本发明涉及超声手术刀，尤其涉及一种超声手术刀的快速频率跟踪方法。
背景技术：
1、超声手术刀系统是采用超声能量对软组织进行切割和止血的外科手术设备，通过超声发生器产生一定频率的交变电信号对超声换能器产生激励，换能器将电信号转换为相同频率的超声信号，超声信号通过超声刀杆传递到刀尖端，使刀尖端产生高频振动(例如55.5khz)，刀尖端作用于软组织将使组织中的蛋白质变性形成黏弹性凝固体，当此处软组织被切开时，形成的黏弹性凝固体对组织形成了止血封闭。
2、由于超声波的能量集中在刀尖，因此对周围组织的热损伤最小，能够精确地切割软组织，减少对周围健康组织的损伤；超声手术刀在切割的同时能够形成凝固体，有效止血，减少手术中的出血，超声手术刀不产生电流通过患者身体，对于安装心脏起搏器或其他电子医疗设备的患者来说是安全的，且与电刀相比，超声手术刀不产生烟雾，保持手术视野清晰，有利于医生进行精确操作。
3、现有技术中，传统超声发生器自动频率跟踪方法有最大电流搜索谐振频率法，锁相环频率跟踪法，匹配电感调节法，这些方法在换能器谐振频率发生变化时，发生器调节频率为当前换能器谐振频率的时间长，导致换能器在较长时间内处于失谐状态，降低了切割效率；同时在超声手术刀系统工作过程中，超声换能器负载随切割组织的变化而实时变化，如果超声发生器一直保持输出相同的激励信号频率，超声换能器将工作在失谐状态，失谐状态将导致有功功率变小，无功功率变大，切割能力下降，发热严重。
4、因此超声手术刀系统需要具有在工作过程中自动调节谐振频率的功能。
技术实现思路
1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种超声手术刀的快速频率跟踪方法。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，所述方法应用于超声刀系统，所述超声刀系统包括：超声刀头，与所述超声刀头连接的超声换能器，以及与所述超声换能器通过线缆连接的超声发生器；其特征在于，所述快速频率跟踪方法步骤包括：
3、s1、超声发生器启动并输出一个预设的基准频率为fstd＝55.0khz；
4、s2、在基准频率下，利用超声发生器采集输出频率为fstd通过超声换能器时的电压电流信号，计算两个信号之间的相位差，得到第一个相位差值
5、s3、超声发生器改变输出频率到一个预设的参考频率fref；
6、s4、在参考频率下，利用超声发生器采集输出频率为fref时通过超声换能器时的电压电流信号，计算两个信号之间的相位差，得到第二个相位差值
7、s5、计算采样得到相位差和快速计算出超声刀系统的谐振频率fs；
8、s6、超声发生器调整输出频率至s5中计算得到的谐振频率fs，驱动超声换能器以此频率工作；
9、s7、通过超声刀系统实时采样超声换能器的电压和电流，并计算电压和电流信号的相位差
10、s8、根据s7中实时采样的相位差超声发生器以变步长方式调整输出的激励频率，保持超声换能器工作在谐振状态。
11、本发明一个较佳实施例中，所述步骤s3中参考频率fref＝56.0khz。
12、本发明一个较佳实施例中，所述步骤s5中计算谐振频率fs时，超声换能器的等效电路包括有动态电阻r1，动态电感l1以及动态电容c1；r1、l1、c1构成串联支路，且静态电容c0并联在等效电路中。
13、本发明一个较佳实施例中，当超声发生器激励频率满足此时超声换能器工作在串联谐振状态，且此时的电压电流的相位差为0，等效为纯阻阻抗r1阻抗最小，输出的效率最高。
14、本发明一个较佳实施例中，当超声刀系统工作在非谐振状态时，电压电流的相位差与超声刀头的负载阻抗角相同。
15、本发明一个较佳实施例中，所述超声换能器包括：外壳，设置在所述外壳内的预紧螺栓，与所述预紧螺栓配合安装的夹心式压电陶瓷片，且安装在远离预紧螺栓一端的变幅杆。
16、本发明一个较佳实施例中，所述超声刀头包括：套管，设置在所述套管一端头的刀杆与钳口，以及与所述套管另一端头配合安装的转向旋钮；所述超声刀头还包括手柄，所述手柄与转向旋钮配合安装，且所述手柄上设置有闭合开关，所述闭合开关上设置有max开关以及min开关。
17、本发明一个较佳实施例中，所述刀杆在所述套管内部与所述超声换能器连接，且所述超声换能器通过线缆与所述超声发生器连接。
18、本发明一个较佳实施例中，所述步骤s8中决定调整超声发生器激励频率的调整步长，通过判断实时采样的电压电流相位差是否大于设定的相位差阈值以此判断是以最大步长stepmax调整频率，还是以最小步长stepmin调整频率。
19、本发明一个较佳实施例中，所述步骤s8中决定调整超声发生器激励频率的方向，通过判断实时采样的电压电流相位差是否大于0，以此判断是增加频率还是减小频率。
20、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
21、(1)本发明提出了一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，通过超声发生器输出两个不同频率的交变激励信号，并采集两个不同频率激励下，超声换能器的电压、电流和相位差，以及负载阻抗角的正切值，再通过两个不同的阻抗角的正切值计算得到超声换能器的动态电阻、动态电容和动态电感，而后通过其得到的数值计算得到超声换能器当前的谐振频率，即仅需2个计算周期便可确定当前换能器的谐振频率，缩短了换能器失谐状态的时间，也提高了超声发生器启动速度，缩短了频率跟踪过渡时间，改善了系统的动态响应性能，使超声手术刀在工作过程中切割速度更快，热损伤更低。
22、(2)本发明通过超声换能器阻抗曲线特性，确定超声换能器负载阻抗角阈值，并根据其负载阻抗角阈值决定频率跟踪所需要调整的频率步长，即超声发生器根据阻抗角的变化和预定的控制策略来调整输出频率，其中阻抗角接近最小值，说明换能器接近谐振状态，此时减小频率调整步长进行微调，当阻抗角与最小值有较大偏差，说明超声换能器偏离谐振状态较远，此时增大频率调整步长快速接近谐振频率；根据超声换能器的实际工作状态动态调整激励频率，以实现快速、精确的频率跟踪，从而提高了超声手术刀系统的整体性能和效率。
23、(3)本发明通过其快速频率跟踪方法能够及时对谐振频率发生漂移变化做出反应，确保系统始终以最佳状态运行，且通过实时采样和补偿机制确保了超声换能器始终工作在最佳状态，即使在负载变化或电压电流采样误差的情况下，也能保持稳定的谐振状态，提高了整个系统的可靠性和稳定性。
1.一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，所述方法应用于超声刀系统，所述超声刀系统包括：超声刀头，与所述超声刀头连接的超声换能器，以及与所述超声换能器通过线缆连接的超声发生器；其特征在于，所述快速频率跟踪方法步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述步骤s3中参考频率fref＝56.0khz。
3.根据权利要求1所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述步骤s5中计算谐振频率fs时，超声换能器的等效电路包括有动态电阻r1，动态电感l1以及动态电容c1；r1、l1、c1构成串联支路，且静态电容c0并联在等效电路中。
4.根据权利要求3所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：当超声发生器激励频率满足此时超声换能器工作在串联谐振状态，此时电压电流的相位差为0，等效为纯阻阻抗r1阻抗最小，输出效率最高。
5.根据权利要求4所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：当超声刀系统工作在非谐振状态时，电压电流的相位差与超声刀头的负载阻抗角相同。
6.根据权利要求1所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述超声换能器包括：外壳，设置在所述外壳内的预紧螺栓，与所述预紧螺栓配合安装的夹心式压电陶瓷片，且安装在远离预紧螺栓一端的变幅杆。
7.根据权利要求1所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述超声刀头包括：套管，设置在所述套管一端头的刀杆与钳口，以及与所述套管另一端头配合安装的转向旋钮；所述超声刀头还包括手柄，所述手柄与转向旋钮配合安装，且所述手柄上设置有闭合开关，所述闭合开关上设置有max开关以及min开关。
8.根据权利要求7所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述刀杆在所述套管内部与所述超声换能器连接，且所述超声换能器通过线缆与所述超声发生器连接。
9.根据权利要求1所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述步骤s8中决定调整超声发生器激励频率的调整步长，通过判断实时采样的电压电流相位差是否大于设定的相位差阈值以此判断是以最大步长stepmax调整频率，还是以最小步长stepmin调整频率。
10.根据权利要求1所述的一种超声手术刀的快速频率跟踪方法，其特征在于：所述步骤s8中决定调整超声发生器激励频率的方向，通过判断实时采样的电压电流相位差是否大于0，以此判断是增加频率还是减小频率。
