[发明专利]超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法

说明书

本发明提供一种超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法，该超声刀系统根据实时温度拟合计算超声换能器的静态电容，再结合超声刀系统的工作频率范围计算得到匹配电感的取值范围，最后从换能器匹配电路中选择合适的电感接入超声换能器，能有效根据超声换能器的静态电容及超声刀系统的工作频率范围的变化动态调整匹配电感的感值，实现了最大限度的匹配，使得超声换能器工作在最优状态；此外，若电感匹配失败，则说明超声换能器温度太高或老化严重，可能会无法正常工作，需要更换超声换能器之后重新匹配电感，通过对超声换能器的工作状态的间接检查，进一步保证了超声换能器与匹配电感的最大匹配，提高了超声换能器的工作效率。

技术领域

本发明涉及超声刀技术领域，特别是涉及一种超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法。

背景技术

超声刀(超声切割止血刀)是一种常见的外科手术刀，手术过程中创伤小、烟雾少、可凝血等特点，故能够在外科手术中广泛应用。超声刀(系统)由超声刀主机、超声换能器及超声刀头组成，其工作原理是超声刀主机产生一定频率的功率源给超声换能器，超声换能器产生该频率的机械振动并带动超声刀头也产生机械振动，因为频率高、振幅小，故能对小面积的人体组织产生切割作用。

其中，超声换能器的等效电路如图1虚线框所示，L₁为动态电感，C₁为动态电容，R₁为动态电阻，三者构成串联回路，也是机械回路，三者会根据负载的不同而变化；C₀为静态电容，即静止状态的电容，并联在电路中。在工作中，超声刀主机产生一定频率的电源，这个频率需能够使机械回路达到最小阻抗才能实现最大的效率。根据串联谐振电路原理，频率需满足此时超声换能器工作在串联谐振状态，串联回路等效于只有动态电阻R₁存在，阻抗最小，效率最高。但因为有静态电容C₀的存在，使超声换能器呈容性，即使工作在串联谐振频率点上，也限制了超声换能器工作的效率，且以目前的技术，静态电容C₀无法消除，常用的做法是使用一个固定的电感L₀并联或串联在回路中(如图1和图2)，使电感L₀和静态电容C₀在当前工作频率下也工作在谐振状态，满足因为静态电容C₀相对较为固定，所以只需选择一个适当的电感L₀与其匹配，就可以达到目的。

但是在超声刀系统的工作过程中，由于负载的变化，串联谐振频率并不固定，而是在一定范围内变化，比如超声刀系统的频率变化在55KHz～56KHz；同时，在持续不断的工作过程中，超声换能器的一部分功率会转换成热量，超声换能器的温度升高会造成静态电容C₀的增大。根据并联谐振公式其中，ω₀＝2πf₀，超声信号的频率f₀和静态电容C₀都能改变电感L₀的取值，因此固定取值的电感L₀并不一定使电感L₀和静态电容C₀工作在谐振状态，虽然两者构成的电路不在谐振状态时的阻抗较大，对串联谐振回路的阻抗影响较小，但如果超声刀系统工作在高阻抗环境下，比如切割一些硬组织的时候，阻抗就会较大，这时电感L₀和静态电容C₀回路的阻抗会对串联回路的阻抗产生影响，甚至降低工作效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超声刀系统换能器阻抗的自动调节技术方案，用于解决上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超声刀主机，包括：数字信号处理器、可编程逻辑模块、波形发生器、数模转换器、功率放大电路、换能器匹配电路、电压采样转换模块及电流采样转换模块；