MDK_260型电热手术刀的研制.docx
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1、MD K - 260型电热手术刀的研制吴巍 1 ,关 宇 2 ,沈海黎 1 ,翟琦 1 ,钱继波 1( 1. 东南大学应用医学研究所 ,江苏省南京市 210009;2. 解放军理工大学理学院电子信息基础教研室 ,江苏省南京市 210007 )摘要 :介绍一种具有电热止血功能的新型电热手术刀 ,它可在锋利切割组织的同时快速止血 ,能明显减少出血量 ,加快手术速度 ,且无脂肪液化 ,无刀片粘连 ,热损伤轻微 ,切口愈合良好 。MD K -260型电热手术刀结合了普通手术刀和高频电刀的优点 ,切割锋利准确 ,止血效果好 ,组织损伤小 ,不 影响组织愈合 ,对肌肉的刺激小 ,适合在腹部外科 、整形外科
2、和妇产科手术中推广使用 。关键词 :电热手术刀 ;外科手术 ;温度 /电压转换中图分类号 : TN990 引 言切割组织的手术刀很早就广泛用于外科手术中 , 与之相伴的手术出血也是妨碍外科发展的重要因素之 一 1 。电热手术刀是一种能切割和止 血的 新型 手 术 器械 2 。与高频电刀不同 ,电热手术刀以与普通手术 相同的刀刃切割组织 ,而创面止血是依靠电热刀片的 电热换能器所产生的热效应来实现的 。电热手术刀刃 口锋利 ,能快速 、整齐地切割和分离各种软组织 ; 电热 止血温度可调 , 止血 效 果好 , 热 损伤 轻 , 无焦 痂 , 无 粘 结 ,无烟雾 ,无电刺激 ,安全方便 。近年来
3、 ,电热手术刀 在外科手术中的应用日趋广泛 2 26 。1 功能和系统简介MD K2260型电热手术刀由主机 、手柄和电热刀片 等部分组成 ,如图 1 所示 。电热刀的凝血机理是依靠 电热刀片在进行组织切割的同时 ,刀片上精确控制的 温度能够在切割组织表面形成一层很薄又很致密的蛋 白凝固层 ,防止切割断面和细小血管的出血和渗血 ,从 而达到电热凝血的效果 ,是一种全新概念的手术器械 。 电热刀片外型与普通手术刀片相似 ,内组装有加热器 和温度传感器等微电路组件 。主机经刀片内的微电路 加热并保持一恒定的设定温度 ,通过反馈电路调控刀 片的工作温度 。刀片温度可由医生选择在 70 260范围内调
4、节 ,手柄上设有工作开关键和凝血控制键 供较大血管的快速止血 。本机具有良好的电绝缘性 , 主机和刀片都不会有漏电流通过病人 ,因而在手术过 程中 ,不需要像高频电刀那样配置一接地电极板 。图 1 M D K2260型电热手术刀系统框图2 硬件电路设计MD K2260型电热手 术 刀的 硬件 电 路主 要包 括 主 机和电热刀片两个部分 。2. 1 电热手术刀的刀片结构根据外科手术应用的要求 ,电热手术刀在切割组 织的同时依靠电热刀片的电热换能器产生的热效应实 现创面热凝止血 。因此 ,在电热手术刀的刀片上 ,内置 有电 /热转换的加热器和用于控温的面阵厚膜热电阻 温度传感器 ;铜制的导热层能
5、起到热交换枢纽的作用 ,把内部电 /热换能器的热量快速传递给生物组织 ,防止 生物组织出血与渗血 ; 以 Teflon 构成的刀片表层的防 粘层防止电热刀在止血时对组织的粘连 ,见图 2。1. 内置式加热器 ; 2. 内置式温度传感器 ; 3. 刀片基体钢材 ;4. 导热层 ; 5. 表面不粘层 ; 6. 刀片插接接头 ; 7. 刀刃图 2 电热手术刀的刀片结构示意图收稿日期 : 2006 205218; 修回日期 : 2006 209 211。基金项目 :铁道部医学科研基金 ( 97 2GKJ 21 ) ; 科技部创新基金( 03C26213210580 )2. 2 主机电路主机电路系统原理
6、如图 3所示 。77电子技术应用 电 子 工 程 师2006年 12月图 3 主机电路原理系统的控制中心由89C51、X25045 组成单片机最压信号从 V in ( + ) 和 V in ( - ) 输入 ,本系统输入电压V in的变化范围为 0 V 到最大电压 , 故 V in ( - ) 端接 地 。ADC0804片内 有时 钟电 路 , 在 CL K2IN 和 CL K2R 两端外接的 10 k 电阻和一只 39 p F 的电容 ,可产生 A / D转 换 器 所 要 求 的 时 钟 , 其 振 荡 频 率 为 F = 1 /( 1. 1RC ) , CS是片选端 , W R 为控制
7、芯 片启 动的 输 入 端 , RD 为转换结果读出控制端 。本系统中 , RD 与 CS接地 ,此时输出数据锁存器 DB 0 DB 7 各端上出现 8位并行二进制数码 ,送至 89C51的 P2端口 。U 4 (AD 620 )是高精度 、高线性度 、高共模抑制比 、 低失调电压 、低噪声的集成仪表放大器 ,其输入失调电 压偏移小于 0. 5 V / ,共模抑制比在单位增益时大于 90 dB ,最大非线性在增益为 1 时是 0. 003 % 。 刀片上的温度传感器 R t和电路上的 R4、R5、R6构成应变电桥 , U4 放大其变化量 ,从而将温度变化量小系统 ,时钟频率 10 MH z。
8、89C51 由微处理器 CPU、数据存储 器 RAM、程 序 存 储 器 ROM / EPROM、I/O 口( P0、P1、P2、P3 ) 、串行口 、定时器 /计时器 、中断系统及 SFR (特殊功能寄存器 )等组成 。 CPU 的 DA TA 脚作为 串行数据输出线 , CL K作为串行同步时 钟 , 经驱 动 后向显示器传送数据 。 X25045 可监测 89C51 内部程序 是否正常运行 ,当 89C51 异常工作时 ,令 89C51 复位 。 监测 VCC脚是否为 + 5 V ,否则使 89C51 自动复位 ,同 时暂存 89C51的部分数据 。闭环温度检测与控制电路由 U 3U 8
9、构成 。U 3是 A /D 转换器 ADC0804 , ADC0804 是单芯片 集成化逐次比较式 A /D 转换器 。片内有三态数据输出锁存器 ,与微处理器兼容 ,输入方式为单通道 ,转换 时间约为 100s,电源电压为单一 + 5 V。被转换的电78第 32卷第 12期吴 巍 ,等 : MD K - 260型电热手术刀的研制电子技术应用 转换为电压变化量 ,经 ADC0804 变换为数字量 ,送计算机处理 ,实现温度的闭环控制 。U 4输出的温度传感 信号同时经电压比较器 U5A、三极管 Q 1 控制继电器U6 ,实现温度失控的硬件保护电路 。电功率发生电路由 U7 和 Q 2、Q11 等
10、组成 。U1 的 P32脚经 R11送来脉冲信号 ,控制 Q 2 的导通或截止 。 Q2导通时 ,固态继电器 U 7 输入有驱动电流流过 , U7的负载端接通 。 + 42V 送至电 /热功率转换器 。 输出功率监测电路由 R12、R13、U 8 ( 4N25 )组成 。R12是电压取样电阻 , 由 U8 实现光电隔离转换 , R12上的取样电压驱动光电耦合器 ,接通时的电流由 R134 结束语普通手术刀具有锋利的刀刃 ,能快速 、整齐地切割 和分离各种软组织 ,但切割断面的活跃出血不仅增加 了出血量 ,而且结扎止血会延长手术时间 。目前临床 使用较多且同时具有切割和止血作用的手术器械是高 频
11、电刀 。电刀通电后与组织接触产生电火花 ,对组织 具有切割作用 ,并由电弧的热凝作用止住较小止血管 的出血 。电刀产生的电弧温度高达几千 7 , 8 。电流 量越大 ,接触的时间越长 ,对组织细胞的损伤越严重 , 其对周围组织的热损伤厚度可从 200 m 4 mm 2 ; 电刀在使用过程中易粘连组织 ,形成焦痂 ,可致较重的 脂肪液化和组织炭化 ,导致切口愈合不良 ;组织烧灼形 成的浓烟焦臭明显 ,污染手术室的空气 ,且这种烟雾可 能有致癌的作用 9 。这些缺点已日益 引起 临床 医 师 重视 ,认为需要改进 10 。电热手术刀通过电热换能器和温度传感微电路系 统快速 、精确地控制刀片温度 ,
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- MDK_260 电热 手术刀 研制
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