1.本发明属于外科手术设备技术领域，具体涉及一种超声外科手术系统。
背景技术：2.电外科的超声技术已在医疗领域得到了广泛的应用，特别是超声刀在微创手术中发挥着越来越重要的作用，使用超声刀进行切割手术的优势是切割的同时具有凝血止血作用，刀头控制温度低，一般不超过100℃，对周围组织的热损伤非常小。一个超声刀系统一般包括主机、手柄、刀头和开关，主机的作用是产生手柄所需的超声电能信号，手柄的作用是将超声电能转换为纵向振动的机械能，刀头的作用是将来自手柄的机械振动从导杆经变幅放大传递到刀头，最终将振动能量传递给刀头末端的组织，产生凝血和切割作用。
3.超声刀主机发出的电能信号首先必须有足够高的能量才能驱动手柄和刀头工作，然后是信号频率必须与手柄刀头的谐振频率一致，才能得到刀头末端最大的振幅，产生最佳的切割效率。由于手柄和刀头的谐振频率与手柄及刀头的特性有很大关系，同时也与每时每刻末端夹持的组织产生的负载有很大关系，这个负载随着切割过程的进行也在随时的变化，因此就需要主机能够根据实际负载不断调节输出频率，使系统一直处于最佳谐振状态。
4.因此，提供一种可根据超声刀头负载变化，实时调节系统始终处于最佳谐振状态，即保持输出能量的最大效率的超声主机是目前亟需解决的问题。
技术实现要素：5.本发明为了解决上述问题，提出了一种超声外科手术系统。
6.本发明的技术方案是：一种超声外科手术系统包括显示屏、fpga控制模块、激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块；
7.fpga控制模块分别与显示屏、激发控制模块、超声能量产生模块、频率调节锁相环模块和保护调整模块通信连接；超声能量产生模块和手柄均与保护调整模块通信连接；超声能量产生模块、能量输出模块和手柄依次通信连接；频率调节锁相环模块分别与超声能量产生模块和手柄通信连接；功率锁定模块分别与手柄和超声能量产生模块通信连接。
8.进一步地，fpga控制模块用于对激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块进行状态检测，具体方法为：在超声外科手术系统工作时，利用显示屏对超声外科手术系统的参数信息进行设置，利用fpga控制模块接收并储存参数信息，利用激发控制模块发送激发命令至超声能量产生模块，利用超声能量输出模块输出激发命令至手柄，利用频率调节锁相环模块进行超声能量频率输出；利用功率锁定模块进行超声能量功率输出，利用fpga控制模块检测激发命令是否改变、参数信息是否改变以及超声外科手术系统是否异常。
9.进一步地，激发控制模块包括手柄激发电路和脚踏激发电路；
10.手柄激发电路用于调理手柄的激发控制信号，并传输至fpga控制模块；脚踏激发电路用于调理脚踏的激发控制信号，并传输至fpga控制模块。
11.进一步地，超声能量产生模块用于产生驱动波形，经多级放大转换，产生超声能量驱动信号；
12.超声能量产生模块包括分别数字调压电路、功率设置电路、波形发生电路和超声驱动电路；数字调压电路、功率设置电路和波形发生电路均与超声驱动电路通信连接；波形发生电路与频率调节锁相环模块通信连接。
13.进一步地，频率调节锁相环模块用于实现频率的自动跟踪，并与fpga控制模块互相通信，实现超声能量的稳定输出；
14.频率调节锁相环模块包括依次通信连接的鉴相电路、压控电路和振荡电路；鉴相电路和手柄通信连接；振荡电路和波形发生电路通信连接。
15.进一步地，功率锁定模块用于通过电流电压的采样与信号调理，实现超声能量的功率稳定；功率锁定模块包括依次通信连接的鉴幅电路和功率锁定电路；鉴幅电路和手柄通信连接；功率锁定电路和超声能量产生模块通信连接。
16.进一步地，能量输出模块用于将超声能量驱动信号进行升压，调理转换成所需的能量，完成输出。
17.进一步地，保护调整模块用于集成过压错误保护机制、过流错误保护机制、过温错误保护机制和失谐错误保护机制，在发生错误机制时中断驱动输出，并将中断输出显示在显示屏上；
18.保护调整模块包括电流保护电路和电压保护电路。
19.进一步地，手柄用于将电能转换为机械能，并作用在患者的病患处进行治疗；手柄包括换能器和刀具。
20.进一步地，鉴相电路包括电阻r1-r5、接地电阻r6、电阻r9、电阻r12-r14、接地电容c2-c3、电容c4、接地电容c5、接地电容c9-c10、运算放大器u2a、运算放大器u2b和运算放大器u4a；
21.电阻r2的一端作为鉴相电路的输入端；运算放大器u2b的同相输入端和电阻r2的另一端连接；运算放大器u2b的反相输入端分别与接地电阻r4和电阻r5的一端连接；运算放大器u2b的正电源端分别与接地电容c2、接地电容c3和+15v电源连接；运算放大器u2b的负电源端分别与接地电容c5、接地电容c7和-15v电源连接；运算放大器u2b的输出端分别与电阻r5的一端和电容c4的一端连接；运算放大器u2a的同相输入端分别与电容c4的另一端和接地电阻r6连接；运算放大器u2a的反相输入端和电阻r1的一端连接；运算放大器u2a的输出端分别与电阻r1的另一端和电阻r3的一端连接；运算放大器u4a的同相输入端分别与电阻r3的另一端和电阻r14的一端连接；运算放大器u4a的反相输入端和接地电阻r12连接；运算放大器u4a的正电源端分别与接地电容c9、电阻r9的一端和3v3电源连接；运算放大器u4a的负电源端接地；运算放大器u4a的输出端分别与电阻r9的另一端、电阻r13的一端和电阻r14的另一端连接；电阻r13的另一端作为鉴相电路的输出端，并与接地电容c10连接。
22.本发明的有益效果是：本发明提供了一种可根据超声刀头负载变化，实时调节系统始终处于最佳谐振状态的超声主机，即保持输出能量的最大效率。该超声外科手术系统的频率调节锁相环模块可根据切割过程的负载变化，实时反馈并就需要调节输出频率，使
系统一直处于最佳谐振状态，实现超声能量的稳定，功率锁定模块可依据电流电压的采样与信号调理，实现超声能量的功率稳定。
附图说明
23.图1为超声外科手术系统的结构图；
24.图2为鉴相电路的电路图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
26.如图1所示，本发明提供了一种超声外科手术系统，包括显示屏、fpga控制模块、激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块；
27.fpga控制模块分别与显示屏、激发控制模块、超声能量产生模块、频率调节锁相环模块和保护调整模块通信连接；超声能量产生模块和手柄均与保护调整模块通信连接；超声能量产生模块、能量输出模块和手柄依次通信连接；频率调节锁相环模块分别与超声能量产生模块和手柄通信连接；功率锁定模块分别与手柄和超声能量产生模块通信连接。
28.在本发明实施例中，fpga控制模块用于对激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块进行状态检测，具体方法为：在超声外科手术系统工作时，利用显示屏对超声外科手术系统的参数信息进行设置，利用fpga控制模块接收并储存参数信息，利用激发控制模块发送激发命令至超声能量产生模块，利用超声能量输出模块输出激发命令至手柄，利用频率调节锁相环模块进行超声能量频率输出；利用功率锁定模块进行超声能量功率输出，利用fpga控制模块检测激发命令是否改变、参数信息是否改变以及超声外科手术系统是否异常。
29.在本发明实施例中，如图1所示，激发控制模块包括手柄激发电路和脚踏激发电路；
30.手柄激发电路用于调理手柄的激发控制信号，并传输至fpga控制模块；脚踏激发电路用于调理脚踏的激发控制信号，并传输至fpga控制模块。
31.在本发明实施例中，如图1所示，超声能量产生模块用于产生驱动波形，经多级放大转换，产生超声能量驱动信号；
32.超声能量产生模块包括分别数字调压电路、功率设置电路、波形发生电路和超声驱动电路；数字调压电路、功率设置电路和波形发生电路均与超声驱动电路通信连接；波形发生电路与频率调节锁相环模块通信连接。
33.在本发明实施例中，如图1所示，频率调节锁相环模块用于实现频率的自动跟踪，并与fpga控制模块互相通信，实现超声能量的稳定输出；
34.频率调节锁相环模块包括依次通信连接的鉴相电路、压控电路和振荡电路；鉴相电路和手柄通信连接；振荡电路和波形发生电路通信连接。
35.在本发明实施例中，如图1所示，功率锁定模块用于通过电流电压的采样与信号调理，实现超声能量的功率稳定；功率锁定模块包括依次通信连接的鉴幅电路和功率锁定电路；鉴幅电路和手柄通信连接；功率锁定电路和超声能量产生模块通信连接。
36.在本发明实施例中，能量输出模块用于将超声能量驱动信号进行升压，调理转换成所需的能量，完成输出。
37.在本发明实施例中，如图1所示，保护调整模块用于集成过压错误保护机制、过流错误保护机制、过温错误保护机制和失谐错误保护机制，在发生错误机制时中断驱动输出，并将中断输出显示在显示屏上；
38.保护调整模块包括电流保护电路和电压保护电路。保护调整模块集合了硬件及软件保护；硬件保护通过或门，当任何一种错误发生时，中断驱动输出，软件保护通过监控各参数状态，当错误发生时，中断输出且显示在人机交互界面上。
39.在本发明实施例中，如图1所示，手柄用于将电能转换为机械能，并作用在患者的病患处进行治疗；手柄包括换能器和刀具。
40.在本发明实施例中，如图2所示，鉴相电路包括电阻r1-r5、接地电阻r6、电阻r9、电阻r12-r14、接地电容c2-c3、电容c4、接地电容c5、接地电容c9-c10、运算放大器u2a、运算放大器u2b和运算放大器u4a；
41.电阻r2的一端作为鉴相电路的输入端；运算放大器u2b的同相输入端和电阻r2的另一端连接；运算放大器u2b的反相输入端分别与接地电阻r4和电阻r5的一端连接；运算放大器u2b的正电源端分别与接地电容c2、接地电容c3和+15v电源连接；运算放大器u2b的负电源端分别与接地电容c5、接地电容c7和-15v电源连接；运算放大器u2b的输出端分别与电阻r5的一端和电容c4的一端连接；运算放大器u2a的同相输入端分别与电容c4的另一端和接地电阻r6连接；运算放大器u2a的反相输入端和电阻r1的一端连接；运算放大器u2a的输出端分别与电阻r1的另一端和电阻r3的一端连接；运算放大器u4a的同相输入端分别与电阻r3的另一端和电阻r14的一端连接；运算放大器u4a的反相输入端和接地电阻r12连接；运算放大器u4a的正电源端分别与接地电容c9、电阻r9的一端和3v3电源连接；运算放大器u4a的负电源端接地；运算放大器u4a的输出端分别与电阻r9的另一端、电阻r13的一端和电阻r14的另一端连接；电阻r13的另一端作为鉴相电路的输出端，并与接地电容c10连接。
42.本发明的工作原理及过程为：fpga控制模块作为系统中最核心的模块，系统在上电之后，fpga控制模块按照既定程序将系统各功能模块(包含显示屏)的状态进行检测，确保在用户使用时，各模块的状态正常。当正常操作时，用户通过显示屏对主机的参数进行设置改变，fpga控制模块接收并储存参数信息，当用户通过激发控制模块完成激发命令时，此时fpga控制模块根据存储的参数信息，给超声能量产生模块发送指令，此时超声能量会自动输出到手柄上，此时，功率恒定模块和频率调节锁相环模块介入环路，此时fpga控制模块释放权限，由功率恒定模块和频率调节锁相环模块进行超声能量功率和频率的输出。它此时对整个系统的工作状态进行监控，包括用户激发命令是否改变，参数是否修改，系统是否发生异常等。
43.本发明的有益效果为：本发明提供了一种可根据超声刀头负载变化，实时调节系统始终处于最佳谐振状态的超声主机，即保持输出能量的最大效率。该超声外科手术系统的频率调节锁相环模块可根据切割过程的负载变化，实时反馈并就需要调节输出频率，使系统一直处于最佳谐振状态，实现超声能量的稳定，功率锁定模块可依据电流电压的采样与信号调理，实现超声能量的功率稳定。
44.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发
明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种超声外科手术系统，其特征在于，包括显示屏、fpga控制模块、激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块；所述fpga控制模块分别与显示屏、激发控制模块、超声能量产生模块、频率调节锁相环模块和保护调整模块通信连接；所述超声能量产生模块和手柄均与保护调整模块通信连接；所述超声能量产生模块、能量输出模块和手柄依次通信连接；所述频率调节锁相环模块分别与超声能量产生模块和手柄通信连接；所述功率锁定模块分别与手柄和超声能量产生模块通信连接。2.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述fpga控制模块用于对激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块进行状态检测，具体方法为：在超声外科手术系统工作时，利用显示屏对超声外科手术系统的参数信息进行设置，利用fpga控制模块接收并储存参数信息，利用激发控制模块发送激发命令至超声能量产生模块，利用超声能量输出模块输出激发命令至手柄，利用频率调节锁相环模块进行超声能量频率输出；利用功率锁定模块进行超声能量功率输出，利用fpga控制模块检测激发命令是否改变、参数信息是否改变以及超声外科手术系统是否异常。3.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述激发控制模块包括手柄激发电路和脚踏激发电路；所述手柄激发电路用于调理手柄的激发控制信号，并传输至fpga控制模块；所述脚踏激发电路用于调理脚踏的激发控制信号，并传输至fpga控制模块。4.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述超声能量产生模块用于产生驱动波形，经多级放大转换，产生超声能量驱动信号；所述超声能量产生模块包括分别数字调压电路、功率设置电路、波形发生电路和超声驱动电路；所述数字调压电路、功率设置电路和波形发生电路均与超声驱动电路通信连接；所述波形发生电路与频率调节锁相环模块通信连接。5.根据权利要求4所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述频率调节锁相环模块用于实现频率的自动跟踪，并与fpga控制模块互相通信，实现超声能量的稳定输出；所述频率调节锁相环模块包括依次通信连接的鉴相电路、压控电路和振荡电路；所述鉴相电路和手柄通信连接；所述振荡电路和波形发生电路通信连接。6.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述功率锁定模块用于通过电流电压的采样与信号调理，实现超声能量的功率稳定；所述功率锁定模块包括依次通信连接的鉴幅电路和功率锁定电路；所述鉴幅电路和手柄通信连接；所述功率锁定电路和超声能量产生模块通信连接。7.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述能量输出模块用于将超声能量驱动信号进行升压，调理转换成所需的能量，完成输出。8.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述保护调整模块用于集成过压错误保护机制、过流错误保护机制、过温错误保护机制和失谐错误保护机制，在发生错误机制时中断驱动输出，并将中断输出显示在显示屏上；所述保护调整模块包括电流保护电路和电压保护电路。
9.根据权利要求1所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述手柄用于将电能转换为机械能，并作用在患者的病患处进行治疗；所述手柄包括换能器和刀具。10.根据权利要求5所述的超声外科手术系统，其特征在于，所述鉴相电路包括电阻r1-r5、接地电阻r6、电阻r9、电阻r12-r14、接地电容c2-c3、电容c4、接地电容c5、接地电容c9-c10、运算放大器u2a、运算放大器u2b和运算放大器u4a；所述电阻r2的一端作为鉴相电路的输入端；所述运算放大器u2b的同相输入端和电阻r2的另一端连接；所述运算放大器u2b的反相输入端分别与接地电阻r4和电阻r5的一端连接；所述运算放大器u2b的正电源端分别与接地电容c2、接地电容c3和+15v电源连接；所述运算放大器u2b的负电源端分别与接地电容c5、接地电容c7和-15v电源连接；所述运算放大器u2b的输出端分别与电阻r5的一端和电容c4的一端连接；所述运算放大器u2a的同相输入端分别与电容c4的另一端和接地电阻r6连接；所述运算放大器u2a的反相输入端和电阻r1的一端连接；所述运算放大器u2a的输出端分别与电阻r1的另一端和电阻r3的一端连接；所述运算放大器u4a的同相输入端分别与电阻r3的另一端和电阻r14的一端连接；所述运算放大器u4a的反相输入端和接地电阻r12连接；所述运算放大器u4a的正电源端分别与接地电容c9、电阻r9的一端和3v3电源连接；所述运算放大器u4a的负电源端接地；所述运算放大器u4a的输出端分别与电阻r9的另一端、电阻r13的一端和电阻r14的另一端连接；所述电阻r13的另一端作为鉴相电路的输出端，并与接地电容c10连接。
技术总结本发明公开了一种超声外科手术系统，包括显示屏、FPGA控制模块、激发控制模块、超声能量产生模块、能量输出模块、手柄、频率调节锁相环模块、保护调整模块和功率锁定模块。该超声外科手术系统的频率调节锁相环模块可根据切割过程的负载变化，实时反馈并就需要调节输出频率，使系统一直处于最佳谐振状态，实现超声能量的稳定，功率锁定模块可依据电流电压的采样与信号调理，实现超声能量的功率稳定。实现超声能量的功率稳定。实现超声能量的功率稳定。
技术研发人员：何成东 石鸿恺 张驰
受保护的技术使用者：江苏邦士医疗科技有限公司
技术研发日：2022.05.25
技术公布日：2022/11/1
