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1 概述

“等离子体”概念始创于二十世纪五十年代，作为迅速发展的新兴学科，其低温等离子体、冷等离子体、热等离子体技术已广泛应用于医学、电子、工业、军事及日常生活等众多领域。低温等离子体作为一种高新技术，因其对临床医学的突出贡献，越来越受到国内外专家学者的关注。等离子体手术刀也应运而生。低温等离子消融技术也因此备受关注，与传统的手术相比，低温等离子消融技术有着低温、微创、精确、方便、安全等特点。它现在在鼻炎、扁桃体、腺样体、咽喉、关节等疾病治疗上得到了广泛的应用。

等离子手术刀具有传统射频手术刀不可比拟的优点，然而由于等离子手术刀的可重复使用性和高成本，许多医院常常忽略它的使用寿命和规范，在手术过程中没有专业人员记录手术刀的使用次数和运行情况，长期使用会大大降低其有效性，导致手术事故。基于这种状况，在临床手术中，正确识别手术电极，记录其插拔次数、剩余使用次数或时间、作用时间和运行情况，确保与高频电外科设备的有效连接非常必要。为防止重复使用，需要对手术刀的使用次数或使用时间进行人为限制。

国外针对等离子手术刀的一次性使用问题主要采用机械方法和电子方法。机械方式是在等离子手术刀的刀柄内加装一套机械结构，当手术刀插入手术系统的主机接口内后，触发该装置，当拔掉手术刀后改装置不能复原，若再次插上该手术刀时，主机无法识别该刀头，解决了手术刀一次性使用问题。

电子方式是在手术系统的主机和手术刀的刀柄内分别加装一套电路，主机内加装计时电路和供电电路，手术刀手柄内加装熔断电路，当手术的使用时间达到最大使用时间时，触发放电电路使刀柄内熔断电路的电流迅速升高并将其熔断，从而实现限制手术刀使用时间的目的。

附表 写DS2431数据帧格式

以上两种方式功能单一，不利于手术刀的维护以及后期的产品追溯。本文在参考了既有方法的基础上，提出了一种基于单总线存储器DS2431的等离子手术刀识别方法，实现了限制手术刀使用次数的目的，并且能够实现对不同功能手术刀的识别以及设备的维护和检测功能，由于每把手术刀具有唯一的识别代码，也解决了产品追溯问题。

2 单总线存储器DS2431

DS2431是美国Maxim公司生产的1024位串行EEPROM存储芯片，由四个存储页组成，每页256位，采用1-Wire接口技术，通过标准的1-Wire协议对内部存储区的数据进行读写，读写速率为15.4kbps或125kbps。每个DS2431器件都有唯一的、不可更改的64位ROM地址码，该地址码可在一个多点的1-Wire网络环境中用于对器件进行寻址。其存储结构如附图1所示。

DS2431芯片只有两个引脚：I/O和GND，它采用单根信号线既传输时钟又传输数据，同时提供工作电源，而且数据传输是双向，节省了I/O资源，因此采用DS2431作为存储器可以简化电路，降低成本，便于总线扩展和维护等优点。

3 控制电路

主机控制芯片采用Atmega128A，它是8位低功耗微处理器，具有如下主要特点：128K字节片内可编程Flash，4K字节EEPROM，53个通用I/O端口，4路具有比较模式和PWM功能的定时器/计数器，两个USART，8通道10位ADC等。

附图1 DS2431内部存储结构框图

附图2 单片机与等离子手术刀接线图

附图3 CPU写DS2431流程

附图4 手术刀识别流程

它在等离子手术系统处于核心位置，既是整个系统的控制中心，也要参与数据的处理，具有较强的数据处理能力和处理速度。

4 一次性等离子手术刀识别电路设计

识别电路用于对一次性手术刀插拔的识别，使用次数的限制，识别刀的类型以及产品信息等，主要分为硬件设计和软件设计。

4.1 硬件电路设计 在实际使用中，将DS4231固定在手术刀的手柄内，通过一个三针的插座与主机相连。其示意图如附图2所示。刀头识别信号用于判断手术刀是否插上主机，当主机未插手术刀时PA0口为高电平，当插上手术刀时，刀柄内电路将PA0口的电平拉低，单片机可以根据PA0口的电平变化识别手术刀是否插上。手术刀与主机连接后，单片机的PA1口也与DS2431的I/O相连，可以对DS2431进行读写操作。

4.2 软件设计 Atmega128A硬件程序采用C语言编写，主要分为两个部分，写手术刀信息部分和识别手术刀部分。单总线器件对时序的要求较为严格，在对DS2431进行读写操作时要严格按照说明文档的要求进行。对DS2431写操作的软件流程如附图3所示。等离子手术刀的信息需提前写入到DS2431，其基本数据帧格式如附表所示。

附表中，切割档位和止血档位是当手术刀与主机连接后，主机上显示的手术刀正常工作时的默认档位，不同用途的手术刀默认档位不同，如用于骨科的手术刀默认档位切割为7，止血为3。刀的类型代码表示手术刀用于哪种手术。使用标志记录该手术刀的使用次数或使用时间。生产工号记录该手术刀的生产人员信息。其中生产工号和生产批号可用作手术刀追溯、日常维护和检测的依据。手术刀识别的软件流程如附图4所示。

对于等离子手术刀的使用次数或使用时间的限制是通过数据中使用标志位的判断实现的。当手术刀与主机系统连接后，CPU读取DS2431存储区的全部数据，根据使用标志位的数值判断刀的使用次数或使用时间，等离子手术刀为一次性消耗品，不允许重复使用，正常情况下使用标志位应为0，表示该手术刀为新刀，未使用过，可以继续手术。若CPU读取的使用标志数值不为0，则表示该刀已经使用，不能继续手术，系统会发出警示音并改变状态灯的颜色进行提示，标志位的数值为使用过的次数或使用过的时间，需要更换手术刀。

数据帧的6到12字节为生产工号和生产批号，主要用于记录手术刀的生产时间，规格型号，装配员工的编号等，作为手术设备日常维护与检测的依据。

5 结论

本文研究了一次性等离子手术刀的使用特点，参考国外相似产品，提出了一种基于单总线存储器DS2431的一次性手术刀的设计方案，经过试验验证，该方案能准确记录手术刀的使用次数并作出判断，实现了手术刀的一次使用，避免了重复使用问题，保证了医患人员的人身安全，同时方便了设备的维护与检测。