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高频电刀的基本工作原理及常见故障维修

[日期:2016-11-02]   来源:河北省临床医学工程学会  阅读: 248[收藏本站]

 

 
高频电刀的基本工作原理及常见故障维修
 
李信政  王延辉  曹飞  上官林峰  石乔莉
 
白求恩国际和平医院 医学工程科(050082)
 
高频电刀(高频手术刀),是在普通外科手术和微创手术中,一种取代机械手术刀进行组织切割和凝血的电外科器械。它通过有效电极尖端(刀头)与肌体接触时产生的高频高压电流对组织进行加热,使组织蛋白链变性断裂,胶原质变为葡萄糖,葡萄糖脱水后具有粘附性,从而实现对肌体组织的分离和凝固,起到切割和止血的目的。
高频电刀在利用电流通过人体时热效应的同时,为了避免电解效应和神经肌肉的刺激作用,选取了高频电流。实验表明,100KHz以上的高频电流是合适的,考虑到频率的偏移,为了增加安全性,规定高频电刀使用300KHz以上的高频电流,又考虑到高频漏电流的危害,规定不大于5MHz,即300KHz—5MHz之间。而作用到人体的高频电流,必须有一回路使高频电流流回高频电刀内部,以形成完整的回路,这就是敷贴于人体的负极板(电极板),它用电缆连接到高频电刀的负极板输出口,从而构成了高频电流的回路。如图:
 
 
高频电刀的基本组成原理
 
一、高频功率发生器的基本组成
 1、大功率电源
      1)单向可控硅控制的电源
220V交流电源直接全波整流成310V/100Hz波型呈馒头状的脉动直流电源,再在馒头波的90º—180º的范围内产生触发脉冲,去控制单向可控硅的导通,以控制输出电压的大小。
2)开关电源
    可控硅控制的电源,因功率因数太低,损耗大,控制精度和稳定性都不高,随着开关电源技术和新器件的发展,近年来都使用了大功率的高频开关电源作为高频电刀的主电源,这样就使得高频输出功率更准确和稳定,安全性更高。
   2、高频信号发生器
    高频信号发生器,提供300KHz以上的激励信号,供给高频功率放大器去放大输出。
   3、高频功率放大器
    由大功率电源提供直流电能量,将高频信号发生器送来的高频激励信号放大,通过隔离,向外输出高频大功率能量,该能量通过刀笔、极板等附件由医生操作去进行各种手术。
二、高频电刀的附件
高频电刀附件有刀笔、负极板、双极镊、内镜连线等。该部分与地隔离,即浮地,又叫F型隔离应用部分。脚踏开关也是高频电刀的附件,但不属于应用部分,是信号输入部分。
三、高频电刀的控制
高频电刀各种功能(电切、电凝、双极凝的工作方式及其控制、错误报警等)、性能(功率、频率等电参数的精度)的控制现在都是由单片机来完成,控制信号的输入方式有:1、应用部分中的刀笔上的按键;2、机器前面板上的按键;3、脚踏开关输入。
四、高频电刀工作回路的安全性
    我们知道电流有下列特性:第一:必须形成完整的回路。第二,通过最近的,电阻(阻抗)最小的路径。假如没有连接回路负极板,则刀笔所作用到患者的电流,将对负极(地)产生势垒电位,功率越高,越易对替代回路产生放电。所谓替代回路,则有可能是做手术的医生(因为手握刀笔,刀笔在对患者放电不畅的情况下,更易将医生视做回路),也有可能是手术床或其它有可能触碰病人的金属物体(手术支撑架,心电监护电极,手术器械,内窥镜,被夹等),甚至湿的手术床单,都有可能将高频高压电引入我们意想不到的部位去释放,从而造成误灼伤。不管怎样,所有的替代回路,都不会比回路负极板有更好的,更安全的导电效果。
所以,首先负极板要粘贴牢固,粘贴面积要大于90%,不能松脱,粘贴部位应选择肌肉丰富,导电性能好,预清洁好的位置,如臀部,大腿。其次,所有回路的接插座(头),连接电缆,应连接良好,无折断,这些部分是频繁操作的部分,易损,也是故障频发的部分。
目的就是要让高频电流通过尽量短的,电阻(阻抗)最小的路径,以形成完整的回路,从而提高安全性。
五、故障分析及维修
现以山东玉华生产的YH300高频电刀为例,介绍其常见的故障。因其使用了可靠的开关电源,机器本身的故障率较低,常见故障主要集中在以下几方面:
1、整机无输出,前面板无显示
1)先检查保险丝,若已烧断,换上好的,马上又烧断,并且烧黑气化,表明后面有严重短路,用万用表电阻档测量220V输入端,有短路现象,检查310V电源板的D2是否短路。若D2没短路,再检查开关电源前板的Q1、Q2是否短路。
2)若换上保险丝,前面板有了显示,表明工频变压器没坏,但还是整机无输出,再按1)来检查,可能D2、Q1、Q2断路。
3)若保险丝没烧,就检查一下各连线是否接触不良,各板是否插到位。这点特别是对刚经过长途运输后的机器尤为重要。
  4)检查低压电源板的四种电压(5V、15V、-15V、24V)是否正常。
2、整机无输出,前面板有显示
1)检查开关电源前板的Q1、Q2是否断路。
  2)检查一下各连线是否接触不良,各板是否插到位。
3、各电切、柔和凝、双凝同时无输出
  1)检查电切板上的Q1、Q6、D1-D4是否断(短)路。
4、各电凝同时无输出
1)检查电凝板上的Q1、Q6、D1-D4、D7、D8是否断(短)路。
5、使用时某功能无输出
  1)先检查与该功能相关的连线是否断路,用万用表测量时应拽紧连线。若好,再查看其它功能是否有输出,都没有输出,就按3、4步来查。
6、输出时有时无
1)刀笔输出电缆、负极板输出电缆、内镜连线等因使用频繁而断线,会造成无输出或输出时有时无(测量时应拽一下线缆)。各个插座也应时常检查,看是否生锈,或孔径扩大而松动,造成接触不良。各板是否插到位。
7、不插负极板机器启动时不报警
1)需微调一下控制板的W1电位器,一般可调为正常。
8、负极板插上也报警(机器显示Err 1:这是极板连接故障,就是说是电极板连接不好。此时,机器前面板左下角的极板红灯应该是亮的)
1)检查极板连线是否断路,或接触不良(测量时应拽一下线缆)。若接触良好,需微调一下控制板的W1电位器,一般可调为正常。
9、刀笔按键不起作用
1)检查刀笔连线是否断路,或接触不良(测量时应拽一下线缆)。
10、开机即烧断310V电源板上的F2(0.5A),R1(100Ω/5W)或也烧断,再经几次开机继电器JK的触点将打火发黑。这是偶尔的开关电源开机瞬间误启动所致。一般将烧断烧黑的器件换新即可,若经常这样就要返厂维修。
六、维修注意事项
一定用原参数的器件代换,本着先易后难的顺序去检修,可调电阻等代换时,一定先测好原阻值,以便恢复。维修时,一定要注意个人安全,修低压部分的故障(包括象极板报警、无显示等各功能的检查)时,请将开关电源前板的J2(310V输入)拔下,防止大功率输出灼伤。修功率输出部分时,连线一定连接良好且一定要与人、与外壳隔离好,整机最好用大功率(>500W)隔离变压器供电。检验是否有输出时,可把肥皂放在极板上,用刀笔来模拟电切电凝的操作。
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