專利名稱：高頻電磁刀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及采用使高頻電磁波通過待加熱組織的方式向人體傳遞非機械形式的能量的外科器械，尤其是一種高頻電磁刀。
背景技術：
高頻電磁刀也稱高頻手術器，是一種取代機械手術刀進行組織切割的外科電器械。它通過有效電極尖端產(chǎn)生的高頻電磁波與受術者身體接觸時對組織進行加熱，實現(xiàn)對人體組織的分離或破壞，進而起到切割和止血的目的。高頻電刀自1920年應用于臨床至今經(jīng)歷了火花塞放電—大功率電子管—大功率晶體管—大功率MOS管的四代變更，如今單片機也已廣泛應用在高頻電磁刀的整機程序化控制中，對各種功能下功率波形、電壓、電流實施自動檢測與調節(jié)，顯著提高了器械的智能性、安全性、可靠性和可操作性。但是，現(xiàn)有高頻電刀大多是采用1MHz以下、一般是300～980KHz的兩極輸出信號，存在諸多的問題。一是電極須放在受術者身體上，導致人體中有電流通過，影響手術安全性，電流通過時間過長對人體還會產(chǎn)生副作用；二是輸出信號頻率低，所產(chǎn)生的“熱效應”有限，在切割界面形成碳化物，易污染，不利于創(chuàng)口快速愈合，易結疤痕，甚至產(chǎn)生粘連；三是使用范圍有限，出現(xiàn)大面積彌漫性滲血時需要其它設備如氬氣供氣裝置等配合進行凝血。為了提高輸出信號的頻率，若非采取相應的防止電磁干擾和控制功率輸出的措施，就極易干擾其它周邊電子設備的正常工作，甚至發(fā)生燒傷受術者。

發(fā)明內容
本實用新型要解決的技術問題是彌補現(xiàn)有技術的缺陷，提出一種輸出信號頻率高于3MHz以上、優(yōu)選為3MHz～80MHz且輸出功率可選擇的高頻電磁刀。
本實用新型的技術問題是通過以下技術方案予以解決的這種高頻電磁刀，包括高頻功率發(fā)生器、連接在高頻功率發(fā)生器輸出端的電磁刀即輸出電極、對高頻功率發(fā)生器進行控制的功能控制電路，以及提供直流電源的AC/DC電源轉換電路，高頻功率發(fā)生器的輸出信號在電磁刀即輸出電極的端頭形成強電磁場，該電磁場與受術者身體組織共同作用，實現(xiàn)電外科作業(yè)。
這種高頻電磁刀的特點是所述高頻功率發(fā)生器是輸出信號頻率高于3MHz以上且輸出功率可選擇的高頻功率發(fā)生器。
所述高頻功率發(fā)生器由金屬散熱器密封，其功率放大電路與輸出電路之間設有可取樣至功能控制電路的定向耦合器和具有單相傳輸性能的環(huán)行器。
本實用新型的技術問題是通過以下技術方案擇優(yōu)予以解決的所述環(huán)行器的輸入端與定向耦合器輸出端連接，兩個輸出端的一端與標準負載連接，另一個輸出端與高頻功率發(fā)生器的輸出電路連接，該輸出電路與電磁刀即輸出電極之間設有同軸電纜輸出匹配電路，正確選擇環(huán)行器的方向，能量就可以以很低的插損傳輸?shù)絻蓚€輸出端口中的一個，輸出信號頻率高于3MHz以上，輸出功率達120W，輸出單極性，與地隔離。
本實用新型的技術問題是通過以下技術方案進一步予以解決的所述高頻功率發(fā)生器是輸出信號頻率為3MHz～80MHz且輸出功率可選擇的高頻或甚高頻功率發(fā)生器。
所述功能控制電路是采用單片機的可設定輸出能量大小、載波頻率和波形的功能控制電路。
所述功能控制電路是配用包括多組標準操作模式提示的智能專家系統(tǒng)軟件的功能控制電路。
所述功能控制電路是設有軟件可上網(wǎng)下載程序電路的功能控制電路。
所述功能控制電路連接有LCD顯示器件、LED顯示器件、工作方式選擇鍵盤或按鍵。
所述功能控制電路連接有為網(wǎng)上下載程序使用的串行口。
所述AC/DC電源轉換電路是帶功率因數(shù)校正器(Power FactorCorrection，縮略詞為PFC)的AC/DC高效醫(yī)用電源轉換電路。
所述AC/DC電源轉換電路與高頻功率發(fā)生器之間設有提高系統(tǒng)可靠性的過壓保護電路、過熱保護電路。
本實用新型的優(yōu)點是切割速度快，切割界面規(guī)范，止血效果好，傷口愈合快，便于組織再生，適應手術范圍廣，容易進入手術部位，人機界面友好，便于操作，且操作簡單、安全可靠。輸出信號頻率可選擇為3MHz～80MHz，單電極輸出全隔離，無需使用對極板，對人體周圍組織無熱效應損傷，使用時在人體中無電流通過，有效減少了可能和接地物相接觸的人體部位被灼燒的危險。出現(xiàn)大面積彌漫性滲血時，不需要其它設備如氬氣供氣裝置等配合進行凝血，單一刀頭就能完成切割、汽化與凝固，可以節(jié)約手術時間，提高手術質量。本高頻電磁刀不僅可以廣泛應用于普通外科、胸外、腦外、五官科、頜面外科的直視手術中，還可以廣泛應用于包括腹腔鏡、前列腺切鏡、胃鏡、膀胱鏡、宮腔鏡的各種內窺鏡手術，尤其是那些在機械手術刀難以進入和實施的腹部管道結扎、前列腺尿道腫物切除手術，以及在彌漫性滲血部位如肝臟、脾臟、甲狀腺、乳腺、肺部的手術。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。


圖1是本實用新型一具體實施方式
的系統(tǒng)方框圖；圖2是圖1中的高頻功率發(fā)生器的電原理圖。
具體實施方式
一種輸出信號頻率為3MHz～80MHz且輸出功率可選擇的高頻電磁刀如圖1所示的高頻電磁刀，包括高頻功率發(fā)生器1、連接在高頻功率發(fā)生器1輸出端的電磁刀即輸出電極2、對高頻功率發(fā)生器1進行控制的功能控制電路3，以及提供直流電源的AC/DC電源轉換電路4。高頻功率發(fā)生器1的輸出電路5與電磁刀即輸出電極2間設有同軸電纜輸出匹配電路6，其輸出信號在電磁刀即輸出電極2的端頭形成強電磁場，該電磁場與受術者人體組織7共同作用，實現(xiàn)電外科作業(yè)。
所述高頻功率發(fā)生器1是輸出信號頻率為3MHz～80MHz且輸出功率可選擇的高頻或甚高頻功率發(fā)生器，由金屬散熱器密封，其功率放大電路8與輸出電路5之間設有可取樣至功能控制電路3的定向耦合器9和具有單相傳輸性能的環(huán)行器10。環(huán)行器10是提高本高頻電磁刀的絕對可靠性而設置的關鍵組件，其輸入端與定向耦合器9輸出端連接，兩個輸出端的一端與50Ω標準負載11連接，另一個輸出端與輸出電路5連接，正確選擇環(huán)行器10的方向，能量就可以以很低的插損傳輸?shù)絻蓚€輸出端口中的一個，輸出信號頻率高于3MHz以上，可達80MHz，輸出功率達120W，輸出單極性，與地隔離。本高頻電磁刀不再需要和受術者、大地之間的輔助通道，有效減少了可能和接地物相接觸的人體組織7被灼燒的危險。
高頻功率發(fā)生器1的組成如圖2所示。其基準信號發(fā)生器12由晶體管V1、V2、晶振芯片和周邊元件組成，振蕩頻率由電感L1、電容C1決定，其輸出端與可控增益放大器輸入端連接；可控增益放大器13由晶體管V3、V4、V5和周邊元件組成，其中晶體管V3、V4組成差動放大電路，其放大倍數(shù)與晶體管V5的基極控制電壓Uc正相關，基極控制電壓Uc由輸入給定及輸出反饋的數(shù)值決定，可控增益放大器輸出端與調制器14兩個輸入端的一端連接，調制器14的另一輸入端與二階低通濾波器15的輸出端連接；二階低通濾波器15由運算放大器U1b和周邊元件組成，其輸入端與載波信號輸出端連接，載波信號由單片機產(chǎn)生階梯波后經(jīng)二階低通濾波器15濾波后形成標準理想波形，單片機階梯波信號由功能控制電路3的XS8-11與高頻功率發(fā)生器1的XSC-1連接，載波信號由功能控制電路3中的單片機產(chǎn)生，使載波信號波形具有靈活的多樣性。調制器14由運算放大器U1A和周邊元件組成，其輸出經(jīng)二極管D1、電感L2、電容C2和電阻R1調制后形成調制信號，輸送至由晶體管V6和包括電阻R2、R3的周邊元件組成的前級功率放大電路8-1放大后，再輸送至由MOSFET V7和周邊元件組成的單管末級功率放大電路8-2，末級功率放大電路8-2的電源電壓為+28V，其輸出電路由電感L3、電容C3、C4、C5組成；末級功率放大電路8-2的輸出端與定向耦合器9的輸入端連接。定向耦合器9由電感L4、L5構成的電流互感器，它將末級功率放大電路8-2的絕大部分輸出信號傳送至后級的環(huán)行器10，并通過感應取樣將末級功率放大電路8-2的極少部分輸出信號通過負載取樣電路16反饋至功能控制電路3。
所述功能控制電路3是采用單片機的可設定輸出能量大小、載波頻率和波形的功能控制電路，配用包括多組標準操作模式提示的智能專家系統(tǒng)軟件，且設有軟件可上網(wǎng)下載程序電路。還連接有LCD顯示器件17、LED顯示器件18、工作方式選擇鍵盤19和為網(wǎng)上下載程序使用的串行口20。
功能控制電路3采用單片機芯片W78E58的核心電路、以及采用ADS774芯片的A/D轉換電路、采用DAC7611芯片的D/A轉換電路、鍵盤工作方式及功率參數(shù)設定電路、采用MAX7000-100P芯片的FPGA加密電路，和軟件可上網(wǎng)下載程序電路。
功能控制電路3設有模擬信號輸入/輸出控制端XS1、主要是與為網(wǎng)上下載程序使用的串行口20相連的輸出端子XS2、與LCD顯示器件17的20個輸入腳依次相連的兩個10腳輸出端子XS3和XS4、分別與鍵盤19連接的8腳輸入端子XS5、+12V控制電源輸入端子XS6和其中10根線為LED顯示器件18輸入驅動端連接而另兩腳為設備工作方式控制端連接的輸出端子XS8。XS1-1為反饋信號Uf輸入腳，與高頻功率發(fā)生器1的XSN-1連接，經(jīng)放大及A/D轉換后，由單片機控制LCD顯示器件17顯示設備當時輸出功率，并根據(jù)幅值大小控制高頻功率發(fā)生器1的正弦波的幅值；XS1-2為模擬控制信號Uc輸出腳，與高頻功率發(fā)生器1的負載取樣電路16的XSN-2連接，此模擬信號為鍵盤工作方式及功率參數(shù)設定電路的數(shù)字信號，經(jīng)單片機控制和D/A轉換電路轉換為模擬控制信號Uc，用來控制高頻功率發(fā)生器1的可控增益放大器16的正弦波的幅值大小，以達到控制輸出功率大小的目的；XS1-3為模擬信號公用地，與高頻功率發(fā)生器1的負載取樣電路16的XSN-3連接，XS1-4為+28V輸入腳，為單片機判斷直流+28V是否正常?？刂齐娐返钠渌娫炊加?12V控制電源輸入端子XS6經(jīng)DC/DC變換得到，同時+12V控制電源與高頻功率發(fā)生器1的控制電源XSD連接。XS8-12為設備工作方式控制端，與高頻功率發(fā)生器1的功率放大電路8的XSC-2連接，用來控制高頻功率發(fā)生器1的輸出間隔，此端Ud為高電平時，高頻功率發(fā)生器1有功率信號輸出；XS8-11為載波Uk波形控制端，與高頻功率發(fā)生器1的二階低通濾波器15的XSC-1連接，用來控制高頻功率發(fā)生器1的輸出波形，此端輸出階梯波形載波Uk，經(jīng)高頻功率發(fā)生器1的二階低通濾波器15輸送至調制器14。
所述AC/DC電源轉換電路4是帶PFC的AC/DC高效醫(yī)用電源轉換電路，具有高可靠性和高安全性，采用型號為UC3855A的芯片，可以提高輸入回路的功率因數(shù)，其輸出回路電壓為直流380V，再經(jīng)DC/DC轉換電路產(chǎn)生+28V直流主電源、+12V直流控制電源。
所述AC/DC電源轉換電路4與高頻功率發(fā)生器1之間設有提高可靠性的過壓保護電路21、過熱保護繼電器22，并用屏蔽線與用金屬箱密封的高頻功率發(fā)生器1、功能控制電路3連接，AC/DC電源轉換電路4和功能控制電路3用金屬箱密封，以最大限度的提高設備的輸出利用效率及可靠性。過壓保護電路21由PTC熱敏電阻及氧化鋅壓敏電阻組成，對前級功率放大電路8-1、末級功率放大電路8-2及整個裝置起過壓保護作用。上述多重保護電路簡單可靠，易實現(xiàn)且成本不高，足以保障本高頻電磁刀長期可靠工作。
本高頻電磁刀的工作過程如下接通交流市電，接通機殼前面板的市電電源開關，工作方式及市電正常顯示指示市電電源正常，LCD顯示器件17顯示系統(tǒng)正常同時提示選擇工作方式及功率大小，用鍵盤19或腳踏開關選擇工作方式及輸出功率大小，單片機和D/A轉換電路處理后控制高頻功率發(fā)生器1輸出調制的大功率高頻信號，同時負載取樣電路16的反饋信號一方面經(jīng)A/D轉換電路、單片機處理后控制輸出功率LED顯示器件18，另一方面實時檢測電磁刀即輸出電極2輸出是否正常。高頻功率發(fā)生器1輸出的大功率高頻信號經(jīng)同軸電纜輸出匹配電路6、電磁刀即輸出電極2到達人體組織7，在局部范圍內使細胞內極性分子快速振蕩，形成低溫熱能，導致水分子電離，實現(xiàn)對人體組織的分離和凝固，進而起到切割和止血的目的。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，其架構形式能夠靈活多變，可以派生系列產(chǎn)品。只是做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
權利要求1.一種高頻電磁刀，包括高頻功率發(fā)生器、連接在高頻功率發(fā)生器輸出端的電磁刀即輸出電極、對高頻功率發(fā)生器進行控制的功能控制電路，以及提供直流電源的AC/DC電源轉換電路，其特征在于所述高頻功率發(fā)生器是輸出信號頻率高于3MHz以上且輸出功率可選擇的高頻功率發(fā)生器；所述高頻功率發(fā)生器由金屬散熱器密封，其功率放大電路與輸出電路之間設有可取樣至功能控制電路的定向耦合器和具有單相傳輸性能的環(huán)行器。
2.根據(jù)權利要求1所述的高頻電磁刀，其特征在于所述環(huán)行器的輸入端與定向耦合器輸出端連接，兩個輸出端的一端與標準負載連接，另一個輸出端與高頻功率發(fā)生器的輸出電路連接，該輸出電路與電磁刀即輸出電極之間設有同軸電纜輸出匹配電路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高頻電磁刀，其特征在于所述高頻功率發(fā)生器是輸出信號頻率為3MHz～80MHz且輸出功率可選擇的高頻或甚高頻功率發(fā)生器。
4.根據(jù)權利要求3所述的高頻電磁刀，其特征在于所述功能控制電路是采用單片機的可設定輸出能量大小、載波頻率和波形的功能控制電路。
5.根據(jù)權利要求4所述的高頻電磁刀，其特征在于所述功能控制電路是配用包括多組標準操作模式提示的智能專家系統(tǒng)軟件的功能控制電路。
6.根據(jù)權利要求5所述的高頻電磁刀，其特征在于所述功能控制電路是設有軟件可上網(wǎng)下載程序電路的功能控制電路。
7.根據(jù)權利要求6所述的高頻電磁刀，其特征在于所述功能控制電路連接有LCD、LED顯示器件和工作方式選擇按鍵。
8.根據(jù)權利要求7所述的高頻電磁刀，其特征在于所述功能控制電路連接有為網(wǎng)上下載程序使用的串行口。
9.根據(jù)權利要求8所述的高頻電磁刀，其特征在于所述AC/DC電源轉換電路是帶功率因數(shù)校正器的AC/DC高效醫(yī)用電源轉換電路。
10.根據(jù)權利要求9所述的高頻電磁刀，其特征在于所述AC/DC電源轉換電路與高頻功率發(fā)生器之間設有提高系統(tǒng)可靠性的過壓保護電路、過熱保護電路。
專利摘要本實用新型公告了一種高頻電磁刀，包括高頻功率發(fā)生器、連接在高頻功率發(fā)生器輸出端的電磁刀即輸出電極、對高頻功率發(fā)生器進行控制的功能控制電路，以及提供直流電源的AC/DC電源轉換電路。高頻功率發(fā)生器輸出信號頻率高于3MHz以上且輸出功率可選擇，高頻功率發(fā)生器由金屬散熱器密封，其功率放大電路與輸出電路之間設有可取樣至功能控制電路的定向耦合器和具有單相傳輸性能的環(huán)行器。本實用新型操作簡單、安全可靠，單電極輸出全隔離，無需使用對極板，對人體周圍組織無熱效應損傷，使用時在人體中無電流通過，有效減少了可能和接地物相接觸的人體部位被灼燒的危險。出現(xiàn)大面積彌漫性滲血時，不需要其它設備如氬氣供氣裝置等配合進行凝血。
文檔編號A61B18/18GK2801083SQ20052005972
公開日2006年8月2日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權日2005年6月6日
發(fā)明者賈月超, 房國華 申請人:賈月超