CN218247317U - 一种超声切割止血刀档位控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声切割止血刀档位控制电路，包括微处理器、数模转换器、直接数字式频率合成器、输出波形采样电路、整流滤波电路、积分运算电路和满量程控制电路，微处理后级分别电连接数模转换器和直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器后级分别电连接输出波形采样电路和满量程控制电路，输出波形采样电路后级依次电连接整流滤波电路和积分运算电路，数模转换器后级电连接积分运算电路，积分运算电路后级电连接满量程控制电路，满量程控制电路反馈电连接至直接数字式频率合成器。可提高超声切割刀手术过程中稳定有效性，提高手术效率，降低或避免手术安全隐患灾难现象发生。

Description

一种超声切割止血刀档位控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种档位控制电路，尤其是涉及一种使用于对超声切割刀操作控制的超声切割止血刀档位控制电路。

背景技术

超声刀通过换能器将电能转化为机械能，以正弦波形式传递过来的机械能作用于其前端的金属刀头，使刀头产生50-200um振幅的机械性振荡，其振荡频率可达55.5kHz，从而使其产生的组织张力达到切割的目的。超声刀的刀头接触组织时，振动的压力使血管闭合；氢键断裂，组织蛋白质变性；变性蛋白质形成粘性凝结物；机械摩擦产生的热进一步凝闭血管，实现超声切割止血医疗救治手术效果作用。同时超声刀在高频率振动下由于空洞效应，会在工作区周围形成一个低压区。

由此可见超声刀刀头的振幅是衡量其切割能力的一个重要物理量，可以反映出超声刀刀头输出功率的大小及点匹配的好坏，也因此成为表征超声手术性能的一个重要参数，甚至是评价超声刀的一项主要性能指标。

而超声刀在手术过程中如果档位输出不稳定，在临床使用过程中会大大降低手术的效率，甚至会导致不可预知的灾难。

实用新型内容

本实用新型为解决现有超声切割刀存在着手术过程中手术档位输出不稳定，容易降低手术效率，甚至可能引发手术安全隐患灾难现象等现状而提供的一种可提高超声切割刀手术过程中稳定有效性，提高手术效率，降低或避免手术安全隐患灾难现象发生的超声切割止血刀档位控制电路。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：包括微处理器、数模转换器、直接数字式频率合成器、输出波形采样电路、整流滤波电路、积分运算电路和满量程控制电路，微处理后级分别电连接数模转换器和直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器后级分别电连接输出波形采样电路和满量程控制电路，输出波形采样电路后级依次电连接整流滤波电路和积分运算电路，数模转换器后级电连接积分运算电路，积分运算电路后级电连接满量程控制电路，满量程控制电路反馈电连接至直接数字式频率合成器。可提高超声切割刀手术过程中稳定有效性，提高手术效率，降低或避免手术安全隐患灾难现象发生；精准调节输出，使超声刀每个档位的输出幅值稳定，各档位的幅值差稳定，从而使刀头的振幅稳定，提高手术的可靠性。

作为优选，所述的微处理器通过12位并行总线连接数模转换器，微处理器将超声切割止血刀执行工作认为所需多个不同档位设置为对应多个不同的数字量，数模转换器转换输出对应的电流档位参考模拟信号至积分运算电路。提高微处理器控制数模转换器的串行数据传输数据相比，提高传输速度。

作为优选，所述的多个不同档位设置为五个不同的档位，分别对应档位1、档位2、档位3、档位4和档位5。精准调节5个不同档位输出，使超声刀每个档位的输出幅值稳定，各档位的幅值差稳定，从而使刀头的振幅稳定，提高手术的可靠性。

作为优选，所述的微处理器通过SPI总线控制连接直接数字式频率合成器芯片，所述的直接数字式频率合成器芯片采用的芯片型号为AD9834CRUZ。提高处理控制速度、效率，简单可靠有效性。

作为优选，所述的微处理器采用的芯片信号为10M16DCF256C8G。

作为优选，所述的五个不同的档位在对应不同档位时，数模转换器芯片的输出电压分别对应输出为：档位1对应为1.2V，档位2对应为1.4V，档位3对应为1.6V，档位4对应为1.8V，档位5对应为2.0V。精准调节5个不同档位输出，使超声刀每个档位的输出幅值稳定，各档位的幅值差稳定，从而使刀头的振幅稳定，提高手术的可靠性。

作为优选，所述的直接数字式频率合成器芯片外接输出电路，输出电路采用第21电阻、第22电阻、第23电阻、第24电阻、第25电阻、第26电阻、第27电阻、第28电阻、第29电阻、第6电容、第7电容、第8电容、第9电容、第10电容和第5运算比较器组成；其中第21电阻、第22电阻、第6电容和第7电容的一端依次分别与直接数字式频率合成器芯片的第9功能引脚、第10功能引脚、第3功能引脚和第6功能引脚串联连接，其中第6电容另一端与+3.3VDC电连接，其余的另一端均与电源地电连接；第8电容一端与直接数字式频率合成器芯片的第17功能引脚，直接数字式频率合成器芯片的第17功能引脚依次串联第23电阻和第24电阻，直接数字式频率合成器芯片的第19功能引脚串联第26电阻后与第5运算比较器的第2功能引脚电连接，第5运算比较器的第2功能引脚并联第28电阻和第9电容，直接数字式频率合成器芯片的第19功能引脚串联第27电阻后与第5运算比较器的第3功能引脚电连接，第5运算比较器的第3功能引脚并联第29电阻和第10电容；第24电阻、第8电容、第29电阻和第10电容的另一端均与电源地电连接，第28电阻和第9电容的另一端均与第5运算比较器的第1功能引脚电连接，第5运算比较器的第1功能引脚与直接数字式频率合成器芯片的第1功能引脚电连接。档位设置电路输出不同的参考电压与满量程参数设置电路配合产生不同的满量程值，这个值是一个电压量，值越大，直接数字式频率合成器DDS输出电流的幅值就越小。从而根据设定的不同工作档位输出不同的电流幅值；提高超声切割止血刀不同档位稳定有效性。

作为优选，所述的满量程控制电路采用的满量程参数设置电路包括采样分压电路、整流电路、放大电路、积分电路和运放电路，其中采样分压电路包括第1电阻、第2电阻、第3电阻、第4电阻、第1电容和第1放大器，第1电阻和第2电阻串联后与第1放大器的第3功能引脚电连接，第1放大器的第3功能引脚并联第1电容，第1放大器的第2功能引脚分别串联第3电阻和第4电阻，第4电阻另一端与第1放大器的第1功能引脚电连接，第1电阻、第1电容和第3电阻的另一端均与电源地电连接；整流电路包括第5电阻、第6电阻、第7电阻、第8电阻、第9电阻、第1整流器、第2放大器，第1放大器的第1功能引脚串联第5电阻后与第2放大器的第2功能引脚电连接，第2放大器的第2功能引脚并联第6电阻，第2放大器的第1功能引脚与第1整流器控制极电连接，第2放大器的第2功能引脚并联第7电阻和第1整流器后与第9电阻串联；第1放大器的第1功能引脚串联第8电阻后和第9电阻另一端一起与放大电路负极输入端电连接，放大电路放大10倍后的输出端与积分电路输入端电连接，积分电路后级与运放电路电连接，运放电路输出端与直接数字式频率合成器芯片的FS ADJUST第1功能引脚电连接。档位设置电路输出不同的参考电压与满量程参数设置电路配合产生不同的满量程值，这个值是一个电压量，值越大，DDS输出电流的幅值就越小。该电压值直接连接到直接数字式频率合成器DDS芯片的FSADJUST脚，从而根据设定的不同工作档位输出不同的电流幅值；提高超声切割止血刀不同档位稳定有效性。

本实用新型的有益效果是：可提高超声切割刀手术过程中稳定有效性，提高手术效率，降低或避免手术安全隐患灾难现象发生；精准调节输出，使超声刀每个档位的输出幅值稳定，各档位的幅值差稳定，从而使刀头的振幅稳定，提高手术的稳定可靠性。本专利提供一种电路及其控制方案，使超声刀能准确的输出5个不同振幅的工作档位，可根据不同的需求选择不同的档位，提高手术的稳定可靠性。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是本实用新型超声切割止血刀档位控制电路的电路原理结构示意图。

图2是本实用新型超声切割止血刀档位控制电路中微处理器和数模转换器部分电路结构示意图。

图3是本实用新型超声切割止血刀档位控制电路中满量程控制电路的电路结构示意图。

图4是本实用新型超声切割止血刀档位控制电路中直接数字式频率合成器芯片及其部分***的电路结构示意图。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4所示的实施例中，一种超声切割止血刀档位控制电路，包括微处理器10、数模转换器20(也可简称DAC)、直接数字式频率合成器30(也可简称DDS)、输出波形采样电路40、整流滤波电路50、积分运算电路60和满量程控制电路70，微处理后级分别电连接数模转换器和直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器后级分别电连接输出波形采样电路和满量程控制电路，输出波形采样电路后级依次电连接整流滤波电路和积分运算电路，数模转换器后级电连接积分运算电路，积分运算电路后级电连接满量程控制电路，满量程控制电路反馈电连接至直接数字式频率合成器。微处理器10通过12位并行总线连接数模转换器20，微处理器将超声切割止血刀执行工作认为所需多个不同档位设置为对应多个不同的数字量，数模转换器转换输出对应的电流档位参考模拟信号至积分运算电路。

多个不同档位设置为五个不同的档位，分别对应档位1、档位2、档位3、档位4和档位5。进一步的五个不同的档位在对应不同档位时，数模转换器芯片的输出电压分别对应输出为：档位1对应为1.2V，档位2对应为1.4V，档位3对应为1.6V，档位4对应为1.8V，档位5对应为2.0V。

微处理器通过SPI总线控制连接直接数字式频率合成器芯片，所述的直接数字式频率合成器芯片U4采用的芯片型号为AD9834CRUZ。微处理器采用的芯片U6C型号为10M16DCF256C8G。数模转换器20采用的芯片U8型号为AD5725ARSZ。

直接数字式频率合成器芯片外接输出电路，输出电路采用第21电阻R21、第22电阻R22、第23电阻R23、第24电阻R24、第25电阻R25、第26电阻R26、第27电阻R27、第28电阻R28、第29电阻R29、第6电容C6、第7电容C7、第8电容C8、第9电容C9、第10电容C10和第5运算比较器U5A组成；其中第5运算比较器U5A采用芯片型号为TLE2142AID，第21电阻R21、第22电阻R22、第6电容C6和第7电容C7的一端依次分别与直接数字式频率合成器芯片的第9功能引脚、第10功能引脚、第3功能引脚和第6功能引脚串联连接，其中第6电容C6另一端与+3.3VDC电连接，其余的另一端均与电源地电连接；第8电容C8一端与直接数字式频率合成器芯片的第17功能引脚，直接数字式频率合成器芯片的第17功能引脚依次串联第23电阻R23和第24电阻R24，直接数字式频率合成器芯片的第19功能引脚串联第26电阻R26后与第5运算比较器U5A的第2功能引脚电连接，第5运算比较器U5A的第2功能引脚并联第28电阻R28和第9电容C9，直接数字式频率合成器芯片的第19功能引脚串联第27电阻R27后与第5运算比较器U5A的第3功能引脚电连接，第5运算比较器U5A的第3功能引脚并联第29电阻R29和第10电容C10；第24电阻R24、第8电容C8、第29电阻R29和第10电容C10的另一端均与电源地电连接，第28电阻R28和第9电容C9的另一端均与第5运算比较器U5A的第1功能引脚电连接，第5运算比较器U5A的第1功能引脚与直接数字式频率合成器芯片的第1功能引脚电连接。

满量程控制电路采用的满量程参数设置电路包括采样分压电路、整流电路、放大电路、积分电路和运放电路，其中采样分压电路包括第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3、第4电阻R4、第1电容C1和第1放大器U1A，第1放大器U1A采用芯片信号为LT1633CS，第1电阻R1和第2电阻R2串联后与第1放大器U1A的第3功能引脚电连接，第1放大器U1A的第3功能引脚并联第1电容C1，第1放大器U1A的第2功能引脚分别串联第3电阻R3和第4电阻R4，第4电阻R4另一端与第1放大器U1A的第1功能引脚电连接，第1电阻R1、第1电容C1和第3电阻R3的另一端均与电源地电连接；整流电路包括第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、第8电阻R8、第9电阻R9、第1整流器DN1、第2放大器U2A，第2放大器U2A的芯片型号为TLE2142AID，第1放大器U1A的第1功能引脚串联第5电阻R5后与第2放大器U2A的第2功能引脚电连接，第2放大器U2A的第2功能引脚并联第6电阻R6，第2放大器U2A的第1功能引脚与第1整流器DN1控制极电连接，第2放大器U2A的第2功能引脚并联第7电阻R7和第1整流器DN1后与第9电阻R9串联；第1放大器U1A的第1功能引脚串联第8电阻R8后和第9电阻R9另一端一起与放大电路负极输入端电连接，放大电路放大10倍后的输出端与积分电路输入端电连接，积分电路后级与运放电路电连接，运放电路输出端与直接数字式频率合成器芯片的FS ADJUST第1功能引脚电连接。

使用时，微处理器通过模数转换芯片将档位参考值从数字值转化为模拟值，并通过积分电路进行运算，同时为处理器通过SPI控制DDS的频率输出，输出的波形经过输出波形采样电路和整流滤波电路之后也送入到积分运算电路，进行误差计算，计算出来的误差与DDS芯片输出的参考值经过满量程控制电路进行计算后得出精确的满量程电压，进而调整DDS芯片输出电流的幅值。

为实现输出5个不同的档位，即让DDS芯片输出5个不同幅值的输出电流，需要通过微处理器设置五个不同的数字量D1、D2、D3、D4、D5，分别对应档位1、档位2、档位3、档位4、档位5。

例如：当***设置为1档工作时，微处理器将数字量D1发送给数模转换芯片，数模转换芯片输出1.2V，数模转换芯片输出的这个1.2V就是设置的1档工作时的电流档位参考信号，其他的档位控制以此例推，设置为2档工作时，数模转换芯片输出1.4V，设置3档工作时数模转换芯片输出1.6V，设置4档工作时，数模转换芯片输出1.8V，设置5档工作时，数模转换芯片输出2.0V。具体的电路实现参考所提供的图纸：数模转换电路(见图2)，该电路的微处理器是CPLD，标号U6C，数模转换芯片是AD5725，标号U8，电源芯片ADR02AUJZ，对应的标号为U7，是为了给数模转换芯片提供稳定的5V电源，CPLD与数模转换芯片通过12位并行总线连接，直接传递12位数据，与串行数据传输数据相比，并行传输速度更快。

DDS满量程电路设置就是最终实现每个档位所对应的输出电流幅值的电路，该电路包括输出波形采集、输出信号与设置的参考信号误差采集，输出波形采集，就是DAC输出的档位信号与实测的档位输差采集，输出波形采集，就是DAC输出的档位信号与实测的档位输出信号进行比较，根据误差的大小来调节DDS器件的满量程输出端口，控制DDS器件输出电流的幅值。针对不同的档位输出，满量程参数设置的电路是不一样的，工作原理也一样，不同之处就是模数转换电路输出的档位参考值不一样，满量程参数设置电路参考所提供的图纸：满量程参数设置电路(见图3中整流_滤波_积分_缩放电路)。

具体的电路实现过程如下：

微处理器除了与数模转换芯片有数据交互，还通过SPI总线控制DDS芯片，控制DDS芯片的电流输出频率，本方案只对DDS的输出幅度进行展开。DDS输出的电流幅度主要由数模转换芯片输出的电流档位参考值决定。经过电流采样电路采集到***的输出电流后，经过R1、R2、R3、R4、C1、U1A组成的电路进行分压将采样电压降低为1/10(上述R1代表第1电阻，在此仅使用以R1记载，本领域技术人员见此R1及附图可非常明确的知道是第1电阻R1，以下类似情况记载参照此理解，不得以此解读为不利于本申请技术方案的不利因素)；再经过R5、R6、R7、R8、R9、DN1、U2A组成的整流电路将降压后的采样电压从正弦交流信号整流成直流信号，再经过R10、R11、R12、C2、U2B组成的放大电路，将信号放大10倍，同时将放大的信号滤波，降低干扰。滤波后的信号电平就是采集到的对应档位的电流有效值。该值与数模转换芯片输出的电流档位参考值进行比较，也就是设置的档位值与实际值进行比较，通过R14、R15、R16、C4、U3B组成的积分电路、计算档位设置值与参考值的误差；该误差与DDS芯片输出的1.2V参考电压经过R17、R18、R19、R20、U3A组成的运放电路计算得出所需要的电压值，该值直接接在DDS芯片的FS ADJUST脚，该值控制DDS芯片输出电流的幅值。

直接数字式频率合成器DDS及满量程控制电路控制部分电路见所提供的图纸DDS电路图4，该电路主要是DDS芯片，标号U4，以及其它器件R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、C6、C7、C8、C9、C10、U5A所构成的输出电路。前面档位设置电路输出不同的参考电压与满量程参数设置电路配合产生不同的满量程值，这个值是一个电压量，值越大，DDS输出电流的幅值就越小。该电压值直接连接到DDS芯片的FSADJUST脚，从而根据设定的不同工作档位输出不同的电流幅值。

通过CPLD与数模转换器并行数据连接，实现数模的快速转换，通过精确的采样、整流、滤波，快速准确获取实际输出电流的幅值；准确计算预设值与实际输出值的误差，精准调节输出，使超声刀每个档位的输出幅值稳定，各档位的幅值差稳定，从而使刀头的振幅稳定，提高手术的可靠性。

本实用新型不限于上述具体实施方式，还可以具有其他结构的实施方式，例如：控制超声刀输出档位的振幅一般是通过控制DDS芯片的满量程值，这一块即使使用不同的DDS芯片，但基本原理是差不多的。精确控制档位输出振幅的关键在于精确获取实际的输出值和精确设置参考值，并快速精准地获取实际输出值与参考值的误差。这些只能通过一系列的模拟电路与数字电路相匹配，重点在于模拟电路，通过运放芯片搭建整流电路，滤波电路，比例缩放电路，积分电路这些电路的严密配合才能实现最终的效果。

以上内容和结构描述了本实用新型产品的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本实用新型范围之内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：包括微处理器、数模转换器、直接数字式频率合成器、输出波形采样电路、整流滤波电路、积分运算电路和满量程控制电路，微处理后级分别电连接数模转换器和直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器后级分别电连接输出波形采样电路和满量程控制电路，输出波形采样电路后级依次电连接整流滤波电路和积分运算电路，数模转换器后级电连接积分运算电路，积分运算电路后级电连接满量程控制电路，满量程控制电路反馈电连接至直接数字式频率合成器。

2.按照权利要求1所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的微处理器通过12位并行总线连接数模转换器，微处理器将超声切割止血刀执行工作认为所需多个不同档位设置为对应多个不同的数字量，数模转换器转换输出对应的电流档位参考模拟信号至积分运算电路。

3.按照权利要求2所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的多个不同档位设置为五个不同的档位，分别对应档位1、档位2、档位3、档位4和档位5。

4.按照权利要求1所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的微处理器通过SPI总线控制连接直接数字式频率合成器芯片，所述的直接数字式频率合成器芯片采用的芯片型号为AD9834CRUZ。

5.按照权利要求1或2或4所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的微处理器采用的芯片型号为10M16DCF256C8G。

6.按照权利要求3所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的五个不同的档位在对应不同档位时，数模转换器芯片的输出电压分别对应输出为：档位1对应为1.2V，档位2对应为1.4V，档位3对应为1.6V，档位4对应为1.8V，档位5对应为2.0V。

7.按照权利要求1所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的直接数字式频率合成器芯片外接输出电路，输出电路采用第21电阻、第22电阻、第23电阻、第24电阻、第25电阻、第26电阻、第27电阻、第28电阻、第29电阻、第6电容、第7电容、第8电容、第9电容、第10电容和第5运算比较器组成；其中第21电阻、第22电阻、第6电容和第7电容的一端依次分别与直接数字式频率合成器芯片的第9功能引脚、第10功能引脚、第3功能引脚和第6功能引脚串联连接，其中第6电容另一端与+3.3VDC电连接，其余的另一端均与电源地电连接；第8电容一端与直接数字式频率合成器芯片的第17功能引脚，直接数字式频率合成器芯片的第17功能引脚依次串联第23电阻和第24电阻，直接数字式频率合成器芯片的第19功能引脚串联第26电阻后与第5运算比较器的第2功能引脚电连接，第5运算比较器的第2功能引脚并联第28电阻和第9电容，直接数字式频率合成器芯片的第19功能引脚串联第27电阻后与第5运算比较器的第3功能引脚电连接，第5运算比较器的第3功能引脚并联第29电阻和第10电容；第24电阻、第8电容、第29电阻和第10电容的另一端均与电源地电连接，第28电阻和第9电容的另一端均与第5运算比较器的第1功能引脚电连接，第5运算比较器的第1功能引脚与直接数字式频率合成器芯片的第1功能引脚电连接。

8.按照权利要求1所述的超声切割止血刀档位控制电路，其特征在于：所述的满量程控制电路采用的满量程参数设置电路包括采样分压电路、整流电路、放大电路、积分电路和运放电路，其中采样分压电路包括第1电阻、第2电阻、第3电阻、第4电阻、第1电容和第1放大器，第1电阻和第2电阻串联后与第1放大器的第3功能引脚电连接，第1放大器的第3功能引脚并联第1电容，第1放大器的第2功能引脚分别串联第3电阻和第4电阻，第4电阻另一端与第1放大器的第1功能引脚电连接，第1电阻、第1电容和第3电阻的另一端均与电源地电连接；整流电路包括第5电阻、第6电阻、第7电阻、第8电阻、第9电阻、第1整流器、第2放大器，第1放大器的第1功能引脚串联第5电阻后与第2放大器的第2功能引脚电连接，第2放大器的第2功能引脚并联第6电阻，第2放大器的第1功能引脚与第1整流器控制极电连接，第2放大器的第2功能引脚并联第7电阻和第1整流器后与第9电阻串联；第1放大器的第1功能引脚串联第8电阻后和第9电阻另一端一起与放大电路负极输入端电连接，放大电路放大10倍后的输出端与积分电路输入端电连接，积分电路后级与运放电路电连接，运放电路输出端与直接数字式频率合成器芯片的FS ADJUST第1功能引脚电连接。

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