超声手术工具、其频率跟踪方法、其目标相位差确定方法及超声波换能器等效电路技术

本发明专利技术揭示了超声手术工具、其频率跟踪方法、其目标相位差确定方法及超声波换能器等效电路，其中跟踪方法基于一超声波换能器等效电路，超声波换能器等效电路包括第一支路及第一动态支路以及与第一支路和第一动态支路并联的第二动态支路；超声频率跟踪方法中在确定目标相位差时是根据目标相位差矫正函数来确定，目标相位差矫正函数是根据超声波换能器等效电路确定。本方案通过目标相位差矫正函数来确定目标相位差，在负载较小时，可以锁相到0点；在负载较大的情况下，也可以有效地确定锁相点的位置，有效解决了现有等效电路的第一动态支路在高负载，不具相位差为零的频率点时，无法找到锁相点的问题，从而保证超声手术工具有效地工作。地工作。地工作。

【技术实现步骤摘要】
超声手术工具、其频率跟踪方法、其目标相位差确定方法及超声波换能器等效电路


[0001]本专利技术涉及超声
，尤其是超声手术工具、其频率跟踪方法、其目标相位差确定方法及超声波换能器等效电路。

技术介绍

[0002]超声手术仪器是外科手术当中广泛应用的用于组织切割和凝固止血的手术仪器，例如超声刀系统，其实现方法是通过超声波换能器将电信号转化为超声信号再传递到刀尖端，使刀尖端产生高频振动(例如55500次)，使刀尖端组织中的蛋白质变性形成粘性凝固物，通过所述凝固物形成止血密封。
[0003]超声刀系统主要由超声波发生器、超声波换能器和超声刀头组成，附图1所示为一种超声刀手柄的示意图，包括超声刀换能器11，超声刀头外壳12，超声刀头套管13，超声刀刀杆14、线缆15等，超声刀刀杆14在套管内部与超声刀换能器11耦接在一起，超声刀换能器11通过线缆15与发生器(图中未示出)连接。
[0004]已知的超声波换能器等效电路可以等效成如附图2所示的具有干路、第一支路和第一动态支路的结构。其中，所述超声刀包括相连的超声刀手柄和超声刀主体，所述第一支路主要是静电容C0，是超声刀手柄的寄生参数。所述第一动态支路包括串联的第一动态电感L1、第一动态电阻R1和第一动态电容C1，所述第一动态电感、第一动态电阻和第一动态电容是超声刀部分的机电性能。
[0005]如附图3所示，超声刀最佳工作频率为第一动态支路的电压和电流的相位差为0时的频率，所以该等效电路的第一动态支路的谐振频率就是超声刀的最佳工作频率。
[0006]在超声刀应用场景中，其会夹持一些较难分离的组织，此时的负载较高，如附图4所示，第一动态支路不存在电压和电流的相位差为0的工作频率，也就无法有效地确定锁相点(目标相位差)，这就导致超声刀无法处在最佳工作状态，导致夹持报错。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种超声手术工具、其频率跟踪方法、其目标相位差确定方法及超声波换能器等效电路。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0009]超声手术工具频率跟踪方法，该方法基于一超声波换能器等效电路，所述超声波换能器等效电路包括第一支路及第一动态支路，所述超声波换能器等效电路还包括与所述第一支路和第一动态支路并联的第二动态支路；所述超声频率跟踪方法中在确定目标相位差时是根据目标相位差矫正函数来确定，所述目标相位差矫正函数是根据所述超声波换能器等效电路确定。
[0010]优选的，所述第二动态支路包括串联的第二动态电感、第二动态电容和第二动态电阻。
[0011]优选的，所述目标相位差矫正函数如下：
[0012][0013]其中，θ
目
为目标相位差，k为与第二动态支路的电流相关的调整系数，ε为相位差偏差值，k、ε为设定值，R1为第一动态电路的第一动态电阻的动态电阻值。
[0014]优选的，所述第一动态电路的第一动态电阻的动态电阻值R1通过如下公式计算：
[0015][0016]其中，U1为第一动态支路的电压值，I1为第一动态支路的电流值，θ1为第一动态支路的电压和电流的相位差。
[0017]优选的，所述的超声手术工具频率跟踪方法包括以下步骤：
[0018]S1,控制超声波发生器给超声波换能器提供一个电流正弦信号，所述电流正弦信号的频率小于所述超声波换能器的谐振频率点；
[0019]S2，获取超声波换能器等效电路的干路的电流值和电压值；
[0020]S3，根据S2获取的电流值和电压值计算得到所述干路的电压有效值、电流有效值以及电压和电流的相位差；
[0021]S4，根据S3得到的参数计算出所述第一动态支路的电压值、电流值、电压和电流的相位差、所述第一动态支路的第一动态电阻的动态电阻值以及目标相位差，所述目标相位差根据目标相位差矫正函数确定；
[0022]S5，计算出工作频率变化量并根据所述工作频率变化量进行工作频率的调整。
[0023]优选的，所述S4中，所述第一动态支路的电压值、电流值以及电压和电流的相位差根据如下公式计算：
[0024]U1＝U；
[0025][0026][0027]其中，其中，U1为第一动态支路的电压值，U为干路的电压有效值，I1为第一动态支路的电流值，I为干路的电流有效值，θ为干路的电压和电流的相位差，f为当前的工作频率，C0为第一支路的静电容的电容值，θ1为第一动态支路的电压和电流的相位差。
[0028]优选的，所述S5中，所述频率变化量根据θ
′
(ω)通过如下公式计算：
[0029]当θ
′
(ω)≥0时，
[0030]当θ
′
(ω)＜0时，
[0031][0032][0033]其中，f
Δ
为频率变化量，θ1是第一动态支路的电压和电流的相位差，θ
目
是目标相位差，k是比例系数，根据实际情况进行设置，ω为角频率，ω＝2πf，f为当前工作频率,θ
′
(ω)是第一动态支路的电压和电流的相位差对角频率ω的导数,m为中间变量，用于简化公式，无实际含义，ω
s
为预设固定频率，θ
′
(ω
s
)是第一动态支路的电压和电流的相位差对预设固定频率ω
s
的导数，同θ
′
(ω)的公式。
[0034]超声手术工具目标相位差确定方法，该方法基于一超声波换能器等效电路，所述超声波换能器等效电路包括第一支路及第一动态支路，所述超声波换能器等效电路还包括与所述第一支路和第一动态支路并联的第二动态支路；所述方法中通过一目标相位差矫正函数来确定目标相位差，所述目标相位差矫正函数是根据所述超声波换能器等效电路确定。
[0035]超声波换能器等效电路，包括第一支路及第一动态支路，所述超声波换能器等效电路还包括与所述第一支路和第一动态支路并联的第二动态支路，所述第二动态支路包括串联的第二动态电感、第二动态电容和第二动态电阻。
[0036]超声手术工具，包括上述的超声波换能器等效电路。
[0037]本专利技术技术方案的优点主要体现在：
[0038]本方案在进行频率跟踪时，通过目标相位差矫正函数来确定目标相位差，从而在负载较小时，可以同现有的等效电路一样，锁相到零点，而在负载较大，仍可以进行锁相点的确定，有效解决了现有等效电路的第一动态支路在高负载时，不具有电压和电流的相位差为零的频率点时，无法找到锁相点的问题，从而保证超声手术工具有效的工作。
[0039]本方案的频率跟踪方法的具体计算过程适用于各种超声设备中，相比较传统的超声设备需根据系统所需频率，配备与其相匹配的调谐电感器的方法而言，该方案无需对夹持负载进行限制，通用性好，在医疗超声刀手术的应用实施例中，医疗工作者无需根据刀头来匹配不同换能器，能够减少工作量及时间。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超声手术工具频率跟踪方法，该方法基于一超声波换能器等效电路，所述超声波换能器等效电路包括第一支路及第一动态支路，其特征在于：所述超声波换能器等效电路还包括与所述第一支路和第一动态支路并联的第二动态支路；所述超声频率跟踪方法中在确定目标相位差时是根据目标相位差矫正函数来确定，所述目标相位差矫正函数是根据所述超声波换能器等效电路确定。2.根据权利要求1所述的超声手术工具频率跟踪方法，其特征在于：所述第二动态支路包括串联的第二动态电感、第二动态电容和第二动态电阻。3.根据权利要求1所述的超声手术工具频率跟踪方法，其特征在于：所述目标相位差矫正函数如下：其中，θ
目
为目标相位差，k为与第二动态支路的电流I2相关的调整系数，ε为相位差偏差值，k、ε为设定值，R1为第一动态电路的第一动态电阻的动态电阻值。4.根据权利要求3所述的超声手术工具频率跟踪方法，其特征在于：所述动态电阻值R1通过如下公式计算：其中，U1为第一动态支路的电压值，I1为第一动态支路的电流值，θ1为第一动态支路的电压和电流的相位差。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的超声手术工具频率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，控制超声波发生器给超声波换能器提供一个电流正弦信号，所述电流正弦信号的频率小于所述超声波换能器的谐振频率点；S2，获取超声波换能器等效电路的干路的电流值和电压值；S3，根据S2获取的电流值和电压值计算得到所述干路的电压有效值、电流有效值以及电压和电流的相位差；S4，根据S3得到的参数计算出所述第一动态支路的电压值、电流值、电压和电流的相位差、所述第一动态支路的第一动态电阻的动态电阻值以及目标相位差，所述目标相位差根据目标相位差矫正函数确定；S5，计算出工作频率变化量并根据所述工作频率变化量进行工作频率的调整。6.根据权利要求5所述的超声手术工具频率跟踪方法，其特征在于：所述S4中，所述第一动态支路的电压值、电流值以及电压和电流的相位差根据如下公式计算：U1＝U；＝U；

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，骆威，王福源，刘振中，韦大纶，
申请(专利权)人：以诺康医疗科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：