專利名稱：超聲波發(fā)生器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波發(fā)生器系統(tǒng)，尤其涉及、但不僅僅涉及一種能夠獲得共振扭轉(zhuǎn)頻率并將此頻率維持應(yīng)用于波導(dǎo)管的發(fā)生器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)管有大量的固有頻率，其中只有一小部分是有用的。大部分共振狀態(tài)都處于非期望的彎曲模式。
理想情況下，傳統(tǒng)的驅(qū)動電路能夠驅(qū)動細長的扭轉(zhuǎn)振動波導(dǎo)管。但是，當(dāng)期望使用唯一扭轉(zhuǎn)模式共振時，由于需要將其和其它任何共振模式分隔開至少1.0kHz頻率差才能滿足傳統(tǒng)電路的需求，因此存在一些困難。在實際應(yīng)用中，這些波導(dǎo)管顯示的其它共振模式在期望模式的幾百Hz范圍內(nèi)。
已知的是，歐洲專利申請No.1025806A提供了一種超聲波手術(shù)設(shè)備，該設(shè)備中的電路存儲了對應(yīng)于共振狀態(tài)的一個頻率，并在該電路檢測到非共振狀態(tài)時將信號恢復(fù)到該共振狀態(tài)。
但這并不非常適合于扭轉(zhuǎn)振動模式。
還已知的是，與本申請共同待決的英國申請No.2382943提供了一種發(fā)生器系統(tǒng)，用來選擇期望的共振模式。
然而，這些系統(tǒng)在運行過程中并不總是能靈活地應(yīng)對工作參數(shù)的瞬時變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的頻率生成控制電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于手術(shù)過程中的系統(tǒng)，其指示何時臨近該過程的終點。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種生成共振超聲波信號的方法，此方法包括下列步驟生成超聲波信號；監(jiān)視反饋回的信號；對反饋信號進行掃描；確定最小值出現(xiàn)的頻率；將所述超聲波信號頻率調(diào)整到所述最小值出現(xiàn)的頻率。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種確定超聲波驅(qū)動操作進展?fàn)顩r的方法，此方法包括下列步驟生成超聲波信號；對反饋回的信號進行常規(guī)讀閱；監(jiān)視所述反饋信號的波形，以查找其中表示運行終點的變化。
優(yōu)選的情況下，此變化包括所述波形的幅度變化。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種超聲波發(fā)生器系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括生成超聲波振動的模塊；及其控制電路模塊，實現(xiàn)上述第一和/或第二方面所述的方法。
優(yōu)選的情況下，本系統(tǒng)包括用于所述超聲波振動的波導(dǎo)模塊，此波導(dǎo)模塊可操作地連接到所述生成模塊。
優(yōu)選的情況下，本系統(tǒng)包括將系統(tǒng)運行錯誤發(fā)送給用戶的報警模塊。
可選地，此報警模塊還可以包括顯示模塊，例如，液晶顯示器模塊。
可選情況下或另外，此報警模塊可以包括聲音報警模塊。
優(yōu)選的情況下，所述超聲波振動是扭轉(zhuǎn)模式下的振動。


下面將參照附圖，更加具體地描述本發(fā)明的一個實施例，其中圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)的電路圖；以及圖2示出了該系統(tǒng)的流程圖；具體實施方式
當(dāng)超聲波手術(shù)工具等的超聲波換能器與其超聲波發(fā)生器完美匹配時，所有可用電量都傳遞到換能器，故而，此工具會以最優(yōu)效率工作。然而，在實際應(yīng)用中情況往往并非如此。
超聲波工具的波導(dǎo)管有大量的固有共振頻率，但這些頻率同時處于彎曲振動模式和扭轉(zhuǎn)振動模式下。其中只有一小部分共振點適用于工具所用在的基質(zhì)(如人體組織)，因此向基質(zhì)傳輸了一些有用的能量。某一系統(tǒng)(包括用于其基質(zhì)的工具)的精確共振點可能與處于孤立狀態(tài)的工具的精確共振點明顯不同。在使用工具進行操作時，共振的位置可隨基質(zhì)的變化而變化。(例如，凝結(jié)工具對要接受手術(shù)的組織內(nèi)的體液進行凝固)。和共振位置一樣，共振幅度也可以變化。
和所加負載引起的變化一樣，共振的頻率也會因熱效應(yīng)而漂移。
因此，如果換能器沒有理想的匹配或調(diào)諧至其最優(yōu)頻率，那么，來自發(fā)生器的一部分電量會由換能器反射，并返回到發(fā)生器。此反射電量會更改通過發(fā)生器和相應(yīng)控制電路的電流的波形，因此該反射電量(或者，表明反射電量的參數(shù))能夠用于跟蹤換能器在某具體時刻的最優(yōu)工作頻率，并相應(yīng)地通過數(shù)字頻率控制器設(shè)置(或復(fù)位)發(fā)生器頻率。
圖1示出的為超聲波換能器供電的電路體現(xiàn)了本方法。此電路的很大一部分都是以傳統(tǒng)形式示出的。功率控制器單元1控制著將要發(fā)送給換能器的超聲波信號的幅度，而VCO2控制著信號的頻率。放大器電路3將功率控制器1指定的幅度和VCO2設(shè)定的頻率有效地予以組合，從而產(chǎn)生經(jīng)由輸出4發(fā)送到超聲波換能器(未顯示)的信號。
為了檢測在某具體時刻由生成頻率與負載換能器的最優(yōu)共振頻率之間的不匹配而引起的信號變化，從放大器電路3中提取反饋信號。最有用的反饋信號是表示流經(jīng)開關(guān)器件Q35的電流的反饋信號?？梢詫⑦@個反饋信號分成正負兩個分量。正的分量表示流出放大器的正向電流，而當(dāng)放大器的負載為無功負載(即，輸出信號與換能器/工具/基質(zhì)共振不匹配)時則出現(xiàn)負的分量。負向電流可以在Q3開關(guān)器件5處于“接通”狀態(tài)時流經(jīng)此開關(guān)器件，也可以流經(jīng)其內(nèi)部續(xù)流二極管。
鄰近的反饋信號傳送到精密整流器6，該整流器將此信號分成正分量和負分量。隨后，第一個二階低通濾波器7對正分量進行濾波，而第二個二階低通濾波器8對負分量獨立進行濾波。經(jīng)過濾波的正分量表示正向電流信號，其隨后傳遞到功率控制器1和微控制器9。經(jīng)過濾波的負分量表示返回電流信號，其只發(fā)送給微控制器9。
微控制器9控制著所示系統(tǒng)的運行，該微控制器既可操作地直接連接到功率控制器1，還經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器或DAC10可操作地連接到VCO2。其內(nèi)有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器對反饋信號正負分量的數(shù)字數(shù)據(jù)均進行采樣。在微控制器9中使用掃描程序或功能對這些數(shù)字數(shù)據(jù)進行分析，以便對任何給定階段的共振頻率進行定位，從而將VCO2調(diào)諧到最優(yōu)頻率。數(shù)字數(shù)據(jù)也用于診斷目的，例如，檢測換能器和/或工具中的故障。
圖2示出了掃描功能程序的流程圖。為了激活這個過程，在階段11，微控制器9指示VCO2在預(yù)選的頻率范圍內(nèi)掃描它的生成頻率，一個或多個共振頻率被認為處于此頻率范圍內(nèi)。
在一系列子步驟里對頻率進行掃描，在每一步驟中對反饋信號進行如上所述的采樣和數(shù)字化(階段12)。
隨后，通過低通數(shù)字濾波器對采樣數(shù)據(jù)進行再次濾波，以減小噪聲(階段13)。
下一步，對經(jīng)過濾波的數(shù)據(jù)進行數(shù)字微分(階段14)。這可以消除數(shù)據(jù)中存在的任何梯度，但最重要的是，在共振點，反饋信號的返回電流/負分量將為最小值。在對應(yīng)于共振點的每個頻率處，其一階微分因此將為零。
在下一個階段15，為了將最小值與一階微分亦為零的最大值區(qū)分開，選擇在正方向上微分數(shù)據(jù)越過零的頻率(即返回電流的第二階微分為正)。
隨后，對這些選定頻率和在每個選定頻率上計算出的數(shù)字濾波參數(shù)值(這可以是，例如，對該最小值的深度和/或?qū)挾鹊暮唵味攘?，或者，也可以是更?fù)雜的參數(shù))一并進行記錄(階段16)。
應(yīng)用頻率選擇策略(階段17)，以從這些選定的共振頻率及其相對應(yīng)的參數(shù)值中選出最合適的最小值/共振點(當(dāng)然，假定不止識別出了一個這樣的頻率)。
由此選定的最優(yōu)頻率隨后經(jīng)由DAC10傳遞給VCO2，此頻率即為VCO2的新工作頻率(階段18)。系統(tǒng)而后在這個頻率上工作一段選定的時間間隔，之后重新激活“掃描功能”，以檢查換能器/工具/基質(zhì)組合的最優(yōu)工作頻率是否發(fā)生了變化，如果發(fā)生了變化，則設(shè)定新的最優(yōu)工作頻率。
因此，該工具一直工作在或一直非常接近地工作在能夠為基質(zhì)傳輸最多能量的理想頻率上。
所示系統(tǒng)的另一個功能為調(diào)節(jié)信號的幅度，特別是當(dāng)工具的運行接近完成時。在任何情況下，在臨近工具運行終點處，從放大器電路3獲取的反饋信號的特征會發(fā)生很大的變化。
微控制器9使用反饋信號的正向電流/正分量，以測量反射或負載電流的幅度，由此檢測是否接近運行的終點。然后，該微控制器9通過使用數(shù)字控制算法，指示功率控制器1相應(yīng)地更改發(fā)送給放大器電路3的DC電壓源。
反饋信號的正向電流/正分量還直接發(fā)送給功率控制器1，例如，可以作為傳統(tǒng)反饋信號，以保證期望幅度的傳送。
本系統(tǒng)包括LCD(液晶顯示器)，其上面顯示系統(tǒng)狀態(tài)和出錯消息。例如，如果波導(dǎo)管(其可以是手術(shù)設(shè)備中的手持裝置)在啟動時沒有正確連接到系統(tǒng)，則會顯示消息“NO HANDSET(無手持裝置)”。
在某些情況下，當(dāng)手術(shù)設(shè)備中的手持裝置接觸骨骼而不是軟組織時，可能會受到表面損害，從而改變波導(dǎo)管的共振模式。當(dāng)這種改變很大時，應(yīng)當(dāng)將其檢測為錯誤。在這種情況下，發(fā)生器應(yīng)當(dāng)停止運行，并在LCD上顯示消息“REPLACE HANDSET(更換手持裝置)”。本系統(tǒng)還會發(fā)出與這些LCD消息相對應(yīng)的聲音報警(如，蜂鳴聲)。
也可以停止信號的生成，以響應(yīng)其它出錯情況，例如，共振模式頻率的不連續(xù)變化表明的那些出錯情況。
權(quán)利要求
1.一種超聲波發(fā)生器系統(tǒng)，包括生成模塊，生成超聲波振動；及其控制電路模塊，生成共振超聲波信號；監(jiān)視模塊，監(jiān)視反饋回的信號；掃描模塊，掃描所述反饋信號；確定模塊，確定最小值出現(xiàn)的頻率；以及調(diào)整模塊，將所述超聲波信號的頻率調(diào)整到所述最小值出現(xiàn)的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于所述超聲波振動的波導(dǎo)模塊，該波導(dǎo)模塊可操作地連接到所述生成模塊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，還包括報警模塊，將所述系統(tǒng)的運行錯誤通知給用戶。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述報警模塊包括諸如液晶顯示器模塊之類的顯示模塊。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其中，所述報警模塊包括聲音報警模塊。
6. 如前述權(quán)利要求中任何一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲波振動是扭轉(zhuǎn)模式下的振動。
7. 一種生成共振超聲波信號的方法，包括下列步驟生成超聲波信號；監(jiān)視反饋回的信號；對所述反饋信號進行掃描；確定最小值出現(xiàn)的頻率；以及將所述超聲波信號頻率調(diào)整到所述最小值出現(xiàn)的頻率。
8. 一種超聲波發(fā)生器系統(tǒng)，包括生成模塊，生成超聲波振動；及其控制電路模塊，確定超聲波驅(qū)動的操作的進展?fàn)顩r，包括生成超聲波信號的模塊；對反饋回的信號進行常規(guī)讀取的模塊；以及監(jiān)視模塊，監(jiān)視所述反饋信號的波形中表示所述操作終點的變化。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述變化包括所述波形的幅度變化。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，還包括用于所述超聲波振動的波導(dǎo)模塊，該波導(dǎo)模塊可操作地連接到所述生成模塊。
11.如權(quán)利要求8至10中任何一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，還包括報警模塊，將所述系統(tǒng)的運行錯誤通知給用戶。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述報警模塊包括諸如液晶顯示器模塊之類的顯示模塊。
13.如權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中，所述報警模塊包括聲音報警模塊。
14.如權(quán)利要求8至13中任何一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲波振動是扭轉(zhuǎn)模式下的振動。
15.一種確定超聲波驅(qū)動操作的進展?fàn)顩r的方法，包括下列步驟生成超聲波信號；對反饋回的信號進行常規(guī)讀?。灰约氨O(jiān)視所述反饋信號的波形中表示所述操作終點的變化。
全文摘要
本系統(tǒng)優(yōu)選在扭轉(zhuǎn)模式下生成共振超聲波振動。控制電路監(jiān)視反饋回的信號，并對反饋信號進行掃描，以確定最小值出現(xiàn)的頻率。隨后，將超聲波信號的頻率調(diào)整到該最小值出現(xiàn)的頻率。
文檔編號B06B1/02GK101084072SQ200580027535
公開日2007年12月5日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者邁克爾·約翰·拉德利·揚, 斯蒂芬·邁克爾·拉德利·揚 申請人:Sra發(fā)展公司