自带超声发生器功能的超声手术刀手柄、超声手术刀系统及其使用方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种自带超声发生器功能的超声手术刀手柄及超声手术刀。

背景技术

超声手术刀采用超声能量在各种腔镜手术和常规手术中，用于软组织的止血性分离及组织凝结。随着微创外科手术的普及，超声手术刀已经成为一种常规手术器械，应用广泛。

现在市场上超声刀系统是由主机(超声波发生器)、手柄、刀具、换能器组成刀具需要借助外置的扭矩扳手完成安装(有线脚踏为可选项)，在手术前需要对手柄、刀具、换能器进行组装，并安装在主机上后使用。体积大，安装繁琐，主机、换能器、刀系统匹配离散度大，造成超声刀性能的一致性差、故障率高。

具体地，现有主机尺寸大约在长x宽x高(mm)，320x320x120。现有硬件方案采用模拟放大电路，效率较低，发热巨大，需要大的散热片及大体积变压器。另外由于主机离医生较远，需要使用大尺寸显示屏，同时需要较大尺寸扬声器使得医生能听清楚提示音。功率档位转化需要通过护士实现。

现有主机体积、重量大的原因包括：

1.延用陈旧的系统架构：早期的系统架构主机是独立的(没有集成需求)；

2.选用常用的电子器件：市场常用的电子器件体力大、散热多，手柄空间不够且散热极难解决(散热的解决极有可能会增加产品的体积和重量)；

3.电磁兼容的解决受限：体积、重量的苛求，使得电磁兼容的解决在技术上困难重重(电磁兼容的解决极有可能会增加产品的体积和重量)。

具体地，手术室空间有限，设备繁多，现有超声刀采用独立主机，占用手术室空间，需定期/不定期维护，且维护程序复杂，易出纰漏(现场维护条件有限制，若返厂维修则费用较高)。

具体地，现有超声刀安装十分繁琐，需要使用扭矩扳手，有六步操作：1.换能器插入手柄；2.旋转刀具；3.插入扭矩扳手；4.旋转扭矩扳手；5.退出扭矩扳手；6.主机通电、开机。

具体地，现有刀具性能一致性差、系统故障率高。市场上的常见超声刀系统的架构要求刀具/手柄、换能器和主机可以实现盲配/完全互换。这个要求对生产的各个环节质量控制要求极高，造成手术中普遍一致性差(无故障时，刀具之间性能差异极大)、故障率偏高(一把刀完不成手术)。

发明内容

为了解决上述技术的不足，本发明提供一种自带超声发生器功能的超声手术刀手柄及超声手术刀系统，本发明的手柄集成了主机(超声波发生器)、换能器、手柄(握柄)和扭矩扳手、与刀具快速连接即可用于手术，实现快速安装。

本发明设计了全新的系统架构，系统基本上是由一体手柄、刀具和电源适配器构成(无线控制脚踏为可选项)。其中，一体手柄集成了主机(超声波发生器)、换能器、手柄(握柄)和扭矩扳手。手术前只需把刀具通过三个简单步骤快速安装到手柄上即可。这一新的系统架构从设计上使大幅提高系统的一致性成为可能，为降低产品的故障率提供了保障。

本发明提出了一种自带超声发生器功能的超声手术刀手柄，包括：手柄外壳、档位按键、手把；所述手柄外壳头部设置有手柄连接机构，其用于与刀具连接；所述手柄外壳内设置有空腔，所述空腔内设置有变压器、换能器、第一PCB板、第二PCB板；所述第一PCB板设置在所述空腔顶部；所述变压器设置在所述空腔尾端；所述第二PCB板设置在所述空腔的握手位置处；所述第一PCB板、第二PCB板均可设置为控制板或功率板；所述档位按键设置在所述手柄外壳的前部，其用于切换高低功率档；所述手把设置在所述手柄外壳的前部，其用于控制刀具钳夹的开合。

本发明中，所述手柄外壳顶部设置功能键及显示屏；和/或，

所述按键后端设置有喇叭，其用于按键激发工作时的提示音、设备各种状态语音提示以及故障报警；和/或，

在第一PCB板上方的手柄外壳处设置一个由金属或导热材质的顶盖；和/或，

所述手柄外壳内进一步设置有NFC机构，其包括NFC线圈和NFC模块；所述NFC线圈设置在所述空腔的前端，用于与刀具通讯；所述NFC模块集成于所述第一PCB板或所述第二PCB板。

本发明中，所述手柄外壳上，位于换能器位置处设有弹性压片，其用于在刀具与换能器连接时使换能器不旋转；和/或，

所述弹性压片与换能器前壳直纹滚花配合，通过压下所述弹性压片，所述弹性压片上的滚花齿嵌入换能器前壳滚花齿中，实现换能器不旋转；松开所述弹性压片，所述弹性压片复位，换能器恢复可旋转的状态；所述直纹滚花采用三角形齿、渐开线齿形或梯形实现换能器不旋转；和/或，

进一步包括：弹性接触子；所述弹性接触子装配在手柄上，所述弹性接触子的2个弹子与所述换能器中部的两个导电环接触，实现电的传送；2个导电环、2个垫圈套入换能器中壳右端，尾壳压入中壳，实现导电环与隔离圈轴向固定；

换能器中壳左端与前壳过盈配合通过胶圈和/或胶垫固定变幅杆；换能器中壳右侧轴设置隔离圈、两个导电环；所述导电环与隔离圈分别在径向均布四等分或三等分或二等分凸起或凹槽，用于防止导电环与壳体转动；两根导电环连接有两个导线，导线与变幅杆导电片的导线连接，变幅杆导线穿过后壳体的小孔后与导电环导线连接；所述小孔与导线密封后，后壳体与中壳过盈压入装配。

本发明中，所述手柄连接机构包括：连接器、滑块、滑套、弹簧或波簧、调节螺母、压杆；

所述连接器为套形零件结构，其具有两个弹性臂；所述弹性臂的头部有两个梯形状的卡勾，中间设置有一个接台，尾部设有螺纹；所述连接器的头部还设置有具有导向作用的臂；

所述滑块具有一个凸缘，所述凸缘设置有一孔；

所述孔与滑套配合，可带动滑套向右轴向移动从而压迫弹簧右移；

所述滑套为接台套，滑套内孔与连接器右侧轴间隙配合，滑套可沿着连接器轴向滑动，小端顶在所述连接器接台右面，在滑套大端安装有波簧或弹簧，抵在滑套大端右面；

在波簧或弹簧右侧面安装所述调节螺母，其用于调节预紧压力；所述调节螺母具有外径滚花和/或六角形，其用于调节波簧或弹簧的预紧力；和/或，所述调节螺母其上开有1-3个均布小孔，其用于在安装调整完成后点胶，用来防松；3个小孔利于点胶，无点胶盲区，利于操作；

两个所述压杆分别压在连接器两个卡勾上，为卡勾提供侧向力以保证卡勾安装进刀具内管沟槽内不脱开，压杆侧向力分别由两个弹簧提供。

本发明中，所述手柄连接机构进一步包括：弹片式旋钮；所述弹片式旋钮包括：旋钮内圈、弹片、旋钮外圈、齿型圈；其中，

所述旋钮内圈用于与刀具连接；所述旋钮内圈设有多个槽，优选八个槽，其用于实现刀具定位，同时也有弹性臂的功能；所述旋钮外圈安装时弹性臂压下，安装后弹性臂弹起；

所述旋钮内圈与所述旋钮外圈轴向相对固定，相互间可相对转动；

所述弹片设置有弹片凸起缘，沿所述齿型圈齿槽向出槽方向挤出，此时弹片凸起缘被压弯，实现脱离旋钮外圈的齿型圈内槽。

本发明中，进一步包括手柄内核心电路、换能器及刀头等效电路；所述手柄内核心电路由第一PCB和第二PCB组成；所述换能器及刀头等效电路为换能器及刀具组成的振动模型的等效电路；所述手柄内部核心电路通过2芯DC线缆或3芯DC线缆+PE地线与外置电源适配器连接；

所述手柄内部核心电路包括：手柄内部数字电路控制核心、方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路、可调DC/DC电源、全桥或半桥驱动电路、功率电感L1、高性能电容C1、变压器、电流采样电路；其中，

所述手柄内部数字电路控制核心，为MCU或FPGA，控制超声刀正常运行，及声音显示功能；

所述方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路，所述手柄内部数字电路控制核心发出指令让所述方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路产生所需频率的全桥或半桥的开关驱动信号；

所述可调DC/DC电源，将外置电源适配器输出的DC电源，调至系统所需的电压大小；

所述全桥或半桥驱动电路由高性能MOS管组成，或高性能GaN或SiC开关管；

所述功率电感L1、高性能电容C1组成高性能滤波整流电路，将所述全桥或半桥驱动电路输出的方波功率型号，滤成正弦信号；此电路中，功率电感L1、高性能电容C1的电感与电容值谐振与系统工作频率接近；根据系统的输出电压电流要求，调整功率电感L1电感值和高性能电容C1电容值大小；

所述变压器将输出的功率信号放大到超声换能器所需要的电压大小，同时变压器起到了隔离作用，将系统电源和接触患者或可能接触患者应用部分隔离开；变压器的变比需配合功率电感L1和高性能电容C1的值，使得系统最终输出合适的值；同时变压器具有反馈绕组，起到反馈输出电压的作用；

所述电流采样电路采用电流环变压器，或小阻抗采样电阻串联方式采集；

所述电流电压整形采样电路，收集变压器和电流电压整形采样电路反馈的电压电流信号，并整形采样输出给手柄内核心电路电路，让手柄内核心电路根据这些信息调整超声频率及电压大小；

所述换能器及刀头等效电路中，系统静电容C2，电感L2和静电容C3及电阻R1组成的串联谐振系统决定系统的工作频率及负载阻抗；所述变压器自感的值根据系统静电容C2值设置，使得二者产生并联谐振，互相抵消。

基于以上自带超声发生器功能的超声手术刀手柄，本发明还提出了一种自带超声发生器功能的超声手术刀系统，包括超声手术刀手柄、刀具、电源适配器；所述刀具可拆卸地安装在超声手术刀手柄上，所述电源适配器向所述超声手术刀手柄供能；

所述刀具包括：套管、尾套、胶销、刀杆、外管、钳夹组、销、内管、胶圈；其中，

所述刀杆在节点处包有多个胶环与内管壁支撑，实现径向定位；

所述刀杆、内管、外管、尾套通过所述胶销一体连接；

所述套管用于固定和保护胶销不脱落；

所述内管在尾部开有长槽，所述内管沿着长槽与销可左右滑动，内管前部方孔带动钳夹脚沿钳夹销转动，实现钳夹与刀杆闭合和张开。

本发明中，所述内管尾部为双沟槽结构，其第一沟槽装有一个胶环用于支撑外管，第二沟槽用于与手柄连接，长孔实现内管与销钉左右移动；和/或，

所述套管头部设有8个棱，其与手柄上的8槽相配合，实现轴向和径向定位；和/或，

所述刀具尾部设置有NFC芯片；所述NFC芯片内存储以下的一种或多种刀具信息：刀具频率、振幅、Q值、刀具出厂唯一ID、刀具型号、出厂日期、使用次数、使用时长；所述手柄根据刀具参数信息驱动出相匹配的频率及功率；刀具使用过后，NFC模块将使用信息写入NFC芯片；和/或，

进一步包括：无线遥控开关，其与手柄内置的无线通信模块通讯，接受所述无线遥控开关信号，控制超声刀工作；和/或，

进一步包括：保护套；所述保护套设置于所述外管上，用于套在所述手柄的弹片式旋钮上；所述保护套两端均设有圆环，分别用于保护套与外管及弹片式旋钮的密封，所述保护套设有手拉线；或，所述保护套通过弹性变形实现与弹片式旋钮贴合密封；和/或，所述保护套包括全手柄套，所述手柄套前端设有与刀具配合的孔，孔的周缘有圆形护边，虚线中间可分开，在所述虚线位置处设有可密封拉锁或可扣边结构代替拉锁结构。

基于以上超声手术刀系统，本发明还提出了一种超声手术刀系统的使用方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将刀具的套管插入弹片式旋钮，当有阻力时按压弹性压片；

步骤2：顺时针旋转刀具或旋钮外圈，刀杆螺孔顺时针拧入换能器螺钉上，刀具内管推动手柄连接器卡勾抬起，直到卡勾进入内管沟槽内；刀杆端面与与换能器变幅杆端面相抵，继续顺时针旋转扭矩钮外圈，当达到预设的力矩，外圈齿圈与内圈的弹片相对滑动，弹片凸缘抬起又落下，完成扭矩传递；松开弹片式旋钮，手柄与刀具安装完毕；

步骤3：手柄插头插入电源适配器接通电源，按压功能键，按键内LED会显示不同模式对应的的颜色，此时手柄NFC与刀具NFC芯片通讯，对刀具进行编码识别，根据刀的编码，匹配输出功率，通讯匹配完成后，可进行手术操作；

步骤4：操作者通过功能键选择工作模式；按压手把，激发前按键实现组织切割，切割完毕后，停止激发前按键，释放手把；

步骤5：断开适配器电源，手柄线缆插头从适配器取下，按压弹性压片，逆时针旋转旋钮外圈，刀具刀杆与换能器螺钉松开，刀杆螺孔与换能器变幅杆螺钉完全脱开后，手握刀具外管拉出刀具；待刀具与手柄脱离后手指停止按压弹性压片。

所述步骤1之前包括：将手柄保护套装在手柄上；所述步骤5之后包括：拆下手柄保护套；和/或，

所述步骤3之前包括：将保护套装在弹片式旋钮上；所述步骤5中，柄线缆插头从适配器取下后拉出保护套，使保护套脱离弹片式旋钮。

本发明提出的一体手柄，自带超声发生器+换能器+扭矩扳手，体积小重量轻，仅100g～400g。

本发明在电子方面采用了全新设计的变压器、全新设计的电感、高度集成化电路板设计。

本发明在结构方面采用新材料(如铝镁合金)应用在外壳等部件上，结构的优化设计减少材料的使用，多用途的设计(以结构件替代散热片等)。

本发明采用开关功放替代传统模拟功放，选择新型开关器件如GaN，SiC或者高性能MOS管，使得整机工作效率大大提升，发热减小，减小散热片及器件体积。

本发明采用多层PCB设计，使用盲埋孔设计，选取小型化器件，大大加强PCB空间利用率，进一步缩小体积。

本发明取消大显示屏，使用小尺寸屏幕(如OLED、段码屏或墨水屏等新型超薄屏幕)直接置于手柄上，同时加入丰富的语音提示，使得医生对整机状态更清晰并且可自己通过单手操作直接了解和控制系统的状态而不需要通过护士或其他医生的协助。

本发明中的刀头一次性使用，安装方便，三步完成刀具的安装：刀具插入、旋转，扭矩钮锁紧即可。

本发明系统集成+出厂实现夹持力+发射功率一致性，从而保证系统稳定性。由于本发明的新的系统架构，使得系统可以根据每个部件、子系统的特性进行动态调整，达到系统输出一致性大幅提高的效果，使得产品最终的故障率降低成为可能。

本发明提出的超声刀，一体手柄自带超声发生器+换能器+扭矩扳手，体积小重量轻，携带方便。根据使用需求，应用力学和可靠性分析，为关键零件选择适合的材料并对设计进行寿命验证，使得使用寿命达到至少50次。

本发明提出的超声刀方便人机互动，医生(操作者)可根据患者手术部位需求，通过功能键实现不同的功率输出。

本发明提出的超声刀具有NFC识别，根据识别刀具代码，匹配输出功率，保证与系统匹配，达到切割速度稳定，并可记录本次手术系统工作信息，此信息可了解刀具工作状态，如是否正常完成手术，是否出现故障等。

本发明提出的超声刀手柄内置功率发达器、控制器、换能器等，通过操作者按键激发实现系统的自检及工作，也可通过无线脚踏开关激发工作。

本发明现有超声刀小型化难点在于：

1.整体体积重量：整体电路加散热片等器件，整体体积重量太大，塞不进手柄，即使勉强塞进手柄，过大的重量，也会影响医生的使用。

2.发热：整体功放电路效率一般，发热较大，过小的空间极大的压缩了散热片，风扇等散热措施的效果，使得系统容易过热。

3.EMC：超声刀输出频率较高，同时有电源线，超声手柄线，脚踏线等长线容易对外输出空间辐射骚扰。故需要屏蔽，加磁环等手段对这些骚扰进行限制，这些手段都需要空间和体积。

本发明采用以下方案进行克服：

1.整体体积与重量：使用新型小型化高集成数字芯片及周边芯片，尽可能选择表贴器件，同时增大PCB双面的器件比例，通过多层板，盲埋孔等手段增加器件密度。同时可通过板间堆叠的工艺，实现多块PCB的堆叠，尽可能的增加表面可放置器件面积，缩小整体体积。同时对功率器件，电感，变压器，选择新型的高频性能好磁损小的新型磁芯，减小体积的同时控制发热。开关器件，选择新型高效率GaN或SiC代替传统MOS管，进一步减小开关损耗，减小发热及器件体积，铝镁合金材料或高导热塑料顶壳散热。

2.发热：相对传统的超声驱动模拟功放，A类，B类，AB类功放等，采用新型的数字开关功放，开关器件本身功放大大降低，提升整体工作效率，降低发热损耗。针对发热器件，通过涂抹导热胶，或导热硅脂片等绝缘导热材料，将热量传导至散热铜片或金属外壳(铝镁合金材料或高导热塑料)。另外在适当发热部位放置温度传感器，实时监控系统温度，在极限工况发生过热的时候，通过限制输出功率，发出警报等方式保证手术的持续运行及安全性。

3.EMC：因为超声刀为高频能量设备，EMC中的空间辐射有较高风险。本发明将驱动板放入了手柄，减少了传统方案中的从主机到换能器中的一根高频功率长线，减少了这跟长线的天线效应对外辐射的高频骚扰，从而不需使用磁环，减小器件体积。因为本发明使用开关类数字功放，故会产生超声频率的各个倍频的谐波，这些谐波容易造成新的辐射干扰，本发明在开关输出进行了例如LC滤波等滤波以减少功率驱动的高频分量。另外本发明从外置电源适配器同时引入了PE地线，在部分电路或整体外壳，进行接入PE的屏蔽以减少对外的辐射骚扰。金属外壳同时达到对外散热和电磁屏蔽的作用。

本发明的有益效果包括：1.主机集成入手柄中携带方便；2.不占用手术室空间；3.手柄重复使用，实现环保要求；4.实现换能器，主机匹配，保证切割速度一致。

附图说明

图1是本发明超声手术刀系统的结构示意图。

图2是本发明超声手术刀手柄的爆炸图。

图3是本发明超声手术刀手柄的结构示意图。

图4是本发明去除外壳后的超声手术刀手柄局部结构示意图。

图5、6是本发明连接器的结构示意图。

图7是本发明调节螺母的结构示意图。

图8是本发明弹片式旋钮的结构示意图。

图9A、9B是本发明换能器握持结构的示意图。

图10是本发明胶片形状的示意图。

图11-15是本发明刀具的示意图。

图16是本发明双槽设计的示意图。

图17是本发明套管结构示意图。

图18A-18C是本发明保护套的结构示意图。

图19是本发明NFC设置示意图。

图20-图24是本发明超声手术刀系统的使用方法示意图。

图25是本发明手柄内核心电路、换能器及刀头等效电路的示意图。

图26-图29是本发明换能器中部滑环与前壳滚花齿的结构示意图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

图1-29中，1000.手柄、10.变压器、20.换能器、30.调整螺母、40.波簧、50.滑套、60.弹簧、70.销轴、80.滑块、90/70.销轴、100.连接器、110.右壳体、120.胶盖-右、130.PCB组(功率板/控制板)、140.顶盖、150.透窗、160.功能键、170.显示板、180.旋钮外圈、190.齿型圈、200.弹片、201.前壳、202.胶环、203.胶垫、204.螺钉、205.变幅杆芯、206.前密封圈、207.中壳、208.后密封圈、209.前隔离圈、210.旋钮内套、211.导电环(2x)、212.后隔离圈、213.后壳、220.NFC支架组、230.喇叭、240.销轴、250.弹簧、260.压杆、270.压架销、280.前按键FPC组、290.前按键、300.手把、310.压架、320.弹簧、330.压架销、340.胶盖-左、350.左壳体、360.销轴、370.铰链、380.PCB组(控制板/功率板)、390.接触子、400.线缆、410.卡套、500.刀具组成套管、502-NFC线圈、502A-线圈、502B-芯片、503-尾套、504-胶销、505-刀杆、506-外管、507-钳夹组、508-护套、509-销、510-内管、511-胶圈。

本发明新设计的系统架构由高度集成的一体手柄(集成了超声发生器、换能器和扭矩扳手)、刀具、电源适配器和可选的无线控制脚踏组成。体积小、重量轻、携带方便、方便管理。其中，一体手柄可以至少使用50次；刀头为一次使用，且安装方便。

本发明把完整的主机小型化后，整合到了一体手柄里。未来可以实现手术室的标准化供电，即标准三极直流供电(正极、负极和地线)。一体手柄自带计次和提示功能，方便操作和管控。

本发明极简的刀具安装，只需三步完成(插入、旋转，扭矩钮锁紧)。本发明通过NFC芯片识别刀具及其参数，保证与系统的动态匹配，确保系统输出的一致性。同时，可记录本次手术系统工作信息，供术后术者和工程师对术中的情况进行统计、分析。本发明听觉、视觉双重系统提示，方便人机互动。术者(医生/操作者)可根据患者手术需求，单手调整调节挡位等功能，无需其他人的协助。

本发明新的系统架构从设计上保证了更低的故障率和更高的一致性。

实施例

本发明的整体布局

本发明提出的超声刀手柄的整体布局如图3所示，旋钮8置于手柄头部，带光源显示功能键7及显示屏6置于手柄顶部靠前位置，手术中医生通过按压功能键7可自行调整低功率档的发射功率，PCB功率板3及显示板5。显示板5在待机时，可显示按键大小档功率档位，刀头耗材情况，系统工作状态等。工作时，可显示系统工作状态。当发生报警时，可通过文字图像提示具体故障类型。显示屏可配合喇叭的语音提示，使得用户更加清晰明确了解系统工作的各种状态。手柄顶部，在功率板上部设计一个导热系数良好的顶盖8(金属或导热材料)用于功率板3的散热，变压器1置于手柄尾端，PCB控制板14置于手把内腔内，喇叭12置于按键10后端，音孔向下，按键10置于手柄前部，其中上部为高功率档，下部位低功率档，手把13在如图位置。手把13通过手指按压，向后移动，通过铰链带动滑块后移，带动连接器11后移，连接器带动刀具的内管向后移动，从而带动刀具钳夹闭合，手指按压释放后，弹簧16实现各个件复位，刀具钳夹张开。

在手柄前部有NFC线圈9实现与刀具NFC通讯目的。在手柄外部有两个弹性橡胶片，作用有两个：1.在刀具与换能器螺纹拧紧时起到握持换能器不旋转作用；2.控制压片压下连杆压头抬起，连接器卡勾可张开。本实施例中的手柄尺寸参数为长x宽x高(mm)＝167.5x33x145。

本发明手柄与刀具的连接机构

手柄与刀具可靠连接是实现系统正常工作必要条件，本发明公开了一种可靠连接的机构，能够保证刀具与手柄可靠连接，如图4所示。

具体地，手柄连接器100是手柄与刀具500连接的关键零件，连接器100安装在滑块80凸缘孔内，刀具通过连接器前部卡勾与刀具内管510沟槽嵌入连接，当把手300以轴240为心逆时针转动，带动铰链370，通过销轴70，克服复位弹簧60压力，带动滑块80向右移动，滑块带动滑套经波簧到螺母，带动连接器右移，连接器卡勾带动刀具内管右移，刀具内管带动刀具钳夹使其与刀杆头接触上，此为第一阶段实现钳夹闭合。第二阶段，此时钳夹已经与刀头接触，当手把继续转动，滑块带动滑套右移压迫弹簧，弹簧此时被压缩，并形成弹簧压力，压力经螺母传递到连接器，连接器通过刀具内管传递给钳夹，钳夹把力传递给刀杆，在刀杆与钳夹间就形成了压力，这个力就是夹持力。复位：把手张开，弹簧60推动滑块复位。压杆260(左右各一)为连接器卡勾(左右各一)提供一个侧向压力，以保证连接器卡勾与内管沟槽可靠地连接，工作时不脱出，拆刀具时按动胶片120压杆另一端被压下，压杆绕轴270旋转一定角度，压头抬起，压力释放，连接器卡勾可脱离刀具内管沟槽。刀具内管约束释放，拧开与换能器螺钉，连接刀具可以从手柄上取下。

本发明连接器及相关零件

连接器：本发明中的连接器设计为套形零件结构，如图5所示，具有两个弹性臂100C，在弹性臂的头部有两个如图梯形形状的卡勾100D，中间有一个接台100B，尾部有螺纹100A，臂100E导向作用。(图6)具体地连接器100右侧安装上一个滑块80，滑块具有一个凸缘80A，凸缘有一个孔80B，孔80B与与滑套50小径间隙配合，可带动滑套50向右轴向移动从而压迫弹簧40右移，并提供一个压迫力，滑套50是一个接台套，滑套内孔与连接器右侧轴间隙配合，滑套可沿着连接器轴向滑动，小端顶在连接器接台右面，在滑套大端安装有波簧40也可普通弹簧，抵在滑套大端右面，在弹簧右侧面安装有调节螺母30，螺母可调节弹簧预紧压力，该螺母(图7)具有外径滚花30A及六角形30B，可同时满足手调节或扳手调弹簧40预紧力，其上开有1个小孔30C，安装调整完成后小孔内点胶，用来防松。

压杆240，260分别压在连接器两个卡勾上，为卡勾提供一个侧向力以保证卡勾安装进刀具内管510沟槽内不脱开，压杆侧向力分别由两个弹簧250提供。

扭矩钮：本发明中的扭矩钮为弹片式旋钮，其自带扭矩扳手功能，除具有旋钮控制刀头角度功用外，还有扭矩扳手作用，保证刀具与手柄换能器连接在一定的力矩范围内。如图8所示，其由旋钮内圈210；弹片200(2X)；旋钮外圈180；齿型圈190组成。

扭矩钮旋钮内圈210与刀具连接，旋钮内圈设计有8个槽，除与刀具8棱安装实现刀具定位作用外，有四个槽，形成4个弹性臂210A的作用，旋钮外圈180安装时弹臂压下，安装后弹臂弹起。

本发明中的弹片式旋钮，内圈210固定外圈180旋转，两个弹片凸起缘200A，沿齿槽190A向出槽方向挤出，此时弹片凸起缘200A被压弯，实现一定力矩下脱离旋钮外圈齿型圈190内槽。金属弹片寿命长，可靠；齿型圈190特佛龙涂层，保证润滑和接触弹片摩擦系数稳定，从而保证力矩的稳定性。

换能器握持结构：如图9A、图9B所示，换能器与刀杆安装需要换能器20不旋转，本发明在手柄上装配橡胶压片120、340与换能器前壳201直纹滚花配合，通过拇指和食指压下橡胶片120、340，胶片上的滚花齿，嵌入前壳201滚花齿中，实现换能器20不旋转目的，安装完毕松开手指胶片，胶片120、340复位，换能器恢复可旋转的状态。胶片形状不限于圆形可能会有多种形状，如图10所示。

换能器中部滑环与前壳滚花齿：如图H1所示，换能器通过两根线缆,传递电信号激发压电陶瓷片，本发明手柄设计一个弹性接触子390装配在手柄上，接触子的2个弹子与换能器中部的两个导电环211接触，实现电的传送，本设计优点是装配简单，2个导电环211、2个隔离圈套入换能器中壳右端，尾壳压入中壳，就实现导电环与隔离圈轴向固定。

具体地：如图H3所示，换能器前壳201的滚花齿与手柄胶压片啮合防转(创新)，中壳207左与前壳过盈配合把变幅杆固定。中壳207右侧轴装上隔离圈209，212，两个导电环211；导电环与隔离圈分别在径向均布4等分凸起209A、212A或凹槽211A，用于防止导电环与壳体转动两个导电环焊接有两个导线，导线与变幅杆导线焊接，图H14中，205A，205B变幅杆导线需穿过后壳体213的小孔后与导电环导线焊接；孔与导线点胶密封后后壳体与中壳过盈压入装配完成。(后壳体装配时，后壳凸起213要与导电环凹槽对正)。本发明设计特点零件加工容易，装配简单。

本发明中的刀具

本发明中的刀具500的组成如图12所示，刀具刀杆505在节点处包有多个胶环与内管510壁支撑，实现径向定位，刀杆505、内管510、外管506、尾套503通过胶销504连接一体，套管501起到固定和保护胶销504和NFC线圈502不脱落的作用，内管510在尾部开有长槽510A，内管510沿着长槽510A与销504可左右滑动(图13)，内管前部方孔510B(X2)带动钳夹脚507A(X2)沿钳夹销509转动(图15)，从而实现钳夹507与刀杆505闭合和张开，钳夹与刀杆形成的压力是超声手术刀夹持力。

内管：本发明中的内管510如图12所示，内管功用是手柄通过此管传递一个固定力实现钳夹的张合。内管尾部双沟槽结构，第一胶环起到与外管支撑作用，第二沟槽510C是与手柄连接重要结构，长孔510A可实现内管与销钉左右移动。创新点-双槽设计，特别是沟槽510C实现与手柄1000快速连接，达到内管移动带动钳夹转动，实现钳夹闭合及力的传递作用。

套管：本发明中的套管结构如图17所示，套管头部设计有8棱503A与手柄钮8槽相配合，实现轴向和径向定位。NFC线圈及芯片也置于槽503B内，503为销连接孔。创新点：8棱503A装配结构，NFC线圈及芯片置于套管槽503B上实现与手柄1000的识别通讯。

保护套：本发明中的保护套508如图12、18所示，保护套功用是避免手术中组织液，血渍渗透到手柄旋钮内，造成清洗困难。保护套置于刀具外管上，手术前安装完刀具后，把此保护套套上手柄旋钮上，从而实现对旋钮保护作用。创新点(附图18A)：在保护套左端设计有直径0.8圆环508A，实现保护套与刀具外管的密封，右端设计有1.5圆环508C用来与旋钮的密封，为了取下方便设计有手拉线508C，方便手术后取下。保护套材料为高弹性橡胶，如天然橡胶或聚亚安酯或其它高弹性塑胶材料。密封圈尺寸也可有多种尺寸组合。附图18B为另一种形式的保护套，无棱形状，通过弹性变形，实现与扭矩钮贴合密封。保护套的另一种形式，进一步为防止血渍、污渍沾到手柄，设计一个全手柄保护套如图18C所示，配合图18C或18B一同使用使用。

具体地，手柄保护套可能用不同两种透明橡胶材料-高弹性或一般弹性材料，手柄套前端可有与手柄前端(刀具)配合的孔，孔的周缘有圆形护边508F，防止安装或拆卸护套撕破，虚线508G中间可分开(图中箭头方向)，装配时此虚线位分开，以利于避开手柄把手的阻碍，在虚线位置设计有可密封拉锁508E,也可扣边结构代替拉锁结构。手柄装配后，拉锁拉上实现了对手柄的密封。此套手术前使用，手术后即可废弃，能够更有效地阻止血渍、污渍进入手柄，造成手柄清洗困难。

NFC：本发明中的NFC模块集成于PCB板380内，天线220位于手柄前部位置。NFC芯片位于刀头尾部503。当刀头正常安装在手柄后，NFC模块与NFC芯片通信成功。NFC芯片内可存储多种刀具信息，包括但不限于刀头频率，振幅，Q值等参数。同时NFC芯片内可储存刀头出厂唯一ID，刀头型号，出厂日期，使用次数,使用时长等多种刀头信息。手柄在获取这些信息后，可识别假冒及使用过的刀头，保证刀具的真伪及一次性使用。同时，根据刀头参数信息，使得手柄驱动出更合适的功率，达到更好的匹配及使用效果。在刀具使用过后，手柄NFC模块会将使用信息写入刀头NFC芯片，避免此刀头被重复使用。

本发明提出的超声刀使用方法包括以下步骤：

手柄装上手柄保护套600。刀具500的套管(连接器)503按图示20插入扭矩钮(弹片式旋钮)内，套管503A的8个凸棱插入扭矩钮内套的8个槽202A内，当有阻力时候说明刀具刀杆505(图21)与换能器螺钉204(图21)端面相触，此时拇指、食指同时压橡胶片120、340(图21)

胶片120/340滚花齿与换能器前壳201滚花齿相触，换能器20转动被约束(图21)，胶片变形同时压住压杆260尾部(图22)，压杆260以轴270为心转动，压杆260头克服弹簧250弹力脱离连接器260，此时连接器260卡勾可抬起(图22)。

顺时针旋转刀具500或手柄扭矩钮外圈180，刀杆505螺孔顺时针拧入换能器螺钉204上(图23)，刀具内管510推动手柄连接器卡勾100D抬起，直到卡勾进入内管100沟槽内，此时，刀杆505端面与与换能器变幅杆端面205相抵，顺时针旋转扭矩钮外圈180，钮扭矩的扭矩功能工作，扭矩钮带动刀具500与换能器螺钉拧紧，力矩传递到刀杆和换能器端面，实现了规定力矩螺纹连接，这个力矩保证刀具与换能器可靠连接，松开拇指食指，胶片脱离换能器前壳滚花齿，换能器恢复可旋转，手柄与刀具安装完毕，套上保护套508，最后把手柄插头插入适配器(图1)，接通适配器电源，以上准备完毕后，激发前按键290、功能键160检查系统状况，激发前按键290喇叭230会发出激发提示音，按压功能键160，按键内LED会显示不同模式对应的的颜色，此时手柄NFC220与刀具NFC芯片502通讯，对刀具进行编码识别，根据刀的编码，匹配输出功率，通讯匹配完成后(刀具安装后，手柄内主控芯片与刀具NFC芯片成功握手建立通信，读取NFC芯片内各种刀头信息，包括但不限于产品ID、已使用次数、刀头工作功率、刀头工作频率等信息后，成功读取信息且信息有效后，手柄内主控芯片判定刀头为有效刀头，认为匹配程序完成，可进入待机等待激发工作。)，系统可进行手术操作。操作者可通过功能键160选择工作模式，工作模式可在显示屏(150)观看到。当系统发生故障时，喇叭230会发出报警提示音，同时显示屏150会提示故障代码。

系统工作如图图24所示，按压手把300，手把以销轴240为心，带动铰链370，通过销轴70带动滑块80克服复位弹簧60弹力右移，滑块80带动滑套50并经波簧40带动螺母30，螺母30与连接器100连接一体，连接器100右移，连接器卡扣100D带动刀具内管510，内管510带动钳夹507绕销轴逆时针转转，钳夹与刀杆505接触，继续按压手把300，由于钳夹507受到刀杆510阻力停止旋转，内管510停止移动，滑块80继续右移带动滑套50，滑套50压迫波簧40(弹簧)波簧40被压缩并把压缩力传递到螺母30，螺母30连接器100把波簧40压迫力传递到刀具内管510，内管510把力传递给钳夹507，钳夹把力压向刀杆505，这样刀杆505与钳夹507间就形成压力，此力即为为夹持力。如果组织在钳夹507与刀杆505间，此时就可激发按键290，通过控制板380把功率板的电经接触子390(图H1))传给导电环211(图H1)，导电环211把电传递给换能器变幅杆205陶瓷片，陶瓷片产生高频超声振动，超声振动通过变幅杆放大传到刀具刀头，从而实现对于组织的切割，(前按键290上按键为大功率键主要用来切割组织，下按键为小功率键，主要用来血管凝闭)当组织被切断或血管凝闭后，停止激发按键290，释放手把300，此时在复位弹簧60作用下，滑块80左移波簧40复位，滑块80继续左移并带动连接器100经刀具内管510到达钳夹507，钳夹507张开，完成此次闭合、张开循环。多次重复以上过程，即可完成手术(也有不闭合钳夹507，激发按键290切割的情况，不单独介绍)。

刀具拆卸：断开适配器电源，手柄线缆插头从适配器取下，拉出保护套508，使保护套508脱离旋钮，按压胶片120、340，逆时针旋转扭矩钮外圈180，刀具刀杆505与换能器螺钉204松开，刀杆螺孔与换能器变幅杆螺钉204完全脱开后，手握刀具500外管拉出刀具，待刀具与手柄脱离，手指停止按压胶片，拆下手柄保护套，拆卸完毕。刀具，保护套，手柄保护套一次性使用，手柄擦拭经灭菌消毒，重复使用。

本发明中的核心电路和换能器及刀头等效电路，具体如下：

110为外置电源适配器，将交流市电转换为24V 36,48V或其他直流电压。

120为手柄内部核心电路。110和120通过2芯DC线缆或3芯DC线缆+PE地线连接。

130为手柄内部数字电路控制核心，可以为MCU或FPGA或其他处理器及其配套数字电路，控制着系统的超声刀正常运行，及声音显示等其他数字功能。

140为方波频率发生器及配套全桥或半桥驱动电路。130发出指令让140产生130所需频率的全桥或半桥的开关驱动信号。

150为130控制的可调DC/DC电源，可将110输出的DC电源，调至系统所需的电压大小，输出至160使用。

160为140驱动的全桥或半桥驱动电路，可由高性能MOS管组成，也可使用高性能GaN或SiC开关管，提高系统效率。

170为功率电感L1，180为高性能电容C1。170和180组成高性能滤波整流电路，将160输出的方波功率型号，滤成正弦信号。此电路中，挑选170的电感与180电容值，谐振与超声系统工作频率附近，可使系统输出获得一定恒流特性。根据系统的输出电压电流要求，可调整170电感值和180电容值大小。

190为变压器。变压器将输出的功率信号放大到超声换能器所需要的电压大小，同时变压器起到了隔离作用，将系统电源和接触患者或可能接触患者应用部分隔离开，起到了安全隔离的作用。变压器的变比需配合170和180的值，使得系统最终输出合适的值。同时变压器具有反馈绕组，起到反馈输出电压的作用。

210为电流采样电路。可采用电流环变压器，或小阻抗采样电阻串联等方式采集。

200为电流电压整形采样电路，收集190和200反馈的电压电流信号，并整形采样输出给120电路，让120根据这些信息调整超声频率及电压大小。

220整体为超声换能器及刀头的等效电路。230C2为系统静电容，240L2和250C3及260R1组成的串联谐振系统，决定了系统的工作频率及输出功率。因为C2的存在，会使得变压器前的电压和电流采样的值和相位和240L2和250C3及260R1组成的串联谐振系统的状态产生偏差，所以在190变压器的设计中，其变压器自感的值需根据C2值设计，使得二者产生并联谐振，互相抵消。

所述手柄内核心电路(120)由第一PCB和第二PCB组成；第二PCB主要为130及140等数字电路组成，第一PCB主要为功放电路。实际也可根据需要不同拆分。

换能器及刀头等效电路(220)非实际电路，是换能器(20)及刀具(500)组成的振动模型的等效电路。

应当理解，本发明中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要说明的是，在本发明中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

本发明中的上、下、前、后、内均以附图为参考，为清楚地描述本发明而使用的相对概念，并不构成对权利要求范围的限制。例如图16内管角度90度及沟槽尺寸，不限于90度，图5卡勾角度45度及相关尺寸，不限于45度等等。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。