一种用于超声手术换能装置尺寸自适应压电陶瓷的方法与流程

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种用于超声手术换能装置尺寸自适应压电陶瓷的方法。

背景技术：

1、现有的功率超声换能柄大多采用朗之万型换能装置，其结构简单、前后振幅比高，因此被广泛应用。换能柄中的核心零部件是压电陶瓷片，其生产工艺复杂、耗时长，需经过：配料-混合磨细-预烧-二次磨细-造粒-成型-排塑-烧结成瓷-外形加工-被电极-高压极化-老化测试等工艺过程，很难保证每颗压电陶瓷的性能一致，进而导致换能柄的输出机械振动性能(主要体现在振动幅值，以下简称振幅)有差异，超声刀头在连接换能柄后会将这种差异放大若干倍(一般取3～5倍)，进而在作用头上输出到患者病变位置的能量层次不齐，医生也会因此而困扰，即同一生产厂家的超声刀在同一档位使用起来切割速度忽快忽慢、难以掌控，进而对患者和医生造成不必要的影响。

2、本发明涉及医疗器械能量外科手术领域，是一种超声外科手术切割器械，以下简称超声刀。超声刀主要功能是在软组织切割的同时实现最小程度的热损伤和血管的闭合，整个系统主要由主机、换能柄、刀头组成。具体地，本发明涉及的是超声换能装置，它是一种超声外科手术切割器械用换能装置，以下简称换能柄，其原理是利用压电陶瓷的逆压电效应将施加在压电陶瓷晶堆上的电能转换为变幅杆上的动能(超声振动)。常见的朗之万型换能柄主要包括：预紧螺栓、后盖板、前盖板等。

技术实现思路

1、本发明针对以上缺陷，提出了一种用于超声外科手术器械换能装置尺寸自适应压电陶瓷的方法，包括如下步骤：

2、s1、对用于生产的压电陶瓷片进行参数测量，得到电容值ct和压电常数d33；

3、s2、确定目标振幅值pst；

4、pst＝a/(2πf)2；

5、a为生物组织的切割阈值，f为压电陶瓷片固有频率；

6、s3、根据电容值ct、压电常数d33和目标振幅值pst，计算换能柄前盖板的前端尺寸、中间腹部尺寸、中后部尺寸和尾部尺寸的初始值a0、b0、c0、d0；

7、s4、按照初始值加工1个或若干前盖板，进行组装和测试，测量前盖板的实际振幅值p0；

8、s5、判断实际振幅值p0与目标振幅值pst差值的绝对值是否大于容差pdet，若所述差值的绝对值小于容差pdet，则证明所述初始值a0、b0、c0、d0满足压电陶瓷片组装成换能柄的性能要求，若所述差值的绝对值不小于容差pdet，则需要重新计算换能柄前盖板的前端尺寸、中间腹部尺寸、中后部尺寸和尾部尺寸；

9、s6、根据实际振幅值p0与目标振幅值pst的大小关系，二次计算换能柄前盖板的前端、中间腹部、中后部和尾部的新尺寸ai、bi、ci、di；

10、s7、重复步骤s4-s6，直至p0与pst差值的绝对值小于容差pdet，得到用于批量生产前盖板的尺寸a、b、c、d。

11、进一步地，步骤s2中，首先根据目标振幅值pst公式算出目标振幅值的一个理论值，再结合实验测量、市场试用反馈信息确定目标振幅优化值。

12、进一步地，根据压电陶瓷的电容值和个数算出换能装置的总电容值；其次，根据目标振幅值pst和压电常数换d33算出换能装置需要放大的倍数ψ，满足最后，结合强度系数要求最终得到a0、b0、c0、d0的值。

13、进一步地，步骤s6中，判断此样品实际振幅测量值p0与目标振幅值pst的大小关系，若p0大于pst，则按照偏大方案二次计算得到新尺寸ai、bi、ci、di；若p0不大于pst，则按照偏小方案二次计算得到新尺寸ai、bi、ci、di。

14、进一步地，所述偏大方案或偏小方案的二次计算方式是相对于步骤s3的初始值a0、b0、c0、d0而修正的。

15、进一步地，生物组织的切割阈值为a，a＝5*104g，g为标准重力加速度，固有频率f大于20000hz。

16、本发明相比于现有技术具有如下有益技术效果：

17、本发明针对以上问题，提出了一种换能柄中前盖板的相关尺寸自适应压电陶瓷的方法，此方法在零件批量加工前实施，首先，输入压电陶瓷的测量参数，然后使用本发明提供的计算机软件运算得出前盖板的相关尺寸，接着按照上述尺寸加工零件、组装成品，即不同批次的压电陶瓷对应不同尺寸的前盖板，从而保证换能装置的输出性能一致。此方法在零件批量加工前实施，即使因不同批次压电陶瓷导致的参数差异也能得到调整，即通过自适应的计算出对应前盖板的尺寸，从而保证换能装置的输出性能一致。

技术特征：

1.一种用于超声外科手术器械换能装置尺寸自适应压电陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，首先根据目标振幅值pst公式算出目标振幅值的一个理论值，再结合实验测量、市场试用反馈信息确定目标振幅优化值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，首先，根据压电陶瓷的电容值和个数算出换能装置的总电容值；其次，根据目标振幅值pst和压电常数换d33算出换能装置需要放大的倍数ψ，满足最后，结合强度系数要求最终得到a0、b0、c0、d0的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s6中，判断此样品实际振幅测量值p0与目标振幅值pst的大小关系，若p0大于pst，则按照偏大方案二次计算得到新尺寸ai、bi、ci、di；若p0不大于pst，则按照偏小方案二次计算得到新尺寸ai、bi、ci、di。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述偏大方案或偏小方案的二次计算方式是相对于步骤s3的初始值a0、b0、c0、d0而修正的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物组织的切割阈值为a，a＝5*104g，g为标准重力加速度，固有频率f大于20000hz。

技术总结
本发明提出了一种用于超声外科手术器械换能装置尺寸自适应压电陶瓷的方法，涉及医疗器械技术领域，输入压电陶瓷的测量参数，确定目标振幅值,运算得出计算换能柄前盖板的前端尺寸、中间腹部尺寸、中后部尺寸和尾部尺寸，接着按照尺寸加工零件、组装成品，即不同批次的压电陶瓷对应不同尺寸的前盖板，从而保证换能器的输出性能一致。此方法在零件批量加工前实施，即使因不同批次压电陶瓷导致的参数差异也能得到调整，即通过自适应的计算出对应前盖板的尺寸，从而保证换能器的输出性能一致。

技术研发人员：孙齐齐
受保护的技术使用者：锐曜石医疗科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15