超声外科系统技术方案

一种超声外科系统，包括：超声换能器，所述超声换能器用于将交流电信号转变为振动；和超声变幅杆，所述超声变幅杆用于放大所述超声换能器产生的振动的振幅，以驱动位于所述超声变幅杆的末端的工作部位来对目标组织进行切割和/或凝结操作；其中，所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L

【技术实现步骤摘要】
超声外科系统
本公开涉及超声外科系统，更具体地，涉及一种外科医生执行切割和/或凝结的超声外科系统。
技术介绍
超声外科系统，例如超声止血刀已经被大量应用于外科手术，以超声频率启动或者激励这种器械的端部执行器，如止血刀诱发纵向、或者纵向与扭转复合振动，这些振动在所夹持的组织内产生局部热能与振动能量，由此促进凝结止血和切割。超声外科系统通常包括超声换能器和超声变幅杆两个部分构成，超声换能器用于将交流电信号转变为压电陶瓷的振动能量，超声变幅杆进一步放大压电陶瓷的振幅后在一定的压力或者夹持压力的条件下驱动变幅杆的尖端部位施行切割、凝结操作。对于现有技术的超声外科系统，其在系统设计时不考虑负载(例如待切割/凝结的目标组织的类型和/或所施加的夹持压力的大小)对超声外科系统的谐振频率的影响，当超声外科系统对目标组织进行操作(例如切割和/或凝结等)时，由于负载与超声外科系统的相互作用，超声外科系统的实际谐振频率(包括：带负载时的谐振频率(只向组织施加夹持压力时的谐振频率或向组织施加夹持压力并输出小于或等于1瓦的功率时的谐振频率)，即对目标组织施加夹持压力时的谐振频率；以及带负载运行时的谐振频率(向组织施加夹持压力并输出切割和/或凝结组织的功率时的谐振频率)，即当超声外科系统对目标组织进行切割和/或凝结操作时，由于负载与超声外科系统的相互作用导致目标组织及切割部位的温度显著上升后超声外科系统所具有的谐振频率)会偏离所设计的谐振频率(未带负载(即未向组织施加夹持压力)时的谐振频率)，导致依据未带负载时的谐振频率获得的节点位置(半波长的整数倍的位置，在此处设置有与外部支撑套管接合的凸台)与实际工作时不一致，从而当以设计的谐振频率驱动超声外科系统时，在节点位置的凸台与和凸台相接触的外部支撑套管之间会产生剧烈振动并导致摩擦生热，不仅造成超声外科系统的损耗增大，也可能使患者的部分组织存在高温烫伤的危险因素。为了减轻这种危险，在现有技术中，会在凸台上采用粘接、注塑等工艺加工弹性件，以形成超声变幅杆与外部支撑套筒之间软支撑，但是这样会显著提高超声外科系统的制造成本。另外，超声外科系统的各个部件的制造精度、组装精度等也会导致超声外科系统的谐振频率偏离所设计的谐振频率(未带负载时的谐振频率)。在现有技术中，为了克服实际工作时的谐振频率偏离初始设计的谐振频率这一问题，通常采用闭环控制来使超声换能器以超声外科系统的实际工作时的谐振频率来驱动超声外科系统，以使超声外科系统的振动频率跟踪或尽可能接近超声外科系统的实际工作时的谐振频率。例如，中国专利技术专利申请CN104582606A和CN104582629A中公开了使用发生器的控制系统中的锁相环路来监控来自声学组件的反馈，锁相环路调节由发生器发生的电能的频率，使其与声学组件的选定的纵向振动模式的共振频率匹配。例如，中国专利技术专利申请CN110507389A公开了采用DSP实现谐振频率控制，中国专利技术专利申请CN110448355A公开了采用微控制器、数字信号处理器等实现谐振频率控制。再例如，中国专利技术专利申请CN102458286A公开了一种超声波手术装置，其具备：超声波振子，其能够产生超声波振动；驱动部，其根据驱动信号来驱动上述超声波振子；探头，其具有基端部和前端部，该基端部与上述超声波振子运动耦合，该探头用于从上述基端部向上述前端部传递上述超声波振子产生的上述超声波振动，从而使该前端部产生用于对生物体组织进行处置的超声波振动；谐振频率跟踪部，其自动调整上述驱动信号的频率，使得上述驱动信号的频率跟踪上述超声波振子的谐振频率，从而使上述前端部以上述谐振频率进行超声波振动。需要注意的是，尽管在现有技术中采用闭环控制来使超声外科系统的振动频率跟踪或尽可能接近超声外科系统的实际工作时的谐振频率，以便提高切割效率等，但现有设计的超声外科系统仍存在实际工作时的谐振频率和设计谐振频率不匹配所产生的技术问题，例如设置在节点位置处的凸台与外部的支撑套管之间的剧烈振动等。另外，尽管在现有技术中采用闭环控制来使超声外科系统的振动频率跟踪或尽可能接近超声外科系统的实际谐振频率，但是由于手术过程是一个动态过程，即在手术过程中，负载(例如所切割和/或凝结的目标组织类型和/或夹持压力大小和/或所夹持的目标组织的长度)是在不断变化的，导致超声外科系统的实际谐振频率也在不断变化，超声外科系统的振动频率与超声外科系统的实际谐振频率始终存在较大幅度的偏差。
技术实现思路
为了至少部分地克服或减轻现有技术中存在的上述一个或多个缺陷，本公开提供了一种超声外科系统，其特征在于，所述超声外科系统包括：超声换能器，所述超声换能器用于将交流电信号转变为振动；和超声变幅杆，所述超声变幅杆用于放大所述超声换能器产生的振动的振幅，以驱动位于所述超声变幅杆的末端的工作部位来对目标组织进行切割和/或凝结操作；其中，所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1和在带负载时的动态等效电感L’与动态等效电容C’的乘积L’×C’满足以下关系式(1)，使得所述超声外科系统在未带负载时的谐振频率fs与在带负载时的谐振频率fs′满足以下关系式(2)：其中，并且其中，α小于或等于α0，α0等于0.1％，优选地α0等于0.05％。根据本公开，所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1与带负载时的动态等效电感L’与动态等效电容C’的乘积L’×C’在所述超声外科系统的工作部位的预期组织夹持压力范围内满足所述关系式(1)，使得在所述预期组织夹持压力范围内，所述超声外科系统在未带负载时的谐振频率fs与在带负载时的谐振频率fs′满足所述关系式(2)。根据本公开，所述预期组织夹持压力范围为1N至40N，优选地，所述预期组织夹持夹持压力范围为5N至36N，更优选地预期组织夹持夹持压力范围为10N至36N。根据本公开，所述目标组织包括一种或多种软组织，所述软组织包括肌腱、韧带、筋膜、皮肤、结缔组织、脂肪、滑膜、肌肉、神经和血管。根据本公开，在带负载运行(即向组织施加夹持压力并输出切割和/或凝结组织的功率)时，所述超声外科系统的谐振频率偏移量与所述超声外科系统的工作部位的温度满足一对一函数关系，使得能够仅根据超声外科系统的谐振频率偏移量确定所述超声外科系统的工作部位的温度。根据本公开，所述换能器包括：换能器外壳，所述换能器外壳限定开口；至少两个压电元件，所述至少两个压电元件设置在所述开口内，和紧固件，所述紧固件接合到所述换能器外壳以封闭所述开口并对所述至少两个压电元件施加压缩力，通过调节所述换能器的以下参数a、b和c中的任一个或任何两个或更多个的组合来使得所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1与在带负载时的动态等效电感L’与动态等效电容C’的乘积L’×C’满足所述关系式(1)：a：压电元件的数量；b：压电元件的直径；和c：压电元件受到的压缩力。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声外科系统，其特征在于，所述超声外科系统包括：/n超声换能器，所述超声换能器用于将交流电信号转变为振动；和/n超声变幅杆，所述超声变幅杆用于放大所述超声换能器产生的振动的振幅，以驱动位于所述超声变幅杆的末端的工作部位来对目标组织进行切割和/或凝结操作；/n其中，所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L

【技术特征摘要】
1.一种超声外科系统，其特征在于，所述超声外科系统包括：
超声换能器，所述超声换能器用于将交流电信号转变为振动；和
超声变幅杆，所述超声变幅杆用于放大所述超声换能器产生的振动的振幅，以驱动位于所述超声变幅杆的末端的工作部位来对目标组织进行切割和/或凝结操作；
其中，所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1和在带负载时的动态等效电感L’与动态等效电容C’的乘积L’×C’满足以下关系式(1)，



使得所述超声外科系统在未带负载时的谐振频率fs与在带负载时的谐振频率f′s满足以下关系式(2)：



其中，并且
其中，α小于或等于α0，α0等于0.1％。


2.根据权利要求1所述的超声外科系统，其中，所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1与带负载时的动态等效电感L’与动态等效电容C’的乘积L’×C’在所述超声外科系统的工作部位的预期组织夹持压力范围内满足所述关系式(1)，使得在所述预期组织夹持压力范围内，所述超声外科系统在未带负载时的谐振频率fs与在带负载时的谐振频率f′s满足所述关系式(2)。


3.根据权利要求2所述的超声外科系统，其中，所述预期组织夹持压力范围为1N至40N。


4.根据权利要求1所述的超声外科系统，其中，所述目标组织包括一种或多种软组织。


5.根据权利要求1所述的超声外科系统，其中，在带负载运行时，所述超声外科系统的谐振频率偏移量与所述超声外科系统的工作部位的温度满足一对一函数关系，使得能够仅根据超声外科系统的谐振频率偏移量确定所述超声外科系统的工作部位的温度。


6.根据权利要求1所述的超声外科系统，其中，所述换能器包括：
换能器外壳，所述换能器外壳限定开口；
至少两个压电元件，所述至少两个压电元件设置在所述开口内，和
紧固件，所述紧固件接合到所述换能器外壳以封闭所述开口并对所述至少两个压电元件施加压缩力，通过调节所述换能器的以下参数a、b和c中的任一个或任何两个或更多个的组合来使得所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1与在带负载时的动态等效电感L’与动态等效电容C’的乘积L’×C’满足所述关系式(1)：
a：压电元件的数量；
b：压电元件的直径；和
c：压电元件受到的压缩力。


7.根据权利要求1所述的超声外科系统，其中，通过调节所述超声变幅杆的材料、长度、横截面沿纵向轴线的变化、工作部位的横截面沿纵向轴线的变化中的任一个或任何两个或更多个的组合，来使得所述超声外科系统在未带负载时的动态等效电感L1与动态等效电容C1的乘积L1×C1与在带负载时的动态等效电感L’与动态等效...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹群，战松涛，胡晓明，戴志凌，
申请(专利权)人：北京水木天蓬医疗设备有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11