高頻電刀系統優化

孫曉偉

摘要：高頻電刀在手術電極與腹肌板之間產生高頻電流實現人體組織切割及凝血工作。詳細介紹高頻電刀的基本組成，軟件設計流程及改進要點。經過改進后的高頻電刀輸出電壓更安全，使用效果更佳，患者痛苦少。

關鍵詞：高頻電刀；改進；安全

1 高頻電刀基本組成

高頻電刀取代傳統手術的機械電刀，高頻電刀的工作原理類似于變頻器，將工頻220 V/50 Hz經過功率放大器變換為輸出電壓在3000-5000 V之間，輸出頻率在300 kHz左右的信號，在手術電極與腹肌板之間產生高頻電流可以輕松割開人體組織，同時還可以起到凝血和止血的作用。高頻電刀主要由處理器、按鍵、數碼顯示、振蕩器、調制器、功率放大、安全保護、作用電極及負極板基本分組成。處理器采用ST公司的STM32F103芯片，驅動數碼管顯示，輸出PWM信號，驅動振蕩器起振，起振后的信號經過半橋驅動與功率放大器后輸出給作用電極實現切割、凝血等功能。同時采集面板按鍵輸入，實現功率調節及功能切換等功能。半橋驅動電路是電路板的關鍵，單片機PWM輸出信號經過半橋驅動電路后，將信號放大輸出到電極，若輸出頻率過高，會導致患者麻木；輸出頻率過低，會導致電流輸出不夠.切割較困難的現象。驅動電路如圖1所示。功率放大器采用ADI公司的HMC637LP5，典型電路如圖2所示。

2 軟件設計流程

高頻電刀的輸出功率需進行校準工作，模仿人體生物組織的組織進行功率校準，并觀察輸出電壓是否滿足要求，輸出電壓過高會有可能造成患者灼傷，故在保證輸出功率準確的情況下盡可能降低輸出電壓的幅值。在進行生物組織切割時輸出功率不可以大于300 W，負載箱采用FLUKE公司的QA-ES||高頻電刀測試儀。該測試儀可以記錄功率輸出值，電壓峰峰值，高頻泄露電流，純電阻負載可調范圍為10～5200Ω，高頻電刀軟件校準過程如圖3所示。

高頻電刀輸出波形主要有六種，改進后的電刀輸出波形如圖4所示。

電切波形為幅值相等，間隔相同的正弦波，波形輸出共包含65個波形，波形的周期為300 kHz。電凝波形為遞減波，首個波形的幅值與電切波形幅值相同，其余波形依次遞減。電凝波形的波頭數不同，輸出的電壓亦不同，波形數越多，輸出電壓越低，安全系數越高。波形數越少，輸出電壓越高。電凝波形個數一般在1～4個，也可以根據輸出功率不同，設定不同的波形數，例如0～70 W輸出單波，80～120 W輸出雙波，120 W以上輸出三波或四波。波形數量的確定依據以下要求，輸出功率較小時保證輸出電壓高，故波形數少。功率大輸出波形多，輸出電壓低。

軟件設計除考慮輸出功率及波形調整外，還需要有報警功能，報警功能主要實現腹肌板接觸面積小及腹肌板脫落報警，腹肌板脫落會造成手術電極與腹肌板之間形成高壓電弧，這樣嚴重威脅患者與醫師安全，在腹肌板脫落的情況下，手術電極無法輸出功率。針對腹肌板接觸面的檢測采用Microchip公司的AT42QT1110芯片對觸力進行采集，并將采集的信號傳輸給處理器進行分析，若接觸面過小會報警提示。

高頻電刀一般不采用觸摸屏進行頁面顯示，主要因為應用場合為手術室，為防止血液或汗漬滴濺在觸摸屏上造成設備故障或誤動作的問題，一般都采用數碼管顯示，同時人機交互采用按鍵來實現。

3 高頻電刀質量控制

高頻電刀完成硬件及軟件調試后還需對其進行檢測，技術指標要滿足以下

要求：

1）高頻漏電流低于150 mA；

2）輸出波形穩定，基波應為純凈的正弦波：

3）腹肌板斷線或阻抗過大，儀器具有聲光報警功能，同時停止輸出功率。

高頻漏電流的測試方法如圖5所示，腹肌板接QA-ES紅色表筆，手術電極接白色表筆，檢測設備與儀器外殼接大地。

4 結論

高頻電刀利用手術電極與腹肌板之間產生高頻電流實現人體組織切割，在腹肌板接觸不良及接觸面積過小的情況下會造成患者灼傷的現象。經過系統改造后，接觸面積小會產生報警，停止電刀輸出功率，避免了患者被灼傷的可能，同時電刀輸出電壓降低，減小了醫療風險。

參考文獻：

[1]李志剛，邢帥醫用高頻電刀的工作原理及使用安全[J].59.2010，4

[2]熊鈺忠醫用高頻電刀的性能測試與質量控制[M].1-61.2012，12