用于超声设备的数字控制的系统和方法技术方案

本发明专利技术题为“用于超声设备的数字控制的系统和方法”。本发明专利技术公开了一种超声换能器和发生器组件以及用于控制所述组件的方法。所述方法包括在所述换能器处感测电流信号和电压信号，对所述电压信号进行微分运算，将所述微分后的电压信号乘以本体电容值以确定本体电容电流信号，确定所述电流信号和所述本体电容电流信号之间的差异以确定与所述换能器的机械运动相对应的动生电流信号，基于所确定的动生电流信号和所述本体电容电流信号来确定更新的本体电容值，基于所述动生电流信号来生成换能器信号，并且利用所述换能器信号驱动所述换能器。所述方法还可包括使用带通滤波器对所述电流信号和所述本体电容电流信号之间的差异进行滤波。可使用最小均方自适应滤波器来确定所述更新的本体电容。

【技术实现步骤摘要】
用于超声设备的数字控制的系统和方法
技术介绍
1.
本公开一般涉及超声设备，并且更具体地讲，涉及超声设备的数字控制。2.
技术介绍
超声外科器械用于治疗许多医疗状况，诸如组织的去除以及血管的烧灼和密封。利用超声波的切割器械通过超声换能器生成振动，并且将其沿着切割刀片的纵向轴线进行传输。通过沿着刀片的长度传输超声波，在刀片的端部产生高速纵向机械运动。这些外科器械是有利的，因为传递到刀片端部的机械振动有效地切割有机组织并且同时使用由机械振动产生的热能凝固组织。这种外科器械非常适用于微创手术，诸如内窥镜或腹腔镜手术，其中刀片通过套管针到达手术部位。对于每种切割刀片，存在一个或多个周期性驱动信号，这些信号使得换能器以谐振频率机械振动，以用于提供沿着刀片长度的超声波。谐振导致刀片末端的优化运动，并因此在手术过程中获得最佳性能。但是，产生有效的切割刀片驱动信号并非易事。例如，施加到切割工具上的频率、电流和电压必须全部受到动态控制，因为这些参数随着工具使用过程中施加在刀片上的不同负载而变化。
技术实现思路
本公开的一个方面涉及一种用于控制换能器和发生器组件的方法。该方法包括在换能器处感测电流信号和电压信号，对电压信号进行微分运算，将微分后的电压信号乘以本体电容值以确定本体电容电流信号，确定电流信号和本体电容电流信号之间的差异以确定与换能器的机械运动相对应的动生电流信号，基于所确定的动生电流信号和本体电容电流信号来确定更新的本体电容值，基于动生电流信号来生成换能器信号，以及利用换能器信号驱动换能器。另一方面，该方法还包括放大电流信号或电压信号，从而增加换能器信号的幅度。在另一方面，该方法包括确定动生电流信号的相位，并且基于动生电流信号的相位来改变换能器信号的频率。在另一方面，该方法包括在将换能器信号提供给换能器之前确定本体电容的初始值。在又一方面，该方法包括使用最小均方自适应滤波器来确定更新的本体电容。在另一方面，该方法包括使用归一化最小均方自适应滤波器来确定更新的本体电容。在另一方面，使用零延迟中值滤波器对电压信号进行滤波，并使用零延迟微分器对电压信号进行微分运算。在另一方面，该方法包括对电压信号进行采样以获得电压数据，并且其中对电压信号进行微分运算包括基于所采样的电压数据来确定电压信号的变化率。在又一方面，对电压信号进行滤波，对电压信号进行采样以及确定电压信号的变化率不会导致大于预定阈值的时间延迟或相位失真。在另一方面，该方法包括至少部分地基于动生电流信号的相位来确定换能器信号的频率。在另一方面，该方法包括确定电压信号的均方根电压，确定电流信号的均方根电流，以及基于均方根电压和均方根电流来确定平均功率和视在功率。在另一方面，该方法包括生成测试信号，将测试信号传输到换能器，感测响应，以及基于感测到的响应确定本体电容的初始值。在另一方面，该方法包括使用带通滤波器对电流信号和本体电容电流信号之间的差异进行滤波以获得动生电流信号。在又一方面，该方法包括使用两点差分法对电压数据进行微分运算，以及使用低通滤波器对微分后的电压数据进行滤波。在另一方面，低通滤波器是Hann移动平均滤波器。在另一方面，该方法包括使用三点中心差分方法来对电压数据进行微分运算。根据权利要求17所述的方法，还包括使用低通滤波器对所述微分后的电压数据进行滤波。在另一方面，低通滤波器是Hann移动平均滤波器。本公开的一个方面涉及一种换能器和发生器组件。换能器和发生器包括用于感测换能器处的电流信号的电流传感器、用于感测换能器处的电压信号的电压传感器、耦接到电流传感器和电压传感器的模数转换器(“ADC”)以及用于对电流信号和电压信号进行采样以获得电流信号数据和电压信号数据的电压传感器。换能器和发生器还包括硬件处理器，该硬件处理器被配置为对电压信号数据进行微分运算以获得微分后的电压信号数据，将微分后的电压信号数据乘以本体电容值以获得本体电容电流信号数据；确定当前信号数据和本体电容电流信号数据之间的差异以获得与换能器的机械运动相对应的动生电流信号数据，基于所确定的动生电流信号和本体电容电流信号数据来更新本体电容值。换能器和发生器还包括换能器信号发生器电路，该换能器信号发生器电路被配置为基于动生电流信号数据来生成换能器信号并且将换能器信号提供给换能器。附图说明主题器械的各种实施方案在本公开中结合附图进行了描述，其中：图1是根据本公开的一个例示性实施方案的超声外科系统的透视图，示出了包括超声发生器的超声外科系统的部件；图2是根据本公开的另一个例示性实施方案的便携式超声外科系统的透视图，其包括超声发生器和可再充电电池；图3是根据本公开的一个例示性实施方案的超声外科系统的框图；图4A是用于确定动生电流的超声换能器电路的电路图，其包括超声换能器模型；图4B是根据本公开的例示性实施方案的超声换能器电路的电路图；图5是示出根据本公开的一个例示性实施方案的用于控制超声外科器械的系统的框图；图6是示出根据本公开的一个例示性实施方案的图5的数字动生电流计算模块的电路框图；图7是示出根据本公开的一个例示性实施方案的图5的最小均方滤波器的系统框图；并且图8是根据本公开的一个例示性实施方案的用于超声外科器械的数字动生控制的方法的流程图。具体实施方式下面结合附图描述了本公开的具体实施方案。在下面的描述中，未详细描述众所周知的功能或构造。所公开的实施方案仅仅是本公开的示例，其可以多种形式体现。因此，特定的结构和功能细节不应理解为限制性的，而仅仅是权利要求书的基础，并作为具有代表性的基础用于教导本领域技术人员以任何合适的具体结构多样化地运用本公开。此外，本文所用的术语和短语并非旨在限制，而是旨在提供对本公开的可理解的描述。在本公开中使用的术语是为了描述特定实施方案的目的，而非旨在是限制性的。如在本公开中使用的术语“一个”或“一种”被定义为一个或多于一个。如在本公开中使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。如在本公开中使用的术语“另一个”被定义为至少第二或更多。如在本公开中使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。如在本公开中使用的术语“耦接”被定义为连接，但不一定是直接连接，并且不一定是机械连接。关系术语诸如第一和第二、顶部和底部等可用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性包含，使得包括要素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括这些要素，还可包括未明确列出的其他要素或此类过程、方法、物品或装置固有的其他要素。由“包含…一个”作为引语的要素在没有更多限制的情况下不排除在包含该要素的过程、方法、物品或装置中存在另外的相同元素。如在本公开中所用，无论是否明确指出，术语“约”或“大约”适用于所有数值。这些术语通常是指本领域技术人员将认为等同于所述值(即，具有相同功能或结果)的数字范围。在许多情况下，这些术语可包括四舍五入到最接近的有效数字的数。在本公开中，术语“纵向”应理解为意指在与所描述对象的细长方向对应的方向上。如在本公开中所用，术语“远侧”和“近侧”从用户或外科医生的有利位置考虑；因此，外科器械的远侧部分是在使用时离外科医生最远的部分，并且近侧部分是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制换能器和发生器组件的方法，包括：在换能器处感测电流信号和电压信号；对所述电压信号进行微分运算；将微分后的电压信号乘以本体电容值以确定本体电容电流信号；确定所述电流信号和所述本体电容电流信号之间的差异以确定与所述换能器的机械运动相对应的动生电流信号；基于所确定的动生电流信号和所述本体电容电流信号来确定更新的本体电容值；基于所述动生电流信号来生成换能器信号；以及利用所述换能器信号驱动所述换能器。

【技术特征摘要】
2017.06.08 US 15/617,1511.一种用于控制换能器和发生器组件的方法，包括：在换能器处感测电流信号和电压信号；对所述电压信号进行微分运算；将微分后的电压信号乘以本体电容值以确定本体电容电流信号；确定所述电流信号和所述本体电容电流信号之间的差异以确定与所述换能器的机械运动相对应的动生电流信号；基于所确定的动生电流信号和所述本体电容电流信号来确定更新的本体电容值；基于所述动生电流信号来生成换能器信号；以及利用所述换能器信号驱动所述换能器。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定所述动生电流信号的相位；以及基于所述动生电流信号的所述相位来改变所述换能器信号的频率。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述换能器信号提供给所述换能器之前确定本体电容的初始值。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：生成测试信号；将所述测试信号传输到所述换能器；感测响应；以及基于所感测到的响应来确定所述本体电容的所述初始值。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用最小均方自适应滤波器来确定更新的本体电容。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用归一化最小均方自适应滤波器来确定更新的本体电容。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用零延迟中值滤波器来对所述电压信号进行滤波；以及使用零延迟微分器对经滤波的电压信号进行微分运算。8.根据权利要求7所述的方法，还包括对所述电压信号进行采样以获得电压数据，其中对所述电压信号进行微分运算包括确定经滤波的电压信号的变化率。9.根据权利要求8所述的方法，其中对所述电压信号进行滤波，对所述电压信号进行采样以及确定所述电压信号的所述变化率，使得所述滤波、采样以及确定所述变化率的结果不存在大于预定阈值的时间延迟或相位失真。10.根据权利要求8所述的方法，还包括：使用两点差分法对所述电压数据进行微分运算；以及使用低通滤波器对微分后的电压数据进行滤波。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述低通滤波器是Hann移动平均滤波器。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·吉尔伯特，
申请(专利权)人：柯惠有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US