CN216317859U - 一种超声手术刀手柄、超声手术刀系统及手术用能量器械 - Google Patents

一种超声手术刀手柄、超声手术刀系统及手术用能量器械 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种超声手术刀手柄、超声手术刀系统及手术用能量器械，超声手术刀手柄包括手柄外壳及设置在手柄外壳内的手柄内核心电路、换能器及刀头，手柄内核心电路包括手柄内部数字电路控制核心、方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、DC/DC电源、超声发生器的功放模块、变压器、电流采样电路、电压采样模块、电流电压整形采样电路，手柄内部数字电路控制核心的输出端分别通过方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、DC/DC电源与超声发生器的功放模块电连接，超声发生器的功放模块的输出端与变压器的输入侧连接，变压器的输出侧与换能器及刀头电连接。本实用新型将换能器及其手柄内核心电路集成在手柄内，减小超声手术刀系统的体积。

Description

一种超声手术刀手柄、超声手术刀系统及手术用能量器械
技术领域
本实用新型涉及医疗设备领域，尤其涉及一种超声手术刀手柄、超声手术刀系统及手术用能量器械。
背景技术
超声手术刀采用超声能量在各种腔镜手术和常规手术中，用于软组织的止血性分离及组织凝结。随着微创外科手术的普及，超声手术刀已经成为一种常规手术器械，应用广泛。
现在市场上超声刀系统是由主机(超声波发生器)、手柄、刀具、换能器组成刀具需要借助外置的扭矩扳手完成安装(有线脚踏为可选项)，在手术前需要对手柄、刀具、换能器进行组装，并安装在主机上后使用。体积大，安装繁琐，主机、换能器、刀系统匹配离散度大，造成超声刀性能的一致性差、故障率高。
具体地，现有主机尺寸大约在长x宽x高(mm)，320x320x120。现有硬件方案采用模拟放大电路，效率较低，发热巨大，需要大的散热片及大体积变压器。另外由于主机离医生较远，需要使用大尺寸显示屏，同时需要较大尺寸扬声器使得医生能听清楚提示音。功率档位转化需要通过护士实现。
现有主机体积、重量大的原因包括：
1.延用陈旧的系统架构：早期的系统架构主机是独立的(没有集成需求)；
2.选用常用的电子器件：市场常用的电子器件体力大、散热多，手柄空间不够且散热极难解决(散热的解决极有可能会增加产品的体积和重量)；
3.电磁兼容的解决受限：体积、重量的苛求，使得电磁兼容的解决在技术上困难重重(电磁兼容的解决极有可能会增加产品的体积和重量)。
具体地，手术室空间有限，设备繁多，现有超声刀采用独立主机，占用手术室空间，需定期/不定期维护，且维护程序复杂，易出纰漏(现场维护条件有限制，若返厂维修则费用较高)。
具体地，现有超声刀安装十分繁琐，需要使用扭矩扳手，有六步操作：1.换能器插入手柄；2.旋转刀具；3.插入扭矩扳手；4.旋转扭矩扳手；5.退出扭矩扳手；6.主机通电、开机。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种超声手术刀手柄、超声手术刀系统及手术用能量器械，将换能器及其手柄内核心电路集成在手柄内，减小超声手术刀系统的体积。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种超声手术刀手柄，其特征在于，包括手柄外壳及设置在手柄外壳内的手柄内核心电路、换能器及刀头，其中，所述手柄内核心电路包括手柄内部数字电路控制核心、方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、可调DC/DC电源、超声发生器的功放模块、变压器、电流采样电路、电压采样模块、电流电压整形采样电路，其中，所述手柄内部数字电路控制核心的输出端分别通过方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、可调DC/DC 电源与所述超声发生器的功放模块电连接，所述超声发生器的功放模块的输出端与所述变压器的输入侧连接，所述变压器的输出侧与所述换能器及刀头电连接；
所述电流采样电路被配置为对所述变压器的输入侧进行电流采样，所述电压采样模块被配置为对所述变压器的输入侧进行电压采样，所述电流电压整形采样电路的输入端分别与电流采样电路、电压采样模块电连接，所述电流电压整形采样电路的输出端与所述手柄内部数字电路控制核心电连接。
进一步地，所述超声发生器的功放模块包括全桥或半桥驱动输出电路、功率电感和电容，所述全桥或半桥驱动输出电路为GaN开关器件搭建的输出电路；
所述功率电感与电容串联形成LC滤波电路，所述LC滤波电路并联在所述全桥或半桥驱动输出电路的两端。
进一步地，所述手柄内部数字电路控制核心为MCU或FPGA，所述方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路被配置为根据所述手柄内部数字电路控制核心的指令而产生预设频率的开关驱动信号；
所述超声发生器的功放模块的全桥或半桥驱动输出电路根据所述开关驱动信号输出相应的功率信号。
进一步地，所述功率电感、电容的电感值与电容值的谐振频率与超声手术刀系统预设的工作频率适配，且所述功率电感的电感值、电容的电容值大小与超声手术刀系统预设的输出电压和电流参数相适配。
进一步地，所述手柄内部数字电路控制核心通过DC线缆与外置电源适配器连接，所述可调DC/DC电源被配置为将外置电源适配器输出的DC电源调节至预审的电压大小。
进一步地，所述变压器具有反馈绕组，所述电压采样模块被配置为检测所述反馈绕组的电压；和/或
所述变压器为电流环变压器。
进一步地，所述手柄内核心电路布设在多块电路板上，所述多块电路板、换能器及刀头设置在所述手柄外壳内部，所述刀头被配置为与刀具可拆卸连接。
进一步地，所述多块电路板层叠设置在所述手柄外壳的手把内腔中，所述变压器设置在所述手柄外壳的尾端。
另一方面，本实用新型提供了一种超声手术刀系统，包括刀具、电源适配器以及如上所述的超声手术刀手柄，所述刀具与所述超声手术刀手柄的刀头连接，所述电源适配器与所述超声手术刀手柄的手柄内部数字电路控制核心电连接。
再一方面，本实用新型提供了一种手术用能量器械，包括手柄外壳及设置在手柄外壳内的手柄内核心电路、换能器，其中，所述手柄内核心电路包括手柄内部数字电路控制核心、方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、可调DC/DC电源、能量发生器的功放模块、变压器、电流采样电路、电压采样模块、电流电压整形采样电路，其中，所述手柄内部数字电路控制核心的输出端分别通过方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、可调DC/DC电源与所述能量发生器的功放模块电连接，所述能量发生器的功放模块的输出端与所述变压器的输入侧连接，所述变压器的输出侧与所述换能器及刀头电连接；
所述电流采样电路被配置为对所述变压器的输入侧进行电流采样，所述电压采样模块被配置为对所述变压器的输入侧进行电压采样，所述电流电压整形采样电路的输入端分别与电流采样电路、电压采样模块电连接，所述电流电压整形采样电路的输出端与所述手柄内部数字电路控制核心电连接。
本实用新型采用以下方案进行克服：
1.整体体积与重量：使用新型小型化高集成数字芯片及周边芯片，尽可能选择表贴器件，同时增大PCB双面的器件比例，通过多层板，盲埋孔等手段增加器件密度。同时可通过板间堆叠的工艺，实现多块PCB的堆叠，尽可能的增加表面可放置器件面积，缩小整体体积。同时对功率器件，电感，变压器，选择新型的高频性能好磁损小的新型磁芯，减小体积的同时控制发热。开关器件，选择新型高效率GaN或SiC代替传统MOS管，进一步减小开关损耗，减小发热及器件体积，铝镁合金材料或高导热塑料顶壳散热。
2.发热：相对传统的超声驱动模拟功放，A类，B类，AB类功放等，采用新型的数字开关功放，开关器件本身功放大大降低，提升整体工作效率，降低发热损耗。针对发热器件，通过涂抹导热胶，或导热硅脂片等绝缘导热材料，将热量传导至散热铜片或金属外壳 (铝镁合金材料或高导热塑料)。另外在适当发热部位放置温度传感器，实时监控系统温度，在极限工况发生过热的时候，通过限制输出功率，发出警报等方式保证手术的持续运行及安全性。
3.EMC：因为超声刀为高频能量设备，EMC中的空间辐射有较高风险。本实用新型将驱动板放入了手柄，减少了传统方案中的从主机到换能器中的一根高频功率长线，减少了这跟长线的天线效应对外辐射的高频骚扰，从而不需使用磁环，减小器件体积。因为本实用新型使用开关类数字功放，故会产生超声频率的各个倍频的谐波，这些谐波容易造成新的辐射干扰，本实用新型在开关输出进行了例如LC滤波等滤波以减少功率驱动的高频分量。另外本实用新型从外置电源适配器同时引入了PE地线，在部分电路或整体外壳，进行接入PE的屏蔽以减少对外的辐射骚扰。金属外壳同时达到对外散热和电磁屏蔽的作用。
本实用新型的有益效果包括：1.主机集成入手柄中携带方便；2.不占用手术室空间； 3.手柄重复使用，实现环保要求；4.实现换能器，主机匹配，保证切割速度一致。
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，下面将对实施例或现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中记载的一些实施例，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是本实用新型超声手术刀系统的结构示意图。
图2是本实用新型超声手术刀手柄的爆炸图。
图3是本实用新型超声手术刀手柄的结构示意图。
图4是本实用新型去除外壳后的超声手术刀手柄局部结构示意图。
图5、6是本实用新型连接器的结构示意图。
图7是本实用新型调节螺母的结构示意图。
图8是本实用新型弹片式旋钮的结构示意图。
图9A、9B、9C是本实用新型换能器握持结构的示意图。
图10是本实用新型胶片形状的示意图。
图11-15是本实用新型刀具的示意图。
图16是本实用新型双槽设计的示意图。
图17是本实用新型套管结构示意图。
图18A-18C是本实用新型保护套的结构示意图。
图19是本实用新型NFC设置示意图。
图20-图24是本实用新型超声手术刀系统的使用方法示意图。
图25是本实用新型手柄内核心电路、换能器及刀头等效电路的示意图。
图26-图29是本实用新型换能器中部滑环与前壳滚花齿的结构示意图。
其中，附图标记包括：1000-手柄、10-变压器、20-换能器、30-调整螺母、40-波簧、50-滑套、60-弹簧、70-销轴、80-滑块、90/70-销轴、100-连接器、110-右壳体、120-胶盖-右、130.PCB组(功率板/控制板)、140.顶盖、150.透窗、160.功能键、170.显示板、180.旋钮外圈、190.齿型圈、200.弹片、201.前壳、202.胶环、203.胶垫、204.螺钉、205.变幅杆芯、206.前密封圈、207.中壳、208.后密封圈、209.前隔离圈、210.旋钮内套、211.导电环(2x)、212.后隔离圈、213.后壳、220.NFC支架组、230.喇叭、240.销轴、250.弹簧、260.压杆、270.压架销、280.前按键FPC组、290.前按键、300.手把、310.压架、320.弹簧、330.压架销、 340.胶盖-左、350.左壳体、360.销轴、370.铰链、380.PCB组(控制板/功率板)、390.接触子、400.线缆、410.卡套、500.刀具组成套管、502-NFC线圈、502A-线圈、502B-芯片、503- 尾套、504-胶销、505-刀杆、506-外管、507-钳夹组、508-护套、509-销、510-内管、511- 胶圈
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
本实用新型新设计的系统架构由高度集成的一体手柄(集成了超声发生器、换能器和扭矩扳手)、刀具、电源适配器和可选的无线控制脚踏组成。体积小、重量轻、携带方便、方便管理。其中，一体手柄可以至少使用50次；刀头为一次使用，且安装方便。
本实用新型把完整的主机小型化后，整合到了一体手柄里。未来可以实现手术室的标准化供电，即标准三极直流供电(正极、负极和地线)。一体手柄自带计次和提示功能，方便操作和管控。
本实用新型极简的刀具安装，只需三步完成(插入、旋转，扭矩钮锁紧)。本实用新型通过NFC芯片识别刀具及其参数，保证与系统的动态匹配，确保系统输出的一致性。同时，可记录本次手术系统工作信息，供术后术者和工程师对术中的情况进行统计、分析。本实用新型听觉、视觉双重系统提示，方便人机互动。术者(医生/操作者)可根据患者手术需求，单手调整调节挡位等功能，无需其他人的协助。
本实用新型新的系统架构从设计上保证了更低的故障率和更高的一致性。
实施例
本实用新型的整体布局
本实用新型提出的超声刀手柄的整体布局如图3所示，旋钮8置于手柄头部，带光源显示功能键7及显示屏6置于手柄顶部靠前位置，手术中医生通过按压功能键7可自行调整低功率档的发射功率，PCB功率板3及显示板5。显示板5在待机时，可显示按键大小档功率档位，刀头耗材情况，系统工作状态等。工作时，可显示系统工作状态。当发生报警时，可通过文字图像提示具体故障类型。显示屏可配合喇叭的语音提示，使得用户更加清晰明确了解系统工作的各种状态。手柄顶部，在功率板上部设计一个导热系数良好的顶盖8(金属或导热材料)用于功率板3的散热，变压器1置于手柄尾端，PCB控制板14置于手把内腔内，喇叭12置于按键10后端，音孔向下，按键10置于手柄前部，其中上部为高功率档，下部位低功率档，手把13在如图位置。手把13通过手指按压，向后移动，通过铰链带动滑块后移，带动连接器11后移，连接器带动刀具的内管向后移动，从而带动刀具钳夹闭合，手指按压释放后，弹簧16实现各个件复位，刀具钳夹张开。
在手柄前部有NFC线圈9实现与刀具NFC通讯目的。在手柄外部有两个弹性橡胶片，作用有两个：1.在刀具与换能器螺纹拧紧时起到握持换能器不旋转作用；2.控制压片压下连杆压头抬起，连接器卡勾可张开。本实施例中的手柄尺寸参数为长x宽x高(mm)＝167.5x33x145。
本实用新型手柄与刀具的连接机构
手柄与刀具可靠连接是实现系统正常工作必要条件，本实用新型公开了一种可靠连接的机构，能够保证刀具与手柄可靠连接，如图4所示。
具体地，手柄连接器100是手柄与刀具500连接的关键零件，连接器100安装在滑块80凸缘孔内，刀具通过连接器前部卡勾与刀具内管510沟槽嵌入连接，当把手300以轴 240为心逆时针转动，带动铰链370，通过销轴70，克服复位弹簧60压力，带动滑块80 向右移动，滑块带动滑套经波簧到螺母，带动连接器右移，连接器卡勾带动刀具内管右移，刀具内管带动刀具钳夹使其与刀杆头接触上，此为第一阶段实现钳夹闭合。第二阶段，此时钳夹已经与刀头接触，当手把继续转动，滑块带动滑套右移压迫弹簧，弹簧此时被压缩，并形成弹簧压力，压力经螺母传递到连接器，连接器通过刀具内管传递给钳夹，钳夹把力传递给刀杆，在刀杆与钳夹间就形成了压力，这个力就是夹持力。复位：把手张开，弹簧 60推动滑块复位。压杆260(左右各一)为连接器卡勾(左右各一)提供一个侧向压力，以保证连接器卡勾与内管沟槽可靠地连接，工作时不脱出，拆刀具时按动胶片120压杆另一端被压下，压杆绕轴270旋转一定角度，压头抬起，压力释放，连接器卡勾可脱离刀具内管沟槽。刀具内管约束释放，拧开与换能器螺钉，连接刀具可以从手柄上取下。
本实用新型连接器及相关零件
连接器：本实用新型中的连接器设计为套形零件结构，如图5所示，具有两个弹性臂 100C，在弹性臂的头部有两个如图梯形形状的卡勾100D，中间有一个接台100B，尾部有螺纹100A，臂100E导向作用。(图6)具体地连接器100右侧安装上一个滑块80，滑块具有一个凸缘80A，凸缘有一个孔80B，孔80B与与滑套50小径间隙配合，可带动滑套50 向右轴向移动从而压迫弹簧40右移，并提供一个压迫力，滑套50是一个接台套，滑套内孔与连接器右侧轴间隙配合，滑套可沿着连接器轴向滑动，小端顶在连接器接台右面，在滑套大端安装有波簧40也可普通弹簧，抵在滑套大端右面，在弹簧右侧面安装有调节螺母30，螺母可调节弹簧预紧压力，该螺母(图7)具有外径滚花30A及六角形30B，可同时满足手调节或扳手调弹簧40预紧力，其上开有1个小孔30C，安装调整完成后小孔内点胶，用来防松。
压杆240，260分别压在连接器两个卡勾上，为卡勾提供一个侧向力以保证卡勾安装进刀具内管510沟槽内不脱开，压杆侧向力分别由两个弹簧250提供。
扭矩钮：本实用新型中的扭矩钮为弹片式旋钮，其自带扭矩扳手功能，除具有旋钮控制刀头角度功用外，还有扭矩扳手作用，保证刀具与手柄换能器连接在一定的力矩范围内。如图8所示，其由旋钮内圈210；弹片200(2X)；旋钮外圈180；齿型圈190组成。
扭矩钮旋钮内圈210与刀具连接，旋钮内圈设计有8个槽，除与刀具8棱安装实现刀具定位作用外，有四个槽，形成4个弹性臂210A的作用，旋钮外圈180安装时弹臂压下，安装后弹臂弹起。
本实用新型中的弹片式旋钮，内圈210固定外圈180旋转，两个弹片凸起缘200A，沿齿槽190A向出槽方向挤出，此时弹片凸起缘200A被压弯，实现一定力矩下脱离旋钮外圈齿型圈190内槽。金属弹片寿命长，可靠；齿型圈190特佛龙涂层，保证润滑和接触弹片摩擦系数稳定，从而保证力矩的稳定性。
换能器握持结构：如图9A、图9B所示，换能器与刀杆安装需要换能器20不旋转，本实用新型在手柄上装配橡胶压片120、340与换能器前壳201直纹滚花配合，通过拇指和食指压下橡胶片120、340，胶片上的滚花齿，嵌入前壳201滚花齿中，实现换能器20 不旋转目的，安装完毕松开手指胶片，胶片120、340复位，换能器恢复可旋转的状态。胶片形状不限于圆形可能会有多种形状，如图10所示。
换能器中部滑环与前壳滚花齿：如图H1所示，换能器通过两根线缆,传递电信号激发压电陶瓷片，本实用新型手柄设计一个弹性接触子390装配在手柄上，接触子的2个弹子与换能器中部的两个导电环211接触，实现电的传送，本设计优点是装配简单，2个导电环211、2个隔离圈套入换能器中壳右端，尾壳压入中壳，就实现导电环与隔离圈轴向固定。
具体地：如图H3所示，换能器前壳201的滚花齿与手柄胶压片啮合防转(创新)，中壳 207左与前壳过盈配合把变幅杆固定。中壳207右侧轴装上隔离圈209，212，两个导电环211；导电环与隔离圈分别在径向均布4等分凸起209A、212A或凹槽211A，用于防止导电环与壳体转动两个导电环焊接有两个导线，导线与变幅杆导线焊接，图H14中，205A，205B变幅杆导线需穿过后壳体213的小孔后与导电环导线焊接；孔与导线点胶密封后后壳体与中壳过盈压入装配完成。(后壳体装配时，后壳凸起213要与导电环凹槽对正)。本实用新型设计特点零件加工容易，装配简单。
本实用新型中的刀具
本实用新型中的刀具500的组成如图12所示，刀具刀杆505在节点处包有多个胶环与内管510壁支撑，实现径向定位，刀杆505、内管510、外管506、尾套503通过胶销 504连接一体，套管501起到固定和保护胶销504和NFC线圈502不脱落的作用，内管510 在尾部开有长槽510A，内管510沿着长槽510A与销504可左右滑动(图13)，内管前部方孔510B(X2)带动钳夹脚507A(X2)沿钳夹销509转动(图15)，从而实现钳夹507与刀杆505 闭合和张开，钳夹与刀杆形成的压力是超声手术刀夹持力。
内管：本实用新型中的内管510如图12所示，内管功用是手柄通过此管传递一个固定力实现钳夹的张合。内管尾部双沟槽结构，第一胶环起到与外管支撑作用，第二沟槽510C是与手柄连接重要结构，长孔510A可实现内管与销钉左右移动。创新点-双槽设计，特别是沟槽510C实现与手柄1000快速连接，达到内管移动带动钳夹转动，实现钳夹闭合及力的传递作用。
套管：本实用新型中的套管结构如图17所示，套管头部设计有8棱503A与手柄钮8槽相配合，实现轴向和径向定位。NFC线圈及芯片也置于槽503B内，503为销连接孔。创新点：8棱503A装配结构，NFC线圈及芯片置于套管槽503B上实现与手柄1000的识别通讯。
保护套：本实用新型中的保护套508如图12、18所示，保护套功用是避免手术中组织液，血渍渗透到手柄旋钮内，造成清洗困难。保护套置于刀具外管上，手术前安装完刀具后，把此保护套套上手柄旋钮上，从而实现对旋钮保护作用。创新点(附图18A)：在保护套左端设计有直径0.8圆环508A，实现保护套与刀具外管的密封，右端设计有1.5圆环 508C用来与旋钮的密封，为了取下方便设计有手拉线508C，方便手术后取下。保护套材料为高弹性橡胶，如天然橡胶或聚亚安酯或其它高弹性塑胶材料。密封圈尺寸也可有多种尺寸组合。附图18B为另一种形式的保护套，无棱形状，通过弹性变形，实现与扭矩钮贴合密封。保护套的另一种形式，进一步为防止血渍、污渍沾到手柄，设计一个全手柄保护套如图18C所示，配合图18C或18B一同使用使用。
具体地，手柄保护套可能用不同两种透明橡胶材料-高弹性或一般弹性材料，手柄套前端可有与手柄前端(刀具)配合的孔，孔的周缘有圆形护边508F，防止安装或拆卸护套撕破，虚线508G中间可分开(图中箭头方向)，装配时此虚线位分开，以利于避开手柄把手的阻碍，在虚线位置设计有可密封拉锁508E,也可扣边结构代替拉锁结构。手柄装配后，拉锁拉上实现了对手柄的密封。此套手术前使用，手术后即可废弃，能够更有效地阻止血渍、污渍进入手柄，造成手柄清洗困难。
NFC：本实用新型中的NFC模块集成于PCB板380内，天线220位于手柄前部位置。NFC芯片位于刀头尾部503。当刀头正常安装在手柄后，NFC模块与NFC芯片通信成功。NFC芯片内可存储多种刀具信息，包括但不限于刀头频率，振幅，Q值等参数。同时NFC 芯片内可储存刀头出厂唯一ID，刀头型号，出厂日期，使用次数,使用时长等多种刀头信息。手柄在获取这些信息后，可识别假冒及使用过的刀头，保证刀具的真伪及一次性使用。同时，根据刀头参数信息，使得手柄驱动出更合适的功率，达到更好的匹配及使用效果。在刀具使用过后，手柄NFC模块会将使用信息写入刀头NFC芯片，避免此刀头被重复使用。
本实用新型提出的超声刀使用方法包括以下步骤：
手柄装上手柄保护套600。刀具500的套管(连接器)503按图示20插入扭矩钮(弹片式旋钮)内，套管503A的8个凸棱插入扭矩钮内套的8个槽202A内，当有阻力时候说明刀具刀杆505(图21)与换能器螺钉204(图21)端面相触，此时拇指、食指同时压橡胶片120、 340(图21)
胶片120/340滚花齿与换能器前壳201滚花齿相触，换能器20转动被约束(图21)，胶片变形同时压住压杆260尾部(图22)，压杆260以轴270为心转动，压杆260头克服弹簧250弹力脱离连接器260，此时连接器260卡勾可抬起(图22)。
顺时针旋转刀具500或手柄扭矩钮外圈180，刀杆505螺孔顺时针拧入换能器螺钉204 上(图23)，刀具内管510推动手柄连接器卡勾100D抬起，直到卡勾进入内管100沟槽内，此时，刀杆505端面与与换能器变幅杆端面205相抵，顺时针旋转扭矩钮外圈180，钮扭矩的扭矩功能工作，扭矩钮带动刀具500与换能器螺钉拧紧，力矩传递到刀杆和换能器端面，实现了规定力矩螺纹连接，这个力矩保证刀具与换能器可靠连接，松开拇指食指，胶片脱离换能器前壳滚花齿，换能器恢复可旋转，手柄与刀具安装完毕，套上保护套508，最后把手柄插头插入适配器(图1)，接通适配器电源，以上准备完毕后，激发前按键290、功能键160检查系统状况，激发前按键290喇叭230会发出激发提示音，按压功能键160，按键内LED会显示不同模式对应的的颜色，此时手柄NFC220与刀具NFC芯片502通讯，对刀具进行编码识别，根据刀的编码，匹配输出功率，通讯匹配完成后(刀具安装后，手柄内主控芯片与刀具NFC芯片成功握手建立通信，读取NFC芯片内各种刀头信息，包括但不限于产品ID、已使用次数、刀头工作功率、刀头工作频率等信息后，成功读取信息且信息有效后，手柄内主控芯片判定刀头为有效刀头，认为匹配程序完成，可进入待机等待激发工作。)，系统可进行手术操作。操作者可通过功能键160选择工作模式，工作模式可在显示屏(150)观看到。当系统发生故障时，喇叭230会发出报警提示音，同时显示屏150会提示故障代码。
系统工作如图图24所示，按压手把300，手把以销轴240为心，带动铰链370，通过销轴70带动滑块80克服复位弹簧60弹力右移，滑块80带动滑套50并经波簧40带动螺母30，螺母30与连接器100连接一体，连接器100右移，连接器卡扣100D带动刀具内管 510，内管510带动钳夹507绕销轴逆时针转转，钳夹与刀杆505接触，继续按压手把300，由于钳夹507受到刀杆510阻力停止旋转，内管510停止移动，滑块80继续右移带动滑套50，滑套50压迫波簧40(弹簧)波簧40被压缩并把压缩力传递到螺母30，螺母30连接器100把波簧40压迫力传递到刀具内管510，内管510把力传递给钳夹507，钳夹把力压向刀杆505，这样刀杆505与钳夹507间就形成压力，此力即为为夹持力。如果组织在钳夹507与刀杆505间，此时就可激发按键290，通过控制板380把功率板的电经接触子390(图 H1))传给导电环211(图H1)，导电环211把电传递给换能器变幅杆205陶瓷片，陶瓷片产生高频超声振动，超声振动通过变幅杆放大传到刀具刀头，从而实现对于组织的切割，(前按键290上按键为大功率键主要用来切割组织，下按键为小功率键，主要用来血管凝闭) 当组织被切断或血管凝闭后，停止激发按键290，释放手把300，此时在复位弹簧60作用下，滑块80左移波簧40复位，滑块80继续左移并带动连接器100经刀具内管510到达钳夹507，钳夹507张开，完成此次闭合、张开循环。多次重复以上过程，即可完成手术(也有不闭合钳夹507，激发按键290切割的情况，不单独介绍)。
刀具拆卸：断开适配器电源，手柄线缆插头从适配器取下，拉出保护套508，使保护套508脱离旋钮，按压胶片120、340，逆时针旋转扭矩钮外圈180，刀具刀杆505与换能器螺钉204松开，刀杆螺孔与换能器变幅杆螺钉204完全脱开后，手握刀具500外管拉出刀具，待刀具与手柄脱离，手指停止按压胶片，拆下手柄保护套，拆卸完毕。刀具，保护套，手柄保护套一次性使用，手柄擦拭经灭菌消毒，重复使用。
本实用新型中的核心电路和换能器及刀头等效电路，具体如下：
110为外置电源适配器，将交流市电转换为24V 36,48V或其他直流电压。
120为手柄内部核心电路。110和120通过2芯DC线缆或3芯DC线缆+PE地线连接。
130为手柄内部数字电路控制核心，可以为MCU或FPGA或其他处理器及其配套数字电路，控制着系统的超声刀正常运行，及声音显示等其他数字功能。
140为方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路。130发出指令让140产生130所需频率的全桥或半桥的开关驱动信号。
150为130控制的可调DC/DC电源，可将110输出的DC电源，调至系统所需的电压大小，输出至160使用。
160为140驱动的全桥或半桥驱动电路，可由高性能MOS管组成，也可使用高性能GaN或SiC开关管，提高系统效率。
170为功率电感L1，180为高性能电容C1。170和180组成高性能滤波整流电路，将160输出的方波功率型号，滤成正弦信号。此电路中，挑选170的电感与180电容值，谐振与超声系统工作频率附近，可使系统输出获得一定恒流特性。根据系统的输出电压电流要求，可调整170电感值和180电容值大小。
190为变压器。变压器将输出的功率信号放大到超声换能器所需要的电压大小，同时变压器起到了隔离作用，将系统电源和接触患者或可能接触患者应用部分隔离开，起到了安全隔离的作用。变压器的变比需配合170和180的值，使得系统最终输出合适的值。同时变压器具有反馈绕组，起到反馈输出电压的作用。
210为电流采样电路。可采用电流环变压器，或小阻抗采样电阻串联等方式采集。
200为电流电压整形采样电路，收集190和200反馈的电压电流信号，并整形采样输出给120电路，让120根据这些信息调整超声频率及电压大小。
220整体为超声换能器及刀头的等效电路。230C2为系统静电容，240L2和250C3及260R1组成的串联谐振系统，决定了系统的工作频率及输出功率。因为C2的存在，会使得变压器前的电压和电流采样的值和相位和240L2和250C3及260R1组成的串联谐振系统的状态产生偏差，所以在190变压器的设计中，其变压器自感的值需根据C2值设计，使得二者产生并联谐振，互相抵消。
所述手柄内核心电路(120)由第一PCB和第二PCB组成；第二PCB主要为130及140等数字电路组成，第一PCB主要为功放电路。实际也可根据需要不同拆分。
换能器及刀头等效电路(220)非实际电路，是换能器(20)及刀具(500)组成的振动模型的等效电路。
应当理解，本实用新型中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要说明的是，在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
本实用新型中的上、下、前、后、内均以附图为参考，为清楚地描述本实用新型而使用的相对概念，并不构成对权利要求范围的限制。例如图16内管角度90度及沟槽尺寸，不限于90度，图5卡勾角度45度及相关尺寸，不限于45度等等。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声手术刀手柄，其特征在于，包括手柄外壳及设置在手柄外壳内的手柄内核心电路(120)、换能器及刀头，其中，所述手柄内核心电路(120)包括手柄内部数字电路控制核心(130)、方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路(140)、可调DC/DC电源(150)、超声发生器的功放模块、变压器(190)、电流采样电路(210)、电压采样模块、电流电压整形采样电路(200)，其中，所述手柄内部数字电路控制核心(130)的输出端分别通过方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路(140)、可调DC/DC电源(150)与所述超声发生器的功放模块电连接，所述超声发生器的功放模块的输出端与所述变压器(190)的输入侧连接，所述变压器(190)的输出侧与所述换能器及刀头电连接；
所述电流采样电路(210)被配置为对所述变压器(190)的输入侧进行电流采样，所述电压采样模块被配置为对所述变压器(190)的输入侧进行电压采样，所述电流电压整形采样电路(200)的输入端分别与电流采样电路(210)、电压采样模块电连接，所述电流电压整形采样电路(200)的输出端与所述手柄内部数字电路控制核心(130)电连接。
2.根据权利要求1所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述超声发生器的功放模块包括全桥或半桥驱动输出电路(160)、功率电感(170)和电容(180)，所述全桥或半桥驱动输出电路(160)为GaN开关器件搭建的输出电路；
所述功率电感(170)与电容(180)串联形成LC滤波电路，所述LC滤波电路并联在所述全桥或半桥驱动输出电路(160)的两端。
3.根据权利要求2所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述手柄内部数字电路控制核心(130)为MCU或FPGA，所述方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路(140)被配置为根据所述手柄内部数字电路控制核心(130)的指令而产生预设频率的开关驱动信号；
所述超声发生器的功放模块的全桥或半桥驱动输出电路(160)根据所述开关驱动信号输出相应的功率信号。
4.根据权利要求2所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述功率电感(170)、电容(180)的电感值与电容值的谐振频率与超声手术刀系统预设的工作频率适配，且所述功率电感的电感值、电容的电容值大小与超声手术刀系统预设的输出电压和电流参数相适配。
5.根据权利要求1所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述手柄内部数字电路控制核心(130)通过DC线缆与外置电源适配器连接，所述可调DC/DC电源(150)被配置为将外置电源适配器输出的DC电源调节至预审的电压大小。
6.根据权利要求1所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述变压器(190)具有反馈绕组，所述电压采样模块被配置为检测所述反馈绕组的电压；和/或
所述变压器(190)为电流环变压器。
7.根据权利要求1所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述手柄内核心电路(120)布设在多块电路板上，所述多块电路板、换能器及刀头设置在所述手柄外壳内部，所述刀头被配置为与刀具可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的超声手术刀手柄，其特征在于，所述多块电路板层叠设置在所述手柄外壳的手把内腔中，所述变压器(190)设置在所述手柄外壳的尾端。
9.一种超声手术刀系统，其特征在于，包括刀具、电源适配器以及如权利要求1-8中任一项所述的超声手术刀手柄，所述刀具与所述超声手术刀手柄的刀头连接，所述电源适配器与所述超声手术刀手柄的手柄内部数字电路控制核心(130)电连接。
10.一种手术用能量器械，其特征在于，包括手柄外壳及设置在手柄外壳内的手柄内核心电路(120)、换能器，其中，所述手柄内核心电路(120)包括手柄内部数字电路控制核心(130)、方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路(140)、可调DC/DC电源(150)、能量发生器的功放模块、变压器(190)、电流采样电路(210)、电压采样模块、电流电压整形采样电路(200)，其中，所述手柄内部数字电路控制核心(130)的输出端分别通过方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路(140)、可调DC/DC电源(150)与所述能量发生器的功放模块电连接，所述能量发生器的功放模块的输出端与所述变压器(190)的输入侧连接，所述变压器(190)的输出侧与所述换能器及刀头电连接；
所述电流采样电路(210)被配置为对所述变压器(190)的输入侧进行电流采样，所述电压采样模块被配置为对所述变压器(190)的输入侧进行电压采样，所述电流电压整形采样电路(200)的输入端分别与电流采样电路(210)、电压采样模块电连接，所述电流电压整形采样电路(200)的输出端与所述手柄内部数字电路控制核心(130)电连接。
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