专利名称：一种混切高频电刀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种手术电刀，具体涉及一种自动调整切、凝效果的恒功率混切高频电刀。
一般来说，现有的常规电刀以主(载)频率波形的调制深度来划分各混切模式的切、凝效果。其调制愈深，即调制脉冲宽度愈窄，凝血效果愈好，反之，凝血效果将变差。为追求凝血效果而使调制脉宽缩窄时，输出功率将不足以维持切割所必须的水平，从而引起切割不良甚至组织液化，这就势必要提高输出峰值电压。然而过高的峰值电压不仅可造成组织的过度灼伤，还可能带来其它安全方面问题，如增大高频漏电流。
另外，为了适应不同患者、不同手术、不同组织状态以及不同操作者的需要，常规电刀将切割、凝血功能划分成若干个工作模式(如切分为纯切、混切1、混切2……，凝分为除湿、点凝、面凝……)，供使用者需要进行选择和转换。这种手术中频繁的选择和转换不仅操作不方便，而且效果不理想，有时切割不爽，有时止血不良，甚至引起组织液化或过分焦灼，影响患者康复。
本实用新型的目的在于研究开发一种既能高效切割又能高效凝血且能根据组织状态自动调整切割、凝血能力的所谓“真混切”高频电刀，该种手术电刀对不同患者、不同组织和不同组织状态均能维持最佳的切割和凝血效果，满足各种手术的需要。
本实用新型提供了一种混切高频电刀，它使高频电刀维持恒功率输出以保持任何组织和组织状态下的切割效果，同时又能根据组织状态自动调整调制脉宽以提高凝血效果，从而达到两者的最佳组合。
具体地说，本发明采用一个恒压开关式高频功放电路和一个以功放工作电流自动调整调制脉冲宽度的功放驱动电路，巧妙地构成一种切、凝效果俱佳的“真混切”高频电刀。开关式功放恒压供电使输出峰值电压始终处于一个相对较低的水平，以保证不过分灼伤组织为限；自动调整脉宽的驱动电路将使电力输出能同时地增强低阻抗(出血和潮湿)组织的凝血效果和高阻抗(干燥、出血少)组织的切割效果。
在实际手术过程中，如在遇到出血和(或)液体较多的潮湿组织即低阻抗组织时，输出电流以至功放工作电流将出现增大趋势，用这个可能增大的电流去调整调制脉冲宽度使之下降，既维持了输出功率的恒定不使其增大而引起过分切割和烟雾，又增强了凝血效果(因其脉宽窄)；反过来，在遇到出血和液体较少的干燥组织(如脂肪等)即高阻抗组织时，输出电流以至功放工作电流将出现下降趋势，用这个可能下降的电流去调整调制脉冲宽度使之加宽，以维持输出功率而保证切割效果，因其仅增加脉宽而不提高电压，故不会出现过分灼伤等问题。
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细叙述
图1为本实用新型提供的一种混切高频电刀的方框结构图图2为
图1中自动调整调制脉宽驱动电路及恒压开关式高频功放电路的电路图如
图1中所示，本实用新型提供一种自动调节切、凝效果的混切高频电刀，其主要包括一个电流(功率)设定电路1、一个高频振荡电路2、一个分频电路3、一个低压供电电路4、一个恒压开关电源电路5、一个自动调整调制脉宽的驱动电路6、一个恒压开关式高频功放电路7以及一输出回路8。
首先，市电进入恒压开关电源电路5产生EH、进入低压供电电路4产生EC,EH为恒压开关式高频功放电路7提供电源，EC为自动调整调制脉宽的驱动电路6提供电源，EC同时为电流(功率)设定电路1、高频振荡电路2、分频电路3提供电源；电流(功率)设定电路1产生IR，高频振荡电路2产生ts，分频电路3产生f0，它们一起去控制自动调整调制脉宽的驱动电路6；来自恒压开关式高频功放电路7的采样电流i与电流(功率)设定电路1产生的IR通过自动调整调制脉宽的驱动电路6相互调节作用，最后，恒压开关式高频功放电路7输出高频功率电流和电压，经输出回路8输出进行手术。
本实用新型提供的一种混切高频电刀的恒压开关式高频功放电路可以是全桥、半桥、推挽或其它任何高频功率放大电路，只要以恒压供电和开关方式工作即可。另外，该功放电路的负载能力要强，即高低阻抗负载下的效率比较一致且较高，方可保证输出功率与被控的功放功率相对应。
作为本实用新型的实施例，在图2中的功放电路采用四只功率MOS器件Q4、Q6、Q7、Q8以及电阻R13、R14、R15、R16等构成由恒压开关电源EH供电的全桥放大电路，在驱动变压器T1输出的四组方波信号作用下，两对角线上的功率MOS器件轮流通断作开关动作，从而在输出变压器T2付边产生高频功率方波电压和电流，经输出回路调谐平衡后加到输出电极上进行手术。
本实用新型提供的一种真混切高频电刀的自动调整调制脉宽的驱动电路是本实用新型的核心部分，作为本实用新型的实施案例，如图2中所示的自动调整调制脉宽的驱动电路主要包括一个由运放U1，电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3等器件构成的负载下功放工作电流偏差的PID调节器(电路)，其中，R2、C2并接在运放U1的输入负端，在该端同时串联R3、C3接到运放U1的输出端，R1、C1接到运放U1的输入正端；一个由运放U2、电阻R5、R6、R7、可变电阻W1、W2等器件构成的开路脉宽设定电路，其中，可变电阻W1中端串联R6接到运放U2的输入正端，可变电阻W2中端串联R5接到运放U2的输入负端，在该端同时串联电阻R7接到运放U2的输出端；一个由运放U3、电阻R4、R8、R9、R10等器件构成的加法器，其中R4、R8接到运放U3的输入正端，R9接到运放U3的输入负端，在该端同时串联R10接到运放U3的输出端；一个由三极管Q1、二极管D1、电阻R11、电容C4等器件构成的脉宽自动调整电路，其中，电阻R11接到三极管Q1的基极，二极管D1接到三极管Q1的集电极与发射极之间，电容C4的一端与三极管Q1的集电极相连，另一端与地相连；及一个由与非门U4、U5，非门U6、U7、U8和功率MOS管Q2、Q3、变压器T1等器件构成的调制放大电路。
如图2所示，本实用新型提供的一种真混切高频电刀的自动调整调制脉宽的电路中，功放电路(经R17转换后)送来的功放工作电流采样信号(i)和电流(即功率，因功放为恒压工作，功率与电流成正比)设定电路送来的电流(功率)设定信号(IR)，在运放U1及阻容R1～R3、C1～C3构成的PID(比例-积分-微分)调节器电路中，进行负载时电流偏差(i-IR)的比例放大和积分、微分运算，得到负载情况下功放工作电流偏差PID调节信号ΔIL，与运放U2、电位器W1、W2和电阻R5～R7构成的开路脉宽设定电路送出的开路脉宽信号ΔIo(产生方法如后述)，在运放U3、电阻R4、R8～R10构成的加法器中相加后产生实际脉宽调节信号ΔI,ΔI将控制由电阻R11、三极管Q1、二极管D1及电容C4构成的脉宽自动调整电路中Q1的导通程度，其导通电阻与电容C4和二极管D1构成的延时电路，使高频振荡和分频电路送来的基本调制脉冲宽度ts缩短到满足电刀输出功率(电流)要求的实际调制脉宽tu，在与非门U4、U5中与高频振荡和分频电路送来的主(载)频率f0和(经非门U6产生的)f0相“与”形成两组异向调制信号，经非门U7、U8及MOS管Q2、Q3、电阻R12、驱动变压器T1构成的推挽放大器放大后在T1付边送出两两同相的四组高频方波驱动信号，供高频功放作驱动用。
空载时，电刀输出电流很小，功放工作电流采样信号i也很小，U1等器件构成的PID调节器基本不起作用，即其输出ΔIL=0，调制脉宽将主要取决于U2等器件构成的空载脉宽设定电路的输出信号ΔIo。电流(功率)设定IR为0时，最大脉宽调节电位器W2送入U2的信号始终为0，调节最小脉宽设定电位器W1,U2送出某一恒定电平ΔIo(m)经加法器后控制Q1达最小导通程度(导通电阻最大)，刚好使调制脉宽tu=tu(m)=0，即IR为“0”设定时，电刀无输出波形和功率。在电流(功率)设定信号IR为最大时(输出功率达额定值时的设定信号)，空载下调节最大脉宽设定电位器W2，将使空载脉宽设定电路输出ΔIo降低到某一最小值ΔIo(M)(对应最大开路脉宽)，从而控制Q1达最大导电程度(导通电阻最小)，对基本脉宽ts的延时作用也最小，则使开路调制脉宽tu达最大值tu(M)，该最大脉宽直接影响高阻负载(如2KQ以上)的输出功率。随着电流(功率)设定的下降，开路脉宽将线性地随之下降(到“0”设定时为0)。
在某一功率(电流)设定下，电刀负载变化时，功放工作电流(采样i)将随之变化，调制脉宽tu也随之变化。当负载加重(负载电阻减小)时，采样电流i将升高，电流偏差ΔIL将增加(增加的速度、数量由PID调节器参数决定)，迫使Q1导通程度下降(导通电阻增加)，从而使调制脉宽tu下降，最后使功放电流下降而恢复到接近原设定值，也就维持了电刀输出功率基本不变(不增大)，这样，手术中遇到潮湿(或)出血多的低阻抗组织时，不会发生过分切割和过大烟雾现象，同时缩窄了的脉冲宽度将提高止血效果。
当负载变轻(负载电阻增大)时，采样电流i将减小，电流偏差ΔIL将下降(下降速度、数量由PID调节器参数决定)，迫使Q1导通程度增加(导通电阻下降)，从而使调制脉宽tu上升，最后使功率电流上升而恢复到接近原设定值，也就维持了电刀输出功率基本不变(不降低)，保证高阻抗组织(如脂肪、筋腱等)的切割效果，而高阻抗组织本身就是出血较少和(或)比较干燥的，对止血要求可以降低，因此脉宽适当增加是没什么影响的。这里未提高功放工作电压，因而电刀输出峰值电压也没提高，不会引起过分灼伤。
本实施例中的基本调制脉宽由最大输出功率决定。由于本发明电刀能将切、凝效率自动调整于最佳组合状态，故一般手术所需的功率相当低，如10-50W(200Ω-2000Ω负载)就可顺利进行手术(实际使用功率还与手术电极形状尺寸及其移动速度有关)，其基本脉宽取30％-50％已足够，某些特殊手术(如水下手术)要求较大功率，可适当提高基本脉宽。
虽然，本实用新型的实施例中给出的是模拟控制方法，它的优点是可保证调制脉宽以至输出功率能连续调整和快速响应，但如用数字或计算机方法来控制和调整调制脉宽，也可同样实现切、凝效果的满意组合，达到“真混切”的目的，只是要保证响应速度应足够快，以防产生低频噪音。
权利要求1.一种高频手术电刀，其特征在于该高频手术电刀主要包括一个电流(功率)设定电路(1)、一个高频振荡电路(2)、一个分频电路(3)、一个低压供电电路(4)、一个恒压开关电源电路(5)、一个自动调整调制脉宽的驱动电路(6)、一个恒压开关式高频功放电路(7)以及一输出回路(8)；首先，市电进入恒压开关电源电路(5)产生EH、进入低压供电电路(4)产生EC,EH为恒压开关式高频功放电路(7)提供电源，EC为自动调整调制脉宽的驱动电路(6)提供电源，EC同时为电流(功率)设定电路(1)、高频振荡电路(2)、分频电路(3)提供电源；电流(功率)设定电路(1)产生IR，高频振荡电路(2)产生ts，分频电路(3)产生f0，它们一起去控制自动调整调制脉宽的驱动电路(6)；来自恒压开关式高频功放电路(7)的采样电流i与电流(功率)设定电路(1)产生的IR通过自动调整调制脉宽的驱动电路(6)相互调节作用，最后，恒压开关式高频功放电路(7)输出高频功率电流和电压，经输出回路(8)输出进行手术。
2.根据权利要求1所述的一种高频手术电刀，其特征在于所述的恒压开关式高频功放电路(7)可以是全桥、半桥、推挽或其它任何高频功率放大电路，只要以恒压供电和开关方式工作即可；另外，该功放电路的负载能力要强，即高低阻抗负载下的效率比较一致且较高，方可保证输出功率与被控的功放功率相对应。
3.根据权利要求2所述的一种高频手术电刀，其特征在于所述的恒压开关式高频功放电路(7)采用四只功率MOS器件Q4、Q6、Q7、Q8以及电阻R13、R14、R15、R16等构成由恒压开关电源Eh供电的全桥放大电路，在驱动变压器T1输出的四组方波信号作用下，两对角线上的功率MOS器件轮流通断作开关动作，从而在输出变压器T2付边产生高频功率方波电压和电流，经输出回路调谐平衡后加到输出电极上进行手术。
4.根据权利要求1所述的一种高频手术电刀，其特征在于所述的自动调整调制脉宽的驱动电路(6)主要包括一个由运放U1，电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3等器件构成的负载下功放工作电流偏差的PID调节器(电路)，其中，R2、C2并接在运放U1的输入负端，在该端同时串联R3、C3接到运放U1的输出端，R1、C1接到运放U1的输入正端；一个由运放U2、电阻R5、R6、R7、可变电阻W1、W2等器件构成的开路脉宽设定电路，其中，可变电阻W1中端串联R6接到运放U2的输入正端，可变电阻W2中端串联R5接到运放U2的输入正端，在该端同时串联电阻R7接到运放U2的输出端；一个由运放U3、电阻R4、R8、R9、R10、等器件构成的加法器，其中R4、R8接到运放U3的输入正端，R9接到运放U3的输入负端，在该端同时串联R10接到运放U3的输出端；一个由三极管Q1、二极管D1、电阻R11、电容C4等器件构成的脉宽自动调整电路，其中，电阻R11接到三极管Q1的基极，二极管D1接到三极管Q1的集电极与发射极之间，电容C4的一端与三极管Q1的集电极相连，另一端与地相连；及一个由与非门U4、U5，非门U6、U7、U8和功率MOS管Q2、Q3、变压器T1等器件构成的调制放大电路；在所述自动调整调制脉宽的驱动电路(6)中，功放电路(7)(经R17转换后)送来的功放工作电流采样信号(i)和电流(即功率，因功放为恒压工作，功率与电流成正比)设定电路送来的电流(功率)设定信号(IR)，在运放U1及阻容R1～R3、C1～C3构成的PID(比例-积分-微分)调节器电路中，进行负载时电流偏差(i-IR)的比例放大和积分、微分运算，得到负载情况下功放工作电流偏差PID调节信号ΔIL，与运放U2、电位器W1、W2和电阻R5～R7构成的开路脉宽设定电路送出的开路脉宽信号ΔIo，在运放U3、电阻R4、R8～R10构成的加法器中相加后产生实际脉宽调节信号ΔI,ΔI将控制由电阻R11、三极管Q1、二极管D1及电容C4构成的脉宽自动调整电路中Q1的导通程度，其导通电阻与电容C4和二极管D1构成的延时电路，使高频振荡和分频电路送来的基本调制脉冲宽度ts缩短到满足电刀输出功率(电流)要求的实际调制脉宽tu，在与非门U4、U5中与高频振荡和分频电路送来的主(载)频率f0和(经非门U6产生的)f0相“与”形成两组异向调制信号，经非门U7、U8及MOS管Q2、Q3、电阻R12、驱动变压器T1构成的推挽放大器放大后在T1付边送出两两同相的四组高频方波驱动信号，供高频功放作驱动用。
专利摘要本实用新型涉及一种混切高频电刀,其主要包括一个电流(功率)设定电路(1)、一个高频振荡电路(2)、一个分频电路(3)、一个低压供电电路(4)、一个恒压开关电源电路(5)、一个自动调整调制脉宽的驱动电路(6)、一个恒压开关式高频功放电路(7)以及一输出回路(8)。本实用新型在遇到不同组织时,其输出电流以至功放工作电流将会出现变化趋势,用这个变化的电流去调整调制脉冲宽度,既维持了输出功率的恒定不使其变化而引起过分切割和烟雾,又增强了凝血效果。
文档编号A61B18/12GK2460062SQ01210260
公开日2001年11月21日 申请日期2001年1月18日 优先权日2001年1月18日
发明者沈积仁, 朱忠明, 侯筱砥 申请人:上海沪通电子有限公司