一种医用便携式超声波手术刀及其控制系统技术方案

本实用新型专利技术是一种医用便携式超声波手术刀，属于超声波手术刀技术领域，为解决现有超声波手术刀集成度不高、无法保证处于谐振状态以及无法及时反馈频率的问题；医用便携式超声波手术刀由超声换能器、阻抗匹配模块、微控制器、信号产生模块、光电隔离模块、功率放大模块、锁相环电路、电压电流采样反馈电路、直流电压变换模块、直流升压电路、人机交互模块和充电模块组成；本发明专利技术利用阻抗匹配网络电路整体呈纯阻态，并结合超声波换能器将电流、电压采样信息反馈至处理器，实现手术刀保持谐振状态，超声波手术刀采用模块化设计，因此刀身、刀头、换能器、电池为可分离式结构，需要时可以迅速组装拆卸，便于医务人员收纳与携带。便于医务人员收纳与携带。便于医务人员收纳与携带。

【技术实现步骤摘要】
一种医用便携式超声波手术刀及其控制系统


[0001]本技术涉及一种医用便携式超声波手术刀及其控制系统，超声波手术刀


技术介绍

[0002]超声波手术刀是一种高频电外科设备，主要用于生物组织的切割与血管闭合等操作。超声波手术刀具有出血少、对周围组织伤害少、术后恢复快等特点，其作用于人体组织以蛋白质凝固为效果终点，不会引起组织干燥、灼伤等副作用，刀头工作时也没有电流通过人体，在手术室中有着广泛的应用。
[0003]户外手术环境复杂，传统的超声波手术刀体积大，不方便携带，且需要稳定的220V交流电供电，难以做到快速部署，快速使用。为此，少数人提出了超声波手术刀便携的方法。
[0004]现有基于Boost拓扑的手持式超声刀驱动电源设计中仅提出一种小型化的Boost拓扑驱动电源，但是没有设计完备的频率自动跟踪电路，无法保证超声换能器始终处于谐振状态，最终会影响手术的效率。
[0005]现有基于频率自动跟踪的便携式超声理疗仪研制”中有一套完整的便携式超声波手术刀的设计，但是电路没有使用贴片电阻和贴片电容，也没有进行PCB分层处理，最终设备体积还是偏大，此外论文中没有设计显示模块，不能让医护人员直观地看到超声波手术刀目前的功率工作状态。
[0006]现有设计的超声手术刀仅能工作在一个固定的频率，没有设计调节功率的挡位开关，不能实现电凝以及电切两种不同的功能。作为两种手术中常用的工作模式，电切采用高密度高频电流对局部组织表面的集中加热，电凝采用较低频功率、较低电流密度对出血和潮湿组织加热。为此，亟需一种全新的医用便携式超声波手术刀，弥补了现有超声波手术刀的不足，做到了足够的便携化和小型化。

技术实现思路

[0007]为解决现有超声波手术刀集成度不高、无法保证处于谐振状态以及无法及时反馈频率的问题，本技术提出了一种医用便携式超声波手术刀及其控制系统；本技术的技术方案如下：
[0008]方案一：一种医用便携式超声波手术刀控制系统：包括微控制器、超声波换能器、信号产生模块、功率放大模块、阻抗匹配网络、频率跟踪模块、直流电源模块和人机交互模块；以微控制器为核心，通过电信号为与其连接的人机交互模块和信号产生模块下发指令；信号产生模块通过电性连接功率放大模块，阻抗匹配网络和超声波换能器，超声波换能器输出超声波，并将采样信息通过电信号反馈至频率跟踪模块，再由频率追踪模块反馈电信号至微控制器；直流电源模块负责为超声波手术刀供电。
[0009]进一步地，所述微控制器采用的是基于ARM Cortex
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M4内核构架的32位微处理器MK60DN512VLQ10；MK60DN512VLQ10的供电电压为3.3V。
[0010]进一步地，所述信号产生模块使用AD9851频率合成器，控制功率MOS管的驱动芯片产生方波信号。
[0011]进一步地，所述直流电源模块，采用12V锂电池供电；所述直流电源模块内置充电模块和线性稳压模块，所述线性稳压模块包括AMS117
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3.3稳压器和AMS117
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5稳压器；所述充电模块采用BQ24040锂电池电源管理芯片。
[0012]进一步地，所述人机交互模块包括启动按键与显示设备，所述微处理器通过射频信号输出至显示设备。
[0013]方案二：一种医用便携式超声波手术刀，是根据上述控制系统为基础而实现的，该手术刀使用PCB分层模式，在满足厚度要求的情况下，使整个电路集成在刀身中。
[0014]本技术有益效果体现在：
[0015]本技术利用阻抗匹配网络消除超声换能器等效电路中的容性成分，使电路整体呈纯阻态，并结合超声波换能器将电流、电压采样信息反馈至处理器，实现手术刀保持谐振状态，实现电凝以及电切两种不同的功能；
[0016]超声波手术刀采用模块化设计，因此集成度高，其中刀身、刀头、换能器、电池为可分离式结构，需要时可以迅速组装拆卸，术后可将各模块拆卸单独消毒。拆解后的超声波手术刀可以放入其特制的手提箱中，便于医务人员收纳与携带。
附图说明
[0017]图1为一种医用便携式超声波手术刀结构示意图；
[0018]图2为一种医用便携式超声波手术刀的微处理器示意图；
[0019]图3为复位电路示意图；
[0020]图4为JTAG下载仿真电路示意图；
[0021]图5为电压转换电路示意图；
[0022]图6为时钟源电路示意图；
[0023]图7为RTC时钟电路示意图；
[0024]图8为AD9851外围电路示意图；
[0025]图9为椭圆低通滤波电路示意图；
[0026]图10为光电隔离电路示意图；
[0027]图11为半桥电路示意图；
[0028]图12为TR2104驱动芯片示意图；
[0029]图13为AD8302相位幅值测量电路示意图；
[0030]图14为电流采样电路示意图；
[0031]图15为电压采样电路示意图；
[0032]图16为5V电压获得电路示意图；
[0033]图17为3.3V电压获得电路示意图；
[0034]图18为boost电路示意图；
[0035]图19为按键控制模块电路示意图；
[0036]图20为显示模块示意图；
[0037]为了更清楚地说明本技术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技术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。
具体实施方式
[0038]具体实施方式：一种医用便携式超声波手术刀及其控制系统，由超声换能器、阻抗匹配模块、微控制器、信号产生模块、光电隔离模块、功率放大模块、锁相环电路、电压电流采样反馈电路、直流电压变换模块、直流升压电路、人机交互模块和充电模块组成；以下是详细实施过程：
[0039](1)超声换能器，是将电能转换为机械振动，引起超声刀刀杆纵向振动，将能量传输出去。在这个能量转换的过程中，超声刀会产生机械冲击、空化效应和热效应。机械冲击会致使蛋白质氢键断裂，同时温度上升，使生物组织发生局部液化，呈匀浆化，将组织撕裂，从而达到切割的效果。在设计中可以等效为电容电感电阻的串联。
[0040](2)阻抗匹配模块，在超声刀工作的过程中，由于容性特性的存在，超声电源的无功功率会增加，转化效率会变低。为解决这个问题，本申请采用新型T型匹配方式来消除等效电路中的容抗成分，使得电路整体呈纯阻态。
[0041](3)微控制器，所述微控制器采用的是基于ARM Cortex
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M4内核构架的飞思卡尔公司32位微处理器MK60DN512VLQ10。MK60DN512VLQ10的供电电压为3.3V；微处理器MK60DN512VLQ10最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医用便携式超声波手术刀控制系统，其特征在于：包括微控制器、超声波换能器、信号产生模块、功率放大模块、阻抗匹配网络、频率跟踪模块、直流电源模块和人机交互模块；以微控制器为核心，通过电信号为与其连接的人机交互模块和信号产生模块下发指令；信号产生模块通过电性连接功率放大模块，阻抗匹配网络和超声波换能器，超声波换能器输出超声波，并将采样信息通过电信号反馈至频率跟踪模块，再由频率追踪模块反馈电信号至微控制器；直流电源模块负责为超声波手术刀供电。2.根据权利要求1所述的一种医用便携式超声波手术刀控制系统，其特征在于：所述微控制器采用的是基于ARM Cortex
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M4内核构架的32位微处理器MK60DN512VLQ10；MK60DN512VLQ10的供电电压为3.3V。3.根据权利要求2所述的一种医用便携式超声波手术刀控制系统，其特征在于：所述信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：伞锕镅，朱四强，刘莉，陈志峰，常光宇，刘鑫涛，关保章，庞明，
申请(专利权)人：中国人民解放军联勤保障部队第九六二医院，
类型：新型
国别省市：