CN216495515U

CN216495515U - 用于防止超声刀断刀的控制系统

Info

Publication number: CN216495515U
Application number: CN202122294894.8U
Authority: CN
Inventors: 刘青; 姚银峰; 顾林飞
Original assignee: BJ ZHF Panther Medical Equipment Co Ltd
Current assignee: BJ ZHF Panther Medical Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-09-23

Abstract

本申请公开了一种用于防止超声刀断刀的控制系统。包括：AC‑DC转换模块，输入端与交流电网电气连接，输出端与超声驱动模块的输入端电气连接；超声驱动模块；控制模块，分别与超声驱动模块以及释压模块电气连接，用于实时获取超声驱动模块输出的反馈信号，以获取超声刀的当前工作电流；将当前工作电流与预定的电流限制值进行比较；在工作电流大于所述电流限制值的情况下，发送切入信号给所述释压模块；释压模块，与控制模块受控连接，用于接收控制模块发送的切入信号，根据切入信号控制与所述AD‑DC转换模块的输出端导通，以降低所述超声驱动模块的输入电压。本申请通过控制切入释压模块来对AD‑DC转换模块中电容存储的能量进行释放，使电压快速下降。

Description

用于防止超声刀断刀的控制系统

技术领域

本申请涉及超声刀技术领域，特别涉及一种用于防止超声刀断刀的系统。

背景技术

超声切割止血刀即超声刀，是80年代末期开始在国外应用于外科手术的一种新的医用器械。超声刀由主机、手柄、刀头、脚踏板等主要部件组成。手柄中有一个换能器，把超声刀驱动模块提供的高频电能转换成超声机械振动能，并将它传递至刀头的同时传递超声能量，对组织进行止血切割或凝固，刀头的振动频率约为55.5kHz。大功率的超声波能够使与刀头接触的组织细胞在瞬间水分气化，蛋白质氢键断裂，细胞崩解从而切开组织，由机械振动引起的摩擦热能在切开组织的同时进行凝固止血。

目前超声刀在设计能量输出路径为AC-DC-AC。即将交流电网中的交流AC电通过开关电源转换成直流电DC，再利用超声驱动模块把直流电DC转换到超声刀所需的交流电AC信号。在AC转换到直流DC过程避不可免的要用到电容滤波，由此电容会存储能量。当超声刀位于高档位切割较厚的组织细胞时，超声刀是处于高负载运行状态，此时直流电压比较高，电容存储的电荷多，而当超时刀切割到最后，在切断组织细胞的一瞬间时由于组织细胞的厚度变小，系统负载会忽然变小，由此电容中存储的多余能量只能以电流的形式通过超声刀头释放掉。这样就会造成超声刀电流会急剧上升，该电流由超声刀驱动柄压电陶瓷晶片转换成超声刀的振动，当该振动超过刀头振幅上限时，就会会造成超声刀头出现微裂缝，无法使用，即导致超声刀断刀。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于防止超声刀断刀的控制系统，主要目的在于解决目前存在的当切割组织突然变薄时，超声刀容易出现断刀的问题。

为解决上述问题，本申请提供一种用于防止超声刀断刀的控制系统，包括：

一种用于防止超声刀断刀的控制系统，其特征在于，至少包括：

AC-DC转换模块，输入端与交流电网电气连接，输出端与超声驱动模块的输入端电气连接，用于输出直流电压给所述超声驱动模块；

所述超声驱动模块，用于对AC-DC转换模块输出的直流电压进行调制，获得超声刀所需的超声驱动信号；

控制模块，分别与所超声驱动模块以及释压模块电气连接，用于实时获取所述超声驱动模块输出的反馈信号，以获取超声刀的当前工作电流；将所述当前工作电流与预定的电流限制值进行比较；在所述工作电流大于所述电流限制值的情况下，发送切入信号给所述释压模块；

所述释压模块，与所述控制模块受控连接，用于接收所述控制模块发送的切入信号，根据所述切入信号控制与所述AD-DC转换模块的输出端导通，以降低所述超声驱动模块的输入电压。

可选的，所述控制模块还与AC-DC转换模块电气连接，用于根据电参数实时动态的控制AC-DC转换模块的输出电压。

可选的，在所述工作电流大于所述电流限制值的情况下，所述控制模块还用于：发送关闭信号给所述超声驱动模块，以控制关闭所述超声驱动模块，停止超声刀能量输出。

可选的，在所述工作电流大于所述电流限制值的情况下，所述控制模块还用于：发送关闭信号给所述AC-DC转换模块，以降低AC-DC转换模块的输出电压。

可选的，用于防止超生刀断刀的控制系统还包括采样模块，所述采样模块的输入端与所述超声驱动模块输出端电气连接，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端电气连接；

所述采样模块用于：实时采集所述超声驱动模块输出的反馈信号，获得采样数据；将所述采样数据发送给所述控制模块；

可选的，所述控制模块还用于：对采样模块发送的所述采样数据进行数据处理，获得电参数；基于所述电参数获得所述当前工作电流。

可选的，用于防止超生刀断刀的控制系统还包括计时模块，所述计时模块与所述控制模块电气连接；所述计时模块用于接收控制模块发送的切入信号，以对所述释压模块的切入时间进行计时，在计时时间达到预定时间的情况下发送计时结束信号给所述控制模块，以使所述控制模块控制所述释压模块切出。

可选的，所述控制模块还用于：获取AC-DC转换模块输出的初始电压值；获取释压模块中释压电阻的阻值；基于所述初始电压值、所述释压电阻的阻值以及预设的安全电压计算获得所述预定时间；将所述预定时间发送给所述计时模块。

本申请中的用于防止超声刀断刀的控制系统，通过对超声刀的工作电流进行实时监控，并通过设定一个最大的电流限制值，当超过该电流限制值时，会控制切入释压模块来对AC-DC转换模块中电容存储的多余能量进行额外的辅助释放，使其快速下降，由此能够防止超声刀断刀的情况发生。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为超声刀工作过程中电流转换的示意图；

图2为本申请一实施例中用于防止超声刀断刀的控制系统的结构框图；

图3为本申请实施例中释压电路的电路图。

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。

本实施例中，超声刀的工作过程可以如图1所示：AC-DC转换模块将电网输入的交流电AC转换成直流电DC，并输出给超声驱动模块，超声驱动模块将该直流电转换成超声刀所需的超声驱动信号AC(即转换成交流电)，最后通过超声刀接口将该驱动信号输出给超声刀，超声刀驱动柄压电陶瓷晶片将驱动信号(交流电AC)转换成超声刀的振动。

本实施例中提供的一种用于防止超声刀断刀的控制系统，如图2所示，包括：

AC-DC转换模块，AC-DC转换模块，输入端与交流电网电气连接，输出端与超声驱动模块的输入端电气连接，用于输出直流电压给所述超声驱动模块。在具体实施过程中，在交流电网与AC-DC转换模块之间还设置有双路保险丝。

工作电源转换模块，输入端与所述AC-DC转换模块的输出端电气连接，输出端与所述控制模块电气连接，用于为所述控制模块提供供电电源。

本实施例中，所述控制模块还与AC-DC转换模块电气连接，用于根据电参数实时动态的控制AC-DC转换模块的输出电压。

本实施例中的AC-DC转换模块具体包括AC-DC网电转直流模块以及DC-DC转换模块(超声电源转换模块)，用于防止超声刀断刀的控制系统还包括采样模块。该DC-DC转换模块用于提供超声驱动模块的工作电源，即该DC-DC转换模块的输入端与AC-DC网电转直流模块的输出端电气连接，DC-DC转换模块的输出端与超声驱动模块的输入端电气连接。采样模块的输入端与所述超声驱动模块输出端电气连接，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端电气连接。本实施例中，控制模块具体可以为DSP处理器，采样模块具体可以为DSP处理器中的高速AD，即采用DSP处理器中的高速AD来实时采集超声驱动模块输出的超声驱动信号，获得采样数据；然后将所述采样数据发送给所述DSP处理器中的数字信号处理单元，来对所述采样数据进行处理，例如进行傅里叶变换处理，获得电参数；基于所述电参数获得所述当前工作电流。这样，当工作电流大于电流限制值时，DSP处理器发送切入信号给释压模块，就可以在DC-DC转换模块与超声驱动模块之间控制切入释压模块，释压模块根据所述切入信号控制与所述DC-DC转换模块的输出端导通，以降低所述超声驱动模块的输入电压。

在具体实施过程中，可以先设定的电流限制值。具体可以根据预定比例以及最大正常工作电流来确定。由于一般的钛合金材料刀头振幅极限值为120um。例如正常系统工作最大电流控制在0.44A，此时刀头振幅为80um左右；由此可以设定电流限制值为正常工作最大电流的112％(预定比例为112％)，则计算获得电流限制值大约为0.5A，而在电流值为0.5A时，刀头振幅为90um左右，因此不会超出最大振幅120um，不会造成断刀的问题发生。

如图3所示，释压模块的电路结构为：至少包括光耦合器O1以及MOS管Q1，光耦合器O1中二极管的正极通过电阻R1与3.3V电源电气连接，光耦合器O1中二极管的负极作为释压模块的控制端和控制模块电气连接，光耦合器O1中的受光器C的输入端作为其中光耦合器O1的电源端、与12V电源电气连接，光耦合器O1的输出端通过电阻R2与12V电源电气连接，光耦合器O1的输出端还通过电阻R3与MOS管Q1的栅极G电气连接，MOS管Q1的源极S接地，MOS管Q1的漏极D通过释压限流电阻R4与DC-AC转换模块的输入端电气连接。由此，通过发送切入信号给释压模块的控制端，就可以将释压模块切入到超声电源转换模块与超声驱动模块之间，或者将释压模块切入到AC-DC转换模块与超声驱动模块之间，利用电阻R4来限流并释放电荷，从而快速减低超声驱动模块的输入电压。

本申请中的防止超声刀断刀的控制系统具体可以应用于如下场景中：

(1)超声刀高档位在水中运行，突然提升到水面上。

(2)超声刀高档位切割组织，松开钳口，但是仍然处于激发状态。

(3)超声刀高档位切割组织，刀头加力上挑，切断的时刻。

当超声刀处于上述(1)、(2)和(3)中的任意场景时，通过对超声刀电流进行实时监控，并通过设定一个最大的电流限制值，当超过该电流限制值值时，DSP处理器一方面会发送关闭信号给超声驱动模块以及AC-DC转换模块，以控制关闭所述超声驱动模块和AC-DC转换模，停止超声刀能量输出，同时还会发送切入信号给释压模块，以利用切入释压模块来对AC-DC转换模块中电容存储的多余能量进行额外的辅助，使其快速下降，由此能够防止超声刀继续激发时断刀的情况发生。

在上述实施例的基础上，为了保证后续超声刀的切割工作，在控制释压模块切入之后，还需要对释压模块的切入时间进行计时，在计时时间达到预定时间的情况下控制所述释压模块切出。即本实施例中的用于防止超声刀断刀的控制系统还包括计时模块，所述计时模块与所述控制模块/DSP处理器电气连接；所述计时模块用于接收控制模块发送的切入信号，以对所述释压模块的切入时间进行计时，在计时时间达到预定时间的情况下发送计时结束信号给所述控制模块，以使所述控制模块控制所述释压模块切出。

具体的，DSP处理器还用于：获取AC-DC转换模块输出的初始电压值；获取释压模块中释压电阻的阻值，例如通过人工输入的方式来获得，即由人工来给定释压电阻的阻值；至少基于所述初始电压值、所述释压电阻的阻值以及预设的安全电压计算获得所述预定时间；将所述预定时间发送给所述计时模块。即，在计算出切入的预定时间t时，具体需要先获取AC-DC转换模块输出的初始电压值；然后获取释压模块中释压电阻的阻值；至少基于所述初始电压值、释压电阻的阻值以及预设的安全电压计算获得所述预定时间t。具体的计算公式为t11＝RC*Ln[V0-V1]，其中R为释压电阻的阻值，C为AC-DC转换模块中的等效电容。例如当R＝100Ω，C＝47uF,V0＝125V,V1＝25V时，计算获得：t11＝RC*Ln[V0-V1]＝100*47*Ln100≈21644us，即获得t11≈21ms。在设置预定时间t时，可以将t的时间设置为20ms，因为超声驱动模块也存在释放通道，也会释放一小部分电压。当然也可以根据实际需要对预定时间t进行调整。

本实施例在具体实施过程中，用于防止超声刀断刀的控制系统还可以包括系统辅助模块，该模块主要处理人机交互和声音报警。具体可以包含按键处理模块(例如处理键盘、手控和脚踏等外设等)、视屏展示模块和音频报警模块。

本申请通过对超声刀电流进行实时监控，并通过设定一个最大的电流限制值，当超过该电流限制值时，会控制切入释压模块来对AC-DC转换模块中电容存储的多余能量进行额外的辅助释放，使其快速下降，由此能够防止超声刀断刀的情况发生。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种用于防止超声刀断刀的控制系统，其特征在于，至少包括：

所述释压模块，与所述控制模块受控连接，用于接收所述控制模块发送的切入信号，根据所述切入信号控制与所述AC-DC转换模块的输出端导通，以降低所述超声驱动模块的输入电压。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块还与AC-DC转换模块电气连接，用于根据电参数实时动态的控制AC-DC转换模块的输出电压。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述工作电流大于所述电流限制值的情况下，所述控制模块还用于：发送关闭信号给所述超声驱动模块，以控制关闭所述超声驱动模块，停止超声刀能量输出。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述工作电流大于所述电流限制值的情况下，所述控制模块还用于：发送关闭信号给所述AC-DC转换模块，以降低AC-DC转换模块的输出电压。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括采样模块，所述采样模块的输入端与所述超声驱动模块输出端电气连接，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端电气连接；

所述控制模块还用于：对采样模块发送的所述采样数据进行数据处理，获得电参数；基于所述电参数获得所述当前工作电流。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括计时模块，所述计时模块与所述控制模块电气连接；所述计时模块用于接收控制模块发送的切入信号，以对所述释压模块的切入时间进行计时，在计时时间达到预定时间的情况下发送计时结束信号给所述控制模块，以使所述控制模块控制所述释压模块切出。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块还用于：获取AC-DC转换模块输出的初始电压值；获取释压模块中释压电阻的阻值；基于所述初始电压值、所述释压电阻的阻值以及预设的安全电压计算获得所述预定时间；将所述预定时间发送给所述计时模块。