一种智能手术电刀装置

摘要

本申请涉及一种智能手术电刀装置，包括刀头、操作手柄、主机和显示屏；刀头分为棍状端与刀片端，刀片端呈矩形块状，长度3‑5厘米，厚度1‑2毫米，宽7‑8毫米，一侧连接棍状端，另一侧设计为圆弧形状，为圆弧侧，刀片端分为刀背与刀锋，刀背厚度为1‑2毫米，刀锋厚度为0.3‑1微米；刀背集成电容传感器，圆弧侧集成阻抗传感器，在操作手柄与刀头连接的位置嵌入压力传感器，主机安装有微处理器控制单元和存储器，控制系统以软件的形式写入所述存储器中。本装置可根据电刀与组织的接触距离自适应输出功率，根据压力调节电刀输出功率、并实时监测切割过程。

权利要求

1.一种智能手术电刀装置，其特征在于，包括刀头、操作手柄、主机和显示屏；所述刀头分为棍状端与刀片端，棍状端包括两条突起，这两条突起在横截面上非中心对称；所述刀片端呈矩形块状，长度3‑5厘米，厚度1‑2毫米，宽7‑8毫米，一侧连接棍状端，另一侧设计为圆弧形状，为圆弧侧，所述刀片端分为刀背与刀锋，刀背厚度为1‑2毫米，刀锋厚度为0.3‑1微米；刀背集成电容传感器，圆弧侧集成阻抗传感器，在操作手柄与刀头连接的位置嵌入压力传感器，所述电容传感器实时监测刀头与组织的接触质量，并通过指示灯提醒，根据电刀与组织的距离远近，自动调整电刀的功率；所述压力传感器位于刀头棍状端与操作手柄的连接处，根据压力值调整电刀功率的方法为：根据阻抗传感器测得的组织阻抗值不同，有两种调节方式(1)对于电阻抗为50‑200Ω的组织，压力值减小时：压力值每减小0.05N，则功率增加2W，功率最大值为200W；压力增加时：功率保持不变；功率变化间隔至少为1秒；(2)对于电阻抗为10‑50Ω以及200‑1500Ω的组织，压力值减小时：压力值每减小0.05N，则功率增加

1W，功率最大值为100W；压力值增加时：功率保持不变；功率变化间隔至少为1秒；主机安装有微处理器控制单元和存储器，控制系统以软件的形式写入所述存储器中。

2.根据权利要求1所述的一种智能手术电刀装置，其特征在于所述电容传感器电极由一对共面的金属电极构成,其材质为金、银中的一种，其表面涂敷生物相容的绝缘材料，其材质为医用级硅橡胶，涂敷厚度为0.1‑1微米，所述金属电极分别为第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极呈长方形薄片状，长3‑5毫米，宽0.5‑0.8毫米，厚度为0.05‑0.1毫米，位于刀背区域内，第一金属电极距离圆弧侧3‑6毫米，距离刀背侧边缘

0.1‑0.2毫米，第二金属电极与第一金属电极平行放置，距离刀背侧边缘0.1‑0.2毫米，距离第一金属电极2‑5毫米。

3.根据权利要求1所述的一种智能手术电刀装置，其特征在于所述控制系统包含时间序列控制，其方法为：确定操作周期为100毫秒，将操作周期分为电刀工作时间、电容传感器工作时间和缓冲时间，分配方式为电刀工作时间70毫秒，缓冲时间5毫秒，电容传感器工作时间20毫秒，缓冲时间5毫秒，然后进入下一个操作周期。

4.根据权利要求1所述的一种智能手术电刀装置，其特征在于所述阻抗传感器电极位于刀片端圆弧侧，包含两对电极，一对电极为电流电极，将恒定幅值的交变电流引入生物组织，另一对电极为电压电极，电压电极介入两电流电极之间，检测出被测单部位的电位差，工作频率为350‑450kHz。

5.根据权利要求1所述的一种智能手术电刀装置，其特征在于操作手柄内嵌绝缘套管，所述绝缘套管包括对应所述刀头棍状端两条突起位置的凹槽；操作手柄上设置电源开关、电切/电凝操作开关和压力控制功率调节开关，其中电切/电凝操作开关有三种状态，分别为关闭状态、电凝状态、电切状态，默认为关闭状态，电切/电凝操作开关处于关闭状态且电源开关打开状态下电刀频率为阻抗传感器的工作频率。

6.根据权利要求1所述的一种智能手术电刀装置，其特征在于，所述控制系统根据所述阻抗传感器和电容传感器的测量值，结合不同阻抗下电容与距离的对应关系以及预设的距离与功率变化对应关系，自动调整电刀输出功率。

7.根据权利要求1所述的一种智能手术电刀装置，其特征在于，所述操作手柄分为近端和远端,操作手柄近端与刀头棍状端连接,操作手柄远端装配指示灯,指示灯有三种状态,分别为绿灯常亮、绿灯闪烁和红灯常亮。

说明书

一种智能手术电刀装置

技术领域

[0001] 本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种智能手术电刀装置。

背景技术

[0002] 电刀作为外科手术中常用的工具，通过传递高频电流到组织中产生热量，以实现组织的切割或凝固。传统的电刀装置在手术过程中通常通过调节电流的强度、持续时间和功率来控制手术效果，但在功率的精确控制、组织接触质量的实时监测、根据距离自适应输出功率等方面仍有局限性。

[0003] 现有技术中,公布号为CN104161584A的专利介绍了一种新型的电外科低温等离子手术装置，包括产生2种频率的高频发生器主机和与高频发生器主机连接并安装手术电极的手术刀柄。发生器产生400k高频以及1.09兆射频两种频率。所述电极覆盖40‑50纳米绝缘涂层，并且在刀头电极绝缘涂层上制作出5‑30微米的狭缝，狭缝尖端狭小区域裸露导电电极。操作刀柄上的相应切割控制开关，高频发生器主机输出相应能量的1.09兆射频处理波形输出至电极。刀头电极5‑30微米的狭缝的尖端射频放电，作用于组织中水分子产生等离子体，等离子体能量高度集中在狭小的范围5‑30微米，进而实现组织的切割。

[0004] 公布号为CN116196085A的专利介绍了一种自适应功率输出的高频能量控制系统，所述系统包括幅值可调开关电源、高频功率发生器、阻抗检测模块和微控制器，设计了一种能根据手术中生物组织电阻抗的不同，实时检测生物组织的电阻抗信息，并通过检测反馈控制高频电刀的能量输出，所述高频能量控制系统仅通过检测作用于组织上的电压参数来确定生物组织，调节开关电源输出幅值。

[0005] 公布号为CN115177362A的专利介绍了一种高频电刀功率自动调节控制装置，包括：控制器、反馈信号检测模块和电刀功率输出模块。实施时，反馈信号检测模块检测患者人体电路的电信号，并将电信号发送到控制器；控制器根据电信号确定患者人体电路的当前输出功率和当前组织阻抗，并根据预设的输出功率和组织阻抗的对应关系，调整电刀功率输出模块的输出。

[0006] 现有技术中，电刀装置不能实时检测与组织的接触质量、无法实现切割功能的监测、无法实现电刀与组织接触距离变化自适应输出功率，本发明提供一种能够集成多种传感器的智能手术电刀装置，解决了上述问题，并给出与组织接触的电极的具体特性，包括其位置、尺寸参数及其工作方式。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种智能手术电刀装置，旨在实现实时监测电刀与组织的接触质量、根据电刀与组织的接触距离自适应输出功率，根据压力调节电刀输出功率、并实时监测切割过程，保证手术安全性，并提高手术效率，降低手术操作难度。

[0008] 为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

[0009] 一种智能手术电刀装置，其特征在于，包括刀头、操作手柄、主机和显示屏；所述刀头分为棍状端与刀片端，棍状端包括两条突起，这两条突起在横截面上非中心对称；所述刀片端呈矩形块状，长度3‑5厘米，厚度1‑2毫米，宽7‑8毫米，一侧连接棍状端，另一侧设计为圆弧形状，为圆弧侧，所述刀片端分为刀背与刀锋，刀背厚度为1‑2毫米，刀锋厚度为0.3‑1微米；刀背集成电容传感器，圆弧侧集成阻抗传感器，在操作手柄与刀头连接的位置嵌入压力传感器，主机安装有微处理器控制单元和存储器，控制系统以软件的形式写入所述存储器中。

[0010] 进一步的，所述刀头使用纳米硅作为绝缘涂层，绝缘涂层厚度30‑40纳米，刀背处绝缘涂层厚度为50‑60纳米，刀背区域中的涂层中包含5‑50微米的狭缝，作为导电电极。

[0011] 进一步的，所述电容传感器电极由一对共面的金属电极构成，其材质为金、银中的一种，其表面涂敷生物相容的绝缘材料，其材质为医用级硅橡胶，涂敷厚度为20‑40纳米，所述一对共面的金属电极分别为第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极呈长方形薄片状，长3‑5毫米，宽0.5‑0.8毫米，厚度为0.05‑0.1毫米，位于刀背区域内，第一金属电极距离圆弧侧3‑6毫米，距离刀背侧边缘0.1‑0.2毫米，第二金属电极与第一金属电极平行放置，距离刀背侧边缘0.1‑0.2毫米，距离第一金属电极2‑5毫米。

[0012] 进一步的，所述控制系统包含时间序列控制，时间序列控制是基于时间切片的方式，交替地使用电刀的电切功能或者电凝功能和电容传感器的监测功能，从而确保它们不会同时工作并相互干扰。其方法为：确定操作周期为100毫秒，将操作周期分为电刀工作时间、电容传感器工作时间和缓冲时间，分别为电刀工作时间70毫秒，缓冲时间5毫秒，电容传感器工作时间20毫秒，缓冲时间5毫秒。

[0013] 进一步的，所述操作手柄内嵌绝缘套管，所述绝缘套管包括对应所述刀头棍状端两条突起位置的凹槽。该设计用于确保插入操作手柄时精确位置并防止旋转，保证内部电路正确连接。操作手柄上设置电源开关、电切/电凝操作开关和压力控制功率调节开关，其中电切/电凝操作开关有三种状态，分别为关闭状态、电凝状态、电切状态，默认为关闭状态。电切/电凝操作开关的关闭状态且电源开关打开状态下电刀频率为阻抗传感器的工作频率。

[0014] 进一步的，所述阻抗传感器电极位于刀片端圆弧侧，包含两对电极，一对电极为电流电极，将恒定幅值的交变电流引入生物组织，另一对电极为电压电极，电压电极介入两电流电极之间，检测出被测单部位的电位差，工作频率为350‑450kHz。不同的组织阻抗不同，检测到组织阻抗后，本装置依据预设参数自动进行调节，也可通过主机进行手动的功率调节，手动功率调节优先级大于自动功率调节，如果已经进行了手动功率调节操作，那么通过设置到电源开关开启状态，电切/电凝操作开关关闭状态并贴近组织的操作，可以再次进行自动功率调节。

[0015] 进一步的，所述压力传感器位于刀头棍状端与操作手柄的连接处刀背一侧，压力传感器用来监测手术者施加到刀片上的压力，保证机械切割的安全性，压力超过阈值时，在显示屏上提醒。电切模式下，根据压力自动调整电切功率。根据压力值调整电刀功率的方法为：对于电阻抗为50‑200Ω的组织，压力值减小时：压力值每减小0.05N，则功率增加2W，功率最大值为200W；压力增加时：功率保持不变；刷新时间为1秒，即功率变化间隔至少为1秒。对于电阻抗为10‑50Ω以及200‑1500Ω的组织，压力值减小时：压力值每减小0.05N，则功率增加1W，功率最大值为100W；压力值增加时：功率保持不变；刷新时间为1秒。

[0016] 进一步的，所述控制系统实时接收电容传感器和阻抗传感器的测量数据，以确定电刀与手术组织的实时接触距离；当控制系统检测到电刀与手术组织的接触距离处于合理范围内，此时，控制系统根据预设的距离‑功率变化对应关系，自动调整电刀的功率。

[0017] 进一步的，所述操作手柄分为近端和远端，操作手柄近端与刀头棍状端连接，操作手柄远端装配指示灯，指示灯有三种状态，分别为绿灯常亮、绿灯闪烁和红灯常亮，指示灯在电源开关处于打开状态且电切/电凝操作开关不处于关闭状态时工作。

[0018] 本发明具备以下有益效果：

[0019] 1. 电容传感器实时监测刀头与组织的接触质量，并通过指示灯提醒，根据电刀与组织的距离远近，自动调整电刀的功率，以保证在不同手术阶段和不同接触条件下，电刀都能够提供适宜的切割或电凝效果。通过实时监测和自适应调节，旨在实现电刀的操作更为精准、安全和有效，同时简化手术操作，提高手术效率和患者的安全性。

[0020] 2. 时间序列控制方法保证交替地使用电容传感器的监测功能和电刀的电切或者电凝功能，从而确保它们不会同时工作并相互干扰，间歇性的使用电刀进行组织电切操作，还可以有效的避免组织温度过高，减少手术风险。

[0021] 3. 刀头集成阻抗传感器，设备操作过程中可根据不同组织阻抗，自动调整电刀功率，实现最佳切割或者凝血效果。

[0022] 4. 根据操作者接触组织压力大小，自动调节电切功率，有效提高电切效率，简化操作步骤。

[0023] 5. 全程监测切割过程，压力过大发出提醒，提高手术安全性。

附图说明

[0024] 图1为一种智能手术电刀装置刀头正面图；

[0025] 图2为一种智能手术电刀装置刀头侧面图；

[0026] 图3为一种智能手术电刀装置刀头棍状端侧面图；

[0027] 图4为一种智能手术电刀装置正面图；

[0028] 图5为一种智能手术电刀装置阻抗传感器内部结构图；

[0029] 图6为一种智能手术电刀装置电容传感器内部结构图；

[0030] 图7为本申请一个实施例提供的一种智能手术电刀装置距离与测量电压关系图；

[0031] 图8为本申请一个实施例提供的一种智能手术电刀装置组织阻抗与输出功率关系图；

[0032] 图9为本申请一个实施例提供的一种智能手术电刀装置距离与输出功率变化关系图；

[0033] 附图标记：1‑刀片端；2‑棍状端；3‑电容传感器；4‑突起；5‑阻抗传感器；6‑压力传感器；7‑狭缝；8‑刀背；9‑刀锋；10‑第一金属电极；11‑第二金属电极；12‑电源开关；13‑电切/电凝操作开关；14‑指示灯；15‑压力控制功率调节开关。

具体实施方式

[0034] 实施例1

[0035] 如图4，操作手柄上的电切/电凝操作开关13包含三个状态，分别是关闭状态、电凝状态、电切状态，默认为关闭状态。电切/电凝操作开关13处于关闭状态且电源开关12处于打开状态下本装置频率为阻抗传感器5的工作频率。

[0036] 电切状态下，本装置频率范围为1‑3 MHz。这种模式下，高频电流通过组织，产生的热量足以蒸发细胞液，从而切开组织。此模式下，组织损伤小，出血也相对较少。

[0037] 电凝状态下，本装置频率范围为0.5‑1 MHz。在这种模式下，电流通过组织产生的热量使细胞液凝固，从而达到止血的效果。

[0038] 实施例2

[0039] 如图1，刀头包含刀片端1与棍状端2，刀片端1的圆弧侧集成阻抗传感器5，用于区分不同组织类型，操作方法为：打开本装置电源开关12，电切/电凝操作开关13置于关闭状态，此时电刀频率为350‑450kHz，将圆弧侧贴近组织，阻抗传感器5对组织的电阻抗进行检测，由于不同组织的电阻抗特性不同，因此可以通过检测电阻抗来确定组织类型。

[0040] 图5为一种智能手术电刀装置阻抗传感器内部结构图，阻抗传感器5包含四个电极，外侧的两个电极为电流电极，即供电电极，内侧两电极为电压电极，即测量电极。电流电极将恒定幅值的交变电流引入组织，电压电极检测电位差。

[0041] 图8为一种智能手术电刀装置组织阻抗与输出功率关系图。检测到组织阻抗后，本装置依据预设参数自动进行功率调节，也可通过主机进行手动的功率调节，手动功率调节优先级大于自动功率调节，如果已经进行了手动功率调节操作，那么通过设置到电源开关12开启状态，电切/电凝操作开关13关闭状态并贴近组织的操作，可以再次进行自动功率调节。

[0042] 实施例3

[0043] 如图2，刀头使用纳米硅作为绝缘涂层，绝缘涂层厚度30纳米，刀背8处绝缘涂层厚度为50纳米，刀背8区域中的涂层中包含10微米的狭缝7，作为导电电极。电容传感器3由一对共面的金属电极构成，所述成对的金属电极分别为第一金属电极10和第二金属电极11，第一金属电极10和第二金属电极11相同，呈长方形薄片状，长5毫米，宽0.7毫米，厚度为0.1毫米，基于金属电极的近场效应原理工作,位于刀背8区域内，第一金属电极10距离圆弧侧5毫米，第二金属电极11与第一金属电极10平行放置，与第一金属电极10距离为3毫米。

[0044] 时间序列控制是基于时间切片的方式，交替地使用电刀和电容传感器3，从而确保它们不会同时工作并相互干扰。其方法为：确定操作周期为100毫秒，将操作周期分为电刀工作时间、电容传感器3工作时间和缓冲时间，顺序为电刀工作时间70毫秒，缓冲时间5毫秒，电容传感器3工作时间20毫秒，缓冲时间5毫秒。

[0045] 图6为一种智能手术电刀装置电容传感器内部结构图，电容传感器3检测的电容值的大小、稳定性能够体现与组织的接触质量好坏。当电刀与组织接触距离较近时，电容值较大，相反，当电刀与组织接触较远时，电容值减小。如果电容值保持稳定，说明接触质量维持较好，如果电容值波动很大，表示接触状态在不断变化。为了便于电容传感器3测量电路的实现，使用电压值作为测量值，电容的定义是 ，其中 C 是电容值，Q 是存储在电容器上的电荷，而 V 是电容器两端的电压。对于一个恒定的电荷供应，如果电容C 增加，那么电压 V 将会减少，反之亦然。图7为两种不同阻抗下的一种智能手术电刀装置距离与测量电压关系图。

[0046] 当电刀与组织间的距离小于等于2毫米时，指示灯14状态为绿灯常亮，表示电刀与组织接触距离良好，电切或者电凝的效果最佳。

[0047] 当电刀与组织间的距离大于2毫米小于等于4毫米时，指示灯14状态为绿灯闪烁，表示电刀与组织接触距离稍远，电切或者电凝的效率一般。

[0048] 当电刀与组织间的距离大于4毫米时，指示灯14的状态为红灯常亮，表示电刀与组织的距离过远，电切或者电凝的效率较差或者无效果。

[0049] 在指示灯14绿灯处于常亮状态，根据电切电凝模式的不同，基于图9中预设的距离与输出功率变化关系，控制系统控制电刀调整输出功率。

[0050] 实施例4

[0051] 如图1所示，压力传感器6位于棍状端2与操作手柄的连接处，采用薄膜压阻式传感器，用以监测手术者施加到刀片上的压力，此位置的选择有助于传感器受到均匀的压力并避免手术过程中的干扰。同时，如图3所示，棍状端2包括两条突起4，用于确保插入操作手柄时精确位置并防止旋转，保证内部电路正确连接。

[0052] 控制系统接收压力传感器6的测量值，数据处理单元可以将这些数据转化为可视化的输出，在手术电刀的显示屏上显示当前压力。表1为机械切割和电切模式下的压力阈值，当检测到的压力超出预设的压力阈值时，通过显示屏上的提示发出警告。当设备未工作时，压力传感器6的默认压力值为2N。

[0053] 表1 机械切割和电切模式下的压力阈值

[0054] 组织电阻抗 机械切割 电切模式电阻抗为10‑50Ω以及200‑1500Ω的组织 大于6N 小于1N
电阻抗为50‑200Ω的组织 大于10N 小于0.5N

[0055] 电切模式下，根据压力值调整电刀的功率，以适应当前的压力条件。根据压力值调整电刀功率的方法为：

[0056] 对于电阻抗为50‑200Ω的组织，压力值减小时：压力值每减小0.05N，则功率增加2W，功率最大值为200W；压力增加时：功率保持不变；功率变化间隔至少为1秒；

[0057] 对于电阻抗为10‑50Ω以及200‑1500Ω的组织，压力值减小时：压力值每减小0.05N，则功率增加1W，功率最大值为100W；压力值增加时：功率保持不变；功率变化间隔至少为1秒。

[0058] 实施例5

[0059] 本装置的电切操作过程：设备连接完毕后，打开电源开关12，电切/电凝操作开关13处于关闭状态，刀头圆弧侧靠近组织，显示屏显示对应的电切默认功率和电凝默认功率，表示阻抗传感器5正常工作。

[0060] 打开电切/电凝操作开关13，处于电切状态，电刀刀背8靠近组织，指示灯14处于绿色常亮状态，表示接触良好，电切效率较高，同时控制系统根据接触距离自动调节电刀输出功率。

[0061] 若需要增加功率，可通过手动调节功率，也可通过打开压力控制功率调节开关15，操作电刀贴近组织，随压力增加，电刀功率缓慢增加。

[0062] 操作完成后，将电切/电凝操作开关13置于关闭状态，将电源开关12置于关闭状态。

[0063] 实施例6

[0064] 本装置的电凝操作过程：设备连接完毕后，打开电源开关12，电切/电凝操作开关13处于关闭状态，刀头圆弧侧靠近组织，显示屏显示对应电切默认功率和电凝默认功率，表示阻抗传感器5正常工作。

[0065] 打开电切/电凝操作开关13，置于电凝状态，电刀根据组织类型，以默认预设功率工作，电刀刀背8靠近组织，当指示灯14处于绿色常亮状态，表示接触良好，电凝效率较高，此时控制系统根据接触距离变化自动调节电刀输出功率。可根据需求手动调节电刀功率。操作完成后，将电切/电凝操作开关13置于关闭状态，将电源开关12置于关闭状态。

[0066] 实施例7

[0067] 本装置的机械切割操作过程：设备连接完毕后，电源开关12置于关闭状态，电切/电凝操作开关13处于关闭状态，利用刀锋9进行机械切割。