專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲手術(shù)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超聲手術(shù)儀，屬醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
外科手術(shù)是臨床醫(yī)療的重要手段。隨著該領(lǐng)域的不斷開(kāi)拓，外科手術(shù)刀技術(shù)的發(fā)展日新月異。在激光、電子等技術(shù)應(yīng)用到外科手術(shù)領(lǐng)域以前，機(jī)械手術(shù)刀長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位，它體積較小，切割鋒利，但也有缺點(diǎn)，如不能用于特殊外科手術(shù)，且手術(shù)時(shí)出血量較大等等，這些缺點(diǎn)限制了機(jī)械手術(shù)刀的應(yīng)用范圍。隨著激光、電子技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了高頻電刀、激光刀、微波刀以及氬氣刀等多種類(lèi)型的外科手術(shù)刀，它們與傳統(tǒng)機(jī)械刀相比有較明顯的止血效果，臨床應(yīng)用范圍也大大擴(kuò)展，如部分內(nèi)臟的切除等等。其中高頻電刀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作原理為高頻脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高頻尖脈沖，該尖脈沖是一個(gè)低電壓、大電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電纜送到手柄上的主電極，利用主電極發(fā)出的高頻脈沖產(chǎn)生的局部熱效應(yīng)切開(kāi)人體軟組織，工作時(shí)，輔電極也與人體表面接觸。高頻電刀有較明顯的止血效果，但伴隨對(duì)軟組織的燒灼，有刺鼻的氣味產(chǎn)生，切口手術(shù)后的恢復(fù)也較慢，另外高頻電刀切割速度較慢，只能切割軟組織，對(duì)較硬的組織，如軟骨、顱骨、股骨等則不能切割。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種超聲手術(shù)儀，在外科手術(shù)中，利用超聲波能夠在彈性介質(zhì)中傳播的特點(diǎn)，在專(zhuān)門(mén)手術(shù)器械上加超聲振動(dòng)，使超聲波通過(guò)手術(shù)刀具作用于生物組織，主要是通過(guò)超聲波振動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)大加速度和空化效應(yīng)的作用，切開(kāi)或碎裂生物組織。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的超聲手術(shù)儀，由手柄和主機(jī)兩部分組成。手柄由刀具、變幅桿、換能器、沖洗管、吸出管和電纜組成。手柄通過(guò)電纜與主機(jī)相接。換能器為筒式結(jié)構(gòu)，中間夾有壓電陶瓷并一起裝在預(yù)應(yīng)力套筒內(nèi)，壓電陶瓷通過(guò)電極引線與手柄電纜相接。換能器通過(guò)螺絲與變幅桿相連接。刀具粘接在變幅桿端部。沖洗管與吸出管分別固定在手柄外殼上，其端部與刀具相齊。主機(jī)為手柄的超聲源及控制部分，由超聲發(fā)生電路、功率放大電路、手柄控制電路組成。其中的超聲發(fā)生電路包括D/A轉(zhuǎn)換模塊U4、控制D/A模塊產(chǎn)生模擬電壓信號(hào)的單片機(jī)U1、將電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算放大的運(yùn)算放大器U5、U6和U7、電壓—頻率轉(zhuǎn)換模塊U3以及銷(xiāo)存器U2、擴(kuò)展片外存儲(chǔ)模塊U3。其中的功率放大電路包括將小信號(hào)超聲波進(jìn)行激勵(lì)放大的晶體管T1、將信號(hào)二次放大的晶體管T2、對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合變壓的耦合變壓器TRAN、為激勵(lì)級(jí)功率晶體管提供恒流的晶體管T3。其中的手柄控制電路包括分別控制沖洗、吸引、手動(dòng)、自動(dòng)、切斷、腳閘的按鍵S1-S6、用于多路選擇的與非門(mén)IC1A、IC1B、IC2A和IC2B、用于對(duì)選擇的控制信號(hào)整形的D觸發(fā)器IC3A和IC3B和IC4A、IC4B、用于驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路IC5A、IC5B、IC5C和IC5D，三極放大管DG1、DG2和DG3以及用于執(zhí)行控制動(dòng)作的繼電器J1、J2和J3。
本實(shí)用新型具有選擇性碎裂、損傷小、精確度高、能止血等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，特別是選擇性碎裂能保護(hù)血管和神經(jīng)不受損傷。能應(yīng)用于小中功率的腦、眼外科精細(xì)手術(shù)，內(nèi)臟腫瘤的切除、吸引到大功率的鋸骨、鉆骨手術(shù)等等，超聲手術(shù)刀的應(yīng)用范圍超過(guò)了前述的外科手術(shù)刀。


圖1是已有技術(shù)高頻電刀的原理方框圖。
圖2是本實(shí)用新型超聲手術(shù)儀原理方框圖。
圖3是超聲手術(shù)儀中手柄的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4-1至圖4-5是手柄中刀具的五種不同結(jié)構(gòu)圖。
圖5是超聲發(fā)生電路(1)。
圖6是超聲發(fā)生電路(2)。
圖7是功率放大電路。
圖8是手柄控制電路。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的內(nèi)容。圖2是本實(shí)用新型手術(shù)儀中手柄的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1是刀具，2是變幅桿，3是螺絲，4是預(yù)應(yīng)力套筒，5是壓電陶瓷，6是換能器，7是電極引線，8是電纜，9是手柄外殼，10是吸出口，11是沖入口，12是變幅桿外殼，13是吸出管，14是沖洗管。
手柄的工作過(guò)程可簡(jiǎn)述為換能器利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為同頻率的超聲波機(jī)械振動(dòng)，經(jīng)變幅桿、超聲手術(shù)刀具放大后，輻射出一定功率的超聲波，用于人體手術(shù)。
如附圖3給出了手柄的結(jié)構(gòu)圖。其中壓電換能器品質(zhì)的好壞直接影響到整個(gè)儀器工作技術(shù)指標(biāo)優(yōu)劣。壓電換能器6采用壓電陶瓷夾心式結(jié)構(gòu)，中間為壓電陶瓷5，整個(gè)換能器采用預(yù)應(yīng)力套筒4微調(diào)加在壓電陶瓷堆上預(yù)應(yīng)力的大小，延中心軸向開(kāi)有通風(fēng)散熱孔，該孔也作為電極引線孔。
換能器輸出的振幅通常較小，一般為十幾微米，為了使超聲輻射頭產(chǎn)生更大的振幅，同時(shí)也為了使換能器輸出的功率有效地傳遞至輻射頭，實(shí)現(xiàn)聲匹配，一般在這二者之間加變幅桿。如附圖3變幅桿2的采用兩級(jí)變幅放大，變幅桿與換能器中間采用螺釘3緊連的結(jié)構(gòu)。變幅桿外也安裝套筒12。
在手柄外殼9上固定有吸出管13和沖入管14，該兩管分別有吸出口10和沖入口11，連接到?jīng)_洗吸引器上。
如附圖3在變幅桿的前端裝有手術(shù)刀具1。
由換能器、變幅桿和超聲手術(shù)刀具組成的超聲振動(dòng)系統(tǒng)在超聲手術(shù)刀具的末端產(chǎn)生最大振幅，輻射出一定功率的超聲波。根據(jù)不同的用途，超聲手術(shù)刀具的末端可以加工成各種形狀，如鋸骨用的鋸齒狀、切割組織用的鋒刃狀、碎裂腫瘤用的圓柱狀等等。不同形狀的超聲手術(shù)刀具，輻射出的聲微流的流向不同，產(chǎn)生的作用也不同，可滿(mǎn)足多種需要。
如附圖4-1到圖4-5，給出了五種手術(shù)刀具的結(jié)構(gòu)圖，分別依次為切刀、鋸刀、清洗刀、吸引頭、穿刺桿。
本實(shí)用新型超聲手術(shù)儀，其超聲源及手柄控制部分主要包括本實(shí)用新型超聲手術(shù)儀主要由兩部分部分，即主機(jī)、手柄。總的原理框圖見(jiàn)附圖2。
下面分別介紹(一)主機(jī)主機(jī)是超聲手術(shù)儀的超聲源和控制部分，主要包括①超聲發(fā)生電路；②功率放大電路；③手動(dòng)和腳閘控制電路；④動(dòng)態(tài)故障診斷及自動(dòng)切斷電路。
主機(jī)部分的工作過(guò)程可簡(jiǎn)述為在微機(jī)控制下，超聲發(fā)生器產(chǎn)生小信號(hào)的超聲脈沖，經(jīng)大功率放大器放大后，送給手柄。
下面就各部分進(jìn)行分述。
1、超聲發(fā)生電路壓電換能器的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(Q值)較高，因此需要采用高精度電壓—頻率轉(zhuǎn)換模塊，產(chǎn)生高穩(wěn)定度、高精度、輸出頻譜純度高的超聲源。
該部分的電路原理見(jiàn)圖5和圖6單片機(jī)模塊8098(U1)，其外圍電路有鎖存器74ALS373(U2)、擴(kuò)展片外存儲(chǔ)模塊764(U3)等，單片機(jī)模塊8098控制D/A轉(zhuǎn)換模塊DAC1210以及運(yùn)算放大器OPO7(U7)放大后，送高精度電壓—頻率轉(zhuǎn)換模塊LM314(U8)產(chǎn)生超聲信號(hào)。
2、功率放大電路如圖7，本功率放大電路采用兩級(jí)激勵(lì)級(jí)和放大級(jí)，同時(shí)配有恒流源電路和保護(hù)電路。放大級(jí)采用A類(lèi)功放。
從超聲發(fā)生器送來(lái)的小信號(hào)超聲波，先經(jīng)過(guò)激勵(lì)經(jīng)功率晶體管B940(T1)放大，再送往放大級(jí)功率晶體管3DA810(T2)二次放大，成為大功率超聲波信號(hào)，最后通過(guò)耦合變壓器TRAN輸出，將大功率超聲波信號(hào)加到壓電換能器上(在手柄內(nèi))。恒流源電路晶體管B507(T3)為激勵(lì)級(jí)功率晶體管B904(T1)提供恒流，使得功率放大工作穩(wěn)定。
3、手動(dòng)和腳閘控制系統(tǒng)為了便于操作，采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)及腳閘對(duì)功放開(kāi)啟和關(guān)斷的控制，從而控制儀器的工作狀態(tài)。
沖洗控制見(jiàn)圖8電原理圖中的“IRRIGATION”吸引控制見(jiàn)圖8電原理圖中的“SUCTION”手動(dòng)控制見(jiàn)圖8電原理圖中的“MANU”自動(dòng)控制見(jiàn)圖8電原理圖中的“AUTO”腳閘控制見(jiàn)圖8電原理圖中的“FOOT BREAK”自動(dòng)切斷控制見(jiàn)圖8電原理圖中的“MANU”4、動(dòng)態(tài)故障診斷及自動(dòng)切斷系統(tǒng)當(dāng)儀器工作狀態(tài)異常時(shí)，如手柄漏電，功放輸出過(guò)高的電壓，電源輸出沖擊電流時(shí)，微機(jī)能自動(dòng)識(shí)別異常故障，并立即切斷電源以確保人體及儀器的安全。
自動(dòng)切斷控制見(jiàn)圖8原理圖中的“AUTO BREAK”如圖8原理圖所示，以上兩部分中的六個(gè)按鍵S1-S6均通過(guò)與非門(mén)74LS21，D觸發(fā)器74LS74，驅(qū)動(dòng)電路7404，經(jīng)三極管2N5551放大后，控制繼電器的開(kāi)合，以實(shí)現(xiàn)各種控制。
權(quán)利要求1.一種超聲手術(shù)儀，其特征在于該手術(shù)儀由手柄和主機(jī)兩部分組成；所述的手柄由刀具、變幅桿、換能器、沖洗管、吸出管和電纜組成，手柄通過(guò)電纜與主機(jī)相接，換能器為筒式結(jié)構(gòu)，中間夾有壓電陶瓷并一起裝在預(yù)應(yīng)力套筒內(nèi)，壓電陶瓷通過(guò)電極引線與手柄電纜相接，換能器通過(guò)螺絲與變幅桿相連接，刀具粘接在變幅桿端部，沖洗管與吸出管分別固定在手柄外殼上，其端部與刀具相齊；所述的主機(jī)為手柄的超聲源及控制部分，由超聲發(fā)生電路、功率放大電路、手柄控制電路組成，其中的超聲發(fā)生電路包括D/A轉(zhuǎn)換模塊U4、控制D/A模塊產(chǎn)生模擬電壓信號(hào)的單片機(jī)U1、將電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算放大的運(yùn)算放大器U5、U6和U7、電壓—頻率轉(zhuǎn)換模塊U3以及銷(xiāo)存器U2、擴(kuò)展片外存儲(chǔ)模塊U3，其中的功率放大電路包括將小信號(hào)超聲波進(jìn)行激勵(lì)放大的晶體管T1、將信號(hào)二次放大的晶體管T2、對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合變壓的耦合變壓器TRAN、為激勵(lì)級(jí)功率晶體管提供恒流的晶體管T3，其中的手柄控制電路包括分別控制沖洗、吸引、手動(dòng)、自動(dòng)、切斷、腳閘的按鍵S1-S6、用于多路選擇的與非門(mén)IC1A、IC1B、IC2A和IC2B、用于對(duì)選擇的控制信號(hào)整形的D觸發(fā)器IC3A和IC3B和IC4A、IC4B驅(qū)動(dòng)電路IC5A、IC5B、IC5C和IC5D，三極放大管DG1、DG2和DG3以及用于執(zhí)行控制動(dòng)作的繼電器J1、J2和J3。
2.一種如權(quán)利要求1所述的超聲手術(shù)儀，其特征在于其中所述的刀具為切刀、鋸刀、清洗刀、吸引頭和穿刺桿中的任何一種。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種超聲手術(shù)儀，該手術(shù)儀由手柄和主機(jī)兩部分組成。手柄包括刀具、變幅桿、換級(jí)器、沖洗管、吸出管和電纜等，超聲波通過(guò)換能器和變幅桿傳遞到各種手術(shù)刀具并作用于生物組織。主機(jī)為超聲手術(shù)儀的電氣部分，包括超聲發(fā)生器、功率放大器、手動(dòng)和腳閘控制系統(tǒng)以及動(dòng)態(tài)故障診斷及自動(dòng)切斷系統(tǒng)。在微機(jī)控制下，頻率發(fā)生器產(chǎn)生小信號(hào)的超聲脈沖，經(jīng)放大后送給手柄。本手術(shù)儀具有選擇性破裂、損傷小、精度高、能止血等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61N7/00GK2235269SQ9620320
公開(kāi)日1996年9月18日 申請(qǐng)日期1996年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月9日
發(fā)明者周兆英, 史文勇, 張毓笠, 張鴻澄 申請(qǐng)人:清華大學(xué)