[發明專利]基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具及其控制方法

在審

• 申請號: 201910583568.3
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110897683A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 馬振尉;劉富春;鄧浮池;戚錦磊;李威諭
• 申請（專利權）人: 廣州易和醫療技術開發有限公司
• 主分類號: A61B17/32
• 分類號: A61B17/32;A61B18/12;A61B18/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具及其控制方法，提供一種帶有ADRC自抗擾頻率控制器的多輸出微創手術器具，通過跟蹤微分器與擴張狀態觀測器實時觀測刀具在諧振工作點處的相位變化，狀態誤差反饋控制律結合擾動補償實現即時的工作頻率控制，即時響應、即時補償控制、即時追蹤，保證了手術系統的高精度操作和可靠程度；同時運用了ADRC自抗擾控制算法，最終的控制量包括前饋控制量、補償控制量和反饋控制量，具有強解耦和內外擾動估算補充能力，反應敏捷、誤差小，頻率實現高精度的實時控制。

技術領域

本發明涉及醫療器械技術領域，具體涉及一種基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具及其控制方法。

背景技術

醫療器械領域高新技術應用密集，具有技術交叉集成應用的特點。手術刀作為一種外科手術必不可少的工具，在整個手術過程中都發揮著極其重要的作用。超聲刀系統和射頻刀系統作為全球創傷最小的兩種手術設備系統，因其術中出血少、術后恢復快等良好的醫療效果，在醫療領域中也獲得了極大的反響。

超聲刀系統包括主機、手柄、超聲換能器、超聲能量放大器、超聲能量傳導部分和刀具。手柄控制超聲換能器將主機電能轉換成超聲振蕩，能量振蕩振幅通過超聲能量放大器放大并通過超聲能量傳導部分將能量傳導至刀具，刀具以55.5KHZ的振幅振動，產生瞬間低壓并在空洞化效應的作用下使組織內水分汽化、蛋白氫鍵斷裂使蛋白凝固，細胞破裂組織打開或游離并封閉小脈管；同時，刀具振動還產生二級能量使深層的蛋白凝固以封閉大脈管。超聲刀在應用上無電流通過病人軀體，使用過程組織焦痂、干燥程度低，可實現最小熱損傷下的精準切割，切割過程中產生煙霧量極少，同時具備切割、游離和止血等多功能于一體，臨床優勢明顯。

射頻刀系統則采用具有較高工作頻率(1.5MHZ～4.5MHZ)的射頻電波進行高頻穩定輸出，由不同形狀的發射極刀具定向發出射頻電波，在接觸身體組織后，由組織本身產生阻抗，使目標組織內的水分子在射頻電波的作用下瞬間振蕩汽化，引起細胞破裂蒸發，并在40℃的低溫恒溫狀態下實現切割、止血、混切、電灼、消融和電凝等功能。發射電極在低溫狀態下切割速度快、止血效果好、切口精細，熱損傷創口小，無炭化無煙霧，十分適應微創手術的運用。

隨著醫療水平的日漸提高，根據超聲刀系統與射頻刀系統的臨床特性，在微創手術上實現了超聲射頻刀系統的合并運用，形成雙輸出甚至多輸出功率的超聲射頻微創手術刀系統。在雙輸出及多輸出的超聲射頻微創手術刀系統中，需通過外加機構對刀具頻率以及刀具功率進行準確控制，保證刀具輸出頻率與功率實現精確及時控制，提升微創手術的控制精度。

然而，傳統的對超聲射頻微創手術系統刀具工作頻率及功率追蹤的方法中，一般通過PID控制算法實現輸出功率的準確追蹤控制，將參考功率作為控制系統的輸入，利用將采集到的電壓、電流幅值計算出功率作為反饋信息，通過減小與參考輸入比較后的偏差量來實現功率的準確控制；由于PID控制算法對系統輸入干擾量的響應速度慢，無法做到及時補償控制，因此在工作頻率跟蹤的實時性方面具有明顯的不足，手術系統普遍存在精度低和可靠性低的缺陷，亟待進一步提高和完善。

發明內容

為解決現有的在超聲射頻微創手術系統刀具工作頻率及功率追蹤中應用PID控制算法對系統輸入干擾量的響應速度慢、無法及時補償控制、工作頻率追蹤的實時性不足，即手術系統精度和可靠性低的技術問題，本發明提供了一種基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具及其控制方法，進而實現對多輸出微創手術器具工作頻率的實時控制。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具，包括刀具和ADRC控制器；所述刀具為超聲波刀具或射頻刀具；

所述超聲波刀具連接超聲換能器將通過連接手柄輸入的電功率轉換成機械功率即超聲波再通過刀頭傳遞；