一种外科手术的能量平台及能量输出控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种外科手术的能量平台以及能量输出控制方法。

背景技术

高频电刀及其能量系统在临床外科手术中已广泛应用，高频电刀利用通过人体组织的高频电流产生的热效应，实现对组织的切割和凝固。高频电刀可实现单极应用和双极应用，其中，高频电刀单极应用时高频电流在手术电极和中性电极之间流动，电流流过人体组织的范围较大，通常适用于高效的组织切割、浅表或深层凝血等；高频电刀双极应用时高频电流在双极器械的两个电极之间流动，电流仅流过很小的人体组织范围，通常用于组织的快速精细凝结。单极电刀、双极电刀应用在临床手术中各有优点，根据不同的手术场景，单极电刀、双极电刀可能配合使用进行组织的处理，即使在同一台手术中，也可能会分时使用单极电刀和双极电刀。因此将单极电刀功能、双极电刀功能集进行集成，由同一个能量平台提供能量可便于临床应用，该能量平台需要支持多个能量通道的能量输出。

在上述多能量通道的能量平台中输出能量过程中，应当尽可能保证各能量通道之间互不干扰，并且，还需要防止在未控制能量平台从某一能量通道输出能量时该能量通道错误地输出能量而导致人体伤害，造成上述错误输出能量的因素有很多，这一问题也是当前待解决或待改进的问题之一。

发明内容

根据第一方面，一种实施例中提供了一种外科手术的能量平台，包括：

功率生成电路；

功率驱动电路，用于驱动所述功率生成电路产生外科手术所需要的能量；

至少一个能量通道，所述能量通道具有能量输入端和能量输出端，所述能量输入端与所述功率生成电路连接，所述能量输出端用于与外科器械的能量端口连接，所述能量通道上设置有用于断开或导通所述能量通道的第一开关；

至少一个通道控制电路，各所述能量通道均具有对应的所述通道控制电路，所述通道控制电路用于检测对应所述能量通道上第一开关的工作状态，并根据所述第一开关的工作状态发送状态信号；

主控制器，分别与所述功率驱动电路和所述通道控制电路信号连接，所述主控制器用于分别获取各所述通道控制电路发送的状态信号，并根据所述第一开关的状态信号确定所述第一开关是否存在异常,以允许或禁止所述功率生成电路向所述第一开关所在能量通道输入能量。

根据第二方面，一种实施例中提供了一种外科手术的能量输出方法，包括：

获取至少一个第一开关的状态信号，一个所述第一开关位于一个能量通道上，所述能量通道用于接收外科手术所需的能量，并将所接收的能量传输至外科器械中，所述第一开关用于断开或导通自身所在的能量通道；

根据每个所述第一开关的状态信号确定所述第一开关是否存在异常，以允许或禁止向所述第一开关所在能量通道输入能量。

根据第三方面，一种实施例中提供了一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第二方面中所述的方法。

上述实施例中，每个用于传输外科手术所需能量的能量通道都设有第一开关，当某一能量通道上的第一开关闭合时，该能量通道可以让能量通过，而当第一开关断开时，能量则无法从该能量通道上通过，而且，每个能量通道都具有对应的通道控制电路，通道控制电路可以检测能量通道上第一开关的工作状态，并向主控制器发送状态信号，这样当某一第一开关发生异常无法正确地完成断开或导通能量通道的任务时，主控制器可以从产生能量的一端直接控制不将能量输入该第一开关所在的能量通道，相当于从源头对能量的输出就进行控制，从而排除了诸多因素干扰，可以有效防护非预期的能量输出造成人员伤害。

附图说明

图1为一种实施例的能量平台的结构示意图；

图2为另一种实施例的能量平台的结构示意图；

图3为又一种实施例的能量平台的结构示意图；

图4为一种实施例的电容量检测电路检测电容的示意图；

图5为一种实施例的能量输出控制方法的流程图；

100、主控制器；

200、功率驱动电路；

300、功率生成电路；

320、能量产生电路；340、能量输出电路；

322、高压直流电路；324、全桥功放电路；

400、能量通道；420、第一开关；440、功率传输线路；

500、通道控制电路；

520、电容量检测电路；540、器械在位检测电路；560、手控开关检测电路。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本发明最重要的构思在于通过检测第一开关的状态以允许或禁止向第一开关所在能量通道输入能量，并且，还想到了通过电容量检测的方式判断第一开关是否存在异常。

请参照图1，图1中提供了一种外科手术的能量平台，该能量平台包括功率生成电路300、功率驱动电路200、至少一个能量通道400、至少一个通道控制电路500和主控制器100。此外，能量平台还可以包括人机交互模块，用于接收用户输入的指令，例如用户对于能量平台输出功率等的设置指令。

功率生成电路300用于受功率驱动电路200的驱动从而产生外科手术所需要的能量。如图2至图3所示为功率生成电路300的一种具体电路结构，其包括能量产生电路320和能量输出电路340，能量产生电路320与功率驱动电路200相连并在功率驱动电路200的驱动下产生相应的能量，该能量可以经能量输出电路340输出，能量输出电路340的数量可以是一个或者多个，能量输出电路340受主控制器100的控制导通或断开，当某一能量输出电路340导通时，意味着能量产生电路320产生的能量能够从该能量输出电路340向外发送，而当某一能量输出电路340断开时，则能量产生电路320的能量无法从该能量输出电路340向外发送，相当于能量产生电路320是水源，各能量输出电路340是放水的闸门，当能量输出电路340导通时闸门才打开允许水流通过。

如图2所示为能量产生电路320和能量输出电路340的一种示例性的电路结构。在图2中，能量产生电路320包括高压直流电路322(HVDC)和全桥功放电路324，能量输出电路340包括隔离变压器T1。其中，高压直流电路322用于生成高压直流电源以作为全桥功放电路324的电压输入，高压直流电路322的输出电压可在一定范围内变化(例如0-400Vdc)，该高压直流电路322的电路结构可以是Buck-Boost结构。全桥功放电路324用于根据高压直流电路322的电压输入而生成各类功率信号，并将功率信号输入隔离变压器T1当中，隔离变压器T1一方面实现了能量产生电路320与能量通道400之间的隔离，另一方面可以根据外科手术所需能量的不同输出相应的功率信号(不同的电压幅度以及频率等)，从而实现能量的输出。隔离变压器T1的原边通过第二开关k6与全桥功放电路324连接，当某一隔离变压器T1的第二开关k6断开时，能量产生电路320产生的能量无法从该隔离变压器T1输出，而当某一个隔离变压器T1的第二开关k6闭合时，能量产生电路320产生的能量可以从该隔离变压器T1输出。

能量通道400具有能量输入端和能量输出端，其中，能量输入端与功率生成电路300连接，并且，当功率生成电路300包括一个或多个能量输出电路340时，一个能量输出电路340可以与多个能量通道400的能量输入端连通，当某一能量输出电路340断开时，与该能量输出电路340连通的所有能量通道400都无法接收到能量。能量通道400的能量输出端用于外科器械的能量端口连接，直观来看能量输出端在能量平台上可以是器械接口，能量端口可以是外科器械的接头，不同外科器械的接头可以插入对应的器械接口当中，外科器械的类型包括单极电刀、双极电刀以及超声刀等，对于不同类型的外科器械，能量通道400的具体结构也有所差别，下面进行说明。

图2中包括两种类型的能量通道400，分别是第一类型能量通道和第二类型能量通道，其中，第一类型能量通道包括两条功率传输线路440，第二类型能量通道则包括一条功率传输线路440，第一类型能量通道用于传输外科手术中双极器械或超声器械所需能量，例如，当双极器械的接头与第一类型能量通道的能量输出端相接时，第一类型能量通道与双极器械组成回路，以使得双极器械向所接触的目标组织施加高频能量。第二类型能量通道则用于传输外科手术中单极器械所需能量，单极器械除了与目标组织接触的电极外，还包括与人体其他部位(例如背部)接触的中性电极，在使用中单极器械与目标组织接触的电极与一个第二类型能量通道连通，与人体接触的中性电极则与另一个第二类型能量通道连通，也就是说，单极器械与两个第二类型能量通道组成回路，以使得单极器械向所接触的目标组织施加高频能量。在图2至图4中，用于与双极器械相连的能量输出端定义为“双极接口”，用于与单极器械中的单极相连的能量输出端定义为“单极1接口”和“单极2接口”，用于与单极器械的中性电极相连的能量输出端定义为“中性电极接口”，由此可见，在图2中所示的能量平台支持输出单极能量和双极能量，单极器械既可以同时插入单极1接口与中性电极接口，也可以同时插入单极2接口与中性电极接口。其他实施例中的能量平台也可以支持超声能量。

当能量输出电路340包括隔离变压器T1时，隔离变压器T1的副边的每一端均通过一个隔直电容(C1和C2)与功率传输线路440连接，并且，对于某一第一类型能量通道来说，如果该能量通道400的一条功率传输线路440与一个隔离变压器T1的副边的一端连接，那么该能量通道400的另一条功率传输线路440则与同一隔离变压器T1的副边的另一端连接，而对于第二类型能量通道来说，如果两个第二类型能量通道用于组成回路，例如图2中的单极1接口对应的能量通道400和中性电极接口对应的能量通道400，那么这两个第二类型能量通道也是分别与同一隔离变压器T1的副边的两端连接。

在实际使用的过程中，当用户使用某一能量通道400的能量时，是不希望其他能量通道400有能量输出的，否则容易对人员造成伤害，例如，当用户将单极器械同时插入单极1接口和中性电极接口时，并不希望单极2接口或双极接口输出能量。为了隔绝其他能量通道400的输出，每个功率传输线路440上均设有第一开关420，第一开关420通过自身的断开或导通以允许能量经过自身所在的功率传输线路440，请继续参照图2,图2中包括五个第一开关420，分别是k1、k2、k3、k4和k5，例如，当用户使用双极器械时，k1、k2以及k3断开，k4和k5闭合，以使得其他能量通道400不输出能量。其中，第一开关420可以是继电器。

上述各能量通道400均具有对应的通道控制电路500，各通道控制电路500之间彼此电气隔离，每个通道控制电路500均通过隔离的方式与主控制器100通信连接。通道控制电路500用于检测对应能量通道400上第一开关420的工作状态，并根据第一开关420的工作状态向主控制器100发送状态信号。对于第一类型能量通道来说，其对应的通道控制电路500检测两条功率传输线路440上第一开关420的工作状态，而对于第二类型能量通道来说，其对应的通道控制电路500只检测一条能量功率传输线路440上第一开关420的工作状态。

主控制器100分别与功率驱动电路200和通道控制电路500信号连接，主控制器100可以根据某一第一开关420的状态信号确定该第一开关420是否存在异常，当第一开关420为继电器时，该异常包括但不限于触点发生粘连、电磁线圈故障等。如果主控制器100确定到某一第一开关420存在异常，就会禁止功率生成电路300将产生的能量输入该第一开关420所在的能量通道400，而如果主控制器100未发现第一开关420存在异常，则会允许能量产生电路320将产生的能量输入该第一开关420所在的能量通道400内。

通过上述主控制器100对第一开关420导通与断开的控制，当某一第一开关420发生异常无法正确地完成断开或导通能量通道400的任务时，主控制器100可以从产生能量的一端直接控制不将能量输入该第一开关420所在的能量通道400，相当于从源头对能量的输出就进行控制，从而排除了诸多因素干扰，可以有效防护非预期的能量输出造成人员伤害。

当功率生成电路300包括上述能量输出电路340时，主控制器100是通过控制各能量输出电路340的导通与断开，以允许或禁止功率生成电路300向相应的能量通道400输入能量。例如在图2中，各能量通道400均与一个隔离变压器T1连接，当主控制器100确定到k1、k2、k3、k4和k5中的任意一个存在异常时，都会控制隔离变压器T1的原边的第二开关k6断开。从上述描述也可以看出，当某一第一开关420发生异常时，不但该第一开关420所在能量通道400会被禁止输入能量，与该能量通道400相接于同一能量输出电路340的其他能量通道400也会被禁止输入能量。

当能量输出电路340包括至少两个时，一个能量输出电路340的断开并不会影响其他能量输出电路340的导通，例如请参照图3,在图3中功率生成电路300包括两个能量输出电路340，如果主控制器100确定到k1、k2以及k3中的任意一个存在异常时，主控制器100会控制图3中由上往下第一个能量输出电路340断开，而另一个能量输出电路340仍导通，因此能量平台还是可以输出双极能量。

如图2所示，当功率生成电路300通过隔离变压器T1与能量通道400连接时，每条功率传输线路440上第一开关420的寄生电容Cr、隔直电容(C1或C2)与隔离变压器T1原副边的等效寄生电容CT串联形成支路，则在一些实施例中，通道控制电路500包括MCU和至少一个电容量检测电路520，至少一个电容量检测电路520与通道控制电路500对应能量通道400中的功率传输线路440一一对应，也就是说，第一类型能量通道的通道控制电路500包括两个电容量检测电路520，而第二类型能量通道的通道控制电路500包括一个电容量检测电路520。以k1为例，电容量检测电路520检测第一开关420状态的示意图如图4所示，其检测原理为：由于寄生电容Cr小于10pF，隔直电容C1为nF级，等效寄生电容CT为数十pF级，因此当k1断开时，支路的总电容小于10pF，当第一开关420闭合时，由于寄生电容Cr被短路，因此电容量检测电路520能检测到的电容量为隔直电容C1和等效寄生电容CT的串联，其值约为数十pF级。由此可见如果第一开关420能够正常地断开与闭合，在断开前后支路的总电容变化明显，故在第一开关420在闭合前后，MCU可以将支路的电容量的变化与第二预设阈值进行比对，如果小于第二预设阈值，则MCU向主控制器100发送表征第一开关420存在异常的状态信号，否则发送第一开关420未存在异常的状态信号。

在一些实施例中，电容量检测电路520为振荡电路，例如为555振荡电路，在第一开关420闭合前后，振荡电路的输出频率将发生变化，MCU通过检测此频率的变化可以判断第一开关420的断开与闭合。故在第一开关420闭合前后，如果振荡电路输出的频率变化小于第一预设阈值，则MCU向主控制器100发送表征第一开关420存在异常的状态信号，否则发送第一开关420未存在异常的状态信号。

上述实施例中，采用了电容量检测电路520来确定第一开关420的状态，合理地利用了能量平台自身的电路结构，能够有效地判断第一开关420是否存在异常。

此外，通道控制电路500还可以包括器械在位检测电路540以及手控开关检测电路560，器械在位检测电路540和手控开关检测电路560分别连接在对应能量通道400的能量输出端与通道控制电路500中的MCU之间。在其他实施例中，通道控制电路500也可以包括上述器械在位检测电路540以及手控开关检测电路560中的任意一个。

器械在位检测电路540用于检测能量通道400的能量输出端是否接入外科器械，器械在位检测电路540的检测方案可以是接触式短路检测、到位开关检测、光学式检测和无线检测等(RFID/NFC)，当器械在位检测电路540检测到能量通道400的能量输出端接入外科器械时，MCU会向主控制器100发送器械在位信号。

手控开关检测电路560用于接收外科器械发送的开关激发信号，该开关激发信号表征用户使用外科器械要进行手术，例如，外科器械为双极电刀，双极电刀通常会有供用户握持的手柄部，在手柄部上可以设置有各类按键，其中就可以包括控制能量输出的按键，当用户将外科器械的接头插入能量平台的器械接口后，按下控制能量输出的按键就会向能量平台输入上述开关激发信号，当手控开关检测电路560接收到开关激发信号后，MCU会向主控器发送能量激发信号。

请继续参照图2，以用户使用双极电刀为例说明能量平台输出的工作过程。能量平台开机后，用户可以通过主控制器100设置各能量通道400的工作模式和功率大小，此外，各通道控制电路500首先检测对应能量通道400上第一开关420的工作状态，由于四个能量通道400均与同一个隔离变压器T1连接，当k1、k2、k3、k4和k5中的任意一个存在异常时，主控制器100就控制隔离变压器T1的第二开关k6断开，而如果每个开关都未存在异常，且主控制器100又接收到双极接口对应的器械在位信号以及能量激发信号后，就会控制k4以及k5闭合，并根据用户设置的模式和功率大小，控制功率驱动电路200驱动功率产生电路向双极接口对应的能量通道400输入的功率信号。

在一些实施例中，能量平台还可以包括报警电路，该报警电路与主控制器100相连，当主控制器接100收到表征第一开关420存在异常的状态信号时，会控制报警电路发出警报。

基于上述的能量平台，图5所示的实施例提供了一种外科手术的能量输出控制方法，包括：

步骤S100、获取至少一个第一开关420的状态信号。

其中，一个第一开关420位于一个能量通道400上，能量通道400用于接收外科手术所需的能量，并将所接收的能量传输至外科器械中，第一开关420用于断开或导通自身所在的能量通道400。该能量通道400在能量平台与其他部分的连接关系可参照图1至图3及其对应的描述。

本实施例中，可以通过图1至图4当中的通道控制电路500检测第一开关420的状态信号，检测的过程可以与上一实施例相同。

步骤S200、根据每个第一开关420的状态信号确定第一开关420是否存在异常，如果存在异常，执行步骤S300，否则执行步骤S400。

步骤S300、禁止向第一开关420所在能量通道400输入能量。

步骤S400、允许向第一开关420所在能量通道400输入能量。

当采用如图2与图3所示的能量平台时，可以通过控制能量输出电路340断开，以禁止向第一开关420所在能量通道400输入能量，通过控制能量输出电路340导通，以允许向第一开关420所在能量通道400输入能量。

上述实施例的能量平台可以有效防止输出非预期能量对人体造成伤害，确保了使用过程中的安全可靠。并且检测第一开关是否存在异常的方式不需要增加太多额外的电路。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。