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Dokumentenidentifikation DE3687459T2 29.04.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0248844
Titel ULTRASCHALLCHIRURGISCHE WERKZEUGE MIT WINKELN.
Anmelder Valleylab, Inc., Boulder, Col., US
Erfinder KREIZMAN, Alexander, Stamford, CT 06902, US;
BROADWIN, Alan, Brooklyn, NY 11210, US
Vertreter Kador, U., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Aktenzeichen 3687459
Vertragsstaaten BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 24.11.1986
EP-Aktenzeichen 869072116
WO-Anmeldetag 24.11.1986
PCT-Aktenzeichen US8602508
WO-Veröffentlichungsnummer 8703467
WO-Veröffentlichungsdatum 18.06.1987
EP-Offenlegungsdatum 16.12.1987
EP date of grant 07.01.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.04.1993
IPC-Hauptklasse A61B 17/20

Beschreibung[de]
Hintergrund dieser Erfindung Gebiet dieser Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf chirurgische Ultraschallwerkzeuge zur Entfernung von Gewebe innerhalb einer biologischen Struktur und insbesondere auf ein verbessertes chirurgisches Ultraschallwerkzeug, das einen Wandler und einen gewinkelten Verbindungskörper verwendet.

Beschreibung des Standes der Technik

Chirurgische Ultraschallinstrumente, die allgemein als Werkzeuge bezeichnet werden, fanden zuerst in der Augenchirurgie, insbesondere bei der Entfernung von grauem Star, Anwendung und werden gegenwärtig in großem Umfang für verschiedene chirurgische Verfahren angewendet. Die bekannten Ultraschallwerkzeuge verwenden im allgemeinen piezoelektrische oder magnetostriktive Wandler, die elektrische Energie mit hoher Frequenz in mechanische Impulse oder Schwingungen umwandeln können und im wesentlichen aus einem länglichen Wandler bestehen, bei dem ein Ende, z. B. durch Löten oder Schweißen, starr mit dem länglichen Verbindungsteil verbunden ist, das wiederum an seinem anderen Ende eine längliche Operationssonde oder -spitze trägt. Dieser schwingende bzw. vibrierende elektromechanische Aufbau, einschließlich des Wandlers, des Verbindungsteils und der Sonde werden durch eine Verbindungseinrichtung von einem Gehäuse gehalten, das dieses Gehäuse vor mechanischen Schwingungen isoliert und die Verbindungen für das Kühlfluid für diesen Aufbau und für die elektrische Energie liefert, damit der Wandler angetrieben wird. Bekannte Ultraschallwerkzeuge dieses allgemeinen Typs sind z. B. in US-Patenten Nr. 3,693,613 und 3,805,787 beschrieben.

Die bekannten Ultraschallwerkzeuge, bei denen sich die Operationssonde koaxial mit dem Gehäuse erstreckt, sind im allgemeinen als Wandler mit 3/4 λ aufgebaut, und zwar bilden die Länge des Wandlers und des Verbindungsteils 3/4 der Wellenlänge, und eine an das Verbindungsteil angebrachte passende Operationssondenspitze mit 1/4 λ vervollständigt die volle Wellenlänge, wobei die Ebene der Verbindung mit der Spitze bei oder nahe bei der Knotenebene liegt. Während diese Ultraschallwerkzeuge im Operationssaal in großem Umfang angewendet werden, begrenzt ihre geradlinige Gestaltung ihre Verwendbarkeit bei bestimmten Verfahren. Wenn die Operationsstelle tief innerhalb des Körpers liegt, ist z. B. nicht immer eine gute Sichtbarkeit möglich, da das Gehäuse und die das Gehäuse haltende Hand des Chirurgen den Blickwinkel auf die Operationsspitze stören können. Diese herkömmlichen geraden Ultraschallwerkzeuge haben außerdem bei der Mikrochirurgie eine besonders begrenzte Verwendbarkeit, da das Werkzeug und die Hand des Chirurgen das Operationsmikroskop stören.

Ein Versuch zur Schaffung eines chirurgischen Ultraschallwerkzeuges, um die oben beschriebenen Schwierigkeiten der geraden Werkzeuge zu überwinden, ist in US- Patent 4,526,571 beschrieben. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung wird ein herkömmlicher gerader Aufbau des Wandlers für die herkömmliche Befestigung der Operationsspitze am Knotenpunkt angewendet, es wird jedoch zwischen der Operationssonde und deren herkömmlichem Befestigungspunkt eine gekrümmte Verlängerung mit 1/2 λ eingesetzt, um eine Verlängerung mit 3/4 λ zu bewirken, bei der die Längsachse der Operationsspitze in einem Winkel von z. B. 15º von der Längsachse des Aufbaus des Wandlers verschoben ist. Dieser Aufbau hat das Problem der Sichtbarkeit der Operationsstelle erfolgreich gelöst, wenn an einer tieferliegenden Körperöffnung mit eingeschränktem Zutritt gearbeitet wird, die ergänzte Länge des gesamten Aufbaus kann jedoch unter bestimmten Bedingungen die Verwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung in Verbindung mit einem Operationsmikroskop verringern. Außerdem finden es einige an die Handhabung der kürzeren geraden Werkzeuge gewöhnte Chirurgen schwierig, dieses gegen das längere Werkzeug auszutauschen, da es einen Unterschied bei der Wendigkeit und beim Gleichgewicht gibt. Es besteht folglich ein Bedarf nach einem verbesserten chirurgischen Werkzeug, das so gestaltet ist, daß an der Operationsspitze eine verbesserte Sichtbarkeit geschaffen wird und eine minimale Störung des Operationsmikroskops erfolgt.

Es ist ebenfalls bekannt, daß längsverlaufende Ultraschallschwingungen durch ein längliches Teil übertragen werden, das im Wechsel aus geraden und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten besteht. US-Patent Nr. 3,546,498 beschreibt z. B. eine Übertragungsstrecke aus einer Reihe von geraden Segmenten, die durch Biegungen mit kurzem Radius verbunden sind, die an kritischen Stellen, und zwar dem Knoten- oder Schwingungsbauch im Übertragungselement angeordnet sind.

Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten chirurgischen Ultraschallwerkzeuges, das die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Werkzeuge überwindet.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines verbesserten gewinkelten chirurgischen Ultraschallwerkzeuges, das kürzer und leichter lenkbar ist, als die bekannten gekrümmten Werkzeuge.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines derartigen chirurgischen Ultraschallwerkzeuges, das einen Verbindungskörper verwendet, der an der Stelle zwischen der Knoten- und Schwingungsbauchebene neben seinen Enden gebogen ist, wodurch die Achse der Operationsspitze im Verhältnis zur Achse des Wandlers in einem Winkel angeordnet ist.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines solchen chirurgischen Ultraschallwerkzeuges, das ein verbessertes Gleichgewicht in der Hand des Chirurgen aufweist und das folglich bei seiner Verwendung besser steuerbar und weniger ermüdend ist.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines derartigen chirurgischen Ultraschallwerkzeuges zur Verwendung in Verbindung mit Operationsmikroskopen, das im wesentlichen die Verwendung dieser Mikroskope nicht stört, wenn für das Objektiv Linsen mit mindestens 300 mm verwendet werden.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines derartigen Ultraschallwerkzeuges, bei dem die Operationsspitze und die Antriebskomponenten kompatibler gerader und gewinkelter Werkzeuge untereinander austauschbar sind.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung eines gewinkelten chirurgischen Ultraschallwerkzeuges, das ausreichend kurz ist, so daß es in der Hand des Chirurgen lenkbar als auch weniger ermüdend ist, wobei es die Verwendung des Operationsmikroskops im wesentlichen nicht stört, und bei dem eine Operationsspitze mit 1/4 λ eines kompatiblen geraden Werkzeugs eingesetzt werden kann.

Zusammenfassung dieser Erfindung

Um diese und andere Aufgaben zu lösen und die Vorteile dieser Erfindung zu erreichen, besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung in der Schaffung eines verbesserten gewinkelten Ultraschallwerkzeugs, das vom Personal des Operationssaales mit minimaler Störung im Austausch mit bekannten geraden Werkzeugen verwendet werden kann. Das Werkzeug ist so gestaltet, daß es in handelsübliche kompatible Konsolensysteme mit entsprechender Frequenz eingesteckt werden kann und mit diesen zusammenarbeitet, so daß es mit vorhandenen chirurgischen Spitzen funktioniert, die mit diesen handelsüblichen kompatiblen geraden Werkzeugen geliefert werden. Dies wird durch Bereitstellung eines Verbindungsteils, das an einer Stelle in der Mitte zwischen den Enden des Verbindungskörpers, und zwar zwischen der Knoten- und Schwingungsbauchebene an den Enden des Verbindungskörpers, in einem Winkel zur Längsachse des Wandlers gebogen ist, und durch Scheinwiderstandsanpassung des gewinkelten Wandlers an den kompatiblen geraden Wandler und an die austauschbare Spitze mit der gewünschten Betriebsfrequenz gelöst. Um dies zu erfüllen, sind der gewinkelte und der gerade Verbindungskörper mit der gleichen axialen Länge aufgebaut, und ein Teil der Masse des gewinkelten Verbindungskörpers ist an oder in der Nähe der Knotenebene entfernt, und zwar in der Nähe des Verbindungspunktes der Operationsspitze. Vorzugsweise wird dieses Material durch Fräsen von Vertiefungen auf den beiden entgegengesetzten Seiten des Verbindungskörpers entfernt, wobei diese Vertiefungen in Ebenen liegen, die zu der Ebene parallel sind, die die Längsachsen des geraden und des winkligen Abschnittes des Verbindungskörpers enthält.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben genannten und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit den Zeichnungen steht, worin:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht des herkömmlichen geraden chirurgischen Ultraschallwerkzeugs ist, gegenüber dem die vorliegende Erfindung eine Verbesserung darstellt;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Aufbaus des Wandlers und des Abschnittes der Operationsspitze eines chirurgischen Ultraschallwerkzeuges ist, das die vorliegende Erfindung darstellt;

Fig. 3 eine Vorderansicht der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist;

Fig. 4 eine vergrößerte Vorderansicht des Abschnittes des Verbindungskörpers der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 ist; und

Fig. 6 eine zusammengestellte Darstellung ist, die die überlagerten Längsachsen des geraden und des gewinkelten Werkzeugs zeigt;

Fig. 7A eine teilweise Vorderansicht, teilweise geschnitten, des erfindungsgemäßen gewinkelten Werkzeugs ist, die die in der Knotenebene angeordnete Halteeinrichtung zeigt;

Fig. 7B eine Schnittansicht der Ausführungsform von Fig. 7A an der Knotenebene Z-Z ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Nachfolgend wird detailliert auf die Zeichnungen Bezug genommen; Fig. 1 zeigt einen Ultraschall-Aspirator vom allgemeinen Typ, der z. B. in US-Patent Nr. 3,693,613 dargestellt ist, der in der chirurgischen Praxis noch in großem Umfang verwendet wird und gegenüber dem die vorliegende Erfindung eine Verbesserung darstellt. Dieses chirurgische Ultraschallwerkzeug wird allgemein durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet und umfaßt ein Gehäuseteil 12, das den schwingungserzeugenden Aufbau umgibt und stützt, der allgemein durch die Bezugsziffer 14 gekennzeichnet ist. Dieser Aufbau 14 umfaßt ein magnetostriktives Wandlerelement 16 und ein Verstärkungs- oder Verbindungsteil oder einen Verstärkungs- oder Verbindungskörper 18 mit einer abnehmbaren Operationsspitze 20, die an seinem entfernten Ende angebracht ist. Durch die Leiter 22, die mit der Spule 24 verbunden sind, die den Wandler 16 innerhalb des Gehäuses 12 umgibt, wird elektrische Hochfrequenzenergie zum Antrieb des Wandlers zugeführt. Durch die Einlaß- und Auslaßleitungen 26 bzw. 28 wird ein Kühlfluid durch das Gehäuse zirkuliert.

Der Aufbau 14 des Schwingungskörpers ist innerhalb der Vertiefung 30 des Halteelementes 32 angebracht, das wiederum auf dem Ende befestigt ist und in das Gehäuse 12 ragt. Ein Paar elastischer Dichtungsteile 36, die jeweils auf jeder Seite des sich radial erstreckenden Flansches 34 angeordnet sind, stützen und isolieren das Element 32 und das Gehäuse 12 wirksam vor vom Aufbau 14 erzeugten Schwingungen.

Ein Gehäuse 38 für das Ausspülungs- und Ansaugfluid ist z. B. durch die Gewindeverbindung 40 auf dem Ende des Halteelementes 32 befestigt und hält die elastischen Dichtungsteile 36 fest in ihrer Position. Der Fluideinlaß 42 steht mit der zylindrischen Fluidkammer 44 zwischen dem hohlen zylindrischen Körperabschnitt 46 des Gehäuses 38 und der Außenoberfläche des länglichen rohrförmigen Abschnittes 48 des Verbindungsteils 18 in Verbindung. Zwischen den Teilen 46 und 48 ist eine elastische Dichtung 50 in Form eines Nullringes vorgesehen, die die Strömung des Ausspülungsfluides in Richtung des Werkzeuges verhindert. Ein abnehmbares Buchsenteil 52 ist am entfernten Ende des Gehäuses 38 angebracht und erstreckt sich in einem umgebenden Verhältnis zur Operationsspitze 20.

Der Aspirationsdurchgang 56 erstreckt sich vom freien Ende der Sonde 20 längs durch diese hindurch und steht mit dem axialen Durchgang im länglichen rohrförmigen Abschnitt 46 des Verbindungskörpers 18 in Verbindung. Dieser Durchgang 58 weist einen Auslaß auf, der mit der Kammer 60 innerhalb des Gehäuses 38 zwischen der Dichtung 50 in Form des Nullrings und den Dichtungsteilen 46 in Verbindung steht, und die Auslaßleitung 62, die mit der Kammer 60 in Verbindung steht, ist mit einer Vakuumquelle verbunden, um das Ausspülungsfluid und emulgiertes Gewebe von der Operationsstelle anzusaugen.

Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Bedienung des erfindungsgemäßen chirurgischen Ultraschallwerkzeuges sind abgesehen von der Gestaltung des schwingungserzeugenden Aufbaus dem bereits beschriebenen herkömmlichen Gerät ähnlich, und folglich sind nur die Schwingungskomponenten des chirurgischen Ultraschallwerkzeuges dieser Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und hier beschrieben.

Zuerst wird auf Fig. 2 Bezug genommen; entsprechend der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die Schwingungsstruktur ein magnetostriktives Wandlerelement 70, das starr mit dem Übertragungselement oder Verbindungskörper 72 verbunden und von diesem gehalten wird, der so gestaltet ist, daß er in der oben beschriebenen Weise auf dem Halteelement und dem Gehäuse befestigt werden kann. Das magnetostriktive Element 70 und der Verbindungskörper 72 bilden zusammen den Wandleraufbau mit 3/4 λ und die Operationsspitze mit 1/4 λ ist auf dem entgegengesetzten Ende des Verbindungskörpers befestigt, um die volle Wellenlänge zu komplettieren, wobei die Verbindung zwischen der Spitze und dem Verbindungskörper bei oder in der Nähe der Knotenebene liegt. Entweder beim geraden Aufbau des Wandlers, der in Fig. 1 bei der herkömmlichen Vorrichtung gezeigt ist, oder beim in den Fig. 2 bis 6 gezeigten gewinkelten Aufbau ist der Wandler so gestaltet, daß er mit einer bestimmten Resonanzfrequenz schwingt, wenn an den Verbindungskörper eine geeignet gestaltete Operationsspitze angebracht ist.

Um zu ermöglichen, daß eine bestimmte Operationsspitze entlang ihrer Längsachse mit der gleichen Frequenz in Resonanz schwingt, wenn sie auf einem Wandleraufbau angebracht ist, der einen geraden oder einen gewinkelten Verbindungskörper umfaßt, muß eine Scheinwiderstandsanpassung der Wandler an die Spitze in der gewünschten oder bestimmten Frequenz dieser Spitze erfolgen. In der Praxis gibt es für eine Spitze, die so gestaltet ist, daß sie eine Resonanzschwingung mit der Frequenz F aufweist, einen Schlitz bzw. Koppelschlitz (nachfolgend als Schlitz bezeichnet) der Frequenzen, der sich über und unter die bestimmte Frequenz erstreckt, bei der der Aufbau erfolgreich arbeitet. Dieser Schlitz der Frequenzen kann als 2 Δ F oder FF&sub0; ± Δ F dargestellt werden, und folglich sind der Ultraschallerzeuger oder die Antriebseinheit so gestaltet, daß sie den Wandler mit Frequenzen innerhalb des Schlitzes F&sub0; ± Δ F antreiben.

Wenn ein gewinkeltes Verbindungselement für den Wandler z. B. durch Biegen des geraden Verbindungskörpers hergestellt wird, und wenn die Operationsspitze mit der Frequenz F mit dem geraden Wandler in Resonanz schwingt, arbeitet die an dem gewinkelten Verbindungskörper angebrachte Spitze mit der unterschiedlichen Frequenz F' und die Veränderung der Frequenzen ist die gleiche, als wenn der gerade Verbindungskörper kürzer wäre.

In Fig. 6 sind die mittlere Längsachse X des geraden Wandlers und die Längsachse X' des gewinkelten Abschnittes 76 des erfindungsgemäßen Wandlers übereinandergelagert, wobei die Achse X' die Achse X im Punkt C schneidet und im Verhältnis zu dieser in einem Winkel α angeordnet ist. Es muß darauf hingewiesen werden, daß das Ende der Verbindungsseite des geraden Teils 18 mit dem Wandler 16 in der zweiten Schwingungsbauchebene verbunden ist, wobei die erste Schwingungsbauchebene am entgegengesetzten oder hinteren Ende des Wandlerelementes 16 liegt. Die erste Knotenebene ist in der Mitte der ersten und zweiten Schwingungsbauchebene etwa in der Mitte des magnetostriktiven Wandlerelementes angeordnet, und die zweite Knotenebene befindet sich neben dem Ende des Verbindungskörpers.

Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, sind die übereinandergelagerten mittleren Längsachsen des geraden Verbindungskörpers 18 und des gewinkelten Verbindungskörpers 72 an der ersten Schwingungsbauchebene angeordnet, die am Punkt A gekennzeichnet ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Verbindungskörper des gewinkelten Werkzeuges so hergestellt, daß er entlang der Achse X' in Resonanz schwingt, die sich in einem Winkel α zur Achse X des geraden Werkzeugs erstreckt, wobei beide Wandler so gestaltet sind, daß sie die gleiche Operationsspitze verwenden. Wenn die mittlere Längsachse des geraden und des gewinkelten Verbindungskörpers die gleiche Länge aufweisen, schwingt der Aufbau des geraden Wandlers in einer Frequenz F in Resonanz, wohingegen der gewinkelte Wandleraufbau in der Frequenz F' in Resonanz schwingt. Die Frequenz F' entspricht der Frequenz des kürzeren geraden Verbindungskörpers.

In Fig. 6 stellt AB die Gesamtlänge des geraden Verbindungskörpers dar und AD den Abstand von der Schwingungsbauchebene bei A zur Knotenebene neben dem freien Ende des geraden Verbindungsteils. Der Punkt C stellt den Schnittpunkt der Achsen X und X' dar, und der Punkt E repräsentiert das Ende des gewinkelten Verbindungsteils entlang der Achse X'. Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, daß AB = AC + CE · cos α = AC + AD ist. Folglich ist die effektive Länge AD des gewinkelten Verbindungsteils geringer als die Länge AB des geraden Verbindungsteils und die Resonanzfrequenz F' des gewinkelten Verbindungsteils ist folglich größer als die Frequenz des geraden Verbindungsteils.

Wie es bekannt ist, werden die schwingenden akustischen Elemente der chirurgischen Ultraschallwerkzeuge üblicherweise an oder in der Nähe der Knotenebene gehalten, um die Vergeudung von Kraft zu minimieren. Wenn die mechanische Gestaltung so ist, daß ein akustischer Aufbau geschaffen wird, der in der Resonanzfrequenz F schwingt, und diese Frequenz geändert wird, werden auch die Stellen der Knotenpunkte verändert, folglich nimmt die aufzuwendende Kraft zu und die Leistungsfähigkeit sinkt. Wie es bereits festgestellt wurde, sind Systeme dieses Typs im allgemeinen so gestaltet, daß sie innerhalb eines engen Schlitzes der Frequenzen arbeiten, der sich oberhalb und unterhalb der optimalen Frequenz F&sub0; erstreckt, und zwar der akzeptablen Betriebsfrequenz F = Optimum von F&sub0; ± Δ F. Innerhalb dieses Schlitzes der Frequenzen bleibt die Leistungsfähigkeit für praktische Zwecke im wesentlichen konstant, außerhalb dieses Schlitzes kann jedoch die Stabilität des Antriebsgenerators nicht vorausbestimmt werden.

Damit die Frequenz des gewinkelten und des geraden Verbindungskörpers zusammenpassen, so daß bei einem gegebenen System und einer gegebenen Operationsspitze sowohl gerade als auch gewinkelte Werkzeuge untereinander austauschbar verwendet werden können, hat sich gezeigt, daß der gewinkelte Wandler passend zur Frequenz F der Spitze gestaltet werden kann, ohne daß dessen Länge ACE in Fig. 6 verändert wird. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung durchgeführt, indem eine berechnete Menge der Masse des gewinkelten Abschnittes 76 des Verbindungsteils 72 neben der Knotenebene entfernt wird, vorzugsweise durch Fräsen entsprechender Vertiefungen 78, 80 auf diametral entgegengesetzten Oberflächen des Verbindungskörpers, die sonst innerhalb ihrer gesamten Länge im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Diese Vertiefungen liegen vorzugsweise in Ebenen, die parallel zu der Ebene sind, die die Längsachsen des gewinkelten und des geraden Abschnittes der Verbindungskörper enthält. Die Menge der Masse und die Anordnung der ausgefrästen Abschnitte können entsprechend der nachfolgenden Gleichung berechnet werden:

worin ρ = Volumendichte

S = Querschnittsfläche

(ρSdx) = die Masse der Fraktion dx

Ξ = Verschiebung

Y = Elastizitätsmodul sind.

Eine exakte Lösung der oben genannten Gleichung ist unbedingt nötig, und die praktische Lösung erfordert viele vorzunehmende Annäherungen, um die geeigneten Grenzbedingungen für mit Masse beschwerte Schwingungsglieder einzustellen. In der Praxis kann diese Lösung entsprechend der nachfolgenden Berechnung zur Annäherung der zu entfernenden Masse mit nur wenigen Versuchen erreicht werden:

worin D = Durchmesser des Verbindungskörpers an der Knotenebene

ρ = Volumendichte des Materials des Verbindungskörpers

CB = Länge des gewinkelten Abschnittes sind.

Unter Anwendung dieses Verfahrens kann ein gewinkelter Verbindungskörper mit der gleichen Länge wie ein gerader Verbindungskörper gestaltet werden, so daß er entlang seiner Achse X' mit der gleichen Frequenz wie der gerade Verbindungskörper in Resonanz schwingt, wobei die Biegung oder der Winkel im Verbindungskörper an einem Punkt in der Mitte zwischen der Knoten- und Schwingungsbauchebene angeordnet ist. Wie es bereits aufgezeigt wurde, sind akustische Vibratoren normalerweise zur Knotenpunkthalterung gerade gestaltet, um dadurch die Übertragung direkter axialer Vektorkräfte entlang des akustischen Vibrators und in die verstärkende Spitze zu gestatten. Wenn das Biegen solcher akustischer Vibratoren angewendet wurde, wurde es normalerweise an oder nach der Knotenpunkthalterung vorgenommen, wie es im oben genannten Patent Nr. 3,546,498 beschrieben ist.

Das Biegen des akustischen Vibrators hinter der Knotenpunkthalterung (Y-Y) führt normalerweise zu übermäßigen Verlusten beim akustischen Vibrator, die von einer Verschiebung der Betriebsfrequenz des akustischen Aufbaus begleitet werden.

Diese Verluste beruhen zu einem großen Teil auf der nichtaxialen Belastung, die vom gebogenen Abschnitt des Verbindungskörpers hervorgerufen wird. Diese nichtaxiale Belastung erzeugt einen Kraftvektor, der eine radiale als auch eine axiale Komponente aufweist. Die radiale Komponente ist die unerwünschte Komponente. Diese Verluste können auf folgende Weise minimiert werden:

1. Indem ein niedriger Arbeitstakt der Operationsspitze ausgewählt wird, solange der ausgewählte Wert für das erforderliche chirurgische Verfahren geeignet ist.

2. Indem die unerwünschte seitliche Bewegung der Baugruppe geregelt wird, solange die Regeleinrichtung die angemessene Strömung des Kühlwassers nicht stört.

3. Indem der Massenwiderstand des Verbindungskörpers eingestellt wird, solange die mechanischen Befestigungen eine chirurgisch vorteilhafte Form gestatten.

Somit wurde der seit langem bestehende Bedarf nach einem Instrument erfüllt, das die Verwendung chirurgischer Ultraschallwerkzeuge bei genauen Verfahren ermöglicht, zu denen Operationsmikroskope gehören. Außerdem ermöglicht diese Vorrichtung die Verwendung der vorhandenen Antriebsausrüstung und Operationsspitzen, wodurch das Personal des Operationssaals die gewinkelten Werkzeuge und die herkömmlichen geraden Werkzeuge leicht untereinander austauschen kann, ohne daß ein umfangreiches Training oder eine Nachschulung erforderlich sind.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 7A und 7B schematisch dargestellt ist, wird der magnetostriktive Wandler 70 fest in einer Halteeinrichtung gehalten, die an der Knotenebene Z-Z angeordnet ist, die den laminierten Wandler 70 festklemmt. Bei dieser dargestellten Ausführungsform umfaßt die Halteeinrichtung radial nach innen gerichtete Vorsprünge 84 auf der Innenwand 86 des Halteelementes 32. Die Halteeinrichtung umfaßt eine Einrichtung, die eine Fluidströmung durch diese Einrichtung hindurch gestattet, damit eine angemessene Strömung des Kühlfluids entlang des Wandlers 70 gesichert ist. Bei dieser dargestellten Ausführungsform umfaßt diese Einrichtung für die Fluidströmung Öffnungen 88 zwischen den Vorsprüngen 84.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung detailliert beschrieben wurde, muß darauf hingewiesen werden, daß diese Erfindung nicht darauf begrenzt ist.


Anspruch[de]

1. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug (10) zum Wegbrechen und Entfernen von Gewebe von einer tiefer liegenden Operationsstelle, wobei dieses Werkzeug einen vibrierenden Aufbau mit einem länglichem geraden Wandler (70), der so genutzt werden kann, daß er die elektrische Energie mit hoher Frequenz in mechanischen Schwingungen mit hoher Frequenz umwandelt, einen länglichen Verbindungskörper, von dem ein Ende starr mit einem Ende des länglichen Wandlers verbunden ist, und eine längliche gerade Operationsspitze (74) umfaßt, die abnehmbar auf der anderen Seite des Verbindungskörpers angebracht ist, wobei der vibrierende Aufbau eine Gesamtlänge aufweist, die im wesentlichen der Länge der Längsschwingungswelle λ entspricht, wenn er mit der Resonanzfrequenz F des Aufbaus schwingt, wobei die Schwingungswelle λ eine Schwingungsbauchebene, die neben den verbundenen Enden des Wandlers und des Verbindungskörpers liegt, und eine Knotenebene aufweist, die zum anderen Ende des Verbindungskörper benachbart ist, wobei dieser Verbindungskörper einen ersten im wesentlichen geraden Abschnitt mit einer Längsachse, die mit der Längsachse X des Wandlers übereinstimmt, und einen zweiten im wesentlichen geraden Abschnitt (76) umfaßt, dessen Längsachse X' sich im Verhältnis zur Achse X in einem Winkel α erstreckt, wobei dieser Verbindungskörper innerhalb zumindest des Hauptteils seiner Länge einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und einen Abschnitt hat, bei dem dessen Masse an einer Stelle in der Nähe der Knotenebene im Verhältnis zur Masse des geraden Verbindungskörpers des gleichen Querschnitts von dessen Außenoberfläche entfernt ist, wodurch die Resonanzfrequenz des gewinkelten vibrierenden Aufbaus im wesentlichen mit der Resonanzfrequenz des vibrierenden Aufbaus identisch ist, der eine gerade Verbindung mit gleicher Länge und Abmessung aufweist und diesen geraden Verbindungskörper hat, ohne daß jedoch die Masse vom Verbindungskörper entfernt wurde.

2. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 1, worin die vom Verbindungskörper entfernte Masse ein Paar im wesentlichen parallele Vertiefungen (78, 80) umfaßt, die in diametral entgegengesetzen Seiten des Verbindungskörpers gefräst sind.

3. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 2, worin diese Vertiefungen in Ebenen liegen, die zu der Ebene parallel sind, die die Achsen X und X' enthält.

4. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 3, worin die vom Verbindungskörper entfernte Masse M durch die Formel definiert wird:

worin D = der Durchmesser des Verbindungskörpers an der Knotenebene,

ρ = die Volumendichte des Materials des Verbindungskörpers und

CB = die Länge des gewinkelten Abschnittes ist.

5. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 1, worin der Wandler eine Knotenebene aufweist, die in der Mitte zwischen seinen Enden angeordnet ist, und das Werkzeug außerdem eine Halteeinrichtung (84) umfaßt, die in dieser Knotenebene des Wandlers angeordnet ist, um den Wandler zu halten.

6. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 5, worin diese Halteeinrichtung eine Einrichtung umfaßt, die eine Fluidströmung durch die Halteeinrichtung gestattet.

7. Chirurgisches Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 6, worin die Halteeinrichtung für den Wandler radial nach innen gerichtete Vorsprünge auf dem Halteteil umfaßt, das den Wandler umgibt.







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