[发明专利]一种体内超声碎石仪

说明书

技术领域

本发明涉及用于微创治疗泌尿系统结石的医疗仪器，特别涉及一种体内超声碎石仪。

背景技术

对于一般的肾结石、输尿管结石和膀胱结石，可以采用体外冲击波碎石法进行碎石，或采用医用钬激光、医用钕激光、气压弹道碎石等方法碎石。体外冲击波碎石、超声碎石只对约15％的易碎的小结石有效。医用钬激光、医用钕激光以及气压弹道碎石可以解决约80％结石病人的治疗难题。这些治疗方法借助膀胱镜、输尿管软镜进行，激光光纤或设备的治疗端通过尿道抵达结石部位，然后由激光能量或气压弹道碎石能量，将结石击碎。以上这几种方法都无需开刀，对人体无损伤或损伤极小，是绝大多数结石如肾结石、输尿管结石和膀胱结石病人都愿意接受的治疗方法。缺点是上述治疗方法对部分肾结石，尤其是顽固坚硬的肾下盏结石和膀胱结石常常无能为力，而且治疗时只能碎石，不能当场清石，留下结石复发和碎石堵塞尿路的隐患。超声波体内碎石是一种较好的微创治疗结石的技术，一般采用中空的碎石探针，配合真空负压吸引设备，在用超声波将结石击碎的同时，利用负压将结石吸出体外，实现碎石清石的治疗目的，这种方法的好处是去石彻底，治疗后一般两天就可以康复，并且不容易复发。目前生产这种超声碎石设备的公司不多，主要有德国的R-Wolf公司和瑞士的EMS公司，这两家公司的碎石设备又都存在有不足之处。

其中，Wolf的设备的结构大致如图1所示，该体内超声碎石换能器，包括：不锈钢针管1、连接头2、连接头O型密封环3、弹性管4、变幅杆5、变幅杆O型密封环6、压电陶瓷片7、配重9、压紧螺栓10、外壳11、套筒O型密封环12、气管接头O型密封环16、气管接头17、压紧螺栓O型密封环19、吸石导管20、绝缘套管21、电极片22、锥体帽23、导线24、导线接口帽25、导线接口座26。由于外壳与配重、变幅杆等之间只是简单的O型环压接，变幅杆也是性能一般的铜合金材质，所以其机械品质因数较低，振幅放大倍数也较小，使超声碎石能力显著减弱；加上没有配备气压弹道和钬激光、钕激光等碎石设备的接口，当遇到体积较大、质地较硬的结石就显得无能为力。

EMS的设备虽然经过了几代的改进，实现了超声和气压弹道的结合，但其术中操作不是很方便，负压强度只能在负压吸引设备上调节，术者无法随心所欲的控制吸力的大小，而且当探针不小心触到软组织的时候，不能及时卸压，既会造成针管堵塞、换能器发热，又容易对身体组织造成伤害。

另一方面，超声换能器的性能是决定超声碎石仪碎石能力的关键因素，典型的超声换能器具有很高的品质因数(Q值)，具有陡峭的谐振曲线，只有工作在其谐振频率点才具有大的机械振幅和高的电机转换效率。因此，超声换能器的驱动电路应以其谐振频率信号进行激励。

然而，实际换能器的谐振频率往往是离散的和变化的。这是因为：(1)换能器在制造过程中压电陶瓷材料、制造工艺的差异；(2)换能器所匹配的负载特性的变化；(3)换能器在使用过程中自身参数随时间、温度等发生改变。所以，换能器的驱动电路应具有自动跟踪其谐振频率变化并始终保持以即时谐振频率信号进行驱动的能力。

以往典型的自动频率跟踪方案采用锁相环电路实现，一般包括：相位比较器(模拟或数字)和压控振荡器(模拟)或数控振荡器(数字)组成。该传统方案已经从早期的全模拟电路发展为模拟、数字混合电路，如今已经有了全数字化的实现方式。参考文献有：专利权人为宣浩、专利公告号为CN2248118Y的锁相式频率跟踪超声波抛光机；和专利权人为温有奎、专利公告号为CN2160473Y的带自动频率跟踪的换能器。其中，专利CN2248118Y采用压控振荡器产生换能器的激励信号，并对换能器的电流反馈信号进行采样，与压控振荡器产生激励信号作相位比较，检测出两者的相位差，然后，通过控制电路反馈到压控振荡器以实现频率跟踪的目的。

该方案有四个显著缺点：一是压控振荡器的压频曲线不是完全呈线性变化的，而正弦信号的频率则完全按线性关系计算的，这就导致压控振荡器输出正弦信号频率与换能器的谐振频率存在误差；二是它的相位比较器采用的是异或门，这种相位比较器对两个输入信号的占空比要求比较高，必须保证作为相位比较的电流反馈信号和压控振荡器激励信号的占空比严格相等才可实现精确的频率跟踪，而这通常很难做到；三是由于锁相环是模拟量控制的，不利于对相位差信号进行数字化处理以利于自动频率跟踪；四是当换能器个体差异比较大时，很难用同一电参数的锁相环实现个体差异较大的不同换能器的自动频率跟踪，这非常不利于大规模工业化生产。