CN112022286B - 有绳和无绳功能兼容的超声刀*** - Google Patents

Abstract

本公开涉及医疗设备，公开了一种有绳和无绳功能兼容的超声刀***。包括：无源的超声刀刀杆组件，无源的超声换能器组件用于将输入的超声频率电信号转换为超声振动驱动超声刀刀杆组件，无绳发生器组件其中包括电池和超声电信号发生器，有绳连接器，以及以外部电源供电的台式发生器；其中，在无绳工作模式下，超声刀刀杆组件、超声换能器组件和无绳发生器组件通过机械组装结合为一体；在有绳工作模式下，超声刀刀杆组件、超声换能器组件和有绳连接器通过机械组装结合为一体，有绳连接器通过导线与台式发生器电耦合，无绳发生器组件与台式发生器电耦合，台式发生器利用超声电信号发生器产生超声频率电信号，并通过有绳连接器输出到超声换能器组件。

Description

有绳和无绳功能兼容的超声刀***

技术领域

本公开涉及医疗设备，特别涉及超声刀技术。

背景技术

现代有源手术器械往往需要在手术中解决对组织的切断和血管的闭合，超声刀在这两方面兼长，可以有效地用于许多医疗上的治疗。超声刀的原理是利用超声波换能器产生振动，发出超声波沿着切割刀杆的纵向轴线传播，然后在刀杆上沿轴线产生放大的驻波，最后在刀头端部产生高速纵向机械运动,刀头末端的机械振动在切割有机组织时非常有效，并且由超声频率产生的热可以凝结组织，闭合血管。这种器械由于刀杆通过套管可以易于到达手术部位，特别适用于微创手术，如内窥镜或腹腔镜手术。

超声刀控制的关键是沿着刀杆长度产生共振的同时控制刀头的振动幅度，从而在手术过程中获得最佳性能。但是，生成有效的驱动信号颇具挑战性，例如施加在换能器上的频率、电流和电压必须全部动态控制，因为这些参数随着刀头上负载的变化以及刀杆产生的温差而变化。这些因素导致超声刀的控制***是一个相对复杂的带处理器的模拟数字混合的电路，并且在处理器上运行有实时控制软件和人机交互软件。

由于对控制***的要求较高，目前市场上大部分超声刀产品均为有绳产品，例如强生公司的Harmonic系列，类似美国专利US7821143公开的设计，即使用时需要将超声刀连接到一个台式发生器。这种设计在应用上的缺点是连接导线导致手术中有所牵扯，使用不便，优点是不用担心电源耗尽，可以配备较大显示器以显示更多内容提示用户，医生手持部分重量较轻，台式仪器便于资产管理等。

另一方面美国美敦力公司也生产了一款无绳超声刀***，整个***由手柄组件、无绳换能器、超声刀刀杆、电池和无绳小型超声刀发生器组件构成，其中手柄组件包括一个可脱卸结构可以连接无绳小型发生器电路，同时手柄组件连接电池盒，并通过簧片连接到电池。这种设计使得整个超声刀不需要连接台式发生器就可独立工作，优点是医生使用中不再受后面的导线困扰，缺点是重量加大，部件较多，需要额外处理每个部件的无菌消毒等。例如美敦力目前的Sonicision产品，包括需要消毒的电池，小型发生器和换能器一体组件，每次均需要消毒，而消毒会严重降低电路***和电池寿命，成本高昂。

鉴于两种设计各有优缺点，目前市场上两种产品以各自偏好各有接受的顾客群。如果能将超声刀***设计成无绳和有限功能兼容，同一种刀头可在使用中任由医生选择有绳还是无绳，无疑可以最大化便利程度，促进手术效率。

发明内容

本公开第一个要解决的问题是如何兼容有绳和无绳两种操作模式，同时避免设计冗余，避免昂贵组件。

在上述问题的基础上，进一步要解决的第二个问题是兼容无绳和有绳两种操作模式后，两种操作模式下的控制效果不一致。具体地说，发明人发现，无绳模式下控制电路几乎直接连接到压电陶瓷换能器，因此几乎没有寄生电容的影响；而有绳模式下需要从主机拉出一根2-3米长的导线接到手持部分，导线的寄生电容会作为额外负载导致反馈信号偏差，影响控制效果。

本申请公开了一种有绳和无绳功能兼容的超声刀***，包括：

无源的超声刀刀杆组件，

无源的超声换能器组件，用于将输入的超声频率电信号转换为超声振动，驱动所述超声刀刀杆组件，

无绳发生器组件，其中包括电池和超声电信号发生器，

有绳连接器，以及

以外部电源供电的台式发生器；其中

在无绳工作模式下，所述超声刀刀杆组件、所述超声换能器组件和所述无绳发生器组件通过机械组装结合为一体，所述超声电信号发生器以所述电池为电源向所述超声换能器组件提供超声频率电信号；

在有绳工作模式下，所述超声刀刀杆组件、所述超声换能器组件和所述有绳连接器通过机械组装结合为一体，所述有绳连接器通过导线与所述台式发生器电耦合，所述无绳发生器组件与所述台式发生器电耦合，所述台式发生器利用所述无绳发生器组件中的所述超声电信号发生器产生超声频率电信号，并通过所述有绳连接器输出到所述超声换能器组件。

在一个优选例中，还包括寄生电容匹配补偿电路，用于对所述导线引入的额外寄生电容进行补偿。

在一个优选例中，所述寄生电容匹配补偿电路包括：

连接在第一节点与第二节点之间的匹配补偿电容，连接在第二节点和第三节点之间第一电阻，连接在第三节点和第四节点之间的第二电阻；

所述导线包括两根线，在所述导线连接到所述台式发生器的一端，所述导线的两根线分别连接到第一节点和第四节点；

第一节点、第二节点、第三节点和第四节点之间构成一个电桥，该电桥的平衡条件为：C2/C1＝R1/R2，其中，C1为所述匹配补偿电容的值，C2为所述导线和所述超声换能器组件的寄生电容的值，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述第二电阻的阻值；

所述无绳发生器组件输出的超声频率电信号施加到第一节点和第三节点；从第二节点和第四节点引出电压Vf，Vf与所述超声换能器组件中实际做功的电流成正比，用于检测阻抗相位的过零点。

在一个优选例中，还包括压控电阻元件，该压控电阻元件的被控电阻两极并联或串联到所述第二电阻，该压控电阻元件的电阻控制端与控制电压Vc连接，能够通过调整Vc调节所述被控电阻两极之间的电阻，进而使得所述电桥达到所述平衡条件。

在一个优选例中，所述寄生电容匹配补偿电路包括：

连接在第五节点与第八节点之间的第三电阻，连接在第五节点和第六节点之间第四电阻，连接在第七节点和第八节点之间的匹配补偿电容；

所述导线包括两根线，在所述导线连接到所述台式发生器的一端，所述导线的两根线分别连接到第五节点和第八节点；

第五节点、第六节点、第七节点和第八节点之间构成一个电桥，该电桥的平衡条件为：C4/C3＝R3/R4，其中，C3为所述匹配补偿电容的值，C4为所述导线和所述超声换能器组件的寄生电容的值，R3为所述第三电阻的阻值，R4为所述第四电阻的阻值；

所述无绳发生器组件输出的超声频率电信号施加到第五节点和第七节点；从第六节点和第八节点引出电压Vf，Vf与所述超声换能器组件中实际做功的电流成正比，用于检测阻抗相位的过零点。

在一个优选例中，还包括压控电容元件，该压控电容元件的被控电容端两极并联或串联到所述匹配补偿电容，该压控电容元件的控制端和控制电压Vc连接，能够通过调整Vc调节所述被控电容端两极之间的电容，进而使得所述电桥达到所述平衡条件。

在一个优选例中，所述Vc通过以下方式调整：

在预定范围内尝试设定不同的Vc值，其中，每设定一个Vc值后，对负载进行扫频测试，采样得到频率-阻抗曲线，如果该频率-阻抗曲线的最大值为正90度左右且最小值为负90度左右，则将此时的Vc值锁定并停止所述尝试。

在一个优选例中，所述无绳发生器组件和所述有绳连接器具有相同的机械和电气接口，该机械和电气接口用于连接到所述超声刀刀杆组件和所述超声换能器组件。

在一个优选例中，在有绳工作模式下，所述台式发生器对电耦合的所述无绳发生器组件中的电池充电。

在一个优选例中，所述无绳发生器组件为密封结构，能够多次消毒使用；在有绳工作模式下，所述无绳发生器组件与所述台式发生器电耦合时，所述无绳发生器组件和所述台式发生器之间以无菌介质物理隔离，不直接发生物理接触；所述充电为无线充电。

在一个优选例中，所述台式发生器包括无线充电器、信号接收电路和信号调制器，所述无线充电器包括用于提供电能的第一线圈；

所述无绳发生器组件进一步包括无线能源接收电路、信号发送电路和信号解调器，所述无线能源接收电路包括用于获取电能的第二线圈；

所述第一线圈和所述第二线圈电磁耦合；

所述信号发送电路用于根据要发送的信号改变所述第二线圈负载的大小；所述信号接收电路用于根据第一线圈电流的变化情况提取所述信号发送电路发送的信号；

所述信号调制器用于在施加于所述第一线圈的射频能量信号上进行频移键控调制以发送信号；所述信号解调器用于在所述第二线圈所获得的射频能量信号上进行频移键控解调，以获得所述信号调制器所发送的信号。

在本公开的实施方式中，通过合理安排结构，将无绳工作模式下的有源部分集中到一个模块，便于组装和消毒灭菌，同时兼顾有绳模式并复用了成本较高的超声电信号发生器，从而在兼顾有绳和无绳功能的同时各个模块配置简单，清晰划分各组件的有菌和无菌处理，不产生设计冗余，不增加手术成本，减少密封设计，避免昂贵的内部组件，和目前市场上占统治地位的有绳超声刀***相比也没有增加成本。这种有绳和无绳兼容的设计进一步降低了台式发生器的成本，同时使得充电更简便，组件的管理更便捷。医生在使用中可以根据自身偏好和手术要求选择用无绳发生器组件驱动的无绳操作模式，或者由台式发生器驱动的有绳操作模式。除了无绳发生器外整个***不包括有源密封器件，从而降低了成本无绳发生器组件为密封结构，可多次消毒再用，手术时无绳发生器组件***刀杆组件构成一体使用。在有绳工作状态时将消毒的有绳连接器一端***超声刀刀杆组件，另一端***台式发生器开始工作。两种状态下***均没有为了兼容两种功能而设计冗余部件，***以最小医疗成本满足了医生同时具有无绳和有绳操作模式的需求。

进一步的，通过以电桥结构补偿有绳模式相对无绳模式额外增加的寄生电容，可以使得无绳和有绳两种操作模式下都可以有最佳的控制效果。

进一步的，利用无线充电线圈，通过改变无线充电的负载，可以实现信号的传递，从而利用同一组线圈实现无线充电和信号传输两个功能。

上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是根据本公开一个实施例的无绳和有绳兼容超声刀***的框图；

图2是根据本公开一个实施例的无绳和有绳兼容超声刀***无绳模式工作示意图；

图3a和图3b是根据本公开一个实施例的无绳发生器组件结构示意图，其中图3a为剖视图，图3b为立体图；

图4是根据本公开一个实施例的无绳发生器组件两种连接方式的示意图；

图5是根据本公开一个实施例的寄生电容匹配补偿电路原理示意图；

图6是根据本公开一个实施例的Vc通过压控电阻调整补偿的原理示意图；

图7是根据本公开一个实施例的Vc通过压控电容调整补偿的原理示意图；

图8是根据本公开一个实施例的无绳模式下的负载阻抗特性示意图；

图9是根据本公开一个实施例的有绳模式下的负载阻抗特性示意图；

图10是根据本公开一个实施例的无线充电发射和接收电路框图示意图；

图11是JFET在一定VGS偏置下RDS不同的原理示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。

部分概念的说明：

JFET：结型场效应管(Junction gate Field-Effect Transistor)。

FSK：频移键控(Frequency-shift keying)。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的实施方式作进一步地详细描述。

本公开的实施方式涉及一种有绳和无绳功能兼容的超声刀***，如图1所示，该有绳和无绳功能兼容的超声刀***包括：

无源的超声刀刀杆组件1，

无源的超声换能器组件2，用于将输入的超声频率电信号转换为超声振动，驱动超声刀刀杆组件1，超声换能器组件2的主要部件是一个换能器，

无绳发生器组件3，其中包括电池和超声电信号发生器，

有绳连接器4，以及

以外部电源(例如交流的市电)供电的台式发生器5。

整个***可以配置为无绳工作模式或者有绳工作模式，其中：

在无绳工作模式下，超声刀刀杆组件1、超声换能器组件2和无绳发生器组件3通过机械组装结合为一体，超声电信号发生器以电池为电源向超声换能器组件2提供超声频率电信号。无绳超声刀可以独立工作，不依赖外部控制器或者电源。

在有绳工作模式下，超声刀刀杆组件1、超声换能器组件2和有绳连接器4通过机械组装结合为一体，有绳连接器4通过导线与台式发生器5电耦合，无绳发生器组件3与台式发生器5电耦合，台式发生器5利用无绳发生器组件3中的超声电信号发生器产生超声频率电信号，并通过有绳连接器4输出到超声换能器组件2。

可选的，在一个实施例中，无绳发生器组件为密封结构，能够多次消毒使用。超声刀刀杆组件1、超声换能器组件2、有绳连接器4及其导线也需要消毒。台式发生器5可以不用消毒。

可选的，在一个实施例中，无绳发生器组件和有绳连接器具有相同的机械和电气接口，该机械和电气接口用于连接到超声刀刀杆组件和超声换能器组件。

可选的，在一个实施例中，在有绳工作模式时，无绳发生器组件3***到台式发生器5上的插口12，有绳连接器4***到台式发生器5，台式发生器5利用无绳发生器组件3中的核心控制电路实现完整的超声发生器功能，然后通过有绳连接器4将功率输出到超声刀刀杆组件1并获得反馈信号。有绳连接器4的一端具有和无绳发生器组件3类似的机械和电气接口，从而可以取代无绳发生器组件3和无源的超声刀刀杆组件1连接，另一端配有和台式发生器5匹配的插头，可以从台式发生器5获得控制和驱动信号。无绳发生器组件3在配合台式发生器5工作的同时给电池充电，准备给无绳工作模式时使用。

可选的，在一个实施例中，如图2所示，所述超声刀刀杆组件1进一步包括钛合金超声刀刀杆7，不锈钢内套管8，不锈钢外套管9，刀头夹舌10，周向旋钮11，径向定位销12，轴向滑块15，轴向杠杆13，轴向弹簧16，弹性连接器20，连接座21，和手柄架14。外套管9近端固定到手柄架14，轴向杠杆13一端耦合到手柄架14，一端搭接轴向滑块15，通过压迫和松开轴向杠杆13可以驱动轴向滑块15，进而拉动内套管8相对外套管9和手柄架14发生轴向移动；刀头夹舌10同时机械耦合到不锈钢内套管8和外套管9，从而内外套管的相对轴向运动会拉动刀头夹舌10夹紧和松开。弹性连接器20和连接座21，提供所述超声刀刀杆组件1和超声换能器组件2、以及无绳发生器组件3或者台式发生器5的电气连接。

可选的，在一个实施例中，如图3a和图3b所示，无绳发生器组件3包括可充电锂电池模块22，电压变换模块23，电池管理模块24，以及微型超声发生器模块25。可充电锂电池模块22为超声刀在无绳工作模式下提供能源，电压变换模块23将锂电池模块22的输出电压变换到所需电压从而控制超声刀的工作电流，电池管理模块24管理充电锂电池模块22的充放电和安全保护，微型超声发生器模块25控制电池管理模块24和电压变换模块23，在连接到超声刀刀杆组件1和超声换能器组件2时实现对换能器和超声刀刀杆的实时闭环控制。

可选的，在一个实施例中，如图4所示，无绳发生器组件3通过特殊的接口方式与台式发生器5上的插口12或超声刀刀杆组件1连接。在无绳发生器组件3中，电池50的负极和电池51的正极并没有直接连接在一起，而是分别连接到分离的触点61和60。当无绳发生器组件3连接超声刀刀杆组件1时，如图4的左侧所示，超声刀刀杆组件1上的触点53会接通触点61和60，使得无绳发生器组件3中的电池50和51联通，使得无绳发生器组件3能够通过触点57和58向超声刀刀杆组件1的触点55和54输出电能。当无绳发生器组件3连接台式发生器5上的插口12时，如图4的右侧所示，插口12上的触点63和64可以为电池50充电，触点62和65可以为电池51充电。对电池的独立充电可以延长电池的寿命。

可选的，在一个实施例中，台式发生器5包括寄生电容匹配补偿电路，用于补偿导线的寄生电容导致的反馈电流旁路。超声刀常用的驱动器件为压电陶瓷，一种简单的分析方法是将其视为一个RLC(电阻电感电容)电路，在不同的频率下呈现不同的阻抗特性。典型的压电陶瓷组件在其共振频率附近的频率-阻抗特性如图8所示，在共振点其阻抗最小，而相位则从-90°转换成90°，在频率共振点经过相位0点。阻抗虽然是最小点，但是应用中随负载不同会动态浮动，难以作为控制时频率共振点的依据。因此控制时将相位过零点作为跟踪频率的依据是较好的选择。然而在将无绳发生器组件3***到台式发生器5后，需要用2-3米长的导线从台式发生器5连接到超声刀，导线本身固有的寄生电容会对控制电路产生影响，干扰控制效果。一个简单的模型是导线的寄生电容和压电陶瓷换能器并联。这种情况下压电陶瓷换能器上监测到的电压仍然是准确的，但是检测到的电流则发生了偏差。因为总的高频电流分为流经导线寄生电容的寄生电流Ia，和流过换能器的做功电流Ib。电流Ia仅仅为寄生电容的旁路电流，不参加做功。这个影响的结果参见图9，控制电路通过检测高频电压电流计算得到的相位发生了较大变化。总的阻抗相位在共振点附近不再存在易于检测的-90°到90°的变化，甚至不存在过0点，对控制算法构成挑战。

为解决这个问题，在一个实施例中，在台式发生器5中采用图5所示的寄生电容匹配补偿电路。当无绳发生器组件3独立无绳工作时没有寄生电容的影响不需要该补偿电路，当***台式发生器5后，输出需要经过此补偿电路施加到压电陶瓷换能器。在该电路中可以选择阻值较低，如0.5欧姆的精密电阻R2、阻值是R2固定倍数的精密电阻R1、匹配补偿电容C1、和有绳寄生电容C2以及压电陶瓷换能器构成一个电桥。C1需要满足：C2/C1＝R1/R2。

因此在没有换能器的情况下电桥完全平衡，导线的寄生电容的电流完全被C1上的电流I1平衡，引出的电压Vf为0。超声换能器组件2接入后导线的寄生电容上的电流I2被平衡，不影响Vf。Vf仅仅和换能器上真正做功的电流I3成正比。因此控制电路检测Vf,而不是直接检测总电流来探测阻抗相位的过零点，获得理想的控制效果。

可选的，在一个实施例中，进一步考虑到连接到台式发生器5的导线不一定和无绳发生器组件3固定搭配，且材料和生产中会发生偏差，可增加调节控制电路，如图5的JFET压控阻抗电路。利用JFET 29在一定VGS(栅极和源级之间电压)偏置下RDS(源级和漏极之间电阻)不同的原理(如图11所示)，得到一个可用栅极电压Vc控制的可变电阻。控制电路通过DAC(数模转换器)产生一个数控电压，可以控制JFET的DS(漏极和源级)端阻值Ron在几到几十欧姆的范围变化，将它和R2并联，从而得到一个在几百毫欧级别的可变电阻。考虑到实际产品中寄生电容的差异性，控制电路在治疗开始时可以采用如图7所示的搜索算法确定最理想的偏置电压Vc，即在一定范围内改变Vc对负载进行扫频测试，获得频率阻抗曲线，如果相位曲线偏离图8则进一步扫描直到获得接近图8的曲线。将这个Vc固定下来进行后面的治疗过程。具体地说，在一个例子中，在预定范围内尝试设定不同的Vc值(例如从预设下限开始逐步提高Vc值，知道Vc达到预设上限，Vc每次提高一个预定增量)，其中，每设定一个Vc值后，对负载进行扫频测试，采样得到频率-阻抗曲线，如果该频率-阻抗曲线的最大值为接近正90度(例如可以有5度以内的偏差)且最小值为接近负90度(例如可以有5度以内的偏差)，则将此时的Vc值锁定为理想值并停止尝试。由于电子元器件都存在误差，普通电容的误差更是接近10％-20％，此方法不但可以处理任意未知的寄生电容，而且可以补偿C1、R1和R2的器件误差。在另一个实施例中，也可以不使用JFET，而是使用其他压控电阻元件(即电阻可以随控制电压的变化而变化的元件)。压控电阻元件可以与R2并联，也可以与R2串联。R2本身也可以是一个压控电阻元件。

以上扫频对阻抗曲线进行判断的过程依靠多重判据，得到妥善补偿的换能器阻抗特性体现在阻抗和相位两方面。这些判据包括但不限于：其中阻抗在共振点附近随频率增加经历共振点和***振点，且进入共振区前和离开***振区后没有阻抗整体随频率下降(大旁路电容影响)或上升的趋势(导线电感影响)；而相位在共振点附近经历-90°到90°变换，在***振点经历90°到-90°变换，在过零点对应阻抗的最小值和最大值，这些变换和阻抗变化一致。理论上妥善补偿后应满足：

C2/C1＝R1/(R2||Ron)

其中R2||Ron代表两个电阻R2和Ron并联后的阻值。

可选的，在一个实施例中，寄生电容匹配补偿电路也可以采用图6的形式。与图5类似，电阻R3、R4、匹配补偿电容C3和电容C4构成一个电桥，该电桥的平衡条件为：C4/C3＝R3/R4。该寄生电容匹配补偿电路的功能和图5中的类似，区别在于图5通过调整电桥中R2一臂的电阻来实现电桥的平衡，而图6通过调整电桥中C3一臂的电容来实现电桥的平衡。

可选的，在一个实施例中，以上的补偿电路集成在台式发生器5中，从而降低手持的无绳发生器组件3的重量和耗电。可选的，在另一个实施例中，以上的补偿电路集成在手持的无绳发生器组件3中，缺点是增加了手持部分的耗电和重量，优点是有时超声换能器组件2中的压电陶瓷器件本身也可能带有不做功的寄生电容，通过无绳发生器组件3可以同时补偿有绳和无绳两种工作模式下的寄生电容。

可选的，在另一个实施例中，也可以用其他方式实现导线寄生电容的补偿，例如可以用一个电感并联到C2，又如可以使用软件对收到的信号进行处理从而补偿导线寄生电容。

可选的，在一个实施例中，台式发生器5包括无线充电器，无绳发生器组件3进一步包括无线能源接收电路和控制信号接收电路。无绳发生器组件3仅需要放到台式发生器5附近的定位槽或挂钩即可充电和接收控制。或者说，无绳发生器组件与台式发生器电耦合时，无绳发生器组件3(无菌)和台式发生器5(可能有菌)之间以无菌介质物理隔离，不直接发生物理接触。从而无绳发生器组件3可以更好地密封，更容易清洁，和台式发生器5的连接更加简便可靠，其中无线充电器可以采用戊类射频功放、无线能源接收电路可以采用谐振升压电路以保证高效率。

可选的，在一个实施例中，进一步利用无线充电的线圈同时实现了无线充电和信号的无线传输。具体地说，台式发生器5包括无线充电器、信号接收电路和信号调制器，无线充电器包括用于提供电能的第一线圈；无绳发生器组件3进一步包括无线能源接收电路、信号发送电路和信号解调器，无线能源接收电路包括用于获取电能的第二线圈；第一线圈和第二线圈电磁耦合；信号发送电路用于根据要发送的信号改变第二线圈负载的大小；信号接收电路用于根据第一线圈电流的变化情况提取信号发送电路发送的信号；信号调制器用于在施加于第一线圈的射频能量信号上进行FSK调制以发送信号；信号解调器用于在第二线圈所获得的射频能量信号上进行FSK解调，以获得信号调制器所发送的信号。一个具体的电路如图10所示，线圈40即用于提供电能的第一线圈，线圈41即用于获取电能的第二线圈，线圈40及其左方的电路在台式发生器5中，线圈41及其右方的电路在无绳发生器组件3中。无绳发生器组件3的控制信号通过调制器47直接在射频能量信号上通过器件44产生频率调制以FSK方式发送，从而节省额外的信号收发硬件。进一步地，带无线充电功能的无绳发生器组件3通过感应反馈方式将错误信息、电量剩余等信息反馈发送到无线充电器的发射线圈40，在节省硬件的同时实现无绳发生器组件3到台式发生器5的无绳信号传输。无线充电两边的线圈40和41构成弱耦合的变压器，通过在变压器的附边41控制开关45改变负载46，可以调制初级线圈40的电流，从而可以用电流检测电路43检测初级线圈40的电流变化来探测变压器附边的开关信号。基于上述原理可实现无绳发生器组件3到无线充电器30的双向无绳信号传输。

可选的，在另一个实施例中，也可以通过蓝牙、WIFI等方式实现台式发生器和无绳发生器组件之间的信号传输，结合无线充电，也可以实现无绳发生器组件3不与台式发生器5直接物理接触。如此只需要给无绳发生器组件3消毒即可，不需要考虑台式发生器5的消毒问题，大大简化了消毒的工作。

需要说明的是，在公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本公开中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

本说明书包括本文所描述的各种实施例的组合。对实施例的单独提及(例如“一个实施例”或“一些实施例”或“优选实施例”)不一定是指相同的实施例；然而，除非指示为是互斥的或者本领域技术人员很清楚是互斥的，否则这些实施例并不互斥。应当注意的是，除非上下文另外明确指示或者要求，否则在本说明书中以非排他性的意义使用“或者”一词。

在本公开提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本公开的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本公开的内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本公开所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，包括：

无源的超声刀刀杆组件，

无源的超声换能器组件，用于将输入的超声频率电信号转换为超声振动，驱动所述超声刀刀杆组件，

无绳发生器组件，其中包括电池和超声电信号发生器，

有绳连接器，以及

以外部电源供电的台式发生器；其中

在无绳工作模式下，所述超声刀刀杆组件、所述超声换能器组件和所述无绳发生器组件通过机械组装结合为一体，所述超声电信号发生器以所述电池为电源向所述超声换能器组件提供超声频率电信号；

在有绳工作模式下，所述超声刀刀杆组件、所述超声换能器组件和所述有绳连接器通过机械组装结合为一体，所述有绳连接器通过导线与所述台式发生器电耦合，所述无绳发生器组件与所述台式发生器电耦合，所述台式发生器利用所述无绳发生器组件中的所述超声电信号发生器产生超声频率电信号，并通过所述有绳连接器输出到所述超声换能器组件；

还包括寄生电容匹配补偿电路，用于对所述导线引入的额外寄生电容进行补偿；

所述寄生电容匹配补偿电路包括：连接在第一节点与第二节点之间的匹配补偿电容，连接在第二节点和第三节点之间第一电阻，连接在第三节点和第四节点之间的第二电阻，以及压控电阻元件；该压控电阻元件的被控电阻两极并联或串联到所述第二电阻；

所述导线包括两根线，在所述导线连接到所述台式发生器的一端，所述导线的两根线分别连接到第一节点和第四节点；

第一节点、第二节点、第三节点和第四节点之间构成一个电桥，该电桥的平衡条件为：C2/C1＝R1/R2，其中，C1为所述匹配补偿电容的值，C2为所述导线和所述超声换能器组件的寄生电容的值，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述第二电阻的阻值；

所述压控电阻元件的电阻控制端与控制电压Vc连接，能够通过调整Vc调节所述被控电阻两极之间的电阻，进而使得所述电桥达到所述平衡条件；所述Vc通过以下方式调整：在预定范围内尝试设定不同的Vc值，其中，每设定一个Vc值后，对负载进行扫频测试，采样得到频率-阻抗曲线，如果该频率-阻抗曲线的最大值接近正90度且最小值接近负90度，则将此时的Vc值锁定并停止所述尝试。

2.如权利要求1所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，

所述无绳发生器组件输出的超声频率电信号施加到第一节点和第三节点；从第二节点和第四节点引出电压Vf，Vf与所述超声换能器组件中实际做功的电流成正比，用于检测阻抗相位的过零点。

3.如权利要求1所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，所述寄生电容匹配补偿电路包括：

连接在第五节点与第八节点之间的第三电阻，连接在第五节点和第六节点之间第四电阻，连接在第七节点和第八节点之间的匹配补偿电容；

所述导线包括两根线，在所述导线连接到所述台式发生器的一端，所述导线的两根线分别连接到第五节点和第八节点；

第五节点、第六节点、第七节点和第八节点之间构成一个电桥，该电桥的平衡条件为：C4/C3＝R3/R4，其中，C3为所述匹配补偿电容的值，C4为所述导线和所述超声换能器组件的寄生电容的值，R3为所述第三电阻的阻值，R4为所述第四电阻的阻值；

所述无绳发生器组件输出的超声频率电信号施加到第五节点和第七节点；从第六节点和第八节点引出电压Vf，Vf与所述超声换能器组件中实际做功的电流成正比，用于检测阻抗相位的过零点。

4.如权利要求3所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，还包括压控电容元件，该压控电容元件的被控电容端两极并联或串联到所述匹配补偿电容，该压控电容元件的控制端和控制电压Vc连接，能够通过调整Vc调节所述被控电容端两极之间的电容，进而使得所述电桥达到所述平衡条件。

5.如权利要求1所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，所述无绳发生器组件和所述有绳连接器具有相同的机械和电气接口，该机械和电气接口用于连接到所述超声刀刀杆组件和所述超声换能器组件。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，在有绳工作模式下，所述台式发生器对电耦合的所述无绳发生器组件中的电池充电。

7.如权利要求6所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，所述无绳发生器组件为密封结构，能够多次消毒使用；在有绳工作模式下，所述无绳发生器组件与所述台式发生器电耦合时，所述无绳发生器组件和所述台式发生器之间以无菌介质物理隔离，不直接发生物理接触；所述充电为无线充电。

8.如权利要求7所述的有绳和无绳功能兼容的超声刀***，其特征在于，所述台式发生器包括无线充电器、信号接收电路和信号调制器，所述无线充电器包括用于提供电能的第一线圈；

所述无绳发生器组件进一步包括无线能源接收电路、信号发送电路和信号解调器，所述无线能源接收电路包括用于获取电能的第二线圈；

所述第一线圈和所述第二线圈电磁耦合；

所述信号发送电路用于根据要发送的信号改变所述第二线圈负载的大小；所述信号接收电路用于根据第一线圈电流的变化情况提取所述信号发送电路发送的信号；

所述信号调制器用于在施加于所述第一线圈的射频能量信号上进行频移键控调制以发送信号；所述信号解调器用于在所述第二线圈所获得的射频能量信号上进行频移键控解调，以获得所述信号调制器所发送的信号。

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