專利名稱：一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超聲手術(shù)設(shè)備的調(diào)諧系統(tǒng)，尤其涉及一種白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
白內(nèi)障超聲乳化儀是利用超聲乳化手柄尖端的振動來破碎渾濁的晶狀體組織，使其乳化。在諧振狀態(tài)下，超聲乳化手柄尖端的振動最強、輸出效率最高，因此，超聲乳化手柄的諧振是超聲乳化功能實現(xiàn)的重要條件。超聲乳化手柄的諧振頻率會隨著溫度、負(fù)載條件等因素的變化而變化，跟蹤諧振頻率并保持超聲乳化手柄的諧振是超聲功率穩(wěn)定輸出的前提。諧振網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗Z由等效的電阻R與電抗X組成，其表達式如式(1)Z = R+jX (1)當(dāng)電路諧振時的電抗部分X為零時，則其等效阻抗Z表現(xiàn)為純電阻R，其兩端電壓與流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流為同相位。傳統(tǒng)的調(diào)諧方法利用該相頻特性，通過鎖相環(huán)等技術(shù)保持電壓與電流同相，達到調(diào)諧與頻率跟蹤的目的。采用上述方法進行調(diào)諧與頻率跟蹤，雖然其原理很明確，但實現(xiàn)需通過取樣、濾波、鑒相、積分、壓控震蕩等過程，除結(jié)構(gòu)較復(fù)雜外，偶發(fā)的干擾就可能產(chǎn)生失諧現(xiàn)象，因此抗干擾能力較弱，其跟蹤范圍和捕捉范圍都受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法。本發(fā)明可以有效地跟蹤超聲手柄的諧振頻率，實現(xiàn)簡單可靠，而且易于濾除干擾信號， 大大提高了抗干擾能力，且頻率跟蹤范圍大。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是該調(diào)諧方法利用諧振網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性對白內(nèi)障超聲乳化儀中的超聲手柄進行調(diào)諧，所述諧振網(wǎng)絡(luò)由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、非門、輸出變壓器、匹配電感和超聲手柄組成，由一 CPU輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻，并通過一 A/D轉(zhuǎn)換器監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的直流電源，以所述直流電源的電壓最小值對應(yīng)的頻率為所述CPU輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄工作時，以跟蹤所述直流電源的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄的諧振頻率。本發(fā)明調(diào)諧方法，其中，所述CPU輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻的過程是所述CPU輸出某一頻率的方波控制第一開關(guān)管，同時，所述CPU經(jīng)過所述非門控制第二開關(guān)管，使第一開關(guān)管和第二開關(guān)管交替導(dǎo)通，在所述輸出變壓器原邊產(chǎn)生交變電流，進而在所述輸出變壓器副邊感應(yīng)出交流電壓\，所述交流電壓Vd乍為諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，以驅(qū)動所述超聲手柄，所述CPU以步進Δ ·不斷提高輸出頻率，同時通過所述A/D轉(zhuǎn)換器檢測所述直流電源與每一頻率相對應(yīng)的輸出電壓V，取最小電壓對應(yīng)的頻率作為初始諧振頻率。本發(fā)明調(diào)諧方法，其中，跟蹤所述超聲手柄的諧振頻率的過程是乳化操作開始，所述CPU首先輸出初始諧振頻率，并檢測所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓；然后所述CPU以步進 Δ f提高輸出頻率，并檢測此時所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓，與前一電壓值比較，若后者小，則所述CPU繼續(xù)以相同的步進Af提高輸出頻率；若后者大，則所述CPU以相同的步進Af降低輸出頻率；重復(fù)此操作，始終跟蹤所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓最小值，使所述超乳手柄時刻處于諧振狀態(tài)，從而保證功率穩(wěn)定輸出，直至乳化操作結(jié)束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用直接監(jiān)測直流電源輸出電壓的方法，可有效跟蹤超聲手柄的諧振頻率，實現(xiàn)簡單可靠，且由于直流電壓的變化頻率遠(yuǎn)低于干擾信號頻率，易于濾除干擾信號， 對于偶發(fā)的尖鋒干擾，僅可能引起瞬間微小的波動，而不會影響整體的趨勢，因而大大提高了抗干擾能力，且頻率跟蹤范圍大。通常，在超聲乳化儀的工作中，干擾主要來自數(shù)字電路的高頻噪聲和大功率開關(guān)電源工作時產(chǎn)生的尖峰干擾。由于本發(fā)明中是以直流電源的輸出作為反饋量，其變化頻率范圍在IOOHz左右，而數(shù)字電路經(jīng)常存在的干擾一般在IMHz以上。兩者頻率范圍相差很大， 很容易濾除干擾信號；對于尖峰干擾，如果正好趕上干擾來時采樣，則可能造成CPU錯誤的判斷而使輸出頻率向錯誤的方向調(diào)節(jié)，這一錯誤將在下一次采樣時予以糾正，不會造成錯誤累積，不會影響超聲手柄的正常工作。對于現(xiàn)有技術(shù)中利用相頻特性的鎖相環(huán)等技術(shù)方案中，一個尖峰干擾造成的毛刺，將可能造成錯誤的判斷，例如，事實上電流超前于電壓，干擾使鑒相器做出相反的判斷，使鎖相環(huán)的輸出頻率向錯誤的方向調(diào)節(jié)，并且會持續(xù)向該方向調(diào)節(jié)，直至失調(diào)。圖3示意出了雖然電流始終超前電壓，一旦出現(xiàn)一個尖峰毛刺，將會誤判為電流滯后電壓，并且電路無法自動糾正，會一直延續(xù)錯誤，直至失調(diào)。此外，傳統(tǒng)的鎖相環(huán)方法由于壓控震蕩器有工作范圍，因而輸出頻率有范圍限制，而利用本發(fā)明的調(diào)諧電路實現(xiàn)調(diào)諧其輸出頻率不受此限制；另外，諧振網(wǎng)絡(luò)的相頻特性具有如圖4-1所示的曲線形式，當(dāng)頻率越過iV將會向反方向追蹤，導(dǎo)致失諧。而本發(fā)明調(diào)諧電路所產(chǎn)生的幅頻特性曲線在很大范圍符合追蹤條件，如圖4-2所示，因此跟蹤范圍大。


圖1.是本發(fā)明中調(diào)諧電路的原理圖；圖2是圖1中電源及諧振網(wǎng)絡(luò)的等效電路圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)利用相頻特性的鎖相環(huán)由于尖峰干擾而出現(xiàn)誤判的示意圖；圖4-1是現(xiàn)有技術(shù)相頻特性曲線；圖4-2是本發(fā)明中調(diào)諧電路所產(chǎn)生的幅頻特性曲線；圖5是利用本發(fā)明中調(diào)諧電路實現(xiàn)頻率跟蹤的主流程圖。圖中1——第一開關(guān)管 2——第二開關(guān)管3——直流電源4——輸出變壓器 5——匹配電感6——超聲手柄7-A/D 轉(zhuǎn)換器 8-CPU9-非門
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)地描述。
如圖1所示，本發(fā)明用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法，該調(diào)諧方法利用諧振網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性對白內(nèi)障超聲乳化儀中的超聲手柄進行調(diào)諧，所述諧振網(wǎng)絡(luò)由第一開關(guān)管1、第二開關(guān)管2、非門9、輸出變壓器4、匹配電感5和超聲手柄6組成，所述第一開關(guān)管1和所述第二開關(guān)管2均采用大功率VMOS管，要求導(dǎo)通電阻很小，其導(dǎo)通電阻 < 0. 1 Ω，如所述第一開關(guān)管1和所述第二開關(guān)管2均可采用型號為IRFMO的開關(guān)管，所述第一開關(guān)管1連接在所述非門9的輸入端，所述第二開關(guān)管2連接在所述非門9的輸出端，所述CPU8與所述第一開關(guān)管1、所述非門9和所述A/D轉(zhuǎn)換器7連接；由一 CPU8輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻，并通過一 A/D轉(zhuǎn)換器7監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的直流電源3，以所述直流電源3的電壓最小值對應(yīng)的頻率為所述CPU8輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄6工作時，以跟蹤所述直流電源3的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄6的諧振頻率。所述CPU8輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻的過程是所述CPU8輸出某一頻率的方波控制第一開關(guān)管1，同時，所述CPU8經(jīng)過所述非門9控制第二開關(guān)管2，使第一開關(guān)管1和第二開關(guān)管2交替導(dǎo)通，在所述輸出變壓器4原邊產(chǎn)生交變電流，進而在所述輸出變壓器4副邊感應(yīng)出交流電壓\，所述交流電壓\作為諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，以驅(qū)動所述超聲手柄6，所述CPU8以步進Af不斷提高輸出頻率，同時通過所述A/D轉(zhuǎn)換器7檢測所述直流電源3與每一頻率相對應(yīng)的輸出電壓V，取最小電壓對應(yīng)的頻率作為初始諧振頻率。其中的直流電源3存在一定內(nèi)阻，非理想直流電源3輸出的電壓V經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換器7送入CPU8中，所述CPU8通過分析比較，取最小電壓所對應(yīng)的頻率作為輸出頻率。本發(fā)明電路中的所述匹配電感5是用于抵消超聲手柄6的容抗成分的，而如何依超聲手柄6的參數(shù)來確定該匹配電感5的參數(shù)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常識，在此不再贅述。本發(fā)明調(diào)諧方法的工作原理是圖1中，所述匹配電感5與所述超聲手柄6組成一諧振電路，經(jīng)變換可等效為圖2中所示的電阻11和電抗12的串聯(lián)形式，其總阻抗為Ζ。而輸出變壓器4及其前端電路可等效為非理想交流電壓源13。此時有
權(quán)利要求
1.一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法，其特征在于該調(diào)諧方法利用諧振網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性對白內(nèi)障超聲乳化儀中的超聲手柄進行調(diào)諧，所述諧振網(wǎng)絡(luò)由第一開關(guān)管(1)、第二開關(guān)管(2)、非門(9)、輸出變壓器(4)、匹配電感(5)和超聲手柄(6)組成， 由一 CPU(S)輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻，并通過一 A/D轉(zhuǎn)換器(7)監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的直流電源(3)，以所述直流電源(3)的電壓最小值對應(yīng)的頻率為所述CPU(S) 輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄(6)工作時，以跟蹤所述直流電源(3)的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄(6)的諧振頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧方法，其特征在于所述CPU(8)輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻的過程是所述CPU(S)輸出某一頻率的方波控制第一開關(guān)管(1)，同時，所述CPU(S)經(jīng)過所述非門(9)控制第二開關(guān)管(2)，使第一開關(guān)管(1)和第二開關(guān)管(2)交替導(dǎo)通，在所述輸出變壓器(4)原邊產(chǎn)生交變電流，進而在所述輸出變壓器(4)副邊感應(yīng)出交流電壓\，所述交流電壓\作為諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，以驅(qū)動所述超聲手柄(6)，所述 CPU(S)以步進Af不斷提高輸出頻率，同時通過所述A/D轉(zhuǎn)換器(7)檢測所述直流電源(3) 與每一頻率相對應(yīng)的輸出電壓V，取最小電壓對應(yīng)的頻率作為初始諧振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)諧方法，其特征在于跟蹤所述超聲手柄(6)的諧振頻率的過程是乳化操作開始，所述CPU(S)首先輸出初始諧振頻率，并檢測所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓；然后所述CPU(8)以步進Δ ·提高輸出頻率，并檢測此時所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓，與前一電壓值比較，若后者小，則所述CPU(S)繼續(xù)以相同的步進Af提高輸出頻率；若后者大， 則所述CPU(S)以相同的步進Af降低輸出頻率；重復(fù)此操作，始終跟蹤所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓最小值，使所述超聲手柄(6)時刻處于諧振狀態(tài)，從而保證功率穩(wěn)定輸出，直至乳化操作結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法，該調(diào)諧方法利用諧振網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性對白內(nèi)障超聲乳化儀中的超聲手柄進行調(diào)諧，所述諧振網(wǎng)絡(luò)由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、非門、輸出變壓器、匹配電感和超聲手柄組成，由一CPU輸出頻率信號對所述諧振網(wǎng)絡(luò)進行掃頻，并通過一A/D轉(zhuǎn)換器監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡(luò)兩端的直流電源，以所述直流電源的電壓最小值對應(yīng)的頻率為所述CPU輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄工作時，以跟蹤所述直流電源的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄的諧振頻率。同時，本發(fā)明中還公開了跟蹤所述超聲手柄的諧振頻率的過程。本發(fā)明具有抗干擾能力強，跟蹤范圍大、實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。
文檔編號A61B17/00GK102274053SQ201110130710
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者宋學(xué)東, 李躍杰, 楊軍, 王延群, 紀(jì)運紅 申請人:天津邁達醫(yī)學(xué)科技有限公司