[發(fā)明專利]超聲刀主機、超聲刀系統(tǒng)及超聲刀系統(tǒng)換能器阻抗的自動匹配方法有效

申請?zhí)枺?/td>	201911069811.6	申請日：	2019-11-05
公開（公告）號：	CN112754604B	公開（公告）日：	2022-02-01
發(fā)明（設計）人：	李彥俊;李康;藍健華	申請（專利權）人：	重慶邁科唯醫(yī)療科技有限公司
主分類號：	A61B17/32	分類號：	A61B17/32
代理公司：	重慶渝之知識產(chǎn)權代理有限公司 50249	代理人：	柴社英
地址：	400700 重慶***	國省代碼：	重慶;50
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摘要：
搜索關鍵詞：	超聲主機系統(tǒng) 換能器阻抗自動匹配方法
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【說明書】：

本發(fā)明提供一種超聲刀主機、超聲刀系統(tǒng)及超聲刀系統(tǒng)換能器阻抗的自動匹配方法，該超聲刀系統(tǒng)通過計算獲取超聲換能器的實時靜態(tài)電容，并結合超聲刀系統(tǒng)的工作頻率范圍，計算得到匹配電感的取值范圍，再從換能器匹配電路中選擇合適的電感接入超聲換能器，能有效根據(jù)超聲換能器的靜態(tài)電容及超聲刀系統(tǒng)的工作頻率范圍的變化動態(tài)調整匹配電感的感值，實現(xiàn)了最大限度的匹配，使得超聲換能器工作在最優(yōu)狀態(tài)；此外，若電感匹配失敗，則說明超聲換能器老化嚴重，可能會無法正常工作，需要更換超聲換能器之后重新匹配電感，通過對超聲換能器的工作狀態(tài)的間接檢查，進一步保證了超聲換能器與匹配電感最大限度的匹配，提高了超聲換能器的工作效率。

技術領域

本發(fā)明涉及超聲刀技術領域，特別是涉及一種超聲刀主機、超聲刀系統(tǒng)及超聲刀系統(tǒng)換能器阻抗的自動匹配方法。

背景技術

超聲刀(超聲切割止血刀)是一種常見的外科手術刀，手術過程中創(chuàng)傷小、煙霧少、可凝血等特點，故能夠在外科手術中廣泛應用。超聲刀(系統(tǒng))由超聲刀主機、超聲換能器及超聲刀頭組成，其工作原理是超聲刀主機產(chǎn)生一定頻率的功率源給超聲換能器，超聲換能器產(chǎn)生該頻率的機械振動并帶動超聲刀頭也產(chǎn)生機械振動，因為頻率高、振幅小，故能對小面積的人體組織產(chǎn)生切割作用。

其中，超聲換能器的等效電路如圖1虛線框所示，L₁為動態(tài)電感，C₁為動態(tài)電容，R₁為動態(tài)電阻，三者構成串聯(lián)回路，也是機械回路，三者會根據(jù)負載的不同而變化；C₀為靜態(tài)電容，即靜止狀態(tài)的電容，并聯(lián)在電路中。在工作中，超聲刀主機產(chǎn)生一定頻率的電源，這個頻率需能夠使機械回路達到最小阻抗才能實現(xiàn)最大的效率。根據(jù)串聯(lián)諧振電路原理，頻率需滿足此時超聲換能器工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，串聯(lián)回路等效于只有動態(tài)電阻R₁存在，阻抗最小，效率最高。但因為有靜態(tài)電容C₀的存在，使超聲換能器呈容性，即使工作在串聯(lián)諧振頻率點上，也限制了超聲換能器工作的效率，且以目前的技術，靜態(tài)電容C₀無法消除，常用的做法是使用一個固定的電感L₀并聯(lián)或串聯(lián)在回路中(如圖1和圖2)，使電感L₀和靜態(tài)電容C₀在當前工作頻率下也工作在諧振狀態(tài)，滿足因為靜態(tài)電容C₀相對較為固定，所以只需選擇一個適當?shù)碾姼蠰₀與其匹配，就可以達到目的。

但是在超聲刀系統(tǒng)的工作過程中，由于負載的變化，串聯(lián)諧振頻率并不固定，而是在一定范圍內(nèi)變化，比如超聲刀系統(tǒng)的頻率變化在55KHz～56KHz；而不同超聲換能器的靜態(tài)電容C₀的大小也有差異，且根據(jù)超聲換能器的特性，使用年限越長，靜態(tài)電容C₀的值會緩慢增加。根據(jù)并聯(lián)諧振公式其中，ω₀＝2πf₀，超聲信號的頻率f₀和靜態(tài)電容C₀都能改變電感L₀的取值，因此固定取值的電感L₀并不一定使電感L₀和靜態(tài)電容C₀工作在諧振狀態(tài)，雖然兩者構成的電路不在諧振狀態(tài)時的阻抗較大，對串聯(lián)諧振回路的阻抗影響較小，但如果超聲刀系統(tǒng)工作在高阻抗環(huán)境下，比如切割一些硬組織的時候，阻抗就會較大，這時電感L₀和靜態(tài)電容C₀回路的阻抗就會對串聯(lián)回路的阻抗產(chǎn)生影響，就會降低工作效率。