CN100469333C - 高频电刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对人体组织直接进行切割、止血的高频电刀。本发明所述电刀主机内设置主控制系统，主控制系统包括微处理器控制系统及分别与微处理器控制系统联通的功率输出电路、信号跟踪采样电路、电刀笔控制电路、中性电极检测电路，烟雾吸附控制电路、高压直流电源电路；微处理器控制系统包括主控制处理器、面板管理处理器、辅助控制处理器、波形发生器。本发明高频电刀是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科设备，它通过有效电极尖端产生的高频电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对肌体组织的分离和凝固，从而起到切割和止血的目的，与此同时将手术中产生的有毒、有害气体吸收、处理。

Description

高频电刀

技术领域

本发明涉及医疗器械设备领域，更具体地说，是涉及一种对人体组织直接进行切割、止血的高频手术电刀。

背景技术

随着医疗技术的发展和临床提出的要求，以高频手术设备为主的复合型电外科设备有了相应的发展。高频手术器械是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科设备。由于高频电刀是将高频电流直接作用于人体组织，故其安全性要求极为严格。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种对人体组织直接进行切割、止血的高频电刀。

本发明高频电刀，通过下述技术方案予以实现，所述电刀主机内设置主控制系统，主控制系统包括微处理器控制系统及分别与微处理器控制系统联通的功率输出电路、信号跟踪采样电路、电刀笔控制电路、中性电极检测电路，烟雾吸附控制电路、高压直流电源电路；

信号跟踪采样电路包括输出高压检测、输出电压检测、输出电流检测电路；

微处理器控制系统包括主控制处理器、面板管理处理器、辅助控制处理器、波形发生器；主控制处理器接收中性电极检测、刀柄控制、面板键盘、温度控制、声音控制、脚踏开关控制、遥控刀笔控制各电路的信号，主控制处理器向辅助控制处理器提供控制命令；辅控制处理器向波形发生器提供控制命令，辅控制处理器接收高压电源电压控制、输出高压检测、输出电压检测、输出电流检测、状态继电器控制、量程继电器控制各电路的信号。

本发明所述电刀笔控制电路包括依次连接的刀笔电源、比较器和隔离器，刀笔电源由反相器构成的简易脉冲发生器及控制门电路和单管甲类放大器组成。

本发明所述中性电极检测电路由依次连接的压控振荡器、信号采样放大器和A/D信号转换器组成。

本发明所述烟雾吸附控制电路由依次连接的D/A信号转化器、电机控制器、电机电源和吸风电机组成。

本发明高频电刀是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科设备，它通过有效电极尖端产生的高频电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对肌体组织的分离和凝固，从而起到切割和止血的目的，与此同时将手术中产生的有毒、有害气体吸收、处理。

本发明完全满足国家标准(GB9706.4和GB9706.1)的要求，主要包括：输出完全悬浮电刀的金属机壳可靠接地，网电源与机壳之间承受1500V耐压，高频漏电流低于150mA，高频电刀频率在0.4MHz-0.8MHz之间，输出功率小于400W，并且稳定。

本发明主控制系统依组织密度变化，实时测定切割组织所需的最小功率。功率输出系统在主控制系统的指令下，即时调整能量输出来满足手术需要。整个工作过程都是在CPU控制下进行的自动调整，而无需人为调节。确保了医生在手术中不论遇到任何组织，该高频电刀均能保持良好流畅的切凝效果，从而使组织损伤降致最小，便于术后伤口愈合。

本发明信号跟踪采样和负极板检测系统是本发明所特有的中性电极安全防护系统，彻底杜绝了手术过程中对病人中性电极贴敷部位的烫伤，本防护系统的安全性已经在临床中得到了证实。

本发明将烟雾吸附机控制功能镶嵌在电刀主机的控制面板上，形成联动的模式，在方便医护人员操作的同时，将手术烟雾产生的医源性污染，高效的清除，从而有效地保护了患者与医护人员的健康。

附图说明

图1是本发明主控制系统框图；

图2是本发明微处理器控制系统框图；

图3是本发明键盘与显示面板电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明高频电刀是由主机和与主机相应接口连接的电刀笔、中性电极、双极镊、脚踏开关、烟雾清除系统等附件组成，主机内设置主控制系统，由主控制系统发出指令信号，接受回馈信号，调整输出功率等控制指令。

如图1所示，主控制系统包括微处理器控制系统及分别与微处理器控制系统联通的功率输出电路、信号跟踪采样电路、电刀笔控制电路、负极板检测电路，烟雾吸附控制电路、高压直流电源电路。其中信号跟踪采样电路包括输出高压检测、输出电压检测、输出电流检测电路。

微处理器控制系统包括主控制处理器、面板管理处理器、辅助控制处理器、波形发生器，各处理器之间以标准总线方式通讯，以中断响应方式与硬件电路交互信息。如图2所示，主控制处理器接收中性电极检测、刀柄控制、面板键盘、温度控制、声音控制、脚踏开关控制、遥控刀笔控制各电路的信号，主控制处理器向辅助控制处理器提供控制命令；辅控制处理器向波形发生器提供控制命令，波形发生器按用户设定的要求发出不同功能的信号波形；辅控制处理器接收高压电源电压控制、输出高压检测、输出电压检测、输出电流检测、状态继电器控制、量程继电器控制各电路的信号。辅控制器的主要作用就是实时采集工作时的各种状态，并及时调整控制，以达到输出的指标要求。

主控制处理器、辅控制处理器，采用性能良好的ATMEGA162单片微机，具有工作稳定、可靠，且可工作于28M以上的工作频率，处理时间短，速度快，抗干扰能力强，主控制处理器作为主控中心，负责控制指挥各个分处理器和要求响应速度快的部分，以实现实时监测、快速响应和处理。为了使整个控制系统安全、可靠，本系统采用了两片超大规模的数字处理芯片EPM7128、SLC84-15实现对数字量的管理，具有速度快、控制集中、抗干扰能力强，各种模拟信号由高精度的AD1674和AD7216完成转换。

下面对主要控制电路做详细描述。

键盘与显示面板电路：

为了节省主CPU的时间，显示及键盘由单独的CPU来管理，并将回声所设定的各功能的设定值，用串行通信方式传输到主CPU作为控制的依据。如图3所示，12位LED数码显示管，由12个具有串入并出及质存功能的74LS595来实现，具有显示稳定、抗干扰能力强的特点。12个功能键由CPU的POP2口直接管理，且以中断的方式实现对该键的管理。其它23个LED指示灯，分别由具有锁存26及驱动能力的芯片控制。键盘与显示面板独立管理，抗高频干扰能力强；模块化结构化合理；便于装配；调整及维修安全、可靠。

高压直流电源电路：

高压直流电源是整个设备的能量的提供者，其性能的好坏，直接影响整机的指标和安全、可靠性、稳定性，电路的形式、元器件参数指标及高频电磁材料是本电源的关键。电源主要采用脉宽调制，全桥输出的电路形式，具有电压调整范围宽，输出功率大的特点。交流电压经符合电磁兼容的DL-10DZ2KR2(W)滤波器后，直接进入高压整流、滤波，为全桥逆变管提供直流310V高压，脉宽调制芯片采用UC3825A，其频率设为43KHz，其输出经隔离驱动，推动全桥4个VMOS管交替工作，且作用于具有负阻效应的高频输出变压器，其输出再经快恢复高频大功率二极管的整流、滤波、而形成0-180V可调的电压输出，输出的直流电压，经采样放大控制UC3825A，使输出电压稳定。

低压直流电源是整机各部分电路的工作电源，该电源选择了成熟的单管并联开关型稳压电源。交流220V经低通滤波器进入整流及滤波，产生了10V直流高压、并启动UC3843脉宽调制芯片工作，产生固定脉宽的激励信号，推动IRFPC40大功率VMOS管工作，其负载是高频电源变压器，经变压器耦合在副边绕组的线圈上，感应出脉冲信号，再经整流、滤波，分别输出±12V+15V等电压输出，其中+15V经采样光电隔离再反馈到UC3843芯片，以保证各路输出电压的稳定。

功率输出电路：

临床经验说明，幅度正弦波适于电刀“切”功能，尖脉冲适于“凝”。功率输出包括三种形式：电切输出、电凝输出、双极输出，并输出大功率且能进行几种功能的转换。采用甲类单管功率放大的形式，在其逆程电容及结流二极管的作用下，在高压输出变压器的原边形成正弦正半周的工作波形，这就要求大功率管，应具备高频特性好、高反压及低电阻的性能指标，在变压器的副边与多个电容形成正弦波的谐振回路，在大功率管的矩形波的激励下，使大功率管进入放大状态，在副边的谐振回路中，产生正弦波，中心频率270K，而工作频率是393KHz。目的便于输出增益的调整，当电继电器改变，原、副边线圈与电容的联接方式，即可进入“凝”状态。

信号跟踪采样电路：

包括输出高压检测(辅助跟踪电路)、输出电压检测、输出电流检测电路；电压、电流跟踪检测电路是CPU实时采集控制输出及恒输出的重要依据，该电路的形式相同，均采用高精度反馈放大式整流电路，可以快速将微弱高频小信号转换为直流电平送A/D转换器转换，为了保证其工作在线性放大区，在互感器的后边增加了按比例衰减器，来保证计算的精度，本电路的关键是：高精度的AD827运算放大器及1％精度的电阻来保证。

辅助跟踪电路的是从整机安全的角度考虑，当设备输出超标或电流过大，电压过高时，通过辅助跟踪电路，提供相应的参数，让CPU关闭相应的电、发波等电路，来保证整机硬件设备的安全。

中性电极检测电路：

由依次连接的压控振荡器、信号采样放大器和A/D信号转换器组成。由XR2209及相应的阻容件组成压控振荡器，工作频率可调(设f＝80HKz)，输出的脉冲波形经过积分电路，作用到负极板所接触的LC谐振回路中，当中性电极的接触面积变化时，使回路的Q值变化，经T10变压器耦合，使其幅度变化，再经过模拟开关及放大，向A/D转换器提供0.6-3.6V的直流电压变化的信号，来判断接触面积的大小和接触是否良好。

刀笔控制电路：

刀笔的启动信号是通过整机的输出端口来实现的，该端口输出是与整机电路完全隔离的，是悬浮的。电刀笔控制电路包括依次连接的刀笔电源、比较器和隔离器，用LM393构成比较器，当有刀笔按键按下时，比较器翻转，经光电耦合器向CPU提供中断信号，来启动相应功能的发波，两个输出端口，有4个比较放大器，即可实现。刀笔电源是由反相器构成的简易脉冲发生器及控制门电路和单管甲类放大器组成，经过隔离耦合变压器(耐压≥9000V)，耦合到副边再整流、滤波形成3组负电源电压，供刀笔控制电路使用。

烟雾吸附控制电路：

由依次连接的D/A信号转化器、电机控制器、电机电源和吸风电机组成。根据烟雾吸附控制的功能需求，电机控制器采用功能较强的89C51内置程序存储器，4个8位的I/O端口和内部定时/计数器，具有较强的中断系统和指令系统，通过程序及硬件电路，实现对吸风电机的控制和管理，在键盘与显示面板上设置启动/停止键、控制方式选择键及数字加减键，有3位LED数码显示器，用于显示速度设定值和常速，高速数值的实时显示以及故障报警信息显示等，有不同功能的指示灯，还有一组显示过滤器寿命的LED批示灯。用户可以通过键盘方便的设置吸风电机的吸入功率(转速)值，并经D/A转换器来调节电机控制器，以改变直流电机的转速，即：控制吸风电机对烟雾的吸入流量，工作时CPU将速度设定值通过LED高亮数码管实时显示。

Claims (1)

1.一种高频电刀，其特征是，电刀主机内设置主控制系统，主控制系统包括微处理器控制系统及分别与微处理器控制系统联通的功率输出电路、信号跟踪采样电路、电刀笔控制电路、中性电极检测电路，烟雾吸附控制电路、高压直流电源电路；

信号跟踪采样电路包括输出高压检测电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路；

微处理器控制系统包括主控制处理器、面板管理处理器、辅助控制处理器、波形发生器；主控制处理器接收中性电极检测电路、刀柄控制电路、面板键盘电路、温度控制电路、声音控制电路、脚踏开关控制电路、遥控刀笔控制电路的信号，主控制处理器向辅助控制处理器提供控制命令；辅助控制处理器向波形发生器提供控制命令，辅助控制处理器接收高压电源电压控制电路、输出高压检测电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路、状态继电器控制电路、量程继电器控制电路的信号；

所述电刀笔控制电路包括依次连接的刀笔电源、比较器和隔离器，刀笔电源由反相器构成的简易脉冲发生器及控制门电路和单管甲类放大器组成；

所述中性电极检测电路由依次连接的压控振荡器、信号采样放大器和A/D信号转换器组成；

烟雾吸附控制电路由依次连接的D/A信号转化器、电机控制器、电机电源和吸风电机组成。

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