高频电刀的设计与实现

　　1高频电刀的工作原理

　　高频电刀是一种新型的取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械。它通过电极 (电刀笔和病人板)将高频电流送入人体,在电刀笔下的局部组织中形成高密度电流,从而使局部产生高热而达到切割和凝结两种电外科效果。高频能量能够以对病人最小的刺激通过人体而不会有任何电击危险。高频手术电刀不但使患者流溢出的血液少,而且手术面干净、清晰,对医务人员的视觉影响小,有利于手术操作的准确性和快捷性,目前已得到广泛应用。

　　2控制系统硬件的总体设计

　　高频电刀的硬件组成主要有:UPSD325X-80 型单片机作为核心控制单元,液晶显示部分,振荡和功率放大,病人板,功率控制和方式选择开关,检测电路,脚踏、手柄控制。如图1 所示。

　　UPSD325X 单片机的特点:uPSD325x 系列单片机将 ST 公司著名的 PSD(可编程序系统器件)和 8032 微控制器集成进一个芯片, 形成一款功能强大的片上系统单片机。它内含两块Flash 存储器、SRAM、6 个 I/O 口、可编程序逻辑 CPLD、电源管理、并具有 USB、I2C、ADC、DDC 和 PWM 等片内外部设备。本设计步进电机 PWM 脉冲驱动信号, 既是由单片机的 45,46,47 脚输出。

　　单片机作为核心控制单元,通过光耦输出,对步进电机进行细分控制,完成对空气可调电容进行精密调节的目的,达到功率精确控制;通过输出控制继电器的开关完成切、凝功率控制和方式选择;振荡和功率放大部分核心控制器件是电子管,使电路设计大大简化;脚踏、手柄控制完成人机接口功能;检测电路报告电刀工作的状态,以便单片机进行控制。

　　3振荡和功率放大部分

　　目前,高频电刀主要有三种形式:火花式振荡电刀、电子管振荡电刀、固体振荡式电刀。本文设计的是电子管振荡高频电刀。振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。反馈振荡器一般利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡。在反馈振荡器中, LC 并联回路是最基本的选频网络,振荡器进入平衡状态以后, 直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。在高频电刀中采用谐振式输出电路,无需滤波即可输出很好的正弦功率波形。电子管振荡电刀通常由大功率高频电子管与 LC 振荡回路组成,振荡比较稳定。输出为如图2 所示的连续高频等幅波。

　　振荡和功率放大电路原理图如图 3 所示: 电子管可采用大功率束射四极管或五极管,其中R1和输出变压器的中心抽头相连,与电子管的帘栅极相连,构成超线性输出级,使电子管非线性失真度大幅度降低;灯丝供电电压为6.3V 交流电。L1和整流桥输出相连,然后供给电子管阳极(屏极),栅极接 LC 振荡电路,电子管的阴极通过开关接地,图中开关均为继电器开关,继电器线圈有单片机的驱动信号通过光耦驱动, 实现电刀的单极和双极功率切换,其中U1A闭合时为双极。电容C2为 166PF 空气可变电容器,容值通过步进电机进行精密调节。