高频电刀系统优化

孙晓伟

摘要：高频电刀在手术电极与腹肌板之间产生高频电流实现人体组织切割及凝血工作。详细介绍高频电刀的基本组成，软件设计流程及改进要点。经过改进后的高频电刀输出电压更安全，使用效果更佳，患者痛苦少。

关键词：高频电刀；改进；安全

1 高频电刀基本组成

高频电刀取代传统手术的机械电刀，高频电刀的工作原理类似于变频器，将工频220 V/50 Hz经过功率放大器变换为输出电压在3000-5000 V之间，输出频率在300 kHz左右的信号，在手术电极与腹肌板之间产生高频电流可以轻松割开人体组织，同时还可以起到凝血和止血的作用。高频电刀主要由处理器、按键、数码显示、振荡器、调制器、功率放大、安全保护、作用电极及负极板基本分组成。处理器采用ST公司的STM32F103芯片，驱动数码管显示，输出PWM信号，驱动振荡器起振，起振后的信号经过半桥驱动与功率放大器后输出给作用电极实现切割、凝血等功能。同时采集面板按键输入，实现功率调节及功能切换等功能。半桥驱动电路是电路板的关键，单片机PWM输出信号经过半桥驱动电路后，将信号放大输出到电极，若输出频率过高，会导致患者麻木；输出频率过低，会导致电流输出不够.切割较困难的现象。驱动电路如图1所示。功率放大器采用ADI公司的HMC637LP5，典型电路如图2所示。

2 软件设计流程

高频电刀的输出功率需进行校准工作，模仿人体生物组织的组织进行功率校准，并观察输出电压是否满足要求，输出电压过高会有可能造成患者灼伤，故在保证输出功率准确的情况下尽可能降低输出电压的幅值。在进行生物组织切割时输出功率不可以大于300 W，负载箱采用FLUKE公司的QA-ES||高频电刀测试仪。该测试仪可以记录功率输出值，电压峰峰值，高频泄露电流，纯电阻负载可调范围为10～5200Ω，高频电刀软件校准过程如图3所示。

高频电刀输出波形主要有六种，改进后的电刀输出波形如图4所示。

电切波形为幅值相等，间隔相同的正弦波，波形输出共包含65个波形，波形的周期为300 kHz。电凝波形为递减波，首个波形的幅值与电切波形幅值相同，其余波形依次递减。电凝波形的波头数不同，输出的电压亦不同，波形数越多，输出电压越低，安全系数越高。波形数越少，输出电压越高。电凝波形个数一般在1～4个，也可以根据输出功率不同，设定不同的波形数，例如0～70 W输出单波，80～120 W输出双波，120 W以上输出三波或四波。波形数量的确定依据以下要求，输出功率较小时保证输出电压高，故波形数少。功率大输出波形多，输出电压低。

软件设计除考虑输出功率及波形调整外，还需要有报警功能，报警功能主要实现腹肌板接触面积小及腹肌板脱落报警，腹肌板脱落会造成手术电极与腹肌板之间形成高压电弧，这样严重威胁患者与医师安全，在腹肌板脱落的情况下，手术电极无法输出功率。针对腹肌板接触面的检测采用Microchip公司的AT42QT1110芯片对触力进行采集，并将采集的信号传输给处理器进行分析，若接触面过小会报警提示。

高频电刀一般不采用触摸屏进行页面显示，主要因为应用场合为手术室，为防止血液或汗渍滴溅在触摸屏上造成设备故障或误动作的问题，一般都采用数码管显示，同时人机交互采用按键来实现。

3 高频电刀质量控制

高频电刀完成硬件及软件调试后还需对其进行检测，技术指标要满足以下

要求：

1）高频漏电流低于150 mA；

2）输出波形稳定，基波应为纯净的正弦波：

3）腹肌板断线或阻抗过大，仪器具有声光报警功能，同时停止输出功率。

高频漏电流的测试方法如图5所示，腹肌板接QA-ES红色表笔，手术电极接白色表笔，检测设备与仪器外壳接大地。

4 结论

高频电刀利用手術电极与腹肌板之间产生高频电流实现人体组织切割，在腹肌板接触不良及接触面积过小的情况下会造成患者灼伤的现象。经过系统改造后，接触面积小会产生报警，停止电刀输出功率，避免了患者被灼伤的可能，同时电刀输出电压降低，减小了医疗风险。

参考文献：

[1]李志刚，邢帅医用高频电刀的工作原理及使用安全[J].59.2010，4

[2]熊钰忠医用高频电刀的性能测试与质量控制[M].1-61.2012，12