次级抽头⑤、⑥端，为电压反馈绕组：该电压整流滤波后，经电压反馈回路，根据需要控制基极电压上升或下降，这样射频输出电压将保持在限定值内。 

③回路极板监测电路 

在单极模式工作时，高频电流在手术电极和患者组织之间产生的热量才是手术所需的。当患者皮肤与电极板之间接触不良时，电流会在此间产生热量，烧伤皮肤。为此，设计了电阻检测电路，来监测电极板与患者皮肤的接触质量。在双极板中，接触电阻的范围：4Ω～180Ω，低于或超过此范围，机器保护，并停止射频输出。 

2.射频功率放大电路 

如图3所示。 

1)功率放大器(PA)是一个共射-共基放大器，由四只高压双极晶体管和一只低压功率场效应管组成。双极晶体管Q1～Q4的发射极分别与电阻R17～R20串联连接，然后各电阻并联连接在一起，电阻的公共点与Q5的漏极相连。由此组成的快速高压放大器分别受直流电压VBASE和幅度不变、脉宽可变的门信号BGATE控制。 

2)设备在待机(OFF)状态时，门信号BGATE近似接地，使Q5截止。没有漏极电流流过，因此双极晶体管基极或发射极没有电流流过。启动时，门信号BGATE迅速上升，场效应管Q5导通，迫使Q5漏极变为低电平。这样连在双极晶体管的电容开始充电，产生的基极电流大脉冲使晶体管Q1～Q4快速导通， 并将功率传送到输出电路。 

启动后，Q5一直导通，此时双极晶体管的集电极电流与VBASE信号控制的基极电流成正比。 

3)启动信号关断，门信号BGATE快速降至0V，Q5截止，并有效地将双极晶体管的发射极从电路中断开。集电极电流从晶体管中流出，然后流入基极上的电容。直至吸放完晶体管在导通期间所充的电荷。尔后，晶体管完全截止，停止送功率给输出电路。 

4)信号关断后，晶体管集电极的电压，可能升至射频电源电压(RFSUP)的数倍。因晶体管发射极现在开路，集电极和基极之间的电压最高，这种连接方式下，晶体管遭受二次击穿的机率较少。设计好基极旁路电容的容量，以便保证它们吸收启动信号关断时所存的电荷不超过Q5漏极电压限制。另外，这些电荷在下个周期可给基极充电，并能有效地阻止合成电量流入VBASE信号的供电电源。 

5)每只晶体管基极都有一个VBASE信号提供的驱动电流控制(缓冲)网络，每个晶体管的集电极和基极各自装有熔断器，让有故障的晶体管从电路中断开而不产生严重影响。瞬间电压抑制器P6KE12A可保护BGATE、VBASE、功率场效应管(Q5)在任一晶体管发生故障时，不受损坏，同时也限制了故障的破坏程度。每个晶体管的集电极都装有一只二极管(MUR4100)，让输出总线上的电压相对于地变成负的。 

6)在单极纯切方式下，门信号BGATE为固定的方波脉冲，VBASE变化范围为0.3～8.5V，用VBASE来控制纯切功率大小。单极混切下的输出功率控制，原理同单极纯切方式相似，只是BGATE信号调制产生的死区时间更长。单极凝方式下，VBASE为8.5V不变，只是BGATE信号调制产生的死区时间更长。 

7)双极凝方式下，VBASE为8.5V不变，改变每个周期下的脉冲个数来控制双极凝功率。 

3.电源电路 

(1)+12V、+5V供控制电路、显示电路、隔离电路等，如图6所示。 

(2)+140V供射频功放，如图3所示。 

4.显示电路 

如图4所示，采用高亮的数码显示技术电路由三片HV53组成。HV53内含一个32位移位寄存器，具有信号锁存及段驱动功能，并由逻辑电平“1”或“0”来驱动每个发光段亮或灭。 

5.隔离电路 

如图5所示，由DC-DC隔离变换器和光电耦合器组成。NE555产生80KHz的方波，驱动IRF520，在开关变压器次级产生的电压整流后约为4V，供给光耦合器，实现手控、脚控与8255之间的隔离。 

6.数模转换和模数转换电路 

如图6所示。 

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。 

Claims (5)

1.一种高频电刀手术仪，其特征是包括微处理器、外围设备接口电路、波形发生器、音响放大电路、模数转换器、射频功放、隔离电路、电流取样电路、电压取样电路、回路极板监测电路、显示驱动电路和电源电路，所述回路极板监测电路和电流取样电路通过模数转换器与微处理器连接，微处理器通过外围设备接口电路连接隔离电路，隔离电路与显示驱动电路连接，微处理器和外围设备接口电路连接波形发生器，波形发生器通过门驱动连接射频功放，射频功放通过电压取样电路连接音响放大电路。 

2.根据权利要求1所述的高频电刀手术仪，其特征在于所述隔离电路还与键盘、手控和脚控连接。 

3.根据权利要求1所述的高频电刀手术仪，其特征在于所述高频电刀手术仪还包括看门狗，所述微处理器和外围设备接口电路通过看门狗连接波形发生器。 

4.根据权利要求1所述的高频电刀手术仪，其特征在于所述高频电刀手术仪还包括数模转换器和基极电压放大电路，音响放大电路通过数模转换器连接基极电压放大电路，基极电压放大电路连接射频功放。 

5.根据权利要求1所述的高频电刀手术仪，其特征在于所述高频电刀手术仪还包括电源复位电路，电路复位电路分别连接微处理器和门驱动。 

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