一种具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制方法及系统与流程

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制方法及系统。

背景技术：

1、高频电刀控制系统通过手术电极产生的高频电流对受术组织进行加热，实现对受术组织的分离和凝固，从而起到切割与凝血的作用。

2、一般的高频电刀控制系统，不具备烟雾净化装置，在使用高频电刀控制系统进行手术时，受术组织的细胞(包括病毒)会发生气化，产生手术烟雾，手术烟雾不仅会妨碍手术人员的视线，而且含有害化学成分、生物颗粒、活性细胞物质或病毒、非活性颗粒、碳化组织和细菌等，吸入手术烟雾会对医护人员的身体健康产生很大的危害，从而降低高频电刀控制系统的整体实用性。

3、目前使用高频电刀控制系统进行手术时，需另配置一台烟雾净化装置，才能完成烟雾净化操作，这样会占据手术操作空间，不同厂家的设备配合性不好，不能实现与电刀同步操作，需另外控制脚踏开关，使用不便，而且会增加医院的设备使用成本。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制方法及系统。同步高频电刀和烟雾净化功能，在高频电刀使用过程中对产生的烟雾净化，根据获取的电压信号、电流信号计算负载阻值，根据负载阻值变化判断设备状态是否异常，并基于预设控制算法调节不同工作模式下的目标控制功率，避免在阻值阻抗变化的情况下，电刀不能稳定地输出造成灼伤等手术事故。

2、本发明一方面提供了一种具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制系统，包括控制模块及分别与控制模块电性连接的电源系统、烟雾净化装置和高频电刀装置，

3、所述电源系统包括滤波器及多个供电模块，通过交流输入并经过所述滤波器进行滤波后划分为与高频电刀装置与所述烟雾净化装置适配的多个供电模块，用于对所述控制模块、所述烟雾净化装置及不同模式下的功率模块进行独立供电；

4、所述高频电刀装置，包括直流降压模块、高频逆变模块、单双极切换电路及多个电极，所述直流降压模块与所述高频逆变模块依次电性连接控制目标电源及交直流转换，同时所述高频逆变模块被与所述控制模块连接的高频驱动模块控制，且所述高频逆变模块与所述单双极切换电路连接至不同的输出电极，用于实现单双极模式的一体及切换；

5、所述烟雾净化装置，包括依次电性连接的风机控制模块和风机，用于根据不同工作模式控制风机启停的转速以控制净化烟雾的吸力，从而同步高频电刀控制系统的工作状态实现联动模式；

6、所述控制模块，包括高频电流、电压采集模块和高频信号处理模块，分别从双极输出电极端、单极输出电极端和中性电极端获取电流、电压信号输入高频电流、电压采集模块，经过高频信号处理模块至所述控制模块，用于控制高频电刀和烟雾净化功能的启停，根据获取的电压信号、电流信号计算负载阻值，根据负载阻值变化判断设备状态是否异常，并基于预设控制算法调节不同工作模式下的目标控制功率。

7、作为优选地，所述烟雾净化装置还包括集成在电路板上的吸烟组件，所述吸烟组件包括无菌吸头、外置可拆卸过滤器、第一内置过滤器、第二内置过滤器及多个连接管，所述无菌吸头一端靠近高频电刀刀头端吸收手术释放出的烟雾，所述无菌吸头的另一端与所述外置可拆卸过滤器的一端通过第一连接管管路连接，所述外置可拆卸过滤器的另一端与第一内置过滤器的一端通过第二连接管管路连接，所述第一内置过滤器的另一端与无刷电机的一端通过第三连接管管路连接，所述无刷电机的另一端与所述第二内置过滤器的一端通过第四连接管管路连接，将吸收后手术烟雾经过多级过滤后，所述第二内置过滤器的另一端通过第五连接管通道排出过滤后的气体；

8、工作状态下，无刷风机转动产生负压，通过管路通道将手术时产生的烟雾吸入过滤器中，经过多个过滤器的多级过滤后排放出无害气体；无刷风机开始工作后，根据工作模式的不同自动或手动调节无刷风机的转速，实现吸烟的同时，避免无刷风机发热严重；

9、在联动模式下，监控所述高频电刀装置的设备状态判断设备工作状态和模式，同步高频电刀和烟雾净化功能的启停，根据应用场景不同自动调节内置无刷风机的转速来调整吸力，并根据配置于连接管内外过渡部分的烟雾颗粒传感模块，监测烟量浓度动态调整转速，确保烟雾净化装置在低噪环境下的吸烟效率。

10、作为优选地，所述高频电刀装置还包括与所述控制模块连接的中性电极检测电路，所述中性电极检测电路的检测方法包括：

11、定义采集电压不同场景下的第一电压阈值v1、第二电压阈值v2和第三电压阈值v3，

12、当所述控制模块读取到的当前电压幅值v大于第一电压阈值v1，且当前电压幅值小于第二电压阈值v2时，判断中性电极两端的阻抗在预设阻抗阈值范围内，则中性电极处于接触正常状态，显示出接触阻抗值；

13、当所述控制模块读取到的当前电压幅值v大于第二电压阈值v2时，判断中性电极两端的阻抗大于预设阻抗阈值，则中性电极处于接触异常状态，发出异常提醒，显示出中性电极接触阻抗过大，同时禁止功率输出直至中性电极处于正常状态；

14、当所述控制模块读取到的当前电压幅值与第三电压阈值v3相同时，判断中性电极两端的阻抗大于预设阻抗阈值，则中性电极处于未连接状态，发出中性电极未连接提示，同时禁止功率输出，直至中性电极连接且处于正常状态；

15、其中，所述第一电压阈值v1为中性电极与被测人体完全接触时采集到的电压值、第二电压阈值v2为中性电极与被测人体接触异常时采集到的电压值和第三电压阈值v3为中性电极与被测人体未连接时采集到的电压值，且电压值大小关系为：v1<v2<v3。

16、作为优选地，所述根据获取的电压信号、电流信号计算负载阻值之前包括：

17、对电压信号或电流信号按照预设功率等级进行划分，得到第一功率分段和第二功率分段，并按照所述第一功率分段和所述第二功率分段分别获取第一采样数据和第二采样数据；

18、将所述第一采样数据基于滑动平均滤波算法进行一次滤波，设定滤波窗口，提取最大采样值advmax和最小采样值advmin并进行过滤，对所述滤波窗口内过滤后的所述第一采样数据进行平均化，计算得到当前样本点的滤波后的第一采样结果adv＝(sum(adv[0]～adv[n-1])-(advmax+advmin))/(n-2)；

19、将所述滤波窗口中的所述第一采样数据进行移位至下一目标位置，重复上述一次滤波操作直至所有样本点滤波完成；

20、将所述第二采样数据基于低通滤波算法进行二次滤波，计算得到滤波后的第二采样结果adv＝a*cur_adv+(1-a)l ast_adv；

21、其中，所述滤波窗口包括预设位数的采样值adv[0],adv[1]..adv[n-1]，n为采样次数，cur_adv为当前实际采样值，l ast_adv为上一次的滤波采样结果，a为根据所需滤除的频率设定的滤波系数，所述第一采样数据和所述第二采样数据均为电压电流数据。

22、作为优选地，所述根据获取的电压信号、电流信号计算负载阻值，根据负载阻值变化判断设备状态是否异常，并基于预设控制算法调节不同工作模式下的最终输出功率包括：

23、当外部被测人体阻抗发生变化时，获取高频电刀装置的电压hv和高频电刀装置的电流h i，基于正弦输出当前实际功率；

24、将当前计算所得的功率与设定功率阈值对比，计算得到k次和k-1次功率误差结果；

25、根据k次和k-1次功率误差结果计算得出驱动变化值△duty＝kp*err(k)-err(k-1)+kd(err(k)-err(k-1))；

26、当所述功率误差值大于0时，当前计算所得的功率小于设定功率阈值，则增大输出的目标驱动值以达到目标控制功率；

27、当所述功率误差值小于0时，当前计算所得的功率大于设定功率阈值，则降低输出的目标驱动值以达到目标控制功率；

28、其中，所述目标驱动值duty(k)＝duty(k-1)+△duty，所述功率误差值err(k)＝pset(k)-p(k)，kp为误差比例系数，kd为微分系数。

29、作为优选地，所述高频电刀装置还包括第一变压器、第一谐振电路、第二变压器和第二谐振电路，

30、所述单双极切换电路一支路与所述第一变压器和所述第一谐振电路连接至双极输出电极，用于通过高频高压电流在双极器械两极间流动进行电切和电凝操作以实现双极模式；

31、所述单双极切换电路另一支路与所述第二变压器和所述第二谐振电路的一端连接至单极输出电极，所述第二谐振电路的另一端与中性电极的输入端连接形成回路，所述中性电极的输出端与中性电极检测电路连接反馈给所述控制模块，且所述单极输出电极的输出端与手柄检测电路连接反馈给所述控制模块，用于检测单极模式下的电路异常并利用高频电流释放的热能和放电对组织进行切割止血以实现单极模式。

32、作为优选地，所述烟雾净化装置还包括滤芯寿命检测模块，用于检测滤芯的使用参数预测滤芯的剩余使用寿命及实时获取过滤效果，具体计算方法：

33、获取滤芯的使用参数，所述使用参数包括滤芯的预期寿命、实际使用时长、风机转速、前端烟雾传感器排入烟量及后端烟雾传感器排出烟量；

34、计算滤芯的剩余使用时长l＝t-(t+a*v+b*f+c*r)；

35、实时计算并更新滤芯过滤效果n＝r/f*100％；

36、其中，t为预期寿命，t为实际使用时长，v为风机转速，f为前端烟雾传感器排入烟量,r为后端烟雾传感器排出烟量。

37、本发明还提供了一种具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制系统的控制方法，用于对如本发明实施例所述的具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制系统进行控制；

38、所述控制方法包括：

39、启动联动模式时，监控所述高频电刀装置的设备状态判断设备工作状态和模式，同步烟雾净化装置和高频电刀装置的自动启停；

40、启动高频电刀模式时，根据获取的电压信号、电流信号计算负载阻值，根据负载阻值变化判断设备状态是否异常，并基于预设控制算法调节不同工作模式下的目标控制功率以控制高频电刀的功能输出；

41、启动烟雾净化模式时，根据应用场景不同自动调节内置无刷风机的转速来调整吸力，并根据配置于连接管内外过渡部分的烟雾颗粒传感模块，监测烟量浓度动态调整转速，确保烟雾净化装置在低噪环境下的吸烟效率。

42、作为优选地，所述根据负载阻值变化判断设备状态是否异常包括：

43、定义采集电压不同场景下的第一电压阈值v1、第二电压阈值v2和第三电压阈值v3，

44、当所述控制模块读取到的当前电压幅值v大于第一电压阈值v1，且当前电压幅值小于第二电压阈值v2时，判断中性电极两端的阻抗在预设阻抗阈值范围内，则中性电极处于接触正常状态，显示出接触阻抗值；

45、当所述控制模块读取到的当前电压幅值v大于第二电压阈值v2时，判断中性电极两端的阻抗大于预设阻抗阈值，则中性电极处于接触异常状态，发出异常提醒，显示出中性电极接触阻抗过大，同时禁止功率输出直至中性电极处于正常状态；

46、当所述控制模块读取到的当前电压幅值与第三电压阈值v3相同时，判断中性电极两端的阻抗大于预设阻抗阈值，则中性电极处于未连接状态，发出中性电极未连接提示，同时禁止功率输出，直至中性电极连接且处于正常状态；

47、其中，所述第一电压阈值v1为中性电极与被测人体完全接触时采集到的电压值、第二电压阈值v2为中性电极与被测人体接触异常时采集到的电压值和第三电压阈值v3为中性电极与被测人体未连接时采集到的电压值，且电压值大小关系为：v1<v2<v3。

48、本发明还提供了一种高频电刀，包括如本发明实施例所述的具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制系统。

49、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

50、本发明通过公开了一种具有手术烟雾净化功能的高频电刀控制系统，将烟雾净化装置集成于高频电刀装置上，触发联动模式，监控所述高频电刀装置的设备状态判断设备工作状态和模式，同步高频电刀和烟雾净化功能的启停，根据应用场景不同自动调节内置无刷风机的转速来调整吸力，并根据配置于连接管内外过渡部分的烟雾颗粒传感模块，监测烟量浓度动态调整转速，确保烟雾净化装置在低噪环境下的吸烟效率；根据获取的电压信号、电流信号计算负载阻值，根据负载阻值变化判断设备状态是否异常，并基于预设控制算法调节不同工作模式下的目标控制功率，避免在阻值阻抗变化的情况下，电刀的不能稳定的输出造成灼伤等手术事故。

51、本发明采用的烟雾净化装置通过多级ulpa传感器过滤手术烟雾，从源头隔断手术烟雾的弥散，保护医护人员的健康，烟雾净化装置的控制板与高频电刀主板结合，实现数字智能控制，同步高频电刀和烟雾净化功能的启停，根据应用场景不同自动调节内置风机的转速来调整吸力，保证烟雾净化效率，方便手术操作，减少设备占据的空间，同时可以有效的降低医院的设备使用成本；通过滤芯寿命检测模块预测剩余使用时长并发出更换提醒。

52、本发明高频电刀配置了4mhz的单极工作模式与1.7mhz的双极工作模式，通过单双极选择电路来进行切换，先在屏幕上选择功率输出模式和大小，当单片机检测到脚踏的单极模式踩下或者单极手柄上按键按下时，单片机控制单极继电器吸合，输出频率为4mhz的能量，单片机检测到脚踏的双极踏板踩下时，控制双极继电器吸合，频率为输出1.7mhz的能量。

53、本发明在中性电极两端的阻抗变化时，会导致阻抗测量电路输入端的电压发生变化，这个电压通过变压器传递给整流电路，得到一个直流电压，直流电压送单片机读取并判断，当中性电极两端阻抗到rmax时电压降低到vmin，单片机发出中性电极阻抗过高提示，当中性电极阻抗在允许的范围内时，单片机将中性电极阻抗显示在屏幕上提示操作者。

54、本发明通过电压采集变压器和电流采集互感器对电极输出的高频电压、电流做采集，信号处理模块通过肖特基二极管对采集信号整流得到一个直流电压，此直流电压通过分压后送单片机ad读取并计算，可得到负载阻抗大小与实时功率，当负载阻值变化时，单片机可以根据阻值自动调节输出功率的大小来稳定输出。

55、本发明在交流输入电源线插入电源滤波器，在滤波器的输出端将电源线在高频磁环上各绕数匝用扎带固定，对高频电刀产生的高频干扰进行滤波，抑制其通过电源线对其他设备传导干扰。