超声刀切割组织完成状态检测系统与超声刀设备的制作方法

本公开涉及医疗器械，尤其涉及超声刀切割组织完成状态检测系统与超声刀设备。

背景技术：

1、超声刀是一种用于手术的医疗设备，是一种常用于外科、微创手术的医疗器械。它是以空化效应和机械振动效应为主，刀头在超高的振动频率(55khz)下接触组织蛋白，组织内水分迅速汽化，蛋白氢键断裂，蛋白质变性凝结，从而达到切割、和止血的作用。超声刀在许多手术中都得到了广泛应用，如内窥镜手术、腹腔镜手术、心脏手术和神经外科手术等。它们在手术过程中提供了高效率和高精度切割，有利于缩短手术时间，改善病人的康复过程。

2、然而，超声刀在使用过程中，单纯依靠医生观察判断超声刀切割组织是否结束，这样会存在较大的误差：如果提前结束切割组织会造成切断失败，需要再次切割；切断后延迟结束切割则会导致钳口一直磨损垫片，降低超声刀寿命。

3、尽管现有的一些超声刀设备具有切割完成状态检测功能，但这些设备通常采用复杂的传感器系统进行检测，复杂的传感器系统则增加了设备的成本和复杂性，也可能会影响设备的可靠性；虽然也有些超声刀设备是通过软件算法依靠单一的工作频率数据或单一的阻抗值数据进行组织切割完成状态检测，但由于切割负载的多样性，依靠单一的工作频率数据或单一的阻抗值数据的检测准确率不高，会出现没有切断组织而发出提醒或者切断了组织而没有发出提醒的情况，从而影响手术过程。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提出了超声刀切割组织完成状态检测系统与超声刀设备，能够高效地准确地检测出超声刀的切割完成状态，且硬件成本低、可靠性高、检测准确率高，有利于减少超声刀磨损并延长超声刀使用寿命。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种超声刀切割组织完成状态检测系统，包括：第一数据采集电路，用于采集超声刀在组织切割过程中实时的相位差数据；第一控制电路，用于：基于所述相位差数据生成相位差变化曲线，并检测所述相位差变化曲线是否出现第一相位差突变特征，所述第一相位差突变特征表征所述相位差变化曲线出现突变；在所述相位差变化曲线出现所述第一相位差突变特征的情况下，确定所述超声刀完成组织切割。

3、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一相位差突变特征包括：所述相位差变化曲线出现上升区间或下降区间，且上升区间或下降区间的区间长度达到第一长度阈值、区间内曲线斜率的绝对值大于第一斜率阈值以及区间内相位差变化幅度大于第一幅度阈值。

4、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一数据采集电路包括：信号采样单元，用于对所述超声刀中超声换能器的输入电流和输入电压分别进行采样，得到采样电流信号与采样电压信号；信号放大单元，用于对所述采样电流信号与所述采样电压信号进行信号放大处理，得到放大电流信号与放大电压信号；过零比较单元，用于将所述放大电流信号与所述放大电压信号分别输入至过零比较电路，得到所述采样电流信号对应的电流方波信号以及所述采样电压信号对应的电压方波信号；相位差计算单元，用于计算所述电流方波信号与电压方波信号之间的相位差，并对所述电流方波信号与电压方波信号之间的相位差进行滤波处理，得到相位差数据，所述相位差数据表征所述采样电流信号与所述采样电压信号之间的相位差。

5、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一数据采集电路还用于采集所述超声刀在组织切割过程中实时的阻抗值数据；所述第一控制电路还用于：在所述超声刀开始切割组织后，检测连续采集的n个采样时刻的相位差数据的绝对值是否小于第一预设阈值以及检测所述n个采样时刻的阻抗值数据是否满足预设稳定条件，其中，所述预设稳定条件包括：所述n个采样时刻的阻抗值数据的方差小于第二预设阈值，或，所述n个采样时刻的阻抗值数据的标准差小于所述n个采样时刻的阻抗值数据的均值的指定百分比，n为正整数；在所述n个采样时刻的相位差数据的绝对值小于所述第一预设阈值且所述n个采样时刻的阻抗值数据满足所述预设稳定条件的情况下，确定所述超声刀进入稳定切割状态，并执行所述检测所述相位差变化曲线是否出现第一相位差突变特征。

6、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一控制电路还用于：在确定所述超声刀完成组织切割的情况下，降低所述超声刀的输出功率，并控制提示装置发出切割完成提示；或，在所述提示装置发出切割完成提示后的指定时长内，所述超声刀仍未停止切割组织的情况下，恢复所述超声刀的输出功率。

7、根据本公开的第二方面，提供了一种超声刀切割组织完成状态检测系统，包括：第二数据采集电路，用于采集超声刀在组织切割过程中实时的相位差数据以及工作频率数据；第二控制电路，用于：基于所述相位差数据以及所述工作频率数据，分别生成相位差变化曲线以及工作频率变化曲线，并检测所述相位差变化曲线与所述工作频率变化曲线是否在同一时段内分别出现第二相位差突变特征与频率突变特征；所述第二相位差突变特征表征所述相位差变化曲线出现突变，所述频率突变特征包括：所述工作频率变化曲线所表征的工作频率变化趋势发生改变；在所述相位差变化曲线与所述工作频率变化曲线在同一时段内分别产生所述第二相位差突变特征与所述频率突变特征的情况下，确定所述超声刀完成组织切割。

8、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述第二相位差突变特征包括：所述相位差变化曲线出现上升区间或下降区间，且相位差变化曲线出现的上升区间或下降区间的区间长度达到第二长度阈值、区间内曲线斜率的绝对值大于第二斜率阈值以及区间内相位差变化幅度大于第二幅度阈值；所述工作频率变化趋势包括：工作频率下降趋势；所述工作频率变化趋势发生改变包括：由下降趋势变为平台趋势，或，由下降趋势变为上升趋势；其中，由下降趋势变为平台趋势包括：所述工作频率变化曲线出现平台区间，所述平台区间内曲线斜率的绝对值小于第三斜率阈值、区间长度达到第三长度阈值且所述平台区间的前端点和/或后端点对应的斜率值的绝对值大于第四斜率阈值；所述由下降趋势变为上升趋势包括：所述工作频率变化曲线出现上升区间，所述工作频率变化曲线出现的上升区间的区间长度达到第四长度阈值且所述工作频率变化曲线出现的上升区间内的曲线斜率大于第五斜率阈值。

9、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述第二控制电路还用于：检测所述相位差变化曲线是否出现第一相位差突变特征，所述第一相位差突变特征包括：相位差变化曲线出现上升区间或下降区间，且上升区间或下降区间的区间长度达到第一长度阈值、区间内曲线斜率的绝对值大于第一斜率阈值以及区间内相位差变化幅度大于第一幅度阈值；所述第一相位差突变特征所表征的突变程度大于所述第二相位差突变特征所表征的突变程度；在所述相位差变化曲线未出现所述第一相位差突变特征的情况下，执行所述检测所述相位差变化曲线与所述工作频率变化曲线是否在同一时段内分别产生第二相位差突变特征与频率突变特征；或，在所述相位差变化曲线出现所述第一相位差突变特征的情况下，确定所述超声刀完成组织切割。

10、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述第二数据采集电路包括：信号采样单元，用于对所述超声刀中超声换能器的输入电流和输入电压分别进行采样，得到采样电流信号与采样电压信号；信号放大单元，用于对所述采样电流信号与所述采样电压信号进行信号放大处理，得到放大电流信号与放大电压信号；过零比较单元，用于将所述放大电流信号与所述放大电压信号分别输入至过零比较电路，得到所述采样电流信号对应的电流方波信号以及所述采样电压信号对应的电压方波信号；相位差计算单元，用于计算所述电流方波信号与电压方波信号之间的相位差，并对所述电流方波信号与电压方波信号之间的相位差进行滤波处理，得到相位差数据，所述相位差数据表征所述采样电流信号与所述采样电压信号之间的相位差；频率计算单元，用于测量所述电流方波信号或所述电压方波信号的信号周期，对所述信号周期进行滤波处理，得到滤波后的信号周期，并基于滤波后的信号周期，确定工作频率数据，所述工作频率数据表征所述采样电流信号与所述采样电压信号下的超声刀的工作频率。

11、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述第二数据采集电路还用于采集所述超声刀在组织切割过程中实时的阻抗值数据；所述第二控制电路还用于：在所述超声刀开始切割组织后，检测连续采集的n个采样时刻的相位差数据的绝对值是否小于第一预设阈值以及检测所述n个采样时刻的阻抗值数据是否满足预设稳定条件，其中，所述预设稳定条件包括：所述n个采样时刻的阻抗值数据的方差小于第二预设阈值，或，所述n个采样时刻的阻抗值数据的标准差小于所述n个采样时刻的阻抗值数据的均值的指定百分比，n为正整数；在所述n个采样时刻的相位差数据的绝对值小于所述第一预设阈值且所述n个采样时刻的阻抗值数据满足所述预设稳定条件的情况下，确定所述超声刀进入稳定切割状态，并执行所述检测所述相位差变化曲线与所述工作频率变化曲线是否在同一时段内分别出现第二相位差突变特征与频率突变特征。

12、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述第二控制电路还用于：在确定所述超声刀完成组织切割的情况下，降低所述超声刀的输出功率，并控制提示装置发出切割完成提示；或，在所述提示装置发出切割完成提示后的指定时长内，所述超声刀仍未停止切割组织的情况下，恢复所述超声刀的输出功率。

13、根据本公开的第三方面，提供了一种超声刀切割组织完成状态检测系统，包括：第三数据采集电路，用于采集超声刀在组织切割过程中实时的相位差数据、工作频率数据以及阻抗值数据；第三控制电路，用于：基于所述相位差数据、所述工作频率数据以及所述阻抗值数据，分别生成相位差变化曲线、工作频率变化曲线以及阻抗值变化曲线；基于所述相位差变化曲线、所述工作频率变化曲线以及所述阻抗值变化曲线，检测所述超声刀是否完成组织切割。

14、在第三方面的一种可能的实现方式中，所述第三控制电路还用于：检测连续采集的m个采样时刻的阻抗值数据是否小于第六预设阈值，m为正整数；其中，所述基于所述相位差变化曲线、所述工作频率变化曲线以及所述阻抗值变化曲线，检测所述超声刀是否完成组织切割，包括：在连续采集的m个采样时刻的阻抗值数据均小于所述第六预设阈值的情况下，确定所述超声刀切割的组织为薄的软组织，并检测所述阻抗值变化曲线是否出现阻抗突变特征，所述阻抗突变特征包括：所述阻抗值变化曲线出现上升区间或下降区间，且所述阻抗值变化曲线出现的上升区间或下降区间内的阻抗值变化幅度大于第三幅度阈值；在所述阻抗值变化曲线出现所述阻抗突变特征，且所述相位差变化曲线在阻抗值突变时段内满足第一预设条件以及所述工作频率变化曲线在所述阻抗值突变时段内的满足第二预设条件的情况下，确定所述超声刀完成组织切割；其中，所述阻抗值突变时段包括所述阻抗值变化曲线出现所述阻抗突变特征时的上升区间或下降区间所对应的时段；所述第一预设条件包括：所述阻抗值突变时段内的相位差数据均小于第七预设阈值；所述第二预设条件包括：所述阻抗值突变时段内的工作频率变化幅度大于第四幅度阈值，和/或，所述阻抗值突变时段内的曲线斜率小于第六斜率阈值。

15、在第三方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述相位差变化曲线、所述工作频率变化曲线以及所述阻抗值变化曲线，检测所述超声刀是否完成组织切割，还包括：在连续采集的m个采样时刻的阻抗值数据均大于或等于所述第六预设阈值的情况下，确定所述超声刀切割的组织为厚的软组织，并执行检测所述相位差变化曲线是否出现第一相位差突变特征，所述第一相位差突变特征表征所述相位差变化曲线出现突变；在所述相位差变化曲线出现所述第一相位差突变特征的情况下，确定所述超声刀完成组织切割；或者，执行检测所述相位差变化曲线与所述工作频率变化曲线是否在同一时段内分别出现第二相位差突变特征与频率突变特征；所述第二相位差突变特征表征所述相位差变化曲线出现突变，所述频率突变特征包括：所述工作频率变化曲线所表征的工作频率变化趋势发生改变；在所述相位差变化曲线与所述工作频率变化曲线在同一时段内分别产生所述第二相位差突变特征与所述频率突变特征的情况下，确定所述超声刀完成组织切割。

16、在第三方面的一种可能的实现方式中，所述第三控制电路还用于：在所述超声刀开始切割组织后，检测连续采集的n个采样时刻的相位差数据的绝对值是否小于第一预设阈值以及检测所述n个采样时刻的阻抗值数据是否满足预设稳定条件，其中，所述预设稳定条件包括：所述n个采样时刻的阻抗值数据的方差小于第二预设阈值，或，所述n个采样时刻的阻抗值数据的标准差小于所述n个采样时刻的阻抗值数据的均值的指定百分比，n为正整数；在所述n个采样时刻的相位差数据的绝对值小于所述第一预设阈值且所述n个采样时刻的阻抗值数据满足所述预设稳定条件的情况下，确定所述超声刀进入稳定切割状态，并执行所述检测连续采集的m个采样时刻的阻抗值数据是否小于第六预设阈值。

17、在第三方面的一种可能的实现方式中，所述第三数据采集电路包括：信号采样单元，用于对所述超声刀中超声换能器的输入电流和输入电压分别进行采样，得到采样电流信号与采样电压信号；信号放大单元，用于对所述采样电流信号与所述采样电压信号进行信号放大处理，得到放大电流信号与放大电压信号；过零比较单元，用于将所述放大电流信号与所述放大电压信号输入至过零比较电路，得到所述采样电流信号对应的电流方波信号以及所述采样电压信号对应的电压方波信号；相位差计算单元，用于计算所述电流方波信号与电压方波信号之间的相位差，并对所述电流方波信号与电压方波信号之间的相位差进行滤波处理，得到相位差数据，所述相位差数据表征所述采样电流信号与所述采样电压信号之间的相位差；频率计算单元，用于测量所述电流方波信号或所述电压方波信号的信号周期，对所述信号周期进行滤波处理，得到滤波后的信号周期，并基于滤波后的信号周期，确定工作频率数据，所述工作频率数据表征所述采样电流信号与所述采样电压信号下的超声刀的工作频率；有效值计算单元，用于将所述放大电流信号与所述放大电压信号输入至有效值计算电路，得到电流输出信号以及电压输出信号；阻抗值计算单元，用于对所述电流输出信号与所述电压输出信号分别进行模数转换处理以及滤波处理，得到电流值与电压值，并将所述电压值除以所述电流值，得到阻抗值数据，所述阻抗值数据表征所述采样电流信号与所述采样电压信号下的阻抗值。

18、在第三方面的一种可能的实现方式中，所述第三控制电路还用于：在确定所述超声刀完成组织切割的情况下，降低所述超声刀的输出功率，并控制提示装置发出切割完成提示；或，在所述提示装置发出切割完成提示后的指定时长内，所述超声刀仍未停止切割组织的情况下，恢复所述超声刀的输出功率。

19、根据本公开的第四方面，提供了一种超声刀设备，包括：超声刀；以及，所述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的系统，或所述第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式的系统，或所述第三方面或第三方面的任一种可能的实现方式的系统。

20、根据本公开的各个方面，能够利用相位差数据，或相位差数据和工作频率数据，或相位差数据、工作频率数据和阻抗值数据，实现检测超声刀切割组织完成状态，相较于现有利用传感器系统的检测方式，具有更低的硬件成本、更高的可靠性和准确率，且相较于利用单一的工作频率数据或单一的阻抗值数据的检测方式，能够适应于更广泛的负载情况，从而有利于提高手术效率，减少超声刀磨损并延长超声刀使用寿命。

21、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。