一种医用手术电极使用次数控制系统及方法与流程

本发明属于医用电器技术领域，具体涉及一种医用手术电极使用次数控制系统及方法。

背景技术：

在医院电外科领域，高频电刀使用的手术电极多为一次性使用，尤其是等离子高频电刀的手术电极，几乎都是一次性使用，但是在实际使用中有些使用者会重复使用，这就会造成很多隐患，比如说等离子高频电刀使用的电极，超过使用寿命之后，电极丝会腐蚀加重，可能会在手术过程中脱落，掉入人体，而有些等离子高频电刀的电极，在加工中，电极为中空，中间使用铜导线穿过，如果发生电极脱落，就会让铜这种对人体有害的重金属进入人体，造成医疗事故；还有多次使用如果消毒不彻底，极易造成交叉传染。所以设计一种能对电极次数控制的手术电极是很必要的。

高频电刀通常都是在电极插入之后，主机识别到电极之后才可以输出能量，目前，医院使用的等离子高频电刀几乎全部都是先识别到电极，然后才可以输出能量。对于电极的识别方式，最早的是gyrusacmi公司通过在等离子电极中放置电容来达到识别，珠海市司迈科技有限公司的很多产品都是使用瞬态抑制二极管来识别，还有一些厂家采用的是同gyrusacmi公司一样放置电容来识别，但是前述的识别方式无法在规定的使用次数之后，断开用于识别的电容或者瞬态抑制二极管，使得高频电刀就无法再次使用这个电极。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种医用手术电极使用次数控制系统，能够在规定的使用次数之后，断开用于识别的电容或者瞬态抑制二极管，从而使得高频电刀无法再次使用这个电极，最终达到使用次数控制的目的，从而杜绝发生电极脱落，交叉传染的事故发生，目前在售的产品都没法做到这种功效。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种医用手术电极使用次数控制系统，其特征在于：包括用于供电的电源模块、单片机芯片、振动传感器模块、按键、继电器驱动电路和继电器；所述单片机芯片的输入端分别与振动传感器模块和按键的输出端相连；单片机芯片的输出端与继电器驱动电路的输入端相连；所述继电器包括一组线圈、第一组触点和第二组触点；所述线圈与继电器驱动电路的输出端相连；所述第一组触点中的第一公共触点接地，其第一常开触点和第一常闭触点均与单片机芯片的数据传输端相连，用于供单片机芯片检测继电器的状态；所述第二组触点中的第二公共点连接有识别电容或者瞬态抑制二极管，用于与第一手术电极相连，其第二常开触点用于第二手术电极相连。

进一步地，所述振动传感器模块包括两个相互垂直设置的第一振动传感器和第二振动传感器，所述第一振动传感器和第二振动传感器分别与单片机芯片相连。震动传感器在检测震动的时候有一定的方向性，两个互相垂直安装目的是为了能够灵敏的检测左右，上下的震动.

进一步地，所述单片机芯片的各电源引脚均连接有退耦滤波电容；所述电源模块是电池。

进一步地，所述的一种医用手术电极使用次数控制系统，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器的输入端与微处理器的输出端相连；所述继电器为磁保持继电器。

一种医用手术电极使用次数控制系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)、将第一手术电极和第二手术电机安装到医用手术电极使用次数控制系统中，保持医用手术电极使用次数控制系统处于静止状态，启动电源，第一振动传感器和第二振动传感器的状态稳定，单片机芯片进入停止模式；

(2)、当单片机芯片检测到第一振动传感器和/或第二振动传感器输出的触发信号，且检测到按键被按下后，单片机芯片对按键进行按下时间计时；

(3)、在按键按下设定时间后，单片机芯片进入工作模式，发出控制信号给继电器驱动电路，由继电器驱动电路启动继电器，将识别电容或者瞬态抑制二极管接入高频电刀，高频电刀识别到第一手术电极和第二手术电极的接入后，控制其输出能量，继电器进入工作模式；

(4)当单片机芯片检测到继电器处于工作模式，单片机芯片开始计时，并与预设的工作时间进行比较，当达到预设的工作时间时，单片机芯片发出控制信号给继电器驱动电路，继电器驱动电路断开继电器，从而断开识别电容或者瞬态抑制二极管，结束本次使用；

(5)在完成一次使用后，单片机芯片会自动将预设的使用次数减1，当预设的使用次数为0时，单片机芯片不再响应按键的信号，无法进入工作模式状态，第一手术电极和第二手术电极将无法再次被高频电刀识别和使用。

进一步地，在所述步骤(1)之前还包括：向单片机芯片中写入预设的工作时间和预设的使用次数。

进一步地，所述步骤(2)，具体为：

(2.1)当医用手术电极使用次数控制系统出现振动的时候，第一振动传感器和/或第二振动传感器输出触发信号到单片机芯片，唤醒单片机芯片，使得单片机芯片进入浅睡眠模式；

(2.2)检测按键是否被按下，当检测到按键被按下后，单片机芯片对按键进行按下时间计时；当检测到按键没有被按下，则单片机芯片检查继电器是否闭合状态，如果是闭合状态，单片机芯片发出控制信号给继电器驱动电路，继电器驱动电路控制继电器断开，然后单片机芯片继续进入停止模式。

进一步地，所述步骤(3)还包括：在设定的时间后，单片机芯片控制蜂鸣器发出声音，提示使用者，第一手术电极和第二手术电极已经被激活。

进一步地，所述步骤(4)中的预设工作时间为预设的一次手术的时间；步骤(4)中还包括：在断开识别电容或者瞬态抑制二极管前，单片机芯片控制蜂鸣器发出声音，提示使用者。

进一步地，所述步骤(5)具体为：在完成一次使用后，单片机芯片会自动将预设的使用次数减1，当预设的使用次数为0时，单片机芯片不再响应按键的信号，接着会进入停止模式，之后，当s1和/或s2有震动的时候，单片机芯片会从停止模式唤醒，检查继电器是否闭合状态，如果是闭合状态，则复位继电器，使得继电器的第二组触点中的第二公共触点与其常开触点断开，单片机芯片继续进入停止模式，于是手术电极将无法再次被高频电刀识别并使用。闭合状态是指k1的6脚和5脚相连接；复位继电器是指k1的6脚和7脚相连接。

本发明的有益效果：

本发明提出一种医用手术电极使用次数控制系统，能够在规定的使用次数之后，断开用于识别的电容或者瞬态抑制二极管，从而使得高频电刀就无法再次使用这个电极，最终达到使用次数控制的目的，从而杜绝了手术过程中电极脱落、交叉传染的事故的发生。

本发明中使用的继电器为磁保持继电器，当控制公共触点与常开触点相连后，就不再需要控制(控制时间只有15ms左右，所以会很节约电力)，该触点会一直保持闭合，只有在受到强磁场或猛烈的震动的时候才有可能断开，此时继电器触点状态不明确，并且由于两组触点受一组线圈的同步控制，所以将第一组触点的两个触点与单片机相连，保证了在受到猛烈震动或强磁场之后，单片机能够检测出继电器第一组触点的状态，从而间接判断出第二组线圈触点的状态，有效提高了本发明的使用稳定性。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为与图1中的原理示意图对应的电路图的第一部分。

图3为与图1中的原理示意图对应的电路图的第二部分。

图4为与图1中的原理示意图对应的电路图的第三部分。

图5为与图1中的原理示意图对应的电路图的第四部分。

图6为与图1中的原理示意图对应的电路图的第五部分。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例一

如图1所示，一种医用手术电极使用次数控制系统，包括用于供电的电源模块、单片机芯片、振动传感器模块、按键、继电器驱动电路和继电器；

所述单片机芯片的输入端分别与振动传感器模块和按键的输出端相连；单片机芯片的输出端与继电器驱动电路的输入端相连；

所述继电器包括一组线圈、第一组触点和第二组触点；所述线圈与继电器驱动电路的输出端相连，由继电器驱动电路为继电器供电，提供驱动力；所述第一组触点中的第一公共点接地，其第一常开触点和第一常闭触点均与单片机芯片上对应的i/o口相连，用于供单片机检测继电器的状态；所述第二组触点中的第二公共点连接有识别电容或者瞬态抑制二极管，用于与第一手术电极相连，其第二常开触点用于与第二手术电极相连。

震动传感器在检测震动的时候有一定的方向性，因此，所述振动传感器模块包括两个相互垂直设置的第一振动传感器和第二振动传感器，所述第一振动传感器和第二振动传感器分别与单片机芯片相连，通过设置两个互相垂直的振动传感器能够灵敏的检测左、右、上、下方向的震动。

所述单片机芯片的电源引脚均连接有退耦滤波电容。所述电源模块为电池。

所述的一种医用手术电极使用次数控制系统，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器的输入端与微处理器的输出端相连。

上述的一种医用手术电极使用次数控制系统，能够在规定的使用次数之后，断开用于识别的电容或者瞬态抑制二极管，从而使得高频电刀就无法再次使用这个电极，最终达到使用次数控制的目的；从而杜绝了手术过程中电极脱落、交叉传染的事故的发生。

实施例二

一种医用手术电极使用次数控制系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)、保持医用手术电极使用次数控制系统处于静止状态，启动电源，第一振动传感器和第二振动传感器的状态稳定，单片机芯片进入停止模式；

(2)、当单片机芯片检测到第一振动传感器和/或第二振动传感器的输出触发信号，且检测到按键被按下后，单片机芯片对按键进行按下时间计时；

(3)、在按键按下设定时间后，单片机芯片进入工作模式，发出控制信号给继电器驱动电路，由继电器驱动电路启动继电器，将识别电容或者瞬态抑制二极管接入高频电刀，高频电刀识别到第一手术电极和第二手术电极接入后，其输出能量，继电器进入工作模式；

(4)当单片机芯片检测到继电器处于工作模式状态，单片机芯片开始计时，并与预设的工作时间进行比较，当达到预设的工作时间时，单片机芯片发出控制信号给继电器驱动电路，继电器驱动电路断开继电器，从而断开识别电容或者瞬态抑制二极管，结束本次使用；

(5)在完成一次使用后，单片机芯片会自动将预设的使用次数减1，当预设的使用次数为0时，单片机芯片不再响应按键的信号，无法进入工作模式状态，第一手术电极和第二手术电极将无法再次被高频电刀识别和使用。

在所述步骤(1)之前还包括：向单片机芯片中写入预设的工作时间和预设的使用次数。

优选地，所述步骤(2)，具体为：

(2.1)当医用手术电极使用次数控制系统出现振动的时候，第一振动传感器和/或第二振动传感器输出触发信号到单片机芯片，唤醒单片机芯片，使得单片机芯片进入浅睡眠模式；只有写入预设的工作时间和预设的适用次数，比如说预设的工作时间为1小时，预设的适用次数为2次，则系统每一次激活，可以连续使用1小时，总共可以工作2小时。

(2.2)检测按键是否被按下，当检测到按键被按下后，单片机芯片对按键进行按下时间计时；当检测到按键没有被按下，则单片机芯片检查继电器是否闭合状态，如果是闭合状态，单片机芯片发出控制信号给继电器驱动电路，继电器驱动电路控制继电器断开，然后单片机芯片继续进入停止模式。

优选地，所述步骤(3)还包括：在设定的时间后，单片机芯片控制蜂鸣器发出声音，提示使用者，第一手术电极和第二手术电极已经被激活。

优选地，所述步骤(4)中的预设工作时间为预设的一次手术的时间；步骤(5)中还包括：在断开识别电容或者瞬态抑制二极管前，单片机芯片控制蜂鸣器发出声音，提示使用者。

优选地，所述步骤(5)具体为：在完成一次使用后，单片机芯片会自动将预设的使用次数减1，当预设的使用次数为0时，单片机芯片不再响应按键的信号，接着会进入停止模式，之后，当s1和/或s2有震动的时候，单片机芯片会从停止模式唤醒，检查继电器是否闭合状态，如果是闭合状态，则复位继电器，使得继电器的第二组触点中的第二公共触点与其常开触点断开，单片机芯片继续进入睡眠模式，于是手术电极将无法再次被高频电刀识别并使用。

实施例三

如图2—图6所示，本实施例中：

所述电源模块为cr1632电池，它可以提供120mah的电量，标准放电电流0.2ma，最大可以提供5ma-10ma的放电电流。其用于为整个控制系统提供持续的电力。

所述单片机芯片采用的是型号为efm32zg110的单片机，它是一款超低功耗的单片机；如图2所示，u1代表efm32zg110的单片机，c1、c2、c4、c6、c8、c9均退耦滤波电容，分别与u1的各个电源引脚和复位引脚连接，用于保障u1稳定工作，其中c9为低频滤波电容，一般容量为1uf-10uf之间，c1、c2、c4、c6、c8为高频退耦电容，容量一般为0.01uf-0.1uf；优选地，还利用r6和c7构成u1的复位电路，与u1的复位引脚连接。r6一般为10k-47k，c7为0.1uf。

所述继电器为磁保持继电器(如图2中的k1)，可以采用omron的g6ku-2f-y-3v或者宏发的hfd4/3-l，磁保持继电器触点的切换仅仅需要一个脉冲的方向电流，所以可以极大的节约电池电力。继电器k1其中一组触点的公共触点(6脚)和常开触点(5脚)之间接入了识别电容c3(还可以根据实际需要将识别电容换成瞬态抑制二极管，来适配不同厂商的电刀)，图2中的t1和t2为接入电刀的电极输入口，用于连接第一手术电极和第二手术电极。由于磁保持继电器的初始状态不稳定，所以继电器k1另一组触点的公共触点(3脚)接地，对应的常闭触点(2脚)和常开触点(4脚)接u1的i/o口(如图2中的21脚和24脚)，用来检测继电器的状态。继电器k1的线圈(1脚和8脚)接入到继电器驱动电路(u2)的输出端(即u2的2脚和3脚)。原理图中k1显示的状态为常闭状态，也就是k1的2脚和7脚为常闭触点，4脚和5脚为常开触点。

所述继电器驱动电路(u2)采用继电器驱动芯片，优选型号为drv8837的继电器驱动芯片，也可以使用其他低功耗，小体积的芯片。继电器驱动电路u2可以给继电器k1的线圈提供驱动力。c5和c10为u2滤波退耦电容，c5和c10可使用1uf-10uf。继电器驱动电路u2为低功耗驱动芯片，当继电器驱动电路u2的7脚为低电平时候，继电器驱动电路u2会进入睡眠模式，电流为100na左右。

所述振动传感器模块包括第一振动传感器s1和第二振动传感器s2，优选使用型号为csx-sen-300a的震动传感器，因为s1和s2工作过程中不会有大电流，高压通过，所以可以选用其他体积小巧的同类型震动传感器。

单片机芯片u1在装入电池之后马上会进入停止模式，此时系统耗电极少，工作电流一般会为na级别；第一振动传感器s1和第二振动传感器s2为互相呈90度安装，单片机芯片u1的18脚和17脚配置为停止模式唤醒功能；

当整个系统静止的时候，第一振动传感器s1和第二振动传感器s2状态稳定，单片机芯片u1持续运行在停止模式；当系统有震动的时候，第一振动传感器s1和第二振动传感器s2会在单片机芯片u1的17脚或者18脚输入电平边沿变化，此时u1会被唤醒，进入浅睡眠模式，然后检查按键是否被按下，如果检查到按键没有被按下，u1开始检查24脚(与继电器k1相连的脚)，是否为低电平，如果是表示继电器k1处于闭合状态，单片机芯片u1发出控制信号给继电器驱动电路u2，继电器驱动电路u2控制继电器k1断开，然后单片机芯片u1继续进入停止模式。在单片机芯片u1被第一振动传感器s1或者第二振动传感器s2唤醒之后，如果按键被按下，则单片机芯片u1会对按键时间开始计时，当按键时间超过设定的时间之后，蜂鸣器bp1会响一声，提示使用者，电极已经被激活，同时单片机芯片u1会认为此时电极已经开始使用了，会进入工作模式，通过控制单片机芯片u1的3脚、4脚、5脚，经过r2限流电阻(r2为排阻，由4个电阻集成到一起，与u2上的5、6、7脚相连)，唤醒继电器驱动电路u2并让继电器驱动电路u2驱动继电器k1，让识别电容c3或者瞬态抑制二极管接入高频电刀，其中限流电阻r2可选范围为1k-47k。当高频电刀识别到电容(或者瞬态抑制二极管)接入之后，高频电刀会识别出手术电极，这时可以控制高频电刀输出能量。

控制系统正式开始工作之后，单片机芯片u1就会开始计时，不断同预设的工作时间(即预设的一次手术的时间)做比较，如果达到预设的工作时间，单片机芯片u1会控制继电器驱动电路u2让继电器k1断开识别电容c3(或者瞬态抑制二极管)，根据统计，电外科手术时间不会超过三个小时，单片机芯片u1的使用时间可以通过swd下载口p2的3脚和4脚通过串口在出厂前写入，一般说来，推荐写入时间为3小时，这个时间满足手术使用时间。在继电器k1断开识别电容c3之前，蜂鸣器bp1会发出提示音，表示电极使用寿命即将结束。c3为识别电容，可以更换成瞬态抑制二极管。

在完成一次使用之后，单片机芯片u1会减去预设的使用次数一次，如果使用次数减到0之后，u1会不再响应按键信号，接着会转入停止模式，之后，当s1和/或s2有震动的时候，单片机芯片u1会从停止模式唤醒，检查继电器k1是否闭合，如果是闭合状态，则复位继电器k1，断开继电器k1上公共触点(6脚)与常开触点(5脚)的连接，单片机芯片u1继续进入停止模式；如果不是闭合状态，则单片机直接进入停止模式，于是手术电极将无法再次被高频电刀识别并使用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。