本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，具體涉及手術動力系統(tǒng)。

背景技術：

1、市場上現(xiàn)有的手術動力系統(tǒng)，存在功能單一、無法自動識別、切削動力不足、切削效率低下、無水泵或水泵功能單一等問題，功能單一，只能應用于單一手術操作，無法實現(xiàn)同科室不同手術操作或跨科室手術操作，造成醫(yī)院必須購買多臺設備；

2、無自動識別，不同的電機必須接入不同的主機才能使用，通用性差，主機一旦接入不匹配的電機，輸出轉(zhuǎn)速與電機參數(shù)不匹配，輕則造成電機異常發(fā)熱，重則損壞電機及手柄，延誤治療，傷及患者；

3、切削動力不足與切削效率低下的問題，市面上常見的設備轉(zhuǎn)速基本在40000rpm轉(zhuǎn)左右，即使有能達到80000rpm的，也是通過增速器，在犧牲扭矩的基礎上達到的。而評判手術動力系統(tǒng)性能優(yōu)劣的一大指標，為輸出扭矩，而市面上經(jīng)過增速后的最終額定輸出扭矩均較小，不能滿足正常手術的切削要求，在進行切削時，時常會遇到輸出時掉速的情況，導致切削效率低下、切削動力不足。

4、水泵功能單一，只有對蠕動泵的簡單啟停控制，一般具有蠕動泵的設備，只是單純對蠕動泵進行控制，蠕動泵運行，有水流出。即使此時沒有電機運行，蠕動泵會一直輸出。若蠕動泵的輸出部位一直在手術部位，導致手術部位液體累積，造成手術視野差，液體的累積會導致切削時的液體飛濺，造成二次污染。同樣的，若手機輸出時，蠕動泵未開啟，還需要在主機上對蠕動泵進行單獨操作。若打開蠕動泵不及時，高速運行的刀具與骨組織摩擦生熱，會對手術部位造成灼傷，對患者造成不必要的傷害。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了手術動力系統(tǒng)。

2、本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案為：手術動力系統(tǒng)包括主機，所述主機上設置有操作屏幕，所述主機連接有腳踏開關，所述主機連接若干電機，所述電機連接手柄，所述手柄上安裝有刀具，還包括蠕動泵；

3、所述主機包括cpu，所述cpu連接有電機驅(qū)動模塊、自動識別模塊、蠕動泵驅(qū)動模塊、腳踏開關及顯示屏；所述蠕動泵驅(qū)動模塊與所述電機驅(qū)動模塊連接實現(xiàn)蠕動泵與電機的聯(lián)動。

4、所述主機上設置有至少兩個輸出接口，輸出接口通過顯示屏上的按鍵模塊實現(xiàn)切換。具體地說，本技術中顯示屏上的按鍵模塊與主機的i/o口連接，通過按鍵模塊給主機發(fā)送高/低電平信號，通過切換模塊來使能兩個輸出接口，從而選擇兩個輸出接口中接入的電機輸出。兩個輸出接口均可接入電機，一個電機可以接入所有手柄，通過不同的手柄及刀具，可以滿足不同手術的需求。在手術時，不需要準備多臺設備，只需要對電機及手柄進行更換，且主機上具有兩個輸出接口，可同時接入兩個電機，大大提高了手術效率，節(jié)約設備空間，節(jié)省成本。本技術中cpu以dsp28335控制芯片為核心，具有18路pwm輸出同時可以驅(qū)動多臺電機。

5、所述自動識別模塊用于對接入的電機種類進行識別，根據(jù)不同的電機種類及功能選擇使用的輸出參數(shù)。

6、所述電機驅(qū)動模塊用于驅(qū)動電機運作，電機驅(qū)動模塊通過不同的電機接口與對應電機連接，每種電機接口上設置有兩條信號線，用于檢測不同類型電機的狀態(tài)；

7、自動識別模塊將兩條信號線與主機的i/o口連接，主機接收兩條信號線發(fā)送的高低電平信號確定不同類型電機的狀態(tài)。本技術基于兩條信號包括00、01、10、11四種狀態(tài)。本技術設置當主機識別到11時，為未接入電機狀態(tài)。其他三種狀態(tài)代表三種不同類型的電機，當主機檢測到電機反饋的狀態(tài)時，通過切換函數(shù)自動選擇與之對應的輸出參數(shù)，并通過顯示屏顯示對應的電機類型，不需要在切換不同電機時，重新調(diào)整參數(shù)。自動識別模塊的識別電路當主機檢測到不同狀態(tài)時，通過軟件中switch切換函數(shù)來識別狀態(tài)并跳轉(zhuǎn)到相應的程序中，每個程序設定的參數(shù)已經(jīng)根據(jù)每種電機的電阻和電感參數(shù)不同，通過電機電阻和電感參數(shù)計算速度環(huán)和電流環(huán)的pid參數(shù)，以達到最優(yōu)的閉環(huán)控效果。

8、本發(fā)明設計了一種水泵聯(lián)動功能，當打開該功能時，控制電機輸出，蠕動泵跟隨電機的運動而運動，跟隨電機的停止而停止。水泵聯(lián)動功能是通過顯示屏上的按鍵來選擇是否啟用。進一步地說，所述顯示屏上設置有水泵聯(lián)動按鍵；

9、未按下水泵聯(lián)動按鍵時，向cpu發(fā)送低電平信號，電機驅(qū)動模塊根據(jù)踏板開關發(fā)送的電壓信號線性調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，蠕動泵驅(qū)動模塊根據(jù)顯示屏上設定的轉(zhuǎn)速控制蠕動泵作業(yè)；

10、按下水泵聯(lián)動按鍵時，向cpu發(fā)送高電平信號，cpu同時向電機驅(qū)動模塊及蠕動泵驅(qū)動模塊發(fā)送驅(qū)動信號，同時cpu接受腳踏開關的腳踏信號調(diào)節(jié)脈沖信號，經(jīng)過光耦電路連接到cpu的int0口，通過計算輸出4路pwm信號給蠕動泵驅(qū)動模塊控制蠕動泵的轉(zhuǎn)速。高速運行的刀具切削骨組織會造成發(fā)熱，該功能的設計，使醫(yī)護人員在操作設備對骨組織或軟組織進行切削時，不需要再單獨控制蠕動泵，避免了因蠕動泵延遲開啟對手術部位造成的意外灼傷，因蠕動泵關閉延遲帶來的手術部位液體堆積、手術視野變差的問題。蠕動泵功能為沖洗及冷卻，流量可調(diào)流量小時為冷卻，流量大時為沖洗加冷卻。

11、所述電機轉(zhuǎn)速范圍為0-80000rpm。本系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)速控制范圍大，扭矩高，80000rpm下，扭矩保持在20mnm。一般同類設備的電機最高轉(zhuǎn)速只有40000rpm，高轉(zhuǎn)速是通過2：1的增速器，增加至80000rpm，其采用的電機扭矩在29mnm，經(jīng)過增速器后，扭矩在14mnm左右。而本發(fā)明采用電機直接輸出，無增速器，電機直接輸出80000rpm，連續(xù)運行的扭矩可穩(wěn)定在20mnm，在高轉(zhuǎn)速下仍能保持較高的扭矩，對切削提供強勁的動力。

12、因為個體的差異性，不同的手術部位，或者不同的人，即使是在同種電機手柄的配置下，切削骨組織所需要的扭矩也不盡相同，勢必會遇到“硬骨頭”，這種情況對電機的控制及電機的性能提出了較高的要求。在電機高速運行時，實際換向位置會發(fā)生較大的偏移換相位置不準確會引起電樞電流與反電動勢相位不一致，造成功率因數(shù)降低，進而導致無刷直流電機效率下降。所述cpu采用換相位置優(yōu)化策略的轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)控制，進一步地說，cpu雙閉環(huán)控制方法包括如下步驟：

13、s1：通過霍爾傳感器來獲取角度信號并計算電機當前轉(zhuǎn)速；

14、s2：給定速度信號與反饋的電機當前轉(zhuǎn)速信號作差，經(jīng)過pid控制器校正得到電流的給定值；

15、s3：通過電流傳感器檢測三相電流和母線電流，并計算電流變化率，然后經(jīng)過pi調(diào)節(jié)器進行校正得到換相位置補償角，反饋給換向邏輯控制；

16、s4：三相電流經(jīng)過clark變換和park變換得到iq和id的值，與給定電流值作差，經(jīng)過控制器和park逆變換得到所需的pwm控制信號，將pwm控制信號傳輸?shù)綋Q向邏輯控制并驅(qū)動逆變器工作來精準調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和力矩。

17、設計轉(zhuǎn)速和電流的閉環(huán)控制可以保證電機在受到不同負載時保證高速、高轉(zhuǎn)矩的性能。

18、電機驅(qū)動模塊通過線纜與電機連接，用于對控制電機的啟動，電機與手柄通過通用的機械接口連接，刀具與手柄的連接方式也采用現(xiàn)有的機械方式，cpu通過線纜與腳踏開關連接。

19、需要特別說明的是，刨削電機為一體式電機，直接連接刀具。

20、主機通過網(wǎng)電源供電，為電機提供電能。電機輸出機械能，通過手柄將運動傳遞到刀具上，通過手柄機械機構的不同，最終實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動、往復直線運動、擺動等，完成對不同手術部位的切割。

21、帶有刨削電機，其中刨削電機為一體式的，不需要連接手柄，即可安裝相應的刀具，實單向的旋轉(zhuǎn)及往復旋轉(zhuǎn)，可以通過屏幕調(diào)節(jié)往復運動的頻率，根據(jù)手術部位組織的不同，選擇合適的頻率。

22、系統(tǒng)設置多種操作模式，包括普通模式、自定義模式、預設模式；

23、普通模式：可直接對輸出參數(shù)進行調(diào)節(jié)；

24、自定義模式：操作者可根據(jù)手術的需求，對輸出參數(shù)進行設置，且可以保存，并可對設置的參數(shù)進行命名，在下次使用時可根據(jù)自定義的命名直接調(diào)取自定義的參數(shù)，不需要再進行設置；

25、預設模式下，操作者可根據(jù)主機接入的電機及刀具，在顯示屏上選擇所使用的具體刀具型號參數(shù)，主機直接調(diào)取對應的輸出參數(shù)，避免因刀具型號與輸出參數(shù)不匹配帶來的不必要的傷害；

26、所述顯示屏上設置相應的模式按鍵，通過模式按鍵進行操作模式切換，顯示屏顯示當前的操作模式和參數(shù)設置。

27、所述自定義模式下，操作者可以保存多個自定義參數(shù)設置，并對每個設置進行命名，方便醫(yī)生在下次使用時快速調(diào)取。

28、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

29、1.本技術功能更為全面，一臺主機可適配更多的電機，一個電機可連接不同的手柄，醫(yī)護人員在操作時，往往需要多個電機手柄配合使用，通用性快接口的設計，使醫(yī)護人員在手術操作過程中，不需要在主機端更換電機，只需要在操作時更換手柄及刀具即可。通過不同的電機、手柄搭配，可實現(xiàn)神經(jīng)外科、骨科、手足外科、耳鼻喉科等多科室的需求，也可滿足同一臺手術多種手柄的需求，醫(yī)院可只購買一臺主機，搭配不同電機及手柄即可，大大節(jié)約成本。

30、2.主機的雙接口設計，可自動識別接入的電機，并根據(jù)電機的種類功能設置適配的輸出參數(shù)，節(jié)約醫(yī)護人員在手術過程中對參數(shù)的設置的時間，縮短手術時間，簡化操作流程，減少病人痛苦。

31、3.水泵聯(lián)動功能的設計，實現(xiàn)了蠕動泵與電機的同步操作控制，減少了刀具高速運行產(chǎn)生的熱量對患者手術部位的灼燒風險，對于延遲關閉蠕動泵造成的手術部位液體堆積而帶來的手術視野變差及切削時液體飛濺的問題，水泵聯(lián)動功能的實現(xiàn)，很好的規(guī)避了這一問題。

32、4.實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高扭矩的持續(xù)輸出，在面對不同手術部位，不同人群時，在電機性能及控制系統(tǒng)的加持下，均可提供強勁的動力，在連續(xù)輸出較大扭矩的前提下，不會掉速，提高切削效率及穩(wěn)定的切削動力。