[发明专利]基于自抗扰控制的多输出微创手术器具及其控制方法

说明书

本发明涉及一种基于自抗扰控制的多输出微创手术器具及其控制方法，提供一种带有ADRC自抗扰频率控制器的多输出微创手术器具，通过跟踪微分器与扩张状态观测器实时观测刀具在谐振工作点处的相位变化，状态误差反馈控制律结合扰动补偿实现即时的工作频率控制，即时响应、即时补偿控制、即时追踪，保证了手术系统的高精度操作和可靠程度；同时运用了ADRC自抗扰控制算法，最终的控制量包括前馈控制量、补偿控制量和反馈控制量，具有强解耦和内外扰动估算补充能力，反应敏捷、误差小，频率实现高精度的实时控制。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于自抗扰控制的多输出微创手术器具及其控制方法。

背景技术

医疗器械领域高新技术应用密集，具有技术交叉集成应用的特点。手术刀作为一种外科手术必不可少的工具，在整个手术过程中都发挥着极其重要的作用。超声刀系统和射频刀系统作为全球创伤最小的两种手术设备系统，因其术中出血少、术后恢复快等良好的医疗效果，在医疗领域中也获得了极大的反响。

超声刀系统包括主机、手柄、超声换能器、超声能量放大器、超声能量传导部分和刀具。手柄控制超声换能器将主机电能转换成超声振荡，能量振荡振幅通过超声能量放大器放大并通过超声能量传导部分将能量传导至刀具，刀具以55.5KHZ的振幅振动，产生瞬间低压并在空洞化效应的作用下使组织内水分汽化、蛋白氢键断裂使蛋白凝固，细胞破裂组织打开或游离并封闭小脉管；同时，刀具振动还产生二级能量使深层的蛋白凝固以封闭大脉管。超声刀在应用上无电流通过病人躯体，使用过程组织焦痂、干燥程度低，可实现最小热损伤下的精准切割，切割过程中产生烟雾量极少，同时具备切割、游离和止血等多功能于一体，临床优势明显。

射频刀系统则采用具有较高工作频率(1.5MHZ～4.5MHZ)的射频电波进行高频稳定输出，由不同形状的发射极刀具定向发出射频电波，在接触身体组织后，由组织本身产生阻抗，使目标组织内的水分子在射频电波的作用下瞬间振荡汽化，引起细胞破裂蒸发，并在40℃的低温恒温状态下实现切割、止血、混切、电灼、消融和电凝等功能。发射电极在低温状态下切割速度快、止血效果好、切口精细，热损伤创口小，无炭化无烟雾，十分适应微创手术的运用。

随着医疗水平的日渐提高，根据超声刀系统与射频刀系统的临床特性，在微创手术上实现了超声射频刀系统的合并运用，形成双输出甚至多输出功率的超声射频微创手术刀系统。在双输出及多输出的超声射频微创手术刀系统中，需通过外加机构对刀具频率以及刀具功率进行准确控制，保证刀具输出频率与功率实现精确及时控制，提升微创手术的控制精度。

然而，传统的对超声射频微创手术系统刀具工作频率及功率追踪的方法中，一般通过PID控制算法实现输出功率的准确追踪控制，将参考功率作为控制系统的输入，利用将采集到的电压、电流幅值计算出功率作为反馈信息，通过减小与参考输入比较后的偏差量来实现功率的准确控制；由于PID控制算法对系统输入干扰量的响应速度慢，无法做到及时补偿控制，因此在工作频率跟踪的实时性方面具有明显的不足，手术系统普遍存在精度低和可靠性低的缺陷，亟待进一步提高和完善。

发明内容

为解决现有的在超声射频微创手术系统刀具工作频率及功率追踪中应用PID控制算法对系统输入干扰量的响应速度慢、无法及时补偿控制、工作频率追踪的实时性不足，即手术系统精度和可靠性低的技术问题，本发明提供了一种基于自抗扰控制的多输出微创手术器具及其控制方法，进而实现对多输出微创手术器具工作频率的实时控制。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种基于自抗扰控制的多输出微创手术器具，包括刀具和ADRC控制器；所述刀具为超声波刀具或射频刀具；

所述超声波刀具连接超声换能器将通过连接手柄输入的电功率转换成机械功率即超声波再通过刀头传递；