CN212490131U - 阻抗自适应的等离子体手术系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及等离子体手术领域，其实施方式公开了一种阻抗自适应的等离子体手术系统，包括：等离子体刀头部件，用于将生成的等离子体作用于目标；所述手术系统还包括：反馈部件，用于基于所述等离子体刀头部件的工况生成反馈量；能量控制部件，被配置为基于所述反馈量确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。本实用新型的实施方式能够及时根据刀头部件的工况调节发射功率，并保持等离子体的持续激发。

Description

阻抗自适应的等离子体手术系统

技术领域

本实用新型涉及等离子体手术领域，具体地涉及一种阻抗自适应的等离子体手术系统。

背景技术

低温等离子体手术系统是新一代的电外科手术系统，可用于外科手术的软组织解剖、切除、止血和干燥，可以与内窥镜系统配合进行腔内手术或与影像系统配合开展介入治疗等，它消除了射频对医患的损伤和危害，并提高了手术的效率，同时还拥有适用于不同科室的不同外径、不同弯度和不同长度的各类电极。

使用等离子体手术系统进行手术时，等离子体手术系统的能量需要控制在一定范围内，现有等离子体手术系统输出的瞬间能量激发弱，不易激发等离子体，等离子体不易持续产生，会出现粘刀、手术刀切割不锋利、切割效率低等问题。

实用新型内容

为克服或至少部分克服上述技术问题，本实用新型提供了一种阻抗自适应的等离子体手术系统。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供了一种阻抗自适应的等离子体手术系统，包括：等离子体刀头部件，用于将生成的等离子体作用于目标；所述阻抗自适应的等离子体手术系统还包括：反馈部件，用于基于所述等离子体刀头部件的工况生成反馈量；所述反馈量与所述等离子体刀头部件的工作阻抗相对应；能量控制部件，被配置为基于所述反馈量确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。

优选的，所述能量控制部件包括比较部件和能量输出部件，所述阻抗比较部件包括第一比较器和第二比较器，用于基于所述反馈量确定所述能量控制部件处于小于所述第一比较器的第一基准量、大于所述第二比较器的第二基准量、以及处于所述第一基准量和第二基准量之间中的一种；所述第二基准量大于所述第一基准量；所述能量输出部件，用于基于控制信号确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。

优选的，将所述反馈量小于所述第一基准量对应的阻抗值的比较结果连接至所述能量输出部件的使能端，使所述能量输出部件的输出能量为0。

优选的，将所述反馈量处于所述第一基准量和第二基准量之间的比较结果连接至限流电路或者限压电路；所述限流电路或者限压电路使所述能量输出部件的输出能量为能量安全值。

优选的，将所述反馈量大于所述第二基准量的比较结果连接至单片机，所述单片机用于基于所述反馈量确定所述能量输出部件的输出能量。

优选的，所述单片机输出的控制信号为PWM信号，所述PWM信号接入电控开关的控制端，所述电控开关用于控制对所述能量输出部件的直流供电的接通和断开。

优选的，所述PWM信号的一个周期内的低电平持续时长恒定，一个周期内的高电平持续时长与所述反馈量具有对应关系。

优选的，所述PWM信号的频率为0-10Hz。

优选的，所述电控开关包括VMOS型开关或继电器型开关。

优选的，所述反馈部件包括以下中的一种或者组合：电流互感器、取样电阻和并联式取样单元。

通过上述技术方案，能够根据刀头部件的阻抗自动对输出功率进行控制，增强了手术效果，并解决了等离子体能量不易激发的问题。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的阻抗自适应的等离子体手术系统的连接示意图；

图2是根据本实用新型实施例的阻抗自适应的等离子体手术系统的结构图；

图3是根据本实用新型实施例的短路检测电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1是根据本实用新型实施例的阻抗自适应的等离子体手术系统的连接示意图，该方法可用于等离子体手术系统能量控制设备中，如图1所示，一种阻抗自适应的等离子体手术系统，包括：等离子体刀头部件，用于将生成的等离子体作用于目标；所述手术系统还包括：反馈部件，用于基于所述等离子体刀头部件的工况生成反馈量；等离子体手术系统的能量通过等离子体刀头部件作用于人体组织，刀头部件的工况是指刀头部件的工作环境，包括盐水浓度、组织阻抗和接触面积等。刀头部件作用目标的阻抗和电流呈反向相关关系。阻抗越小，输入的电流就越大，输出的功率就越高。反之，阻抗越大，输入电流就越小，输出功率就越低。因此可以采用对电流采样的方式得到与当前输出电流相关的采样电流，该采样电流即为反馈量。在一些场景中，反馈量可以为电压，其采样通过分压电阻实现。

能量控制部件，被配置为基于所述反馈量确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。手术系统的输出能量决定了系统内部能量提供模块的工作状态和刀头部件的作用效果。本实施方式通过确定输出至所述等离子体刀头部件的能量，不仅能够使系统内部的能量提供模块工作在合适的区间范围，还能在保证刀头部件的作用效果的前提下，实现对手术系统的异常状态下的保护。

通过本实施方式，能够控制手术系统的输出能量及时满足外部工况的变化，保证手术系统的持续工作能力，并提升工作的可靠性。

图2是根据本实用新型实施例的阻抗自适应的等离子体手术系统的结构图，如图2所示。在本实施方式中，所述能量控制部件包括比较部件和能量输出部件，所述阻抗比较部件包括第一比较器和第二比较器，用于基于所述反馈量确定所述能量控制部件处于小于所述第一比较器的第一基准量、大于所述第二比较器的第二基准量、以及处于所述第一基准量和第二基准量之间中的一种；所述第二基准量大于所述第一基准量；所述能量输出部件，用于基于控制信号确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。以上三种状态包括了手术系统的常见工况，通过对获取反馈量的判断，基于手术系统内部的控制电路或者控制逻辑，对输出能量进行控制。以下会分别对三种工况进行说明。

在一实施方式中，将所述反馈量小于所述第一基准量对应的阻抗值的比较结果连接至所述能量输出部件的使能端，使所述能量输出部件的输出能量为0。通过对使能端进行控制，则具有反馈迅速和节能的优点。该反馈量可以通过采样电路来实现，后续的处理采用处理电路来实现，例如：并联式的短路检测电路对输出电压进行电压取样，根据电压取样结果生成短路检测信号，然后将所述短路检测信号发送给单片机，所述单片机根据该短路检测信号控制与能量提供端的开关模块断开或闭合。当该开关模块断开时，可以使能量提供模块的输出能量为0，进而刀头部件的输出能量为0，以实现短路保护，提升手术系统的安全性。图3是根据本实用新型实施例的短路检测电路结构示意图，如图3所示，所述第十电阻R10的另一端和所述第十一电阻R11的另一端分别作为所述并联式短路检测电路的输入端的两端与所述等离子体能量输出模块连接，所述第一比较器A1的输出端作为所述并联式短路检测电路的输出端与所述单片机连接。

在一实施方式中，将所述反馈量处于所述第一基准量和第二基准量之间的比较结果连接至限流电路或者限压电路；所述限流电路或者限压电路使所述能量输出部件的输出能量为能量安全值。等离子体需要合适的激发阻抗以及相应的激发电压才能激发。在正常工作状态时，激发电压一般都能满足要求，但是阻抗值随着刀头部件的工况而变化。当获取的反馈量对应的阻抗值小于激发阻抗值时，则工作电流对应的输出功率会变大，此时需要进行输出能量保护，将输出能量限定于能量安全值之内，以保证等离子体的持续激发。

在一实施方式中，将所述反馈量大于所述第二基准量的比较结果连接至单片机，所述单片机用于基于所述反馈量确定所述能量输出部件的输出能量。除去前述的两种状态，该手术系统大多工作于正常状态。在本实施方式中，手术系统中的直流供电控制模块的输出电压有不同档位，如10个档位，每个档位对应不同的电压，例如最高档第10档对应65V，其余各档位依次递减，等离子体能量输出模块的输出端即为等离子体能量控制系统的输出端。该等离子体能量控制系统包括连接手术刀头和脚踏开关的外部接口，等离子体能量输出模块的输出端通过控制面板的外部接口可以连接不同型号的手术刀头，与等离子体能量控制系统输出端连接的手术刀头型号不同，手术刀头要求的能量也不同。相应地，等离子体能量控制系统输出的功率需要满足的峰值功率和功率曲线不一样。而不同型号手术刀头对应的峰值功率和功率曲线，可以由操作者根据实际需要设置，比如使用刀头A时，设置的峰值功率为300W，等离子体能量控制系统输出功率需要满足功率曲线A，峰值功率控制电路实时获取到取样电流后进行放大处理生成电压信号并发送给单片机，该电压信号实质对应的是刀头两极之间的实时阻抗。单片机根据接收到的电压信号就可以计算出满足峰值功率300W和功率曲线A时开关模块对应的工作周期，从而生成开关控制信号控制开关模块断开或闭合。不同的电压信号对应不同的预设峰值功率和预设的功率曲线。

在一实施方式中，所述单片机输出的控制信号为PWM信号，所述PWM信号接入电控开关的控制端，所述电控开关用于控制对所述能量输出部件的直流供电的接通和断开。具体的，对于同一型号的刀头，例如预设200欧姆为峰值功率点，那么当测得阻抗小于200欧姆时，单片机控制开关模块的工作周期为500ms左右，其中断开时间110ms左右。当测得阻抗为50欧姆时，为了适应预设的功率曲线，单片机控制开关模块的工作周期为140ms左右，其中断开时间110ms左右，使等离子体能量控制系统的输出功率始终控制在所需范围内。

以及进一步的，所述PWM信号的一个周期内的低电平持续时长恒定，一个周期内的高电平持续时长与所述反馈量具有对应关系。相比于现有技术，本实施方式中的工作周期由断开时间和工作时间组成，且在预设峰值功率不变时，即不改变档位，断开时间保持不变。当测得的阻抗低于等离子体的激发阻抗值时，只调节其工作时间的长短，使其工作时间变短，同时保持断开时间不变，从而使工作周期变短。在断开时间内，并通过直流供电控制模块对开关电路进行充电储能。本实用新型提供的实施方式可以根据预设的峰值功率和预设的功率曲线来调节开关模块的工作周期，由于阻抗低于等离子体的激发阻抗值时，开关电路断开蓄能，在一定范围内工作周期短，瞬时功率变大，爆发能量很强，能有效避免瞬间能量激发弱，不容易产生等离子体等问题。使用本实施方式中的手术系统在手术过程中，当手术刀头上附着有组织，即出现粘刀现象时，刀头阻抗发生变化，如果不解决粘刀问题，会严重影响手术效果，而本实施方式由于开关电路断开蓄能，瞬间激发能量时间短，利用瞬间能量产生的等离子体可以将附在刀头的组织打掉，快速解决粘刀问题，另外由于本实施方式可以持续输出等离子体能量，因此具有切割快、效率高的优势。

所述PWM信号的频率为0-10Hz，该频率能够满足大多数控制场合的需要。所述电控开关包括VMOS型开关或继电器型开关。当电控开关采用VMOS管可以使本实施例的可靠性更高，具有开关迅速，不易损坏，使用寿命长等特点。当采用继电器型开关时，所述继电器开关触点的两端分别作为继电器型开关模块的输入端和输出端串联在系统线路中，控制端接控制信号。

在一实施方式中，所述反馈部件包括以下中的一种或者组合：电流互感器、取样电阻和并联式取样单元。手术系统的工作电压和工作电流是对刀头部件工况的反应，而工作反馈部件生成的反馈量对工作电压和工作电流的反应。电流互感器、取样电阻和并联式取样单元具有不同的优点和应用场景，通过选用电流互感器、取样电阻和并联式取样单元等电气元件，能够得到较为准确的反馈量。

在一实施方式中，所述能量控制部件包括若干能量控制子部件，所述能量控制子部件分别执行所述短路状态、保护状态和正常状态中的能量输出控制。前述的能量输出控制可以由一个控制部件执行，也可以分别由多个控制部件执行。例如可以采用控制逻辑部件或者控制电路，两者各有优点。将短路状态的能量输出控制采用电路方式实施具有反应速度快的优点，可以采用图3中的电路进行实施。而保护状态和正常状态可以采用单片机控制的方式，以实施较为复杂的逻辑控制。

在一实施方式中，所述能量控制子部件包括单片机或比较器。控制逻辑中需要将反馈量对应的电阻与预设的短路阻抗值或激发阻抗值进行比较。如前所述，可以采用控制器或者控制电路进行实现。控制器实现的核心在于单片机，能够根据用户的需求来设置预设逻辑，执行判断功能。控制电路实现的核心在于比较器，能够对两个电气参量进行比较并输出结果，具有反应快速的优点。

本实施方式中技术方案能够基于刀头部件的实时工况控制能量输出，保持等离子体激发的稳定性，有效提升切割效率。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种阻抗自适应的等离子体手术系统，包括：等离子体刀头部件，用于将生成的等离子体作用于目标；其特征在于，所述阻抗自适应的等离子体手术系统还包括：

反馈部件，用于基于所述等离子体刀头部件的工况生成反馈量；所述反馈量与所述等离子体刀头部件的工作阻抗相对应；

能量控制部件，被配置为基于所述反馈量确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。

2.根据权利要求1所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，所述能量控制部件包括比较部件和能量输出部件，

所述阻抗比较部件包括第一比较器和第二比较器，用于基于所述反馈量确定所述能量控制部件处于小于所述第一比较器的第一基准量、大于所述第二比较器的第二基准量、以及处于所述第一基准量和第二基准量之间中的一种；所述第二基准量大于所述第一基准量；

所述能量输出部件，用于基于控制信号确定输出至所述等离子体刀头部件的能量。

3.根据权利要求2所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，将所述反馈量小于所述第一基准量对应的阻抗值的比较结果连接至所述能量输出部件的使能端，使所述能量输出部件的输出能量为0。

4.根据权利要求2所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，将所述反馈量处于所述第一基准量和第二基准量之间的比较结果连接至限流电路或者限压电路；所述限流电路或者限压电路使所述能量输出部件的输出能量为能量安全值。

5.根据权利要求2所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，将所述反馈量大于所述第二基准量的比较结果连接至单片机，所述单片机用于基于所述反馈量确定所述能量输出部件的输出能量。

6.根据权利要求5所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，所述单片机输出的控制信号为PWM信号，所述PWM信号接入电控开关的控制端，所述电控开关用于控制对所述能量输出部件的直流供电的接通和断开。

7.根据权利要求6所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，所述PWM信号的一个周期内的低电平持续时长恒定，一个周期内的高电平持续时长与所述反馈量具有对应关系。

8.根据权利要求6所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，所述PWM信号的频率为0-10Hz。

9.根据权利要求6所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，所述电控开关包括VMOS型开关或继电器型开关。

10.根据权利要求1所述的阻抗自适应的等离子体手术系统，其特征在于，所述反馈部件包括以下中的一种或者组合：

电流互感器、取样电阻和并联式取样单元。

Images