[發明專利]一種超聲骨刀動態阻抗反饋方法

有效

• 申請號: 202010791986.4
• 申請日: 2020-08-08
• 公開（公告）號: CN112075973B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 左儀
• 申請（專利權）人: 雙典醫療科技(深圳)有限公司
• 主分類號: A61B17/32
• 分類號: A61B17/32;A61B17/16
• 代理公司: 山東恒果知識產權代理有限公司 37347
• 代理人: 張紹磊

本發明涉及超聲骨刀動態阻抗反饋技術領域，公開了一種超聲骨刀動態阻抗反饋方法，其具體電路包括主電源、HMI人機交互模塊、MCU、數控激勵電源、匹配電感和匹配電容組成的匹配電路，阻容分壓電路以及霍爾傳感器組成的采樣電路、增益放大電路、帶通濾波電路、電平調整電路、入幅相檢測及低通濾波電路、RMS真有效值電路。本發明采用阻容電路進行分壓和霍爾傳感器的采樣，使其采樣原始信號的干擾減少，沒有額外元器件的串入匹配電路，故采集的原始信號更加的準確，保證了信號處理電路的信號精度、降低了漂移誤差，并引入帶通濾波電路，使得最終信號更準確、更干凈，且修正諧振頻率采用誤差的PID算法計算，追頻速度更快。

技術領域

本發明涉及超聲骨刀動態阻抗反饋技術領域，具體是一種超聲骨刀動態阻抗反饋方法。

背景技術

當前隨著超聲波在醫療行業應用的范圍越來越普及，在實際超聲骨刀臨床使用、治療過程中，骨刀壓電超聲換能器如果出現調諧匹配失調的情況，會直接影響著臨床診斷的準確性，還產生電能轉機械能的轉換效率降低、骨刀刀柄發熱等問題，繼而造成浪費電能和超聲骨刀壽命縮短的諸多問題。

阻抗匹配是電能和機械能之間能量傳輸、轉換的橋梁，具有調諧和變阻的作用，現在常用的阻抗匹配的方法:

1、調節調諧電感、調諧電容法，通過調整匹配電路中的調諧電感值和調諧電容值達到阻抗匹配，這種方法匹配速度反應慢、匹配精度不夠，而且因為有機械傳動機構體積比較大；

2、采用定電容值，調整調整匹配電路中的調諧電感氣間隙，來達到調節阻抗匹配，這種方法雖然體積方面相對方法1會縮小，但依舊存在匹配速度反應慢、匹配精度不夠的問題；

3、采用采樣激勵電源的反饋電壓、電流的相位差，使用PD和PLL(可以是數字PLL)進行鎖相控制，這種方法也是采用比較普遍的方法，這種方法相對方法1、方法2棄用了機械機構體積是最小的，匹配速度、匹配精度都有所提高，但是實際的激勵電源輸出和壓電超聲換能器的負載一直在變化，造成采樣的電流信號、電壓信號有較重雜波干擾，在匹配精度方面依舊不夠，易出現鎖頻失敗的情況，而且由于向電路中串入采樣電阻，會引起實際的電路的原有參數變化，更會引起誤差的變大。

所以如何對醫用超聲骨刀的壓電超聲換能器的阻抗匹配的狀態，進行快速、精準的測量和評估，及調諧頻率的定量調整，是目前所需要的解決的問題，因此，本領域技術人員提供了一種超聲骨刀動態阻抗反饋方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超聲骨刀動態阻抗反饋方法，以解決上述背景技術中提出如何對醫用超聲骨刀的壓電超聲換能器的阻抗匹配的狀態，進行快速、精準的測量和評估，及調諧頻率的定量調整的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種超聲骨刀動態阻抗反饋方法，該超聲骨刀動態阻抗反饋方法的具體電路包括主電源、HMI人機交互模塊、MCU、數控激勵電源、匹配電感和匹配電容組成的匹配電路，阻容分壓電路以及霍爾傳感器組成的采樣電路、增益放大電路、帶通濾波電路、電平調整電路、入幅相檢測及低通濾波電路、RMS真有效值電路，其具體操作為以下步驟：

S1、主電源為各模塊提供所需電源，上電完成初始化，MCU由骨刀頻率帶的最小頻率至最大頻率進行步進掃頻，并控制數控激勵電源輸出；

S2、信號經由功率匹配電感、匹配電容組成的匹配電路，送至超聲骨刀的換能器處，由換能器將激勵電能轉換為機械能；

S3、進一步的，霍爾傳感器分別對阻容電路分壓信號和流過換能器的電流信號進行采樣，采樣信號經增益放大電路、窄帶寬帶通濾波器以及電平調整電路；

S4、上述S3中電流信號的其中一路會經RMS真有效值電路轉換電流信號的真有效值送入MCU的ADC，真有效值通過掃描得出諧振電流的最大值，來判斷超聲骨刀是否已聯接和是否已經損壞；