CN220512905U - 一种高频手术系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高频手术系统，包括主电源模块，用来输出直流电压信号；主控模块，控制全桥驱动波形发生电路将所述直流电压信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号；全桥输出模块，将所述具有预定脉宽的脉冲信号转换为方波脉冲信号；功放谐振模块，用来接收所述方波脉冲信号，并输出高压的正弦波信号；功放变压模块，用于将谐振后的高压正弦波信号进一步放大通过负载输出。输出功率较低，能够在不用接触到人体表面就输出能量，分散能量，接触到体表的电流较低，凝血范围大且凝血效果好。

Description

一种高频手术系统

技术领域

本实用新型涉及高频手术系统，属于医疗器械技术领域。

背景技术

高频电刀自1920年应用于临床至今，经过90多年的发展，因其相对传统手术刀的巨大优越性而广泛应用在现代医疗领域。目前，高频能量平台在外科领域里使用场景很多，在该类高频能量平台里，选择合适的放电条件以提高放电效率，特别是输出电压、电流特性对于手术中的凝血效果和凝血面积的影响，已经成为技术难点。

传统的高频电刀凝血是调制输出为脉冲类型的正弦波信号，在电极输出为非连续的正弦波信号，电压较低，需要将电极接触到体表才能输出，凝血面积小。当电极接触面过大时还会存在凝不住的现象，电极接触到体表还存在能量过大导致电极接触面产生难以愈合的伤口，具有一定的风险。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种高频手术系统，其中包括主电源模块，用来输出直流电压信号；

主控模块，控制全桥驱动波形发生电路将所述直流电压信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号；

全桥输出模块，将所述具有预定脉宽的脉冲信号转换为方波脉冲信号；

功放谐振模块，用来接收所述方波脉冲信号，并输出高压的正弦波信号；

功放变压模块，用于将谐振后的高压正弦波信号进一步放大通过负载输出。

进一步，所述功放谐振模块还包括谐振电感以及第一脉冲谐振电容以及用来隔离直流分量的第二隔直电容，所述谐振电感和所述第一隔直电容以及所述功放变压模块中包含的变压器第一绕组串联，所述第一脉冲谐振电容和所述功放变压模块中包含的变压器第一绕组并联。

进一步，所述功放变压模块还包括变压器和第三匹配电容以及第四匹配电容，所述第三匹配电容一端和所述变压器第二绕组一端串联，所述第三匹配电容另一端为第一谐振功放输出端；所述第四匹配电容一端和所述变压器第二绕组另一端串联，所述第四匹配电容另一端为第二谐振功放输出端。

进一步，所述功放谐振模块还包括至少一个负载电容，所述负载电容一端和所述第一功放变压输出端相连，另一端和所述第二功放变压输出端相连。

进一步，所述全桥驱动波形发生电路包括，第一电阻，一端与所述控制器连接，另一端和第一与非门一端连接，所述第一与非门另一端和第三与非门一端连接，所述第三与非门另一端输出给所述全桥输出模块；

第二电阻，一端和所述控制器连接，另一端和第二与非门连接，所述第二与非门另一端和第四与非门一端连接，所述第四与非门另一端输出给所述全桥输出模块；

所述第三与非门和所述第四与非门连接；

第三电阻，一端和所述控制器连接，另一端和所述第三与非门以及所述第四与非门连接。

进一步，还包括谐振输出采样模块，采集所述谐振功放模块信号，所述谐振输出采样模块输出信号给所述控制器，所述控制器根据所述信号调整所述电源输出。

进一步，所述谐振输出采样模块由信号转换模块，精确整流模块，信号放大模块串联而成。

有益效果

本实用新型设计的高频手术系统，用于外科手术领域在内窥镜手术模式中可以大面积凝血，在负载上输出为高压正弦脉冲信号，电流较小，能够在电极输出端电解空气，产生的热能作用于组织，进行凝血，从而达到类氩气喷凝输出的效果。由于输出功率较低，能够在不用接触到人体表面就输出能量，分散能量，接触到体表的电流较低，所以凝血范围大且凝血效果很好。

本实用新型喷凝方法在实际临床应用上，尤其在一些血管密度较高的组织器官处，能够较快且有效的凝固大面积的出血，解决了因为接触面积过大凝血效果差或者功率过大导致的难恢复性创伤的问题。

附图说明

图1为本实用新型高频手术设备的喷凝系统组成框图。

图2为全桥驱动模块、全桥输出模块、功放谐振模块和功放变压模块的电路图。

图3为谐振输出采样模块的电路图。

图4为系统输出电压波形。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细描述。

实施例

如图1所示，本实用新型提供了一种基于高频手术设备的喷凝系统包括主电源模块，用来输出直流电压信号给全桥输出模块；主控模块控制全桥驱动波形发生电路将可调直流电压信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号；全桥输出模块将具有预定脉宽的脉冲信号转换为方波脉冲信号输出给功放谐振模块；功放谐振模块将方波脉冲信号谐振升压为正弦波信号后经过功放变压模块进一步升压后输出正弦波脉冲信号给负载。可选的，本实用新型中的主电源模块接收的电压主要来自市电输入的交流电压然后转化为可调的直流高电压信号输出，辅助电源模块接收的电压主要来自市电输入的交流电压然后转化为稳定的直流低电压输出。

本实施例中电压脉冲信号为200VDC(伏直流电压)/0.5A(安培)，能够持续的输出。

可选的，本实施还包括谐振输出采样模块，功放变压模块输出端与谐振输出采样模块输入端连接。谐振输出采样模块对谐振功放模块的输出电压信号、电流信号或功率信号中的至少一种信号进行采样并输出至控制器。

主控模块进行运算并将结果通过输出端1与电源模块输入端连接，以调节电源输出；通过输出端2与全桥驱动波形发生电路输入端连接，控制全桥驱动波形发生电路，用来将直流电压信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号。

如图2所示，全桥驱动模块、全桥输出模块、功放谐振模块和功放变压模块的电路图，其中全桥驱动模块电路图，由四个与非门U1-U4，电阻R11，R12，R13组成，其中：第一电阻R11一端接控制器的输出，另一端接第一与非门U1的两个输入端，二者串联后输出至第三与非门U3的一个输入端，第二电阻R12的一端接控制器的输出，另一端接第三与非门U3的另一输入端和第四与非门U4的一个输入端，经第三与非门U3处理后得到信号PWM1；第三电阻R13一端接控制器的输出，另一端接第二与非门U2的两个输入端，二者串联后输出至第四与非门U4的另一输入端，经与第四非门U4处理后得到信号PWM2；PWM1，PWM2输出给全桥输出模块，用于驱动系统谐振网络中全桥输出模块中的4个三极管。U1，U2，U3，U4四个与非门组成逻辑门电路；第一电阻R11，第三电阻R13用于接收控制器发出的互补方波，第二电阻R12用于接收控制器发出占空比可变的PWM；经逻辑门后输出占空比可控的互补方波，即PWM1和PWM2。

全桥输出模块电路由四个场效应管Q1-Q4组成，其中Q1与Q2串联，将Q1的栅极接全桥驱动模块输出的PWM1信号，Q1的漏极接电源VCC，Q1的源极与Q2的漏极相连接，Q2的栅极接全桥驱动模块输出的PWM2信号，Q2的源极接地；Q3与Q4串联，将Q3的栅极接全桥驱动模块输出的PWM2信号，Q3的漏极接电源VCC，Q3的源极与Q4的漏极相连接，Q4的栅极接全桥驱动模块输出的PWM1信号，Q4的源极接地；Q1的源极和Q3的源极为全桥输出模块的两个输出口，此输出作为功放谐振模块的输入，将具有预定脉宽的脉冲信号转换为方波脉冲信号。

功放谐振模块电路由谐振电感L1和隔直电容C5、C6组成，Q3的源极输出与第一隔直电容C5串联，C5的另一端接至变压器T1的一端，第二隔直电容C6与变压器T1第一级绕组的两端相连接，第二隔直电容C6起滤除直流分量的作用；变压器T1第一级绕组的另一端与谐振电感L1的一端相连，谐振电感L1的另一端和Q1源极相连接，此模块用来接收所述方波脉冲信号，并输出高压的正弦波信号。

功放变压模块电路由变压器T1和电容C7、C8、C9、C10、C11组成，变压器T1的第二级绕组一端与第一匹配电容C7一端串联，另一端与第二匹配电容C8一端串联，第一匹配电容C7的另一端为第一谐振功放输出端A，第二匹配电容C8的另一端为第二谐振功放输出端B，本实施例中，T1、C7、C8组成升压网络，其作用是功放谐振正弦交流电升压，第一匹配电容C7和第二匹配电容C8用来调节输出阻抗特性。功放变压模块还包括至少一个负载电容，可选的，本实施例中，三个负载电容为C9、C10、C11组成谐振功放模块输出的假负载，负载电容C9的一端接第一谐振功放输出端A，负载电容C11的一端接第二谐振功放输出端B，负载电容C9、C10、C11彼此依次串联。谐振功放输出端A、B输出一定频率、Vp-p为8000V的调制正弦波。其中，负载电容C9、C10、C11串联组成的假负载做谐振网络输出端阻抗匹配用。

如图3所示为系统谐振输出采样模块的电路图，系统谐振输出采样模块由信号转换模块，精确整流模块，信号放大模块串联而成。

其中，信号转换模块由变压器T2和电阻R6组成，电阻R6两端接至变压器T2的次级绕组两端，在本实施例中，T1为变比50：1，其作用是将谐振网络输出的电流、电压信号经T1降压；电阻R6的作用为将电流信号转换为电压信号。

全波整流模块主要由运放U4A、U4B、D1、D2、R1、R2、R3、R5、R4、R7和C1组成，其中D1，D2是串联关系，在高频过零正弦波中交替导通与运放U4B构成负反馈，电阻R7与D1串联关系，形成正弦波负压部分的负反馈回路；电阻R4、R7、R1、R2与运放U4A组成信号放大部分，其中电阻R1和R2并联关系，作为信号放大作用的匹配电阻。

信号放大模块将全波整流模块转换的直流信号放大后供单片机采样；其中电阻R8，R9并联作信号放大系数匹配作用；第三匹配电容C12与电阻R9并联做信号滤波用。

本实施例提供的一种基于高频手术系统的喷凝输出方法，如图1所示包括主电源模块，辅助电源模块，全桥输出模块，功放谐振模块，功放变压模块，全桥驱动模块，输出采样模块、控制器和负载；所述方法包括以下步骤：

S1，辅助电源模块接收市电输出的交流电信号，输出低压直流电压信号给各模块供电；

S2，主电源模块接收市电输出的交流电信号，输出高压可调直流电信号给全桥输出模块；

S3，控制器控制全桥驱动电路将直流电压信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号；

S4，全桥输出模块将具有预定脉宽的脉冲信号转变为方波脉冲信号；

S5，谐振功放模块将方波脉冲信号进行谐振升压后，将原先的方波脉冲信号转变为正弦波脉冲信号；

S6，功放变压模块将正弦波脉冲信号再经过一次升压后输出给负载电离空气；

S7，输出采样模块采集功放变压模块反馈的电流、电压信号，计算功率值；

可选的，还包括输出采样模块，采集功放变压模块的信号，控制器接收采集的信号，调节所述电源模块的输出功率，信号包括电流、电压或功率中的至少一种。

本实施例实现的高频手术系统，系统脚踏指令为切凝状态时，控制器开始配置电源模块输出50V用于喷凝启动电压，经过输出采样模块采集输出电压电流计算采样输出功率，功率低于设定功率将提升电源输出电压，在凝的模式下阻抗较高，采样计算得出的功率值偏低，控制器控制主电源模块的提升输出电压至200V，在该种模式下，主电源输出的电压持续稳定在200V，控制器控制驱动波形发生电路，将电源模块输出的直流电信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号。

图4为经过两次放大以后最终在电极端输出的电信号波形，输出Vp-p为8kV的脉冲正弦波形，能量在电刀标准阻抗下为30W，伤害性较低，不会因为能量过大产生难以恢复性的创伤，电压远高于一般的高频电刀，凝效果明显好于一般的高频电刀。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种高频手术系统，其特征在于：包括

主电源模块，用来输出直流电压信号；

主控模块，控制全桥驱动波形发生电路将所述直流电压信号调制为具有预定脉宽的脉冲信号；

全桥输出模块，将所述具有预定脉宽的脉冲信号转换为方波脉冲信号；

功放谐振模块，用来接收所述方波脉冲信号，并输出高压的正弦波信号；

功放变压模块，用于将谐振后的高压正弦波信号进一步放大通过负载输出。

2.根据权利要求1所述高频手术系统，其特征在于：所述功放谐振模块还包括谐振电感以及第一隔直电容以及用来隔离直流分量的第二隔直电容，所述谐振电感和所述第一隔直电容以及所述功放变压模块中包含的变压器第一绕组串联，所述第一隔直电容和所述功放变压模块中包含的变压器第一绕组并联。

3.根据权利要求1所述高频手术系统，其特征在于，所述功放变压模块还包括变压器和第三匹配电容以及第四匹配电容，所述第三匹配电容一端和所述变压器第二绕组一端串联，所述第三匹配电容另一端为第一谐振功放输出端；所述第四匹配电容一端和所述变压器第二绕组另一端串联，所述第四匹配电容另一端为第二谐振功放输出端。

4.根据权利要求1或2所述高频手术系统，其特征在于，所述功放谐振模块还包括至少一个负载电容，所述负载电容一端和第一功放变压输出端相连，另一端和第二功放变压输出端相连。

5.根据权利要求1项所述高频手术系统，其特征在于，所述全桥驱动波形发生电路包括：

第一电阻，一端与控制器连接，另一端和第一与非门一端连接，所述第一与非门另一端和第三与非门一端连接，所述第三与非门另一端输出给所述全桥输出模块；

第二电阻，一端和所述控制器连接，另一端和第二与非门连接，所述第二与非门另一端和第四与非门一端连接，所述第四与非门另一端输出给所述全桥输出模块；

所述第三与非门和所述第四与非门连接；

第三电阻，一端和所述控制器连接，另一端和所述第三与非门以及所述第四与非门连接。

6.根据权利要求1所述高频手术系统，其特征在于，还包括谐振输出采样模块，采集所述功放谐振模块信号，所述谐振输出采样模块输出信号给控制器，所述控制器根据所述信号调整电源输出。

7.根据权利要求6所述高频手术系统，其特征在于，所述谐振输出采样模块由信号转换模块，精确整流模块，信号放大模块串联而成。