一种动态阻抗自适应的等离子手术系统的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种动态阻抗自适应的等离子手术系统。

背景技术：

1、射频等离子手术系统是目前电外科手术中常用的能量设备，其通过射频能量激发工作介质电离形成低温等离子体，利用定向喷射的等离子体束对组织进行精准切割、凝血或消融。现有技术中，等离子手术系统通常采用固定档位输出功率，医生根据经验手动设定功率大小，无法根据手术部位的实时组织状态进行动态调节。

2、现有部分等离子手术设备虽然具有温度调节功能，但由于温度采样点靠后，测量偏差较大，且只能防止温度过高停止输出，不能动态控制输出功率。此外，现有同类产品无法实现实时动态的反馈和精准控制，手术过程需要医生不断调节档位，影响手术的连贯性和连续性。

3、在阻抗测量方面，现有技术中存在通过多电极分离或滤波器隔离的方式实现阻抗检测的方案，但多电极方案需要改变电极结构，增加系统复杂度；滤波器隔离方案无法完全阻断射频高压，且持续施加监控电流会干扰正常手术输出。目前尚无在同一电极上通过纯软件时序控制实现射频高压输出与低压阻抗测量安全切换的成熟技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的，是为了解决背景技术中的问题，提供一种动态阻抗自适应的等离子手术系统。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种动态阻抗自适应的等离子手术系统，包括有等离子手术电极、等离子信号输出控制电路、阻抗检测电路和控制单元，等离子信号输出控制电路与所述等离子手术电极连接，用于向所述等离子手术电极输出等离子手术信号，阻抗检测电路与所述等离子手术电极连接，用于向所述等离子手术电极注入测量信号并获取手术部位的阻抗值，控制单元与所述等离子信号输出控制电路及所述阻抗检测电路连接；所述控制单元控制所述等离子信号输出控制电路和所述阻抗检测电路以时分复用方式交替接入所述等离子手术电极，且所述控制单元根据所述阻抗检测电路测得的阻抗值调节所述等离子信号输出控制电路的输出功率。

4、优选地，还包括直流转交流调制电路，所述直流转交流调制电路连接于所述等离子信号输出控制电路的上游，所述控制单元通过驱动控制隔离电路与所述直流转交流调制电路连接，所述驱动控制隔离电路用于隔离控制侧与功率侧。

5、本发明通过驱动控制隔离电路把单片机和高压功率级隔开，防止高压侧的等离子高压信号经由控制线路窜入低压控制侧，导致主控芯片损坏；同时控制单元通过隔离电路向直流转交流调制电路发送驱动信号，既能把单片机的小信号放大成能推动功率管的强信号，又能把高压牢牢挡在另一边，保证控制可靠、芯片安全。

6、优选地，还包括动态直流调制电路，所述动态直流调制电路连接于所述直流转交流调制电路的上游，用于向所述直流转交流调制电路输出基准电压，所述控制单元通过所述驱动控制隔离电路还与所述动态直流调制电路连接。

7、动态直流调制电路和直流转交流调制电路两级配合，分别负责调压与逆变，动态直流调制电路先把固定的dc320v电源调成大小可变的基准电压，电压给得高后面输出功率就大，给得低功率就小；直流转交流调制电路拿到这个可变电压后，再逆变成高压高频交流电，通过高频开关变压器升压到手术需要的几百伏，两级分工明确，前面调压、后面逆变升压，配合起来才能实现输出功率的精细调节，为精准手术提供稳定的能量来源。

8、还包括电源输入电路，所述电源输入电路包括依次连接的ac220v输入端、保险丝、电源开关、电源滤波器、所述电源滤波器的输出端并联连接有ac220v电源整流滤波电路和及开关电源；所述ac220v电源整流滤波电路输出dc320v至所述动态直流调制电路；所述开关电源输出dc12v，经线性稳压电路转换为3.3v/5v后为所述控制单元供电。

9、本发明通过分级电源设计，ac220v经电源滤波后分两路输出：一路经整流滤波转换为dc320v供功率级，另一路经开关电源转换为dc12v、再经线性稳压至3.3v/5v供控制级，大功率电路与小信号电路相互独立，避免相互干扰，系统工作更稳定；同时保险丝、电源滤波器等保护元件在过流或电磁干扰异常时提供初级保护。

10、优选地，所述控制单元通过软件时序控制所述等离子信号输出控制电路和所述阻抗检测电路交替接入所述等离子手术电极，在所述等离子信号输出控制电路向所述等离子手术电极输出等离子手术信号的时段，所述阻抗检测电路停止工作；在所述阻抗检测电路向所述等离子手术电极注入测量信号的时段，所述等离子信号输出控制电路停止输出，且两时段之间设有预设延时。

11、本发明通过软件时序控制主输出和阻抗检测轮流占用电极，不是靠额外的硬件开关器件，而是靠主控cpu直接控制两个电路的启停时序，主输出工作时测量电路休眠，测量窗口开启时主输出关断，中间留预设延时让残余能量泄放，无需增加电气开关器件，系统更简洁、成本更低、可靠性更高，同时实现同一电极的时分复用。

12、优选地，所述阻抗检测电路包括高频信号源和测量电路，所述高频信号源由所述控制单元的片内pwm模块产生，输出频率为100khz的测量信号，所述测量电路包括数字隔离器，所述数字隔离器的控制侧与所述控制单元连接，所述数字隔离器的隔离侧通过信号调理网络与所述等离子手术电极连接，所述信号调理网络包括电阻网络和滤波电感。

13、本发明用100khz、1-5v的低压高频信号测阻抗，电压低、电流小，对人体绝对安全；而且100khz和rf工作频率不在一个频段，互不干扰，所测得的阻抗值更为准确。同时采用数字隔离器，如adum2401，实现控制侧与电极侧的电气隔离，防止等离子高压窜入测量电路烧坏芯片；信号调理网络中的电阻网络限流保护、滤波电感滤除高频噪声，确保测量信号干净可靠。

14、优选地，还包括等离子信号输出异常监测电路，连接于所述等离子信号输出控制电路与所述控制单元之间。所述等离子信号输出异常监测电路可采用电流互感器对所述等离子信号输出控制电路的输出电流进行实时持续监测，当检测到过流、短路或开路异常时，将异常信号反馈至所述控制单元，由所述控制单元执行保护动作。该异常监测与所述阻抗检测电路的周期性测量相互独立，所述等离子信号输出异常监测电路在所述阻抗检测电路工作的几微秒测量窗口内仍保持实时监测状态。

15、本发明通过等离子信号输出异常监测电路对输出状态进行实时监测，当检测到过流或短路异常时，将异常信号反馈至所述控制单元，由所述控制单元执行保护动作，实现快速响应、及时保护，避免故障扩大。所述异常监测与所述阻抗检测为两套独立运行的系统：所述等离子信号输出异常监测电路在所述等离子信号输出控制电路向所述等离子手术电极输出等离子手术信号的时段内持续实时监测输出电流；在所述阻抗检测电路工作的测量窗口内，由于所述等离子信号输出控制电路已停止输出，所述等离子信号输出异常监测电路处于无输出电流的待机状态，该测量窗口内的安全由所述控制单元的软件时序关断及预设延时保障。两套系统分工明确、互不干扰，系统安全性更高。

16、优选地，还包括脚踏开关、脚踏开关驱动电路以及人机交互模块，所述脚踏开关驱动电路连接于所述脚踏开关与所述控制单元之间，所述人机交互模块包括与所述控制单元连接的lcd显示及触摸屏、以及输出声音提示电路，保留脚踏开关及驱动电路，医生可以脚踩控制，和自动模式形成互补，满足不同医生的操作习惯，手术中切换更灵活；通过lcd触摸屏和声音提示，医生眼睛看着参数、耳朵听着提示，不用分心去猜机器状态，操作界面直观，手术过程更顺畅。

17、优选地，所述控制单元内设有数据存储单元，所述数据存储单元预存有阻抗值与输出功率的映射关系，所述控制单元根据测得的阻抗值查询所述映射关系以确定目标输出功率，并根据所述阻抗检测电路测得的阻抗值判断组织状态，所述组织状态包括富液或出血状态、正常软组织状态以及干燥凝固状态，以z表示测得的阻抗值，对应的阻抗范围分别为15ω≤z<50ω、50ω≤z<250ω以及250ω≤z≤900ω，控制单元里面预存了阻抗值和输出功率的对应关系表，测到阻抗后直接查表就知道该给多少功率，无需进行实时复杂运算，响应速度快，实现智能化输出，同时把阻抗值和具体组织状态挂上钩，系统自动识别组织状态、自动匹配能量，针对不同手术部位精准输出，避免统一功率输出造成的热损伤。

18、综上所述，本发明的有益效果：

19、1、本发明通过控制单元控制等离子信号输出控制电路和阻抗检测电路在同一等离子手术电极上交替工作，实现同一根电极，既能输出等离子能量做手术，又能反过来测量组织阻抗，不用换电极、不用改电极结构，同时控制单元根据测得的阻抗值实时调节输出功率，不用医生凭经验手动调档位，无需更换或改造电极结构即可实现能量输出与阻抗测量的复用；针对低阻抗富液组织自适应降低输出功率，针对高阻抗凝固组织调整输出策略，避免能量过度沉积造成组织热损伤，手术更安全、效果更稳定。

20、2、本发明动态直流调制电路和直流转交流调制电路两级配合，分别负责调压与逆变，动态直流调制电路先把固定的dc320v电源调成大小可变的基准电压，电压给得高后面输出功率就大，给得低功率就小；直流转交流调制电路拿到这个可变电压后，再逆变成高压高频交流电，通过高频开关变压器升压到手术需要的几百伏，两级分工明确，前面调压、后面逆变升压，配合起来才能实现输出功率的精细调节，为精准手术提供稳定的能量来源。

21、3、本发明通过等离子信号输出异常监测电路对输出状态进行实时监测，当检测到过流或短路异常时，将异常信号反馈至所述控制单元，由所述控制单元执行保护动作，实现快速响应、及时保护，避免故障扩大。所述异常监测与所述阻抗检测为两套独立运行的系统：所述等离子信号输出异常监测电路在所述等离子信号输出控制电路向所述等离子手术电极输出等离子手术信号的时段内持续实时监测输出电流；在所述阻抗检测电路工作的测量窗口内，由于所述等离子信号输出控制电路已停止输出，所述等离子信号输出异常监测电路处于无输出电流的待机状态，该测量窗口内的安全由所述控制单元的软件时序关断及预设延时保障。两套系统分工明确、互不干扰，系统安全性更高。