DE69728758T2

DE69728758T2 - Vorrichtung zur kopplung von übertragungselementen

Info

Publication number: DE69728758T2
Application number: DE69728758T
Authority: DE
Inventors: Stephen Dimatteo; Brian Estabrook
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2017-12-13
Also published as: JP2000506431A; ES2218712T3; DE69728758D1; US6051010A; WO1998027874A1; EP0893971B1; EP0893971A1; AU5604098A; AU731135B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Ultraschallvorrichtungen. Insbesondere betrifft sie Verfahren und Vorrichtungen zum Verbinden einer Vielzahl von Ultraschallübertragungskomponenten durch die Verwendung von einem oder mehreren Nichtschwingungselementen, die die Ultraschallübertragungskomponenten tragen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ultraschallübertragungsvorrichtungen werden häufig bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, wie beispielsweise chirurgischen Operationen und Eingriffen. Typischerweise umfassen diese Übertragungsvorrichtungen im allgemeinen einen Wandler, der elektrische Energie in Schwingungsbewegung bei Ultraschallfrequenzen umwandelt. Die Schwingungsbewegung wird üblicherweise durch eine Übertragungskomponente übertragen, wie beispielsweise eine Befestigungseinrichtung, um ein distales Ende einer weiteren Übertragungskomponente, wie beispielsweise ein Arbeitsteil, schwingen zu lassen.
Das Arbeitsteil ist üblicherweise an die Befestigungseinrichtung durch eine Gewindeverbindung angebracht. Insbesondere umfasst das proximale Ende des Arbeitsteils typischerweise einen mit einem Gewinde versehenen Ansatz, der auf eine mit einem Gewinde versehene Bohrung des distalen Endes der Befestigungseinrichtung geschraubt ist. Die Spannung zwischen dem mit einem Gewinde versehenen Ansatz des Arbeitsteils und der mit einem Gewinde versehenen Bohrung der Befestigungseinrichtung liefert eine axiale Kompressionskraft, um zu verhindern, dass sich das Arbeitsteil und die Befestigungseinrichtung trennen. Die mit einem Gewinde versehene Bohrung und der mit einem Gewinde versehene Ansatz sind jedoch üblicherweise teuer in der Herstellung und erfordern typischerweise, dass sie innerhalb spezifischer Toleranzbereiche hergestellt werden. Zusätzlich kann es schwierig sein, mit Gewinde versehene Bohrungen und mit Gewinde versehene Ansätze mit kleinen Durchmessern herzustellen.
Das Arbeitsteil wird üblicherweise mit der Befestigungseinrichtung unter Verwendung eines Werkzeuges, wie beispielsweise eines Schraubenschlüssels, festgezogen. Die Verwendung eines Schraubenschlüssels kann jedoch dazu führen, dass das Arbeitsteil unabsichtlicherweise übermäßig fest angezogen wird, was dazu führen kann, dass die Gewinde des Arbeitsteiles und der Befestigungseinrichtung ausgeschlagen oder beschädigt werden. Wenn das Arbeitsteil übermäßig fest angezogen wird, kann es sein, dass das Arbeitsteil von der Befestigungseinrichtung schwer zu lösen ist. Andererseits kann ein unzureichendes Festziehen des Arbeitsteiles an der Befestigungseinrichtung zu einem unerwünschten Hitzeaufbau der mit Gewinde versehenen Verbindungen, zu einer Verringerung des Energieübergangs über die Verbindung führen und eine unerwünschte Transversalbewegung verursachen.
Eine das Drehmoment beschränkende Vorrichtung kann auch verwendet werden, um das Arbeitsteil an der Befestigungseinrichtung anzuziehen. Die Drehmoment beschränkende Vorrichtung wird verwendet, um zu gewährleisten, dass ein zuvor bestimmtes minimales Drehmoment erreicht wird und dass ein maximales Drehmoment nicht überschritten wird, wenn das Arbeitsteil an der Befestigungseinrichtung festgezogen wird. Bei einer bekannten Technik kann ein getrennter Drehmomentschlüssel W, wie in 1 dargestellt, über ein Arbeitsteil WM platziert werden, um das Arbeitsteil WM von einer Befestigungseinrichtung M einer chirurgischen Vorrichtung festzuziehen und zu lösen. Bei dieser Technik ist das Arbeitsteil WM an der Befestigungseinrichtung M durch eine Gewindeverbindung befestigt. Wenn das Arbeitsteil WM auf der Befestigungseinrichtung M festgezogen wird, wird der Drehmomentschlüssel W dann über das Arbeitsteil WM geschoben, um das Arbeitsteil WM an der Befestigungseinrichtung M festzuziehen. Ein Nasenkegel wird dann auf das distale Ende der Handstückanordnung H aufgeschraubt.
Es ist jedoch für einen Anwender ziemlich schwierig, das Arbeitsteil in einem sterilen Feld mit der Befestigungseinrichtung zu verbinden und von dieser zu lösen, wenn ein getrennter Drehmomentschlüssel verwendet wird. Weiterhin kann es beschwerlich und zeitintensiv sein, einen Drehmomentschlüssel zu verwenden, wenn das Arbeitsteil während einer Operation gewechselt wird oder um bestimmte Arbeitsteile an der Befestigungseinrichtung festzudrehen. Zusätzlich kann der Drehmomentschlüssel verlegt werden oder verloren gehen und es kann erforderlich werden, dass er in bestimmten Zeitintervallen kalibriert oder ersetzt werden muss, um die Genauigkeit zu gewährleisten.
Entsprechend bestehender Bedarf für verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Verbinden von Ultraschallübertragungskomponenten. Derartige Vorrichtungen würden weiter profitieren, wenn Übertragungskomponenten leicht ohne die Verwendung einer getrennten das Drehmoment begrenzenden Vorrichtung befestigt und gelöst werden könnten.
In WO 95/09570 ist eine chirurgische Ultraschallvorrichtung von der Art gezeigt, wie sie in der Präambel des beigefügten Anspruches 1 beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst eine Gewindeverbindung zum Befestigen des Wandlers an der Befestigungseinrichtung, und ein Trägerteil, das auf dem Wandler angebracht ist, zum Stützen der Verbindung, wodurch das Auftreten eines Bruchs des Übertragungsstabes verringert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird eine chirurgische Ultraschallvorrichtung wie angegeben in dem beigefügten Anspruch 1 bereitgestellt. Weitere Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 dargelegt.
Im Lichte des oben Gesagten wird eine Vorrichtung zum Befestigen von Ultraschallübertragungskomponenten zusammen in einer funktionsfähigen Anordnung bereitgestellt, ohne dass eine getrennte das Drehmoment begrenzende Vorrichtung verwendet wird. Die Vorrichtung erlaubt, dass Übertragungskomponenten miteinander gekoppelt werden durch eine vergleichsweise kleine Kontaktregion und mit vergleichsweise niedrigen Kopplungskräften. Die Vorrichtung erlaubt weiter, dass Übertragungskomponenten vergleichsweise geringe, mit einander zu koppelnden Durchmesser aufweisen. Im allgemeinen betrachtet die vorliegende Erfindung die Verwendung von einem oder mehreren nichtschwingenden Elementen zum Koppeln von Ultraschallübertragungsbestandteilen, die von den nichtschwingenden Elementen getragen werden.
Es soll verstanden werden, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft sind und der Erklärung dienen und eine weitergehende Erläuterung der beanspruchten Erfindung darstellen sollen.
Die Erfindung, zusammen mit den einhergehenden Vorteilen, wird am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verstanden werden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Aufriss einer Handstückanordnung einer Ultraschallvorrichtung nach dem Stand der Technik von der Seite;
2 ist eine Teilansicht und teilweise im Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines chirurgischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Überganges zwischen Übertragungskomponenten des in 2 dargestellten chirurgischen Systems;
4 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kopplungsanordnung zwischen zwei Ultraschallübertragungsbestandteilen;
5 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer weiteren Kopplungsanordnung zwischen zwei Ultraschallübertragungskomponenten; und
6 ist eine Querschnittsansicht eines gelenkigen Ultraschallwellenleiters.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor die vorliegende Erfindung im Detail erklärt wird, sollte festgehalten werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung oder Verwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnung von Teilen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, und der Beschreibung beschränkt ist, da die veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung in anderen Ausführungsformen, Variationen und Modifikationen implementiert oder enthalten sein können, und auf verschiedenen Wegen praktiziert oder ausgeführt werden kann. Weiterhin wurden die hierin verwendeten Begrifflichkeiten und Ausdrücke zu dem Zweck ausgewählt, dass sie beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für den Leser in angenehmer Weise beschreiben und nicht zu dem Zweck der Beschränkung.
1 zeigt einen seitlichen Aufriss einer Handstückanordnung H nach dem Stand der Technik. Das Arbeitsteil WM ist auf die Befestigungsvorrichtung M aufgeschraubt. Ein Drehmomentschlüssel W wird auf das Arbeitsteil WM aufgeschoben, um das Arbeitsteil WM mit einem erwünschten Drehmoment an der Befestigungsvorrichtung M festzuziehen.
Unter Bezugnahme nun auf 2 wird eine Ausführungsform des chirurgischen Systems 10 veranschaulicht. Das chirurgische System umfasst im allgemeinen einen Generator 30, eine Handstückanordnung 50, eine akustische Übertragungsanordnung 80 und ein chirurgisches Werkzeug oder Instrument 120. Der Generator 30 sendet elektrische Signale durch ein Kabel 32 mit einer ausgewählten Amplitude, Frequenz oder Phase, was durch ein Kontrollsystem des Generators 30 bestimmt wird. Wie weiter beschrieben werden wird verursacht das Signal, dass ein oder mehrere Piezoelemente des akustischen Aufbaus 80 expandieren und kontrahieren, wodurch elektrische Energie in mechanische Bewegung umgewandelt wird. Die mechanische Bewegung führt zu Längswellen aus Ultraschallenergie, die sich durch die akustische Anordnung 80 in einer stehenden akustischen Welle ausbreitet, um die akustische Anordnung 80 mit einer ausgewählten Frequenz und Amplitude in Schwingung zu versetzen. Ein Endeffektor 88 am distalen Ende der akustischen Anordnung 80 wird mit Gewebe eines Patienten in Kontakt gebracht, um die Ultraschallenergie auf das Gewebe zu übertragen. Die Zellen des Gewebes, das mit dem Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 in Kontakt ist, werden sich mit dem Endeffektor 80 bewegen und schwingen.
Wenn der Endeffektor 88 mit dem Gewebe koppelt, wird thermische Energie oder Hitze als ein Ergebnis einer inneren zellulären Reibung innerhalb des Gewebes erzeugt. Die Hitze ist ausreichend, um Proteinwasserstoffbindungen zu brechen, was verursacht, dass die hochstrukturierten Proteine (d. h. Kollagen und Muskelprotein) denaturieren (d. h. weniger organisiert werden). Während die Proteine denaturieren, bildet sich ein klebriges Koagulum, um kleine Blutgefäße zu versiegeln oder zu koagulieren, wenn das Koagulum unterhalb 100°C ist. Eine Tiefenkoagulation größerer Blutgefäße ergibt sich, wenn die Wirkung längere Zeit anhält.
Die Übertragung von Ultraschallenergie auf das Gewebe verursacht andere Wirkungen, einschließlich mechanischem Zerreißen, Schneiden, Kavitationszerstörung von Zellen und Emulgieren. Das Ausmaß an Schneiden ebenso wie der Umfang an erhaltener Koagulation schwankt mit der Schwingungsamplitude des Endeffektors 88, der Größe des durch den Anwender ausgeübten Druckes und der Schärfe des Endeffektors 88. Der Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 in dem chirurgischen System 10 neigt dazu, die Schwingungsenergie des Systems 10 auf Gewebe in Kontakt mit dem Endeffektor 88 zu fokussieren, wodurch die Abgabe von thermischer und mechanischer Energie intensiviert und lokalisiert wird.
Wie in 2 veranschaulicht umfasst der Generator 30 ein Kontrollsystem, das im Generator 30 enthalten ist, einen Leistungsschalter 34 und einen Auslösemechanismus 36. Der Leistungsschalter 34 kontrolliert die elektrische Leistung an dem Generator 30 und, nachdem er durch den Auslösemechanismus 36 aktiviert ist, liefert der Generator 30 Energie, um die akustische Anordnung 80 des chirurgischen Systems mit einer vorher bestimmten Frequenz anzutreiben und den Endeffektor 88 bei einem zuvor bestimmten Schwingungsamplitudenniveau anzutreiben. Der Generator 30 kann die akustische Anordnung 80 bei einer jeglichen geeigneten Resonanzfrequenz der akustischen Anordnung 80 antreiben oder anregen.
Wenn der Generator 30 durch den Auslösemechanismus 36 aktiviert wird, wird elektrische Energie kontinuierlich durch den Generator 30 an die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 angelegt. Eine phasensynchronisierte Schleife in dem Kontrollsystem des Generator 30 überwacht die Rückkopplung von der akustischen Anordnung 80. Die phasensynchronisierte Schleife stellt die Frequenz der durch den Generator 30 gesendeten elektrischen Energie ein, so dass sie mit einer vorher gewählten harmonischen Frequenz der akustischen Anordnung übereinstimmt. Zusätzlich hält eine zweite Rückkopplungsschleife in dem Kontrollsystem den an die akustische Anordnung 80 angelegten elektrischen Strom auf einem vorher bestimmten konstanten Niveau, um eine im wesentlichen konstante Schwingungsamplitude am Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 zu erreichen. Das zu der akustischen Anordnung 80 übertragene elektrische Signal wird dazu führen, dass das distale Ende in Längsrichtung im Bereich von, z. B., etwa 20 kHz bis 100 kHz schwingt, und bevorzugterweise im Bereich von etwa 54 kHz bis 56 kHz und am bevorzugtesten bei etwa 55,5 kHz. Die Amplitude der akustischen Schwingungen am Endeffektor 88 können, beispielsweise, kontrolliert werden, indem die Amplitude des an dem Übertragungsabschnitt 90 der akustischen Anordnung 80 durch den Generator 30 angelegten elektrischen Signals kontrolliert wird.
Wie oben festgehalten erlaubt der Auslösemechanismus 36 des Generators 30, dass ein Anwender den Generator aktiviert, so dass elektrische Energie kontinuierlich der akustischen Anordnung 80 zugeführt wird. In einer Ausführungsform umfasst der Auslösemechanismus 36 bevorzugterweise einen Fußaktivierungsschalter, der mit dem Generator durch ein Kabel oder eine Leitung in lösbarer Weise gekoppelt oder damit verbunden ist. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Handschalter in die Handstückanordnung 50 eingebaut sein, um zu erlauben, dass der Generator 30 durch einen Anwender aktiviert wird.
Der Generator 30 weist auch eine Stromleitung 38 zum Einführen in eine elektrochirurgische Einheit oder eine herkömmliche elektrische Steckdose auf. Es wird in Erwägung gezogen, dass der Generator 30 auch durch eine Gleichstrom (DC)-Quelle versorgt werden kann, wie beispielsweise eine Batterie. Der Generator 30 kann irgendein geeigneter Generator sein, wie beispielsweise das Modell No. GENO 1, das von Ethicon Endo-Surgery, Inc. erhältlich ist.
Noch Bezug nehmend auf 2 umfasst die Handstückanordnung 50 ein mehrstückiges Gehäuse oder ein äußeres Gehäuse 52 das angepasst ist, um den Betreiber von den Schwingungen der akustischen Anordnung 80 zu isolieren. Das Gehäuse 52 weist bevorzugterweise eine zylindrische Form auf und ist so ausgeführt, dass es von einem Anwender in herkömmlicher Art und Weise gehalten werden kann, kann jedoch eine jegliche geeignete Form und Größe aufweisen, die es erlaubt, dass sie der Verwender ergreift. Während ein mehrstückiges Gehäuse 52 dargestellt wird, kann das Gehäuse 52 eine einzelne oder eine einstückige Komponente umfassen.
Das Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 ist bevorzugterweise aus einem haltbaren Kunststoff, wie beispielsweise Ultem^®, hergestellt. Es wird auch ins Auge gefasst, dass das Gehäuse 52 aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt ist, einschließlich anderer Kunststoffe (d. h. hochschlagzähes Polystyrol oder Polypropylen). Eine geeignete Handstückanordnung 50 ist Modell No. HP050, erhältlich von Ethicon Endo-Surgery, Inc.
Noch immer bezugnehmend auf 2 umfasst die Handstückanordnung 50 im allgemeinen ein proximales Ende 54, ein distales Ende 56 und eine zentral angeordnete axiale Öffnung oder Hohlraum 58, der sich in Längsrichtung darin erstreckt. Das distale Ende 56 der Handstückanordnung 50 ist mit dem chirurgischen Instrument 120 gekoppelt und umfasst eine Öffnung 60, die so konfiguriert ist, dass sie erlaubt, dass sich die akustische Anordnung 80 des chirurgischen Systems 10 dadurch hindurch erstreckt. Das proximale Ende 54 der Handstückanordnung 50 ist mit dem Generator 30 durch ein Kabel 32 gekoppelt. Das Kabel 32 kann Kanäle oder Entlüftungsöffnungen 62 umfassen, um zu erlauben, dass Luft in die Handstückanordnung 50 eingeführt wird, um die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 zu kühlen.
Das chirurgische Instrument 120 des chirurgischen Systems 10 ist bevorzugterweise mit dem distalen Ende 56 der Handstückanordnung 10 gekoppelt. Das chirurgische Instrument 120 umfasst im allgemeinen ein Gehäuse oder Adapter 122, einen nachgebenden Träger 124 und eine Hülle oder ein röhrenförmiges Teil 128. Das proximale Ende 121 des Gehäuses 122 des chirurgischen Instrumentes 120 ist auf das distale Ende 56 der Handstückanordnung 50 aufgeschraubt. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass das chirurgische Instrument 120 mit der Handstückanordnung 50 durch irgendein geeignetes Mittel gekoppelt ist, wie beispielsweise eine Aufschnappverbindung oder dergleichen.
Das Gehäuse 122 des chirurgischen Instrumentes 120 weist bevorzugterweise eine zylindrische Form auf und weist eine Öffnung 123 an seinem distalen Ende 126 auf, um zu erlauben, dass sich die akustische Anordnung 80 dadurch hindurcherstreckt. Das Gehäuse 122 kann aus Ultem^® hergestellt sein. Es wird ins Auge gefasst, dass das Gehäuse 122 aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein kann.
Die Hülse 128 des chirurgischen Instrumentes 120 ist am distalen Ende 126 des Gehäuses 122 befestigt. Die Hülse 128 weist eine Öffnung auf, die sich in Längsrichtung dadurch erstreckt. Die Hülse 128 kann aus rostfreiem Stahl oder irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Alternativ kann das Polymermaterial den Übertragungsstab 86 umgeben, um ihn gegen Außenkontakte abzuschirmen.
Immer noch bezugnehmend auf 2 umfasst die akustische Anordnung 80 im allgemeinen ein Wandlerpaket oder eine Wandleranordnung 82, eine Befestigungsvorrichtung 84, einen Übertragungsstab oder Wellenleiter 86 und einen Endeffektor oder Applikator 88. Die Wandleranordnung 82, die Befestigungsvorrichtung 84, ein Übertragungsstab 86 und der Endeffektor 88 können akustisch so eingestellt sein, dass die Länge einer jeden Komponenten eine ganze Zahl einer halben Systemwellenlänge (Nλ/2) ist, wobei die Systemwellenlänge λ die Wellenlänge einer vorab ausgewählten oder Längsrichtungsschwingungsfrequenz f der akustischen Anordnung 80 im Betrieb ist. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die akustische Anordnung 80 eine geeignete Anordnung von akustischen Elementen aufnehmen kann. Zum Beispiel kann die akustische Anordnung 80 eine Wandleranordnung und einen Endeffektor umfassen (d. h. die akustische Anordnung 80 kann ohne eine Befestigungseinrichtung und einen Übertragungsstab konfiguriert sein). In einer Ausführungsform werden der Wandler 82 und die Befestigungseinrichtung 84 von der Handstückanordnung 50 getragen, und der Übertragungsstab 86 und der Endeffektor 88 werden von dem chirurgischen Instrument 120 getragen.
Die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 wandelt das elektrische Signal vom Generator 30 in mechanische Energie um, was zu einer Schwingungsbewegung des Endeffektors 88 bei Ultraschallfrequenzen in Längsrichtung führt. Wenn die akustische Anordnung 80 mit Energie versorgt wird, wird eine stehende Schwingungswelle durch die akustische Anordnung 80 erzeugt. Die Amplitude der Schwingungsbewegung an einem jeden Punkt entlang der akustischen Anordnung 80 hängt vom Ort entlang der akustischen Anordnung 80 ab, an der die Schwingungsbewegung gemessen wird. Zum Beispiel wird ein Minimum oder ein Nulldurchgang in der stehenden Schwingungsbewegungswelle im allgemeinen als Knoten bezeichnet (d. h. wo die Axialbewegung üblicherweise minimal und die Radialbewegung üblicherweise klein ist) und ein absolutes Wertmaximum oder Peak in der stehenden Welle wird im allgemeinen als ein Antiknoten bezeichnet. Die Entfernung zwischen einem Antiknoten und seinem nächsten Knoten ist eine viertel Wellenlänge (λ/4).
Wie in 2 gezeigt umfasst die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80, die im allgemeinen als ein „Langevin-Stack" bekannt ist, im allgemeinen einen Übertragungsabschnitt 90, einen ersten Resonator 92 und einen zweiten Resonator 94. Die Wandleranordnung 82 weist bevorzugterweise eine Länge auf, die eine ganze Zahl von halben Systemwellenlängen (Nλ/2) ist. Es wird verstanden, dass die vorliegende Erfindung alternativ konfiguriert sein kann, damit sie eine Wandleranordnung umfasst, die einen magnetostriktiven, elektromagnetischen oder elektrostatischen Wandler umfasst.
Das Ende des ersten Resonators 92 ist mit dem proximalen Ende des Übertragungsabschnittes 90 verbunden, und das proximale Ende des zweiten Resonators 94 ist mit dem distalen Ende des Übertragungsabschnittes 90 verbunden. Der erste und der zweite Resonator 92 und 94 sind bevorzugterweise aus Titan, Aluminium, Stahl oder irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt. Der erste und der zweite Resonator 92 und 94 weisen eine Länge auf, die durch eine Vielzahl von Variablen bestimmt wird, einschließlich der Stärke des Übertragungsbereiches 90, der Dichte und dem Elastizitätsmodulus des in den Resonatoren 92 und 94 verwendeten Materials und der Grundfrequenz der Wandleranordnung 82. Der zweite Resonator 94 kann sich nach innen von seinem proximalen Ende zu seinem distalen Ende verjüngen, um die Ultraschallschwingungsamplitude zu verstärken.
Der Übertragungsabschnitt 90 der Wandleranordnung 82 umfasst bevorzugterweise einen piezoelektrischen Bereich aus alternierendem positiven Elektroden 96 und negativen Elektroden 98, wobei piezoelektrische Elemente 100 zwischen den Elektroden 96 und 98 alternieren. Die piezoelektrischen Elemente 100 können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, wie beispielsweise Bleizirkonat, Bleititanat oder keramischem Kristallmaterial. Ein jedes der Piezoelemente 100, der negativen Elektroden 98 und der positiven Elektroden 96 kann eine Bohrung aufweisen, die sich durch die Mitte erstreckt. Die positiven und negativen Elektroden 96 und 98 sind elektrisch mit Drähten 102 bzw. 104 gekoppelt. Die Drähte 102 und 104 übertragen die elektrischen Signale vom Generator 30 zu den Elektroden 96 und 98.
Wie in 2 gezeigt werden die piezoelektrischen Elemente 100 komprimiert zwischen dem ersten und zweiten Resonator 92 und 94 durch einen Bolzen 106 gehalten. Der Bolzen 106 weist bevorzugterweise einen Kopf, einen Schaft und ein mit einem Gewinde versehenes distales Ende auf. Der Bolzen 106 ist vom proximalen Ende des ersten Resonators 92 durch die Bohrungen des ersten Resonators 92, der Elektroden 96 und 98 und der piezoelektrischen Elemente 100 eingeführt. Das mit einem Gewinde versehene distale Ende des Bolzens 106 wird in eine mit einem Gewinde versehenen Bohrung im proximalen Ende des zweiten Resonators 94 eingeschraubt.
Die piezoelektrischen Elemente 100 werden in Reaktion auf das vom Generator 30 gelieferte Signal mit Energie versorgt, um eine akustische stehende Welle in der akustischen Anordnung 80 zu produzieren. Das elektrische Signal verursacht Störungen in den piezoelektrischen Elementen 100 in der Form von wiederholten kleinen Versetzungen, die zu großen Kompressionskräften innerhalb des Materials führen. Die wiederholten kleinen Versetzungen verursachen, dass sich die piezoelektrischen Elemente 100 expandieren und kontrahieren in einer Art und Weise entlang der Achse des Spannungsgradienten, wodurch hochfrequente Längswellen aus Ultraschallenergie produziert werden. Die Ultraschallenergie wird durch die akustische Anordnung 80 zum Endeffektor 88 übertragen.
Die Befestigungseinrichtung 84 der akustischen Anordnung 80 weist ein proximales Ende, ein distales Ende auf und kann eine Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich einer ganzen Zahl von halben Systemwellenlängen ist. Das proximale Ende der Befestigungsanordnung 84 ist bevorzugterweise in axialer Richtung ausgerichtet und mit dem distalen Ende des zweiten Resonators 94 durch eine mit einem Innengewinde versehene Verbindung nahe einem Antiknoten gekoppelt. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die Befestigungseinrichtung 84 an dem zweiten Resonator 94 durch ein geeignetes Mittel angebracht ist, und dass der zweite Resonator 94 und die Befestigungsvorrichtung 84 als eine einzelne Komponente oder einstückige Komponente ausgebildet sein können.
Die Befestigungsvorrichtung 84 ist mit dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 nahe einem Knoten gekoppelt. (Zum Zwecke dieser Offenbarung ist der Begriff „nahe" so definiert, dass er „genau an" oder „nahe an" bedeutet). Die Befestigungseinrichtung 84 kann auch einen integralen Ring 108 umfassen, der um ihre Peripherie herum angeordnet ist. Der integrale Ring 108 ist bevorzugterweise in einer ringförmigen Rille 110 angeordnet, die im Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 ausgebildet ist, um die Befestigungsvorrichtung 84 an das Gehäuse 58 zu koppeln. Ein nachgebendes Teil oder Material 112, wie beispielsweise ein Paar aus Silikon-O-Ringen, die durch Stützpunkte befestigt sind, kann zwischen der ringförmigen Rille 110 des Gehäuses 52 und dem integralen Ring 108 der Befestigungsvorrichtung 84 platziert sein, um die Übertragung von Ultraschallschwingung von der Befestigungsvorrichtung 84 auf das Gehäuse 52 zu verringern oder zu verhindern.
Die Befestigungsvorrichtung 84 kann in einer vorbestimmten Axialposition durch eine Vielzahl von Stiften 114, bevorzugterweise vier, befestigt sein. Die Stifte 114 werden in Längsrichtung 90° voneinander um die äußere Peripherie der Befestigungseinrichtung 84 angeordnet. Die Stifte 14 sind mit dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 gekoppelt und durch Schlitze im integralen Ring 108 der Befestigungsvorrichtung 84 angeordnet. Die Stifte 114 sind bevorzugterweise aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Die Befestigungseinrichtung 84 ist bevorzugterweise so konfiguriert, dass sie die Ultraschallschwingungsamplitude, die durch die akustische Anordnung 80 zum distalen Ende des Endeffektors 88 übertragen wird, amplifiziert. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Befestigungseinrichtung 84 ein massives, sich verjüngendes Horn. Wenn Ultraschallenergie durch die Befestigungseinrichtung 84 übertragen wird, wird die Geschwindigkeit der akustischen Welle, die durch die Befestigungseinrichtung 84 übertragen wird, amplifiziert. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Befestigungseinrichtung 84 eine jegliche Form aufweisen kann, wie beispielsweise ein abgestuftes Horn, ein konisches Horn, ein exponentielles Horn oder dergleichen.
Das distale Ende der Befestigungseinrichtung 84 ist so konfiguriert, dass es mit dem proximalen Ende des Übertragungsstabes 86 einen Übergang aufweist oder in dieses eingreift. Wie in 3 gezeigt weist das distale Ende der Befestigungseinrichtung 84 bevorzugterweise eine eingreifende oder koppelnde Oberfläche 93 auf, die axial mit einer eingreifenden oder koppelnden Oberfläche 95 des proximalen Endes des Übertragungsstabes 86 ausgerichtet ist. Die eingreifende Oberfläche 93 der Befestigungsvorrichtung 84 weist einen gewindefreien Hohlraum oder Bohrung auf, der/die im wesentlichen konisch oder keilförmig ist. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die eingreifende Oberfläche 93 der Befestigungseinrichtung 84 als eine konvexe oder teilweise kurvige Oberfläche ausgebildet ist.
Die eingreifende Oberfläche 95 des Übertragungsstabes 86 weist ein gewindefreies sich axial erstreckendes Element oder Fortsatz auf. Die eingreifende Oberfläche 95 ist bevorzugterweise im wesentlich sphärisch geformt. Es wird ins Auge gefasst, dass die Oberflächen 93, 95 ausgetauscht werden könnten. Zum Beispiel kann die Befestigungseinrichtung 84 einen gewindefreien Fortsatz an seinem distalen Ende und der Übertragungsstab 86 einen gewindefreien Hohlraum an seinem proximalen Ende aufweisen. Andere geeignete ineinandergreifende Oberflächen mit verschiedenen gewindefreien Oberflächen könnten verwendet werden. Die eingreifenden Oberflächen 93, 95 der Befestigungseinrichtung 84 und des Übertragungsstabes 86 können auch mit Titannitrid (TiN) beschichtet sein, um die Nutzungsdauer zu verlängern.
Die eingreifende Oberfläche 93 der Befestigungseinrichtung 84 und die eingreifende Oberfläche 95 des Übertragungsstabes 86 werden axial zueinander gezwungen, so dass die Verbindung oder der Kontaktpunkt bevorzugterweise nahe einem Antiknoten ist. Bevorzugterweise existiert eine minimale Kontaktfläche zwischen den eingreifenden Oberflächen 93, 95. Eine Kopplungskraft zwischen den eingreifenden Oberflächen 93, 95 wird erzeugt, wenn die Handstückanordnung 50 mit dem chirurgischen Instrument 120 gekoppelt wird. Die Handstückanordnung 50 und das chirurgische Instrument 120 werden bevorzugterweise nahe einem Schwingungsantiknoten gekoppelt, da dies der Punkt mit minimalem Stress ist und deshalb die geringste Vorspannungskraft erfordert.
Die eingreifenden Oberflächen 93, 95 des Übertragungsstabes 86 und der Befestigungseinrichtung 84 stellen eine Basisanordnung bereit, die sich selbst ausrichtet und selbst zentriert. Die Basisanordnung erlaubt auch eine geringe nichtaxiale Ausrichtung des Übertragungsstabes 86 und der Befestigungseinrichtung 84. Die Kontaktregion oder der Bereich zwischen den eingreifenden Oberflächen 93, 95 überträgt mechanische oder Ultraschallschwingung effektiv über die Verbindung zwischen ihnen. Die Kontaktregion zwischen den eingreifenden Oberflächen 93, 95 weist eine vergleichsweise geringe Fläche auf. Als ein Ergebnis kann eine mäßige oder vergleichsweise geringe Vorspannungskraft den Übertragungsstab 86 und die Befestigungseinrichtung 84 zusammenhalten. Zum Beispiel kann infolge der Form der wechselwirkenden Oberflächen 93, 95 eine axiale Vorspannungskraft zwischen 22,24 – 111,20 Newton (5 – 25 Pfund) ausreichend sein, um die Befestigungseinrichtung 84 und den Übertragungsstab 86 zusammenzuhalten. Dies ist eine geringere Kraft, als oft erforderlich ist, um mit Gewinden versehene Ultraschallelemente verlässlich miteinander zu koppeln.
Wieder Bezug nehmend auf 2 umfasst ein Übertragungsstab 86 einen Träger oder ein Rückhalteelement. Das Rückhalteelement umfasst bevorzugterweise einen integralen Ring oder Flansch 130, der um seine Peripherie herum angeordnet ist. Es wird auch ins Auge gefasst, dass das Rückhalteelement eine Anzahl von geeigneten Konfigurationen umfassen kann, wie beispielsweise einen O-Ring, der fest mit einer Rille oder der Peripherie des Übertragungsstabs 88 verbunden ist.
Ein nachgebendes Element 124 ist bevorzugterweise zwischen dem integralen Ring 130 des Übertragungsstabes 86 und dem distalen Ende 126 des Gehäuses 122 des chirurgischen Werkzeuges 120 positioniert. Das nachgebende Element 124 isoliert bevorzugterweise das Gehäuse 122 des chirurgischen Instrumentes 120 von den Ultraschallschwingungen des Übertragungsstabes 86. Das nachgebende Element 124 ist bevorzugterweise ein O-Ring, der aus Silikon oder Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist und eine geringe Federkonstante (d. h. k-Konstante (k)) aufweist. In einer alternativen Ausführungsform besteht das nachgebende Element 124 bevorzugterweise aus einer dünnen Schicht aus nachgebendem Material mit einer hohen oder niedrigen k-Konstante auf einer herkömmlichen Metall- oder Kunststofffeder oder einer Scheibenfeder.
Das nachgebende Element 124 kontaktiert bevorzugterweise den Übertragungsstab 86 in einer Ebene, die senkrecht zur Achse des Übertragungsstabes 86 ist, um eine Kompressionskraft senkrecht zur Radialbewegung nahe oder am Knoten bereitzustellen, um den Verlust an Ultraschallenergie zu minimieren, der durch die Schwingung des nachgebenden Elementes 124 verursacht wird. Diese Konfiguration erlaubt auch, dass der Übertragungsstab 86 relativ zur Handstückanordnung 50 gedreht werden kann, ohne ihn zu entfernen oder die Verbindung zwischen der Handstückanordnung 50 und dem chirurgischen Instrument 120 zu lockern.
Um das chirurgische Instrument 120 mit der Handstückanordnung 50 zu koppeln, wird das chirurgische Instrument 120 bevorzugterweise auf das distale Ende 56 der Handstückanordnung 50 geschraubt, wodurch die Befestigungsoberfläche 95 des Übertragungsstabes 86 mit der Befestigungsoberfläche 93 der Befestigungseinrichtung 84 in Verbindung gebracht wird oder diese kontaktiert. Alternative Anordnungen, wie beispielsweise ein Twistlock-Anschlussstück, sind ebenfalls möglich.
Wenn das chirurgische Instrument 120 mit der Handstückanordnung 50 befestigt ist, wird das nachgebende Element 124 komprimiert, um eine Befestigungskraft oder Vorspannungskraft zu erzeugen. Das nachgebende Element 124 weist bevorzugterweise eine geringe Federkonstante (k) auf, um eine Vorspannungskontaktkraft zwischen der Befestigungseinrichtung 84 und dem Übertragungsstab 86 bereitzustellen, die im wesentlichen die gleiche ist, unabhängig von den Toleranzen der Komponenten oder der Art, wie das chirurgische Instrument 120 mit der Handstückanordnung 50 befestigt ist. Es wird ins Auge gefasst, dass das chirurgische Instrument 120 mit der Handstückanordnung 50 durch ein jegliches geeignetes Mittel befestigt werden kann, wie, zum Beispiel, eine Gewindeverbindung oder eine Aufschnappverbindung, um das nachgebende Element, wie beispielsweise Federn, O-Ringe und dergleichen zu komprimieren, um die Vorspannungskraft zu erzeugen.
Wieder Bezug nehmend auf 2 kann der Übertragungsstab 86 der akustischen Anordnung 80 eine Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich einer ganzen Zahl einer halben Systemwellenlänge (Nλ/2) aufweisen. Der Übertragungsstab 86 ist bevorzugterweise aus einem massiven Kernschaft hergestellt, der aus einem Material konstruiert ist, das Ultraschallenergie wirksam fortpflanzt, wie beispielsweise Titanlegierung (d. h. Ti-6A1-4V) oder eine Aluminiumlegierung. Wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, kann der Übertragungsstab 86 aus anderen geeigneten Materialien hergestellt sein. Der Übertragungsstab 86 kann auch die durch den Übertragungsstab 86 zum Endeffektor 88 übertragenen mechanischen Schwingungen amplifizieren, wie in der Technik bekannt ist.
Der Übertragungsstab 86 umfasst stabilisierende Silikunringe oder nachgebende Träger 116 (wobei einer gezeigt ist), die an einer Vielzahl von Knoten angeordnet sind. Die Silikonringe 116 dämpfen unerwünschte Schwingungen und isolieren die Ultraschallenergie von einer Hülse 128 des chirurgischen Instrumentes 120, was gewährleistet, dass die Ultraschallenergie in Längsrichtung zum distalen Ende des Endeffektors 88 mit einer maximalen Effizienz fließt.
Das distale Ende des Übertragungsstabes 86 ist mit dem proximalen Ende des Endeffektors 88 durch eine mit einem Innengewinde versehenen Verbindung, bevorzugterweise nahe einem Antiknoten, gekoppelt. Es wird ins Auge gefasst, dass der Endeffektor 88 mit dem Übertragungsstab 86 mit einem geeigneten Mittel verbunden ist, wie beispielsweise einer geschweißten Verbindung oder dergleichen. Obwohl der Endeffektor 88 lösbar von dem Übertragungsstab 86 sein kann, wird auch ins Auge gefasst, dass der Endeffektor 88 und der Übertragungsstab 86 als eine einzige Einheit ausgebildet sind.
Der Endeffektor 88 kann auch einen distalen Bereich 88b aufweisen mit einer geringeren Querschnittsfläche als ein proximaler Bereich 88a davon, wodurch eine die Vibrationsamplitude aufwärts transformierende Verbindung gebildet wird. Die aufwärts transformierende Verbindung dient als Geschwindigkeitsumwandler, wie in der Technik bekannt ist, der die Größe der von dem proximalen Abschnitt 88a zum distalen Abschnitt 88b des Endeffektors 88 übertragenen Ultraschallschwingung erhöht.
Der Endeffektor 88 kann eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich ist einem ganzzahligen Vielfachen von Halbsystemwellenlängen (N λ/2). Die distale Spitze des Endeffektors 88 ist an einem Antiknoten angeordnet, wo die maximale Ablenkung in Längsrichtung erfolgt. Wenn die Wandleranordnung 82 mit Energie versorgt wird, ist das distale Ende des Endeffektors 88 so konfiguriert, dass es sich in Längsrichtung im Bereich von 10 bis 500 μm von Spitze zu Spitze bewegt und bevorzugterweise im Bereich von 30 bis 100 μm mit einer vorbestimmten Schwingungsenergie, und am bevorzugtesten bei etwa 90 μm.
Der Endeffektor 88 ist bevorzugterweise aus einem massiven Kernschaft gebildet, der aus Material konstruiert ist, das Ultraschallenergie fortpflanzt, wie beispielsweise eine Titanlegierung (d. h. Di-6A14V) oder eine Aluminiumlegierung. Wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, kann der Endeffektor 88 aus anderen geeigneten Materialien hergestellt sein. Das distale Ende des Endeffektors 88 kann irgendeine geeignete Form aufweisen, um die Ultraschallenergie auf das Gewebe eines Patienten zu übertragen. Es wird ins Auge gefasst, dass der Endeffektor 88 eine Oberflächenbehandlung aufweisen kann, um die Energieabgabe und die erwünschte Gewebewirkung zu verbessern. Zum Beispiel kann der Endeffektor 88 mikrobehandelt, beschichtet, galvanisiert, geätzt, sandgestrahlt, aufgeraut oder gekerbt sein, um die Koagulation im Gewebe zu erhöhen. Zusätzlich kann der Endeffektor so geformt sein, dass seine Energieübertragungseigenschaften verstärkt werden. Zum Beispiel kann der Endeffektor 88 eine Klingenform, Hakenform oder Ballform aufweisen.
Unter Bezugnahme nun auf 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Kopplungsanordnung zwischen einer ersten Ultraschallvorrichtung 200 und einer zweiten Ultraschallvorrichtung 220 dargestellt. Die erste Ultraschallvorrichtung 200 umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse oder eine Hülse 202, eine Übertragungskomponente oder ein Übertragungselement 204 und ein elastomeres oder nachgebendes Material 206. Das Gehäuse 202 der ersten Ultraschallvorrichtung 200 umfasst bevorzugterweise einen nach innen vorspringenden Ring 208 und Kopplungselemente 210. Das Gehäuse 202 umfasst bevorzugterweise das Übertragungselement 204, um den Übertragungsbestandteil 204 gegenüber einem Kontakt mit einem Anwender zu isolieren.
Das Gehäuse 202 der ersten Ultraschallvorrichtung 200 weist bevorzugterweise eine zylinderförmige Form auf. Es wird ins Auge gefasst, dass das Gehäuse 202 eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen kann. Das Gehäuse 202 kann aus irgendeinem geeigneten Material, bevorzugterweise Ultem^®, konstruiert sein.
Die zweite Ultraschallvorrichtung 220 umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse oder eine Hülse 222, einen Übertragungsbestandteil oder ein Übertragungselement 224, einen Freigabemechanismus 226 und ein elastomeres oder nachgebendes Material 228. Das Gehäuse 222 der zweiten Ultraschallvorrichtung 220 umfasst bevorzugterweise einen nach innen vorspringenden Ring 230 und Kopplungsteile 232. Das Gehäuse 222 umfasst bevorzugterweise das Übertragungsbestandteil 224, um das Übertragungselement 224 gegenüber einem Kontakt mit einem Anwender zu isolieren.
Das Gehäuse 222 der zweiten Ultraschallvorrichtung 220 weist bevorzugterweise eine zylinderförmige Form auf. Es wird ins Auge gefasst, dass das Gehäuse 222 eine jegliche geeignete Konfiguration aufweisen kann. Das Gehäuse kann auch aus einem jeden geeigneten Material, bevorzugterweise Ultem^®, hergestellt sein.
Die Gehäuse 202, 222 der ersten und zweiten Ultraschallvorrichtung 200, 220 sind miteinander durch die Kopplungselemente 210, 223 miteinander koppelbar. Die Kopplungselemente 210, 232 umfassen bevorzugterweise Verriegelungsteile, um die Gehäuse 202, 222 aneinander zu befestigen. Bevorzugterweise schnappen die Kopplungselemente 210, 232 zusammen, wenn die Gehäuse 202, 222 axial aufeinander geschoben werden. Es wird ins Auge gefasst, dass die Gehäuse 202, 222 durch einen jeden geeigneten lösbaren Einrast- oder Verriegelungsmechanismus befestigt werden können. Die Gehäuse 202, 222 können durch Drücken des Freigabemechanismus 226 voneinander gelöst werden, während die Gehäuse 202, 222 auseinander gezogen werden. Wenn der Freigabemechanismus 222 in Richtung auf die Pfeile 221a gedrückt wird, löst der Freigabemechanismus 222 die Kopplungsteile 202, 222.
Die Übertragungselemente 204, 224 der ersten und der zweiten Ultraschallvorrichtung 200, 202 weisen bevorzugterweise ineinander greifende Oberflächen oder Bereiche 231, 233 auf, die so ausgeführt sind, dass sie miteinander in Verbindung oder Kontakt gebracht werden können, bevorzugterweise nahe oder an einem Antiknoten. Die ineinander greifenden Oberflächen oder Bereiche 231, 233 sind im Wesentlichen ähnlich den ineinander greifenden Oberflächen des Übertragungsstabes 86 und der Befestigungseinrichtung 84, wie oben beschrieben. Als solches ist eine weitere Beschreibung der ineinandergreifenden Oberflächen 231, 233 der Übertragungselemente 204, 224 für ein vollständiges Verständnis dieser Ausführungsform nicht erforderlich.
Die nachgebenden Elemente 206, 228 umfassen jeweils einen O-Ring, der in den Rillen 212 und 241 angeordnet ist, die um die Peripherie von einem jeden Übertragungselement 204, 224 angeordnet sind. Die nachgebenden Teile 206, 228 sind an den Rillen 212, 241 durch mechanische Interferenz oder einen Klebstoff befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die nachgebenden Elemente 206, 228 mit den Übertragungsbestandteilen 206, 228 durch die Klebewirkung von Silikon befestigt, die durch einen Gießprozess, wie er in der Technik bekannt ist, erzeugt wird. Die nachgebenden Elemente 206, 228 positionieren und stützen die Übertragungselemente 204, 241 innerhalb der Gehäuse 202, 232, um die Schwingungsleitung in die Gehäuse 202, 232 zu verringern und den Energieverlust infolge Hitze oder Lärm zu verringern.
Wenn die Ultraschallvorrichtungen 200, 220 miteinander gekoppelt sind, wird eine Vorspannungskraft zwischen den Übertragungselementen 204, 224 durch die nachgebenden Elemente 206, 228 erzeugt, die elastisch komprimiert oder gestreckt werden. Es wird auch ins Auge gefasst, dass, obwohl die Stützstruktur als ein externes Element dargestellt ist, es innerhalb eines Hohlraumes innerhalb der Übertragungselemente 204, 224 angeordnet sein könnte. Zum Beispiel kann das Übertragungselement 204 in einen Hohlraum des Übertragungselementes 224 eingeführt sein und durch eine Presspassung oder einen schwimmenden Stift zusammengehalten werden.
Bezug nehmend nun auf 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Kopplungsanordnung 250 zum Verbinden von Ultraschallübertragungsbestandteilen veranschaulicht. Die Kopplungsanordnung 250 umfasst allgemein einen nicht schwingenden Strukturträger (im Allgemeinen an 251 angezeigt), einen ersten Übertragungsbestandteil oder ein erstes Übertragungselement 256 und einen zweiten Übertragungsbestandteil oder ein zweites Übertragungselement 258. Die nicht schwingende Struktur 251 umfasst bevorzugterweise einen ersten Abschnitt 252, einen zweiten Abschnitt 253 und eine Kopplungsmechanismus 254 zum Erzeugen einer Vorspannungskraft. Der erste Abschnitt 252 der nicht schwingenden Struktur ist bevorzugterweise elastisch mit dem ersten Übertragungsbestandteil 256 nahe einem Knoten gekoppelt, und der zweite Abschnitt 253 der nicht schwingenden Struktur ist elastisch mit dem zweiten Übertragungsbestandteil 258 nahe einem Knoten verbunden. Der erste Abschnitt 252 und der zweite Abschnitt 253 sind von den Übertragungsbestandteilen 256, 258 durch ein nachgebendes Trägermaterial isoliert.
Die erste und zweite Übertragungsbestandteile 256, 258 sind nahe einem Antiknoten miteinander verbunden oder zusammengehalten, um die Vorspannungskraft zu minimieren, die erforderlich ist, um sie zusammenzuhalten. Der Kopplungsmechanismus 254 erzeugt eine ausreichende Vorspannungskraft, um die Übertragungsbestandteile 256, 258 zusammenzukoppeln. Der Kopplungsmechanismus 254 kann durch irgendeinen geeigneten Mechanismus bereitgestellt werden, wie beispielsweise Federn, aktive Schnappverschlüsse, Pneumatiken, Magnete, Saugen/Vakuum von einem Betriebsraum, mechanische Sprungkniehebel, ¼-Drehungsgewindeanschlussstück und dergleichen.
Bezug nehmend nun auf 6 wird eine bevorzugte Ausführungsform eines gelenkigen oder flexiblen Ultraschallübertragungs- oder Wellenleiteranordnung 270 dargestellt. Die Wellenleiteranordnung 270 umfasst eine Vielzahl von Übertragungsbestandteilen oder Übertragungselementen 272, Spannungsdrähten 274, eine Feder oder einen einstellbaren Spanner 275, eine röhrenähnliche Hülse oder Spannungsdrahtführung 276, die die Übertragungsbestandteile 274 umgibt, und elastomere Befestigungen 277.
Die zueinander benachbarten Übertragungsbestandteile 272 werden miteinander nahe einem Schwingungsantiknoten verbunden oder zusammengehalten. Die Übertragungsbestandteile 272 weisen jeweils eine eingreifende Oberfläche oder Bereich 278a und 278b auf, der im Wesentlichen ähnlich ist den eingreifenden Oberflächen der oben beschriebenen Übertragungselemente 204, 224. Als solches ist eine weitere Beschreibung der eingreifenden Oberfläche 278 der Übertragungsbestandteile 272 für ein vollständiges Verständnis dieser Ausführungsform nicht erforderlich.
Der Spannungsdraht 275 der Wellenleiteranordnung 270 erstreckt sich durch die Spannungsdrahtführung. Der Spannungsdraht 275 stellt eine Kraft bereit, um eine im Wesentlichen gleichförmige Kontaktkraft zwischen den eingreifenden Oberflächen 278a und 278b der Übertragungsbestandteile 272 bereitzustellen, wenn er angezogen wird. Die Spannungsdrähte 275 können durch den einstellbaren Spanner 275 angezogen oder gelöst werden, um die Winkel zwischen den Übertragungsbestandteilen 274 zu ändern, was erlaubt, dass die Wellenleiteranordnung 270 in eine erwünschte Form gebracht wird. Die Übertragungsbestandteile 272 können in einem weiten Bereich von Verbindungswinkeln zueinander verbunden werden. Die Wellenleiteranordnung 270 kann mit einem weiteren Übertragungsbestandteil 280 verbunden oder gekoppelt sein.
Die Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung erlauben, dass Übertragungsbestandteile miteinander verbunden werden, ohne dass eine externe, das Drehmoment begrenzende Vorrichtung verwendet wird. Zueinander benachbarte Übertragungsbestandteile werden miteinander nahe oder an einem Antiknoten verbunden. Die Übertragungsbestandteile werden in Kontakt gehalten durch eine Vorspannungskraft, die durch eine nicht-schwingende Struktur erzeugt wird. Der Kontaktbereich zwischen den Übertragungsbestandteilen kann vergleichsweise gering sein und die Übertragungsbestandteile können auch einen vergleichsweise geringen Durchmesser aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail zur Veranschaulichung und als Beispiel beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, dass eine Vielzahl von Veränderungen und Modifikationen an den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden können. Somit sollen die beschriebenen Ausführungsformen in allen Aspekten nur veranschaulichend und nicht als beschränkend betrachtet werden und der Schutzumfang wird deshalb durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorhergehende Beschreibung angegeben.

Claims

Chirurgische Ultraschallvorrichtung (10) umfassend: eine Wandleranordnung (82), die angepasst ist, um mit einer Ultraschallfrequenz in Reaktion auf elektrische Energie zu schwingen; eine Befestigungseinrichtung (84) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei die Befestigungseinrichtung (84) angepasst ist, um die Ultraschallschwingung von der Wandleranordnung (82) aufzunehmen und die Ultraschallschwingung von dem ersten Ende zum zweiten Ende der Befestigungseinrichtung zu übertragen, wobei das erste Ende der Befestigungseinrichtung mit der Wandleranordnung (82) nahe einem Spannungsbauch gekoppelt ist; einen Übertragungsstab (86) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der Übertragungsstab (86) angepasst ist, um die Ultraschallschwingung von der Befestigungseinrichtung (84) aufzunehmen und die Ultraschallschwingungen von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Übertragungsstabes zu übertragen und einen Endeffektor (88) mit einem ersten Ende (88a) und einem zweiten Ende (88b), wobei der Endeffektor (88) angepasst ist, um die Ultraschallschwingungen von dem Übertragungsstab (86) aufzunehmen und die Schwingungen von dem ersten Ende (88a) zu dem zweiten Ende (88b) des Endeffektors zu übertragen; das erste Ende (88a) des Endeffektors mit dem zweiten Ende des Übertragungsstabes gekoppelt ist und das zweite Ende (88b) des Endeffektors nahe einem Spannungsbauch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende des Übertragungsstabes mit dem zweiten Ende der Befestigungseinrichtung durch eine gewindefreie Verbindungsstelle (93, 95) nahe einem Spannungsbauch gekoppelt ist, wobei ein Ende, das von dem ersten Ende des Übertragungsstabes und dem zweiten Ende der Befestigungseinrichtung ausgewählt ist, einen Hohlraum (93) umfasst, wobei das andere davon ausgewählte Ende einen Fortsatz (95) umfasst, der in den Hohlraum (93) vorsteht, und wobei die Vorrichtung weiter wenigstens ein nachgebendes Element (124) aufweist, das angeordnet ist, um den Fortsatz (95) in den Hohlraum (93) zu zwingen, um die gewindefreie Verbindungsstelle zu definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende der Befestigungseinrichtung den Hohlraum (93) umfasst und das erste Ende des Übertragungsstabes den Fortsatz (95) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Ende des Übertragungsstabes den Hohlraum (93) umfasst und wobei das zweite Ende der Befestigungseinrichtung den Fortsatz (95) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 weiter umfassend eine Handstückanordnung (50), die mit der Befestigungseinrichtung (84) nahe einem Schwingungsknoten gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 weiter umfassend einen Adapter (116), der mit dem Übertragungsstab (86) nahe einem Schwingungsknoten gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 weiter umfassend einen Generator (30), um die Wandleranordnung (82) mit Energie zu versorgen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 6, wobei das erste Ende des Übertragungsstabes einen im Wesentlichen konisch oder keilförmig geformten Hohlraum (93) umfasst, wobei das zweite Ende des Befestigungsstabes einen Fortsatz (95) aufweist, der in den Hohlraum (93) vorspringt und in das erste Ende des Übertragungsstabes eingreift, und wobei das nachgebende Element (124) am zweiten Ende des Übertragungsstabes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Hohlraum (93) im Wesentlichen konisch geformt ist und der Fortsatz (95) im Wesentlichen sphärisch ist, wo er in das erste Ende des Übertragungsstabes eingreift.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Generator (30) angepasst ist, um die Wandleranordnung (82) mit einer vorab bestimmten Frequenz mit Energie zu versorgen und wobei die Befestigungseinrichtung (84) und der Übertragungsstab (86) jeweils eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich einer ganzen Zahl der Hälfte der Wellenlängen der Ultraschallfrequenz ist.