动态调节超声刀的输出能量的方法和超声波手术刀系统与流程

1.本技术实施例涉及医疗器械技术领域，具体涉及动态调节超声刀的输出能量的方法和超声波手术刀系统。


背景技术：

2.现有的超声刀系统一般包括超声刀主机、驱动柄及连接导线、超声刀具等，超声刀主机持续稳定地输出电能，通过驱动柄中的换能器将电能转换为一定的频率振动的超声波机械能，并将持续稳定的超声波机械能传递到超声刀具尖端，使与超声刀具尖端接触的组织吸收超声波能量后，其包含的蛋白质的氢键断裂，产生空洞化效应，达到切凝一体的效果。同时组织内水分汽化，进一步达到组织分层的目的。
3.现有的超声刀具通常只能凝闭直径3毫米以下的血管，当需要凝闭3毫米以上的血管时，通常需要操作者精确地控制作用于软组织和血管上的时间。当刀具作用于软组织或血管时间太短时会产生凝闭血液不可靠，当刀具作用于软组织或血管时间太长时刀具会产生过高的温度从而增加侧向热损伤、刀具与组织粘连或因温度过高而导致烫伤等风险。由于操作者无法精确地判断超声刀具作用于软组织和血管上的精确时间的长短，会影响手术效果，增加手术风险。


技术实现要素：

4.本技术实施例提出了动态调节超声刀的输出能量的方法和超声波手术刀系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种动态调节超声刀的输出能量的方法，该方法包括：确定当前的工作模式；响应于确定当前的工作模式为第一工作模式，且接收到用于启动超声刀输出能量的启动信号，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化输出相应的超声波能量。
6.在一些实施例中，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化以相应的能量输出超声波能量，包括：在接收到启动信号后的至少两个时间段内，根据每个时间段对应的能量调节比例，控制超声刀随时间变化以相应的能量输出超声波能量。
7.在一些实施例中，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化以相应的能量输出超声波能量，包括：在接收到启动信号后的第一时间段，根据预设的第一能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量；在第一时间段之后的第二时间段，根据预设的第二能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量；在第二时间段之后的第三时间段，根据预设的第三能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量。
8.在一些实施例中，第三能量调节比例大于第一能量调节比例和第二能量调节比例，第一能量调节比例大于第二能量调节比例。
9.在一些实施例中，第一能量调节比例处于40％-60％区间内，第二能量调节比例处
于10％-40％区间内，第三能量调节比例处于60％-100％区间内。
10.在一些实施例中，根据预设的第二能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量，包括：根据预设的第一能量转换速率，将能量调节比例切换至第二能量调节比例；根据预设的第三能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量，包括：根据预设的第二能量转换速率，将能量调节比例切换至第三能量调节比例。
11.在一些实施例中，该方法还包括：响应于确定当前的工作模式为第二工作模式，且接收到用于启动超声刀输出能量的启动信号，控制超声刀输出最大的超声波能量；响应于确定当前的工作模式为第三工作模式，且接收到启动信号，根据预设的第四能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量。
12.在一些实施例中，第四能量调节比例处于30％-80％区间内。
13.在一些实施例中，该方法还包括：响应于确定当前时间达到预设的停止时间，控制超声刀停止输出超声波能量。
14.第二方面，本技术实施例提供了一种超声波手术刀系统，该超声波手术刀系统包括：主控制器、电源模块、超声波驱动模块、超声刀手柄、超声波输出开关、触控显示器，超声刀手柄包括换能器和刀杆，其中，超声波输出开关用于产生启动信号，主控制器用于执行上述第一方面中任一实施例描述的方法；电源模块用于为主控制器和超声波驱动模块提供电能，超声波驱动模块用于驱动换能器产生超声波能量，触控显示器用于对主控制器进行设置及显示信息。
15.在一些实施例中，超声波输出开关包括以下至少一种：脚踏开关、手动开关。
16.本技术实施例提供的动态调节超声刀的输出能量的方法和超声波手术刀系统，通过确定当前的工作模式，如果为第一工作模式，在接收到启动信号时，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化输出相应的超声波能量，从而使超声刀使用过程中能够精确地控制各阶段的输出能量，不会因为在手术时，操作者对生物组织和血管凝闭时间长短把握不好而导致手术风险，并且在对直径3毫米以上的大血管或大面积出血口进行手术时，可以确保超声刀具可以安全可靠地对血管和组织进行凝闭，提高手术质量，降低手术风险。
附图说明
17.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
18.图1是根据本技术的系统架构示意图；
19.图2是根据本技术的动态调节超声刀的输出能量的方法的一个实施例的流程图；
20.图3是根据本技术的第一工作模式下的超声刀输出超声刀能量的示例性示意图；
21.图4是根据本技术的第一工作模式下的超声刀输出超声刀能量的另一示例性示意图；
22.图5是根据本技术的超声波手术刀系统的一个实施例的结构示意图；
23.图6是根据本技术的超声波手术刀系统的超声波手术刀系统的工作流程图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
26.图1示出了可以应用本技术的动态调节超声刀的输出能量的方法的示例性系统架构100。
27.如图1所示，系统架构100可以包括超声刀主机101、超声刀102和激发开关103。其中，超声刀主机101分别与超声刀102和激发开关103连接，用于控制超声刀输出超声波能量。
28.超声刀主机101可以是具有信号处理功能的各种电子设备，包括但不限于微处理芯片、单板计算机、膝上型便携计算机、台式计算机、平板电脑等等。本技术实施例所提供的动态调节超声刀的输出能量的方法一般由超声刀主机101执行。
29.激发开关103用于在手术操作者的控制下，产生用于启动超声刀102输出能量的启动信号。超声刀主机101控制超声刀输出超声波能量。
30.继续参考图2，图2示出了本技术的动态调节超声刀的输出能量的方法一个实施例的流程200，该方法包括以下步骤：
31.步骤201，确定当前的工作模式。
32.在本实施中，用于执行动态调节超声刀的输出能量的方法的执行主体(例如图1所示的超声刀主机101)可以确定当前的工作模式。其中，工作模式为预先设置的，用于表征超声刀(例如图1所示的超声刀102)的功能(例如切割、凝血、高级凝闭等功能)的信息。例如，可以预先设置至少一个标记信息，每个标记信息对应于一种工作模式。上述执行主体可以根据标记信息确定当前处于那种工作模式。上述标记信息可以包括但不限于以下至少一种形式的信息：数字、文字、图像等。在超声刀工作前，通常需要操作者设置工作模式，或者在超声刀启动后，上述执行主体自动设置默认工作模式。
33.步骤202，响应于确定当前的工作模式为第一工作模式，且接收到用于启动超声刀输出能量的启动信号，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化输出相应的超声波能量。
34.在本实施中，上述执行主体可以响应于确定当前的工作模式为第一工作模式，且接收到用于启动超声刀输出能量的启动信号，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化输出相应的超声波能量。通常，第一工作模式为对较粗的血管(例如直径4.5mm的血管)或较大的生物组织进行手术时采用的模式。由于对较粗的血管或较大的生物组织进行操作时，所需的时间较长，因此，需要精确地控制随各个时间点对应的输出能量，避免凝血不完全、切割时造成的热损伤等问题。其中，上述启动信号可以是手术操作者控制如图1所示的激发开关103而产生的信号。例如，当激发开关为脚踏开关时，手术操作者踩下脚踏开关时，可以产生启动信号，上述执行主体接收到该启动信号时，即启动超声刀。
35.上述执行主体可以按照各种方式表征能量调节比例与工作时间的对应关系。例如
表格、链表、程序代码等。通常，在启动超声刀后，随着时间的变化，超声刀输出的超声波能量会随着调整，即能量调节比例与超声刀的最大输出能量之积，即为当前实际输出的超声波能量。例如，超声刀可以先输出较低的能量，使其进行凝血操作，再输出较高的能量，使其进行切割操作。
36.需要说明的是，超声波能量的大小通常基于超声刀中的刀头的振幅表征(振幅越大，输出的超声波能量越大)，上述执行主体可以控制超声刀中的换能器的振幅，换能器将超声波能量传递给刀头，从而输出超声波能量。
37.在本实施例的一些可选的实现方式中，步骤202可以如下执行：
38.在接收到启动信号后的至少两个时间段内，根据每个时间段对应的能量调节比例，控制超声刀随时间变化以相应的能量输出超声波能量。其中，上述至少两个时间段的长度是预先设置的。例如，在收到启动信号后的前3秒为第一时间段，第三秒以后的时间段为第二时间段。本实现方式通过设置至少两个输出不同的超声波能量的时间段，可以在手术时，随着时间的变化，灵活地对应输出一定的超声波能量，避免输出单一能量的超声波造成的对组织的伤害。
39.在本实施例的一些可选的实现方式中，步骤202可以如下执行：
40.首先，在接收到启动信号后的第一时间段，根据预设的第一能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量。
41.然后，在第一时间段之后的第二时间段，根据预设的第二能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量。
42.最后，在第二时间段之后的第三时间段，根据预设的第三能量调节比例，控制超声刀输出相应的超声波能量。
43.如图3所示，其示出了第一工作模式下的超声刀输出超声刀能量的示例性示意图。0秒-2秒为第一时间段(t1)，第一能量调节比例为50％；2秒-4秒为第二时间段(t2)，第二能量调节比例为20％；4秒以后为第三时间段(t3)，第三能量调节比例为80％。
44.本实现方式通过设置三个输出不同的超声波能量的时间段，可以在手术时，随着时间的变化，对应输出一定的超声波能量，每个时间段对应不同的手术效果，从而可以分阶段地实现凝血、凝蛋白质、切割等操作。
45.在本实施例的一些可选的实现方式中，第三能量调节比例大于第一能量调节比例和第二能量调节比例，第一能量调节比例大于第二能量调节比例。通常，在进行切割较粗的血管(例如直径4.5mm的血管)或较大的生物组织时，先输出大小适中的超声波能量(例如最大能量的50％)，使血液凝固。然后输出较小的超声波能量(例如最大能量的20％)，使血管蛋白质变性、凝固、粘接，达到止血的目的，再输出较大的超声波能量(例如最大能量的80％)进行切割，从而可以减小侧向热损失和避免将周围的组织烫伤。
46.在本实施例的一些可选的实现方式中，第一能量调节比例处于40％-60％区间内，第二能量调节比例处于10％-40％区间内，第三能量调节比例处于60％-100％区间内。本实现方式可以是操作者能够灵活地调整各个时间段输出的能量大小，提高手术的灵活性，有利于降低手术风险。
47.在本实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体可以根据预设的第一能量转换速率，将能量调节比例切换至第二能量调节比例，并根据预设的第二能量转换速率，将能
量调节比例切换至第三能量调节比例。作为示例，如图4所示，0秒-2秒为第一时间段(t1)，第一能量调节比例为50％；2秒-5秒为第二时间段(t2)，能量调节比例由第一能量调节比例逐步降低至第二能量调节比例(20％)；5秒以后为第三时间段(t3)，能量调节比例由第二能量调节比例逐步升高至第三能量调节比例(80％)。本实现方式可以在切换能量调节比例时，稳定逐步切换，有助于避免输出能量突变造成的对超声刀的损伤，提高超声刀的使用寿命。
48.在本实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体还可以执行如下步骤：
49.响应于确定当前的工作模式为第二工作模式，且接收到用于启动超声刀输出能量的启动信号，控制超声刀输出最大的超声波能量(即100％的能量)。
50.响应于确定当前的工作模式为第三工作模式，且接收到启动信号，根据预设的第四能量调节比例(例如50％)，控制超声刀输出相应的超声波能量。
51.通常，对不含血管的组织进行快速切割时，可以使用第二工作模式，此时输出100％的能量，切割速度较快，但使用时作用于组织的热量较少，凝血效果较差，由于换能器的振幅较大，长时间使用会降低换能器的使用寿命。对直径小于等于3mm的血管进行切割时，可以使用第三工作模式，例如能量从30％到80％可调，此模式对直径小于等于3mm以下血管凝血效果好，但切割速度慢。
52.本实现方式可以实现根据不同的手术对象，采用不同的工作模式进行手术，从而可以提高手术的灵活性，并提高各种手术对象下的手术效果。
53.在本实施例的一些可选的实现方式中，第四能量调节比例处于30％-80％区间内。本实现方式可以使操作者在对直径小于等于3mm的血管进行切割时，灵活地调整输出能量，改善手术效果。
54.在本实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体可以响应于确定当前时间达到预设的停止时间，控制超声刀停止输出超声波能量。本实现方式可以在超声刀启动后的一定时间后，自动停止输出超声波能量，从而有助于精确地控制超声刀的工作时间，避免因超声刀长时间工作造成的对超声刀的损坏，提高超声刀的使用寿命，并避免长时间对生物组织作用时对生物组织产生的损害，改善手术效果。需要说明的是，上述第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式可以对应于相同或不同的停止时间，尤其是第一工作模式下，可以设置较短的停止时间，从而在每次次作用于生物组织时，可以及时停止输出能量，避免长时间启动对生物组织造成的损害。
55.本技术的上述实施例提供的方法，通过确定当前的工作模式，如果为第一工作模式，在接收到启动信号时，根据预设的能量调节比例与工作时间的对应关系，控制超声刀随时间变化输出相应的超声波能量，从而使超声刀使用过程中能够精确地控制各阶段的输出能量，不会因为在手术时，操作者对生物组织和血管凝闭时间长短把握不好而导致手术风险，并且在对直径3毫米以上的大血管或大面积出血口进行手术时，可以确保超声刀具可以安全可靠地对血管和组织进行凝闭，提高手术质量，降低手术风险。
56.进一步参考图5，其示出了本技术的超声波手术刀系统的一个实施例的结构示意图。该超声波手术刀系统包括：主控制器501、电源模块502、超声波驱动模块503、超声刀手柄504、超声波输出开关505、触控显示器506，超声刀手柄504包括换能器5041和刀杆5042.其中，超声波输出开关505用于产生启动信号，主控制器501用于执行上述图2对应实施例描
述的方法。主控制器501可以包括但不限于微处理芯片、单板计算机、膝上型便携计算机、台式计算机、平板电脑等等。
57.电源模块502用于为主控制器501和超声波驱动模块503提供电能，超声波驱动模块503用于驱动换能器5042产生超声波能量，触控显示器506用于对主控制器进行设置(例如设置换能器的振动频率、设置各个工作模式对应的能量调节比例等)及显示信息(例如当前的工作模式，当前的能量调节比例等)。
58.在本实施例的一些可选的实现方式中，超声波输出开关可以包括以下至少一种：脚踏开关、手动开关。通常，手控开关可以设置在超声刀手柄504上，便于操作者操作。本实现方式可以使操作者灵活地控制超声波能量的输出，提高手术效率。
59.参考图6其示出了本技术的超声波手术刀系统的工作流程图，如图6所示，脚踏开关5051或手控开关5052在操作者的控制下产生启动信号，主控制器501接收到启动信号后，根据当前的工作模式，向超声波驱动模块503发送设置的频率、振幅等信息，超声波驱动模块503将电能经过功率放大传递至换能器5041，换能器5041将电能转换为超声波振动机械能并传递至刀杆5042进行能量输出，同时，刀杆上的超声波能量可以通过反馈信号(例如通过与刀杆电连接的电流环、电压环、锁相环等产生反馈信号)反馈给主控制器501，从而使主控制501能够稳定地控制换能器输出能量。
60.本技术实施例提供的超声波手术刀系统，通过将上述图2对应实施例描述的方法应用到超声波手术刀系统中，使超声波手术刀系统可以对直径3毫米以上的大血管或大面积出血口进行手术时，可以确保超声刀具可以安全可靠地对血管和组织进行凝闭，提高手术质量，降低手术风险。
61.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。