Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Penetrations- und Auflösungseinrichtungen. Insbesondere betrifft sie eine hohle Verstärkungsspitze zum Erhöhen der Geschwindigkeit von Ultraschallenergie, die durch einen Ultraschallwandler hergestellt ist, und zum Abgeben der Energie an ein Lebewesen, das durchdrungen oder modifiziert werden soll.

Die moderne Chirurgie umfasst das Einführen einer Vielzahl von chirurgischen Werkzeugen in einen Patienten, was erforderlich macht, dass ein Einschnitt in den Patienten gemacht wird. Es ist in der Medizintechnologie bekannt, einen künstlichen Zugang zu Körperkavitäten und Organen innerhalb des Patienten herzustellen, die keine natürliche Verbindung mit dem Äußeren des Patienten aufweisen. Kanülierungsinstrumente, die als Trokare bekannt sind, sind zu diesem Zweck verwendet worden.

Bei der endoskopischen Chirurgie wird beispielsweise ein scharfspitziger Trokar verwendet, der lösbar von einer Büchse umgeben ist, um das Peritoneum zu durchdringen. Der Trokar durchsticht das Körpergewebe und erweitert die Öffnung auf den Durchmesser der Büchse. Die Büchse wird in die Öffnung geschoben und der Trokar aus der Büchse entfernt. Die Büchse verbleibt in der Öffnung verankert, um als Durchgang zu dienen, durch den Endoskope und andere chirurgische Werkzeuge eingeführt und entfernt werden können.

Das Einführen des Trokars, selbst mit der vorteilhaften Auswahl einer Injektionsstelle, umfasst das Risiko der unbeabsichtigten Beschädigung empfindlicher innerer Organe und Blutgefäße im Peritoneum und umgebendem Fettgewebe. Es besteht auch das Risiko, dass nach der Penetration Organe und Blutgefäße innerhalb der Abdominalhöhle durch weiteres Bewegen des Trokars beschädigt werden.

Man hat im Stand der Technik Anstrengungen unternommen, um diese Probleme zu lösen. Z. B. offenbart das US-Patent Nr. 5,271,380 (erteilt am 21. Dezember 1993 an Riek et al.) ein Penetrationsinstrument, das optische Fasern umfasst, die verwendet werden, um die Organe und Blutgefäße für den Blick des Chirurgen zu erhellen. Diese Einrichtung versucht eine Beobachtung des direkt vor dem scharfspitzigen Trokar liegenden Bereiches bereitzustellen, um eine unbeabsichtigte Beschädigung der Organe und Blutgefäße zu vermeiden. Jedoch verbleibt auch bei dieser Anwendung das Durchstechen des Peritoneums mit einem scharfspitzigen Gegenstand das zentrale Penetrationsverfahren und somit bleibt das Risiko der Beschädigung während des Einführens des Trokars.

Das US-Patent Nr. 2,748,298 offenbart eine Ultraschallschwingungseinrichtung und einen Werkzeughalter für eine Bohreinrichtung. Der Werkzeughalter wirkt als eine Schwingungsenergieumwandlungseinrichtung und weist ein distales Ende auf, das offen ist. Der Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1 der vorliegenden Anmeldung basiert auf US-Patent Nr. 2,748,298.

Das US-Patent Nr. 5,449,370 offenbart einen Trokar mit stumpfer Spitze, der Ultraschallenergie in der Form von Schwingungen verwendet, um einen Anwender beim Durchdringen von Gewebe zu unterstützen.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Durchdringen von menschlichem Gewebe bereitzustellen, die ein stumpfes Ende aufweist.

Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, eine derartige Vorrichtung bereitzustellen, die als Teil einer Ultraschallwandlereinrichtung verwendbar ist.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine derartige Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Geschwindigkeit von Ultraschallenergie zu erhöhen, ohne die Außenmaße der Einrichtung zu verringern.

Es ist ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, gemäß einem Aspekt davon, eine derartige Vorrichtung bereitzustellen, die beim Erhöhen der Geschwindigkeit von Ultraschallenergie wirksamer ist.

Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Ultraschallenergie durch eine hohle Spitze auszubreiten, um dadurch die Geschwindigkeit der Ultraschallenergie zu erhöhen.

Die obigen und andere, nicht spezifisch angeführte Ziele werden in einer speziellen veranschaulichenden Ausführungsform eines Ultraschallenergieverstärkers realisiert. Der Verstärker umfasst einen Abgabeschalltrichter mit einem massiven proximalen Abschnitt und einem hohlen distalen Abschnitt. Der hohle distale Abschnitt weist im Wesentlichen eine geringere Querschnittsfläche auf als der massive proximale Abschnitt. Ultraschallenergie wird sequenziell durch den proximalen und distalen Abschnitt übertragen und ihre Geschwindigkeit wird durch die geringere Querschnittsfläche des distalen Abschnittes erhöht.

Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung angegeben werden und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich sein oder können durch das Anwenden der Erfindung ohne unangemessenes Experimentieren erlernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können durch die Instrumente und Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen besonders herausgestellt sind, realisiert und erhalten werden.

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Betrachtung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, worin

1A eine seitliche Querschnittsansicht eines Ultraschallspitzenverstärkers nach dem Stand der Technik ist;

1B eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ultraschallspitzenverstärkers nach dem Stand der Technik ist;

2 eine Seitenansicht eines Ultraschalllängsverstärkers ist, der einen Hohlspitzenverstärker verwendet, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;

3A eine seitliche Querschnittsansicht eines Ultraschallverstärkers ist, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;

3B eine seitliche Teilquerschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 3A ist;

4A eine vordere Querschnittsansicht des Verstärkers von 3A entlang der Linie A-A ist;

4B eine vordere Querschnittsansicht des Verstärkers von 3A entlang der Linie B-B ist;

5 eine graphische Darstellung der Wirksamkeit der Geschwindigkeitserhöhung ist, wie die Änderung der Querschnittsfläche eines Abgabeschalltrichters von einem Knoten zu einem Antiknoten abweicht;

6A eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 3A ist, der eine innere konische Form umfasst;

6B eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 6A ist, die gegenüberliegende, koaxiale innere konische Formen umfasst;

7A eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 3A ist, die eine innere Oberfläche umfasst, die eine exponentielle Biegung definiert;

7B eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 7A ist, die gegenüberliegende, koaxiale innere Formen mit exponentieller Biegung umfasst;

8A eine seitliche Querschnittsansicht einer zusätzlichen alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 3A ist, die eine innere Oberfläche umfasst, die eine katenoidale Biegung definiert;

8B eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 8A ist, die gegenüberliegende, koaxiale innere Formen mit katenoidaler Biegung umfasst;

9A eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 3A ist, die eine eine Innenoberfläche definierende Fourier-Biegung umfasst;

10A eine seitliche Querschnittsansicht einer noch weiteren alternativen Ausführungsform des Ultraschallspitzenverstärkers von 3A ist, der darin ausgebildete externe Facetten umfasst;

10B eine seitliche Außenansicht des Ultraschallspitzenverstärkers von 10A ist, der in Verbindung mit einer Schutzkappe gezeigt ist; und

10C eine Vorderansicht des Ultraschallspitzenverstärkers von 10B ist.

Zur Förderung des Verständnisses der erfindungsgemäßen Prinzipien wird nun Bezug genommen auf die in den Figuren veranschaulichten Ausführungsformen und eine spezielle Sprache wird verwendet werden, um diese zu beschreiben. Es wird nichtsdestotrotz verstanden werden, dass dadurch keinerlei Beschränkung des Umfanges der Erfindung beabsichtigt ist. Jegliche Änderungen und weitere Modifikationen der veranschaulichten Vorrichtung und jegliche zusätzliche Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie hierin dargestellt, die normalerweise dem Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet, der im Besitz dieser Erfindung ist, einfallen würden, sollen im Umfang der beanspruchten Erfindung als enthalten betrachtet werden.

Die Anmelder haben entdeckt, dass menschliches Gewebe wirksamer und sicherer ohne die scharfspitzigen Trokare des Standes der Technik durchdrungen werden können, wenn Ultraschallenergie verwendet wird, die durch einen hohlen Abgabeschalltrichter verstärkt wird. Der hohle Abgabeschalltrichter liefert die Vorteile einer optimalen Verstärkung von Ultraschallenergie, ohne die Außendimensionen des Trichters notwendigerweise zu verengen. Weiterhin sind die Anwendungen der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, die Trokareinrichtung zu ersetzen, sondern können zusammen mit einer jeglichen Ultraschallenergieeinrichtung verwendet werden, wie beispielsweise Kunststoffschweißgeräten, Zellzerstörern, chirurgischen Handstücken und Auflösungseinrichtungen für Pharmazeutika.

Unter Bezugnahme auf 2 ist ein länglicher Ultraschallwandler gezeigt, der allgemein mit 10 bezeichnet wird. Der Wandler umfasst eine Energiequelle 12, die elektrisch mit einem Generator (nicht gezeigt) vermittels der elektrischen Konnektoren 14 verbunden ist. Ein Längsstapel 16 aus einzelnen aktiven Wandlerelementen 18 ist an die Energiequelle 12 gemäß dem üblichen Wissen und Fähigkeiten auf dem Gebiet der Ultraschallwandler angeschlossen. Die einzelnen aktiven Elemente 18 können piezoelektrische Scheiben oder Ringe umfassen, die in einer Sandwich-Konfiguration zwischen zwei nicht-piezoelektrischen Endmassen angeordnet sind, wie beispielsweise Stahl oder Titanblöcken 13. An dem Stapel 16 ist ein Längsstapel 17 mit Halbwellensegmenten 15 angebracht und eine Spitze, die in der Technik als Abgabeschalltrichter bekannt ist, ist am distalen Ende des Stapels 17 angebracht.

Die aktiven Elemente 18 umfassen Piezoelemente, wie beispielsweise piezokeramische Ringe. Diese aktiven Elemente 18 werden betätigt, um Längswellen von Ultraschallenergie herzustellen, die sich durch den Wandler 10 zu und durch den Abgabeschalltrichter 40 ausbreiten. Die Ausbreitung wird erreicht, wenn die elektrische Stromquelle 12 dem Stapel 16 aus piezoelektrischen Elementen 18 elektrische Energie verabreicht. Diese Energie führt zu einer Störung in dem piezoelektrischen Material in der Form von wiederholten kleinen Versetzungen, die innerhalb des Materials zu einer großen Kompressions- und Zugkraft führen.

Die wiederholten kleinen Versetzungen innerhalb des Stapels aus piezoelektrischen Elementen 18 werden verstärkt durch Anregen der Kombination aus dem Stapel 16 und den Endmassen 13 mit einer Resonanzfrequenz. Die Energie in der Form von Versetzungen entlang der Halbwellensegmente 15 wird an den Abgabeschalltrichter 40 übertragen. Der Abgabeschalltrichter 40 ist in Kontakt mit einem Lebewesen, das penetriert werden soll (nicht gezeigt), um dadurch die Versetzungsenergie an das Lebewesen abzugeben. Sofern erwünscht, können die Halbwellensegmente 15 als Geschwindigkeitsverstärker konfiguriert sein. Ansonsten sind die Segmente 15 „Eins"-Segmente, die verwendet werden, um die Länge des Wandlers 10 zu erhöhen.

Die Wirksamkeit des Wandlers 10 kann erhöht werden durch Erhöhen der Geschwindigkeit der Ultraschallenergie, abhängig von der Geometrie des Abgabeschalltrichters 40. Unter Bezugnahme nun auf die 1A und 1B ist es im Stand der Technik bekannt, die Geschwindigkeit der Ultraschallenergiewellen zu erhöhen, indem ein solider, sich verjüngender Trichter 30 oder 30a an dem distalen Ende des Wandlers 10 von 2 angebracht wird.

Die Spitze 30 nach dem Stand der Technik von 1A ist auf dem Gebiet als ein „herkömmlicher Stufentrichter" infolge seines größeren proximalen Endes 32 und kleineren distalen Endes 34 bekannt. Die Spitze 30 endet in einem distalen Ende 36. Die Spitze 30 nach dem Stand der Technik weist eine Querschnittsfläche auf, die einfach dadurch verringert wird, dass das distale Ende 34 schmaler ist als das proximale Ende 32. Einige Spitzen weisen einen Längsdurchgang 35 auf, der darin ausgebildet ist, um das umgebende Gewebe, das von der Spitze durchdrungen wird, zu aspirieren, wobei der Durchgang 35 an einem offenen distalen Ende 35a endet. Eine weitere Spitze nach dem Stand der Technik ist in 1B als Gegenstand 30a gezeigt. Das größere proximale Ende 32a verjüngt sich weniger abrupt und somit gradueller in das schmalere distale Ende 34a.

Die Trichter 30 und 30a nach dem Stand der Technik sind insoweit limitiert, als dass einige Anwendungen von Ultraschallenergie große Querschnittsflächen am distalen Abgabeende erfordern im Gegensatz zu den verringerten distalen Enden 34 oder 34a. Je kleiner die Spitze zusätzlich ist, desto weniger stumpf kann sie sein und umso leichter kann sie somit Beschädigungen verursachen, wie beim distalen Ende 34a von 1B.

Die Anmelder haben eine verbesserte Verstärkungsspitze entwickelt, die allgemein als ein Abgabeschalltrichter 40 in 2 gezeigt ist. Eine bevorzugte Ausführungsform des Abgabeschalltrichters 40 ist in 3A als Abgabeschalltrichter 40a gezeigt. Der Trichter 40a umfasst einen proximalen Abschnitt 42 und einen hohlen distalen Abschnitt 44. Bevorzugterweise ist der proximale Abschnitt 42 im Wesentlichen nicht hohl. Die Spitze 48 umfasst bevorzugterweise eine stumpfe distale Endoberfläche, die bevorzugterweise dadurch gekennzeichnet ist, dass ihr Ecken und Spitzen fehlen, wie in 3A gezeigt. Der proximale und distale Abschnitt 42 und 44 weisen bevorzugterweise in im Wesentlichen allen seitlichen Richtungen im Wesentlichen die gleiche äußere Weite hinsichtlich der Länge des Trichters 40a auf.

Wie durch die allgemein bezeichnete Spitze 40 in 2 angegeben, ist die Spitze an dem Wandlerstapel 16 an seinem distalen Ende befestigt. Ultraschallenergie bewegt sich von dem proximalen Abschnitt 42 durch den distalen Abschnitt 44 zur Abgabe von der Spitze 48. Die Geschwindigkeit der Ultraschallenergiewellen wird proportional zu der verringerten Querschnittsfläche des distalen Abschnittes relativ zur Querschnittsfläche des proximalen Abschnittes 42 verstärkt. Da die Verringerung der Querschnittsfläche des distalen Abschnittes 14 durch eine innere Höhle oder Kapsel 46 erreicht wird, können die Außenmaße des distalen Abschnittes 44 genauso groß sein wie der proximale Abschnitt 42, was zu einer stumpferen, sichereren Spitze führt. Die Erfindung beruht auf der verstärkten Ultraschallbewegung an der Spitze 48, um ihre Gewebe durchdringende Eigenschaft zu verbessern.

Da der proximale Abschnitt 42 an einem Wandler befestigt ist, nimmt der proximale Abschnitt 42 Ultraschallenergie auf und die Energie bewegt sich durch den distalen Abschnitt 44 zur Abgabe von der Spitze 48 an ein Lebewesen. Der Abgabeschalltrichter 40a weist eine Länge auf, die sich sequenziell entlang dem proximalen Ende 42 und distalen Ende 44 erstreckt. Bevorzugterweise umfassen der proximale Abschnitt 42 und der distale Abschnitt 44 jeweils etwa eine Hälfte der Länge des Abgabeschalltrichters. Der Abgabeschalltrichter 40a ist bevorzugterweise so konfiguriert, dass er Ultraschallenergie aufnimmt und überträgt, die eine vorher bestimmte Wellenlänge aufweist, wobei die Länge des Abgabeschalltrichters im Wesentlichen gleich einer Halben der bevorzugten Wellenlänge ist.

4A stellt einen ersten Querschnitt 50 des Abgabeschalltrichters 40a entlang dem in 3A gezeigten Abschnitt A-A durch den hohlen distalen Abschnitt 44 orthogonal zur Länge des Trichters dar. In ähnlicher Weise veranschaulicht 4B einen zweiten Querschnitt 52, der entlang dem Abschnitt B-B in 3A vorgenommen wird, ebenfalls orthogonal zur Länge des Trichters. Die Querschnittsfläche des Schnittes 50 ist wesentlich geringer als die Querschnittsfläche des Abschnittes 52.

Bevorzugterweise ist die durch den ersten Querschnitt 50 definierte Querschnittsfläche innerhalb eines Bereiches von etwa 5% und 99% der Querschnittsfläche, die durch den zweiten Querschnitt 52 definiert ist. Die Querschnittsfläche des ersten Querschnittes 50 ist bevorzugterweise weniger als die Hälfte der Querschnittsfläche des zweiten Querschnittes 52. Am bevorzugtesten ist die Querschnittsfläche des ersten Querschnittes 50 etwa 34% der Querschnittsfläche des zweiten Querschnittes 52. Es können jedoch jegliche Relativverhältnisse zwischen den Abschnitten 50 und 52 gemäß einer erwünschten Verstärkungsgröße konstruiert werden.

Der hohle distale Abschnitt 44 definiert eine innere Höhle oder Kapsel 46 darin, die bevorzugterweise eine zylindrische Form aufweist und ein Paar gegenüberliegender abgerundeter Enden 47a bzw. 47b aufweist. Die Kapsel 46 weist eine Weite auf, die bevorzugterweise größer ist als die Hälfte einer Weite des proximalen Abschnittes 42. Am bevorzugtesten ist die Weite der Kapsel größer als zwei Drittel einer Weite des proximalen Abschnittes 42.

Eine alternative Ausführungsform des Abgabeschalltrichters 40 von 2 ist in 3B als Abgabeschalltrichter 40b gezeigt. Der Abgabeschalltrichter 40b umfasst einen proximalen Abschnitt 52 und einen hohlen distalen Abschnitt 54. Bevorzugterweise ist der proximale Abschnitt 52 im Wesentlichen nicht hohl. Der Trichter 40b ist somit an seinem distalen Abschnitt 54 hohl und bevorzugterweise stumpf an seiner Spitze 58. Der Trichter 40b umfasst auch einen inneren Hohlraum oder Kapsel 56 darin.

Bevorzugterweise weist die Kapsel 56 eine zylindrische Form auf und umfasst ein konisches distales Ende 57a und ein gegenüberliegendes Ende 57b. Der distale Abschnitt 54 endet in einem sich kontinuierlich radial nach innen verjüngenden äußeren distalen Ende 59. Das konische distale Ende 57a der Kapsel 56 und die äußere radiale Innenverjüngung führen gemeinsam dazu, dass das distale Ende 59 frustokonische Seitenwände mit im Wesentlichen gleichförmiger Wandstärke und eine konische äußere Oberfläche aufweist. Entsprechend definiert das distale Ende 59 das distale Ende 57a der Kapsel 56.

Der Abgabeschalltrichter 40 umfasst Mittel zum Befestigen des proximalen Abschnittes des Trichters an einem Wellenleiterschaft, wie beispielsweise dem Wandlerstapel 16, als Teil eines Absperrorgans, um zu bedingen, dass sich die durch den Wellenlängenschaft übertragene Ultraschallenergie sequenziell durch den proximalen bzw. distalen Abschnitt bewegt zur Abgabe von dem distalen Abschnitt an Organgewebe als Teil eines endoskopischen chirurgischen Eingriffes. Z. B. umfasst der Abgabeschalltrichter 40b Befestigungseinfügungen 55, die für die Befestigung an dem Wandlerstapel 16 von 2 konfiguriert ist.

Wie in 3B angegeben, beträgt die Wandstärke der Spitze 58 bevorzugterweise 1 mm (0,040 Zoll), der innere Durchmesser des hohlen distalen Abschnittes 54 beträgt bevorzugterweise 0,89 cm (0,352 Zoll) und der Außendurchmesser beträgt bevorzugterweise 1,10 cm (0,432 Zoll). Das distale Ende 59 bildet einen Winkel mit einer Achse 51 des Trichters 40b mit bevorzugterweise 30° aus. In dem Abgabeschalltrichter 40a von 3A beträgt die Wandstärke auch bevorzugterweise 1 mm (0,040 Zoll) und die Innen- und Außendurchmesser des hohlen distalen Abschnittes 44 betragen auch bevorzugterweise 0,89 cm (0,352 Zoll) bzw. 1,10 cm (0,432 Zoll). Es sind jedoch jegliche erwünschte Dimensionen und Relativproportionen des distalen und proximalen Abschnittes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.

Es soll verstanden werden, dass der Begriff „hohl", wie hierin verwendet, breit verstanden werden soll, um einen Abgabeschalltrichter zu bezeichnen, der eine Kapsel darin definiert, unabhängig davon, ob die Kapsel leer ist oder mit einem anderen Material gefüllt ist, das eine unterschiedliche akustische Impedanz aufweist als das Material des Trichters. Solange der Abgabeschalltrichter entweder eine leere Kapsel darin definiert, die in der Lage ist, die Geschwindigkeit von Ultraschallenergie messbar zu erhöhen, oder eine Kapsel, die mit Material mit einer anderen akustischen Impedanz als das Material des Trichters gefüllt ist, ist der Trichter selbst „hohl", in dem Sinne, wie dieser Begriff hierin verwendet wird. Es ist somit gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, einen hohlen Abgabeschalltrichter bereitzustellen, wie beispielsweise den Trichter 40a von 3A, wobei die Kapsel 46 mit einem Material gefüllt ist, das eine andere akustische Impedanz aufweist, um die Geschwindigkeit der Ultraschallenergie, die durch den Trichter 40a geleitet wird, auf eine vorher bestimmte Größe zu ändern.

Die hierin beschriebenen und beanspruchten Abgabeschalltrichter werden verwendet, um Geschwindigkeitsverschiebung in Ultraschallenergie zu verstärken. Dies wird durch die Wirkung der Energieerhaltung erreicht. Während Ultraschallenergie entlang einem Abgabeschalltrichter übertragen wird, der eine sich ändernde Querschnittsfläche aufweist, wird Ultraschallenergie erhalten und die Geschwindigkeit erhöht, wenn die Querschnittsfläche verringert wird. Es wird anerkannt werden, dass, wenn ein Abgabeschalltrichter eine 50%ige Verringerung seiner Querschnittsfläche erfährt, beispielsweise von einem proximalen zu einem distalen Abschnitt des Trichters, dann die Geschwindigkeitsverschiebung von Ultraschallenergie, die durch den Abschnitt des Trichters übertragen wird, verdoppelt wird. Umgekehrt, wenn sich die Querschnittsfläche des Trichters verdoppelt, verringert sich die Geschwindigkeitsverschiebung entlang dieses Abschnittes des Trichters um 50%.

Unter Bezugnahme nun auf die 3A und 5 wird anerkannt werden, dass die Wirksamkeit der Geschwindigkeitsverschiebung, die durch einen Abgabeschalltrichter erzeugt wird, eine Funktion der Knoten- und Anti-Knoten-Positionen auf dem Trichter relativ zu der Konfiguration des Trichters ist. Beispielsweise ist es bevorzugt, den Trichter 40a so zu konstruieren, dass das erste Ende und das zweite Ende 47a und 47b der Kapsel 46 mit einem Knoten bzw. Anti-Knoten des Trichters 40a zusammenfallen, da eine derartige Anordnung zu einer viel höheren Verstärkungseffizienz führt.

Die Kurve in 5 soll darstellen, dass eine Stufenänderung der Querschnittsfläche des Trichters theoretisch 100% wirksam ist bei der Erhöhung der Geschwindigkeit von Ultraschallenergie, die entlang dem Trichter übertragen wird, wenn die Stufenänderung an einem Knoten erfolgt. Umgekehrt wäre die Stufenänderung zu 0% wirksam, wenn sie an einem Anti-Knoten erfolgt. Die Verschiebungsamplitude wird erhöht durch Einführen von Querschnittsänderungen des Abgabeschalltrichters 40a an einem Knoten, beispielsweise durch Konstruieren des ersten Endes 47a der Kapsel so, dass sie mit einem Knoten des Trichters 40a zusammenfällt.

Unter Bezugnahme nun auf die 6A und 6B sind alternative Ausführungsformen des Trichters 40a von 3A gezeigt. 6A veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 60 mit einem proximalen bzw. distalen Ende 60a und 60b. Eine innere Oberfläche des Trichters 60 definiert eine Kapsel 61. Die innere Oberfläche umfasst einen konischen Abschnitt 62, der sich radial nach außen in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters vergrößert, wie gezeigt. Es soll verstanden werden, dass der Begriff „konisch", wie hierin verwendet, breit verstanden werden soll, um nicht nur äußere konische Oberflächen zu bezeichnen, sondern auch äußere frustokonische Oberflächen, ebenso wie eine innere Oberfläche, wie beispielsweise einen Abschnitt 62, der eine konisch geformte Kapsel definiert. Die Kapsel 61 umfasst ein proximales und distales Ende 63a und 63b, die bevorzugterweise so angeordnet sind, dass sie mit einem Knoten bzw. einem Anti-Knoten des Trichters 60 zusammenfallen.

6B veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 65, der ähnlich dem Abgabeschalltrichter 60 von 6A ist mit der Ausnahme, dass die innere Oberfläche zwei gegenüberliegende konische Abschnitte definiert, die bevorzugterweise in einer koaxialen symmetrischen Konfiguration vorliegen. Ein proximaler konischer Abschnitt 66 und ein distaler konischer Abschnitt 67 erstrecken sich sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 65, wodurch eine Kapsel 65a definiert wird. Der Begriff „sequenziell", wie hierin verwendet, soll breit verstanden werden, um Gegenstände zu bezeichnen, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, unabhängig davon, ob andere Gegenstände, die nicht angegeben sind, zwischen den „sequenziell" angeordneten Objekten vorhanden sind. Beispielsweise würden sich der proximale konische Abschnitt 66 und der distale konische Abschnitt 67 sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal erstrecken, selbst wenn ein nicht konischer zylindrischer Abschnitt dazwischen angeordnet wäre.

Die Kapsel 65a umfasst ein proximales Ende 68a und ein distales Ende 68b, die so angeordnet sind, dass sie mit einem Knoten bzw. einem Anti-Knoten des Trichters 65 zusammenfallen. Der Übergangspunkt 69 ist der Punkt, an dem der proximale konische Abschnitt 66 und der distale konische Abschnitt 65 verschmelzen. Der Übergangspunkt 69 fällt bevorzugterweise mit einem Mittelpunkt zwischen dem Knoten und Anti-Knoten des Trichters 65 zusammen, die mit dem proximalen bzw. distalen Kapselende 68a bzw. 68b zusammenfallen.

Unter Bezugnahme nun auf die 7A und 7B sind mehrere alternative Ausführungsformen des Trichters 40a von 3B gezeigt. 7A veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 70 mit einem proximalen bzw. distalen Ende 70a bzw. 70b. Eine innere Oberfläche des Trichters 70 definiert eine Kapsel 71. Die Kapsel 71 umfasst ein proximales und ein distales Ende 73a und 73b, die bevorzugterweise so positioniert sind, dass sie mit einem Knoten bzw. einem Anti-Knoten des Trichters zusammenfallen.

Die innere Oberfläche umfasst einen konkaven konischen Abschnitt 72, der sich radial nach außen in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 70 erstreckt, wie gezeigt. Der Begriff „konisch", wie hierin verwendet, soll breit verstanden werden, um eine jegliche Form einer inneren Oberfläche zu bezeichnen, die in den 6 bis 10 dargestellt ist, wobei eine jede dieser Formen im Allgemeinen konisch ist. Die spezifischeren Bezeichnungen „konkav konisch" und „konvex konisch" sollen breit auf konische Oberflächen verweisen, die konkave bzw. konvexe Abschnitte aufweisen. Z. B. sind die konischen Oberflächen 72 in 7A und 82a in 8A auch konkav bzw. konvex.

7B veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 75, der ähnlich dem Abgabeschalltrichter 70 von 7A ist, mit der Ausnahme, dass die innere Oberfläche zwei gegenüberliegende konkave konische Abschnitte definiert, bevorzugterweise in einer koaxialen symmetrischen Konfiguration. Ein proximaler konkaver konischer Abschnitt 76a und ein distaler konkaver konischer Abschnitt 76b erstrecken sich sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 75, wodurch eine Kapsel 75a definiert wird. Die Kapsel 75a umfasst ein proximales und distales Ende 78a und 78b, die so angeordnet sind, dass sie mit einem Knoten bzw. einem Anti-Knoten des Trichters 75 zusammenfallen. Der Übergangspunkt 77 ist der Punkt, an dem der proximale konische Abschnitt 76a und der distale konische Abschnitt 76b verschmelzen. Der Übergangspunkt 77 fällt bevorzugterweise mit einem Mittelpunkt zwischen dem Knoten und dem Anti-Knoten des Trichters 75 zusammen, die mit dem proximalen bzw. distalen Kapselende 78a bzw. 78b zusammenfallen.

Die konkaven konischen Abschnitte 72, 76a und 76b definieren bevorzugterweise exponentielle Kurven, so dass wenigstens ein Abschnitt eines seitlichen Querschnittes einer jeden inneren Oberfläche, die in 7A und 7B gezeigt ist, ein exponentielles Profil definiert. Entsprechend definiert eine jede innere Oberfläche in 7A und 7B auch eine Achse 74 bzw. 79 und erstreckt sich bevorzugterweise asymptotisch zu einer Ebene, die sich parallel zu jenen Achsen 74 und 79 erstreckt. Am bevorzugtesten erstrecken sich die inneren Oberflächen in 7A und 7B asymptotisch zu einer zylindrischen Grenze (nicht gezeigt) und in einer im Wesentlichen koaxialen Orientierung bezüglich der Achse 74 bzw. 79.

Unter Bezugnahme auf die 8A und 8B werden zusätzliche alternative Ausführungsformen des Trichters 40a von 3A gezeigt. 8A veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 80 mit einem proximalen bzw. distalen Ende 80a bzw. 80b. Eine innere Oberfläche des Trichters 80 definiert eine Kapsel 81. Die Kapsel 81 umfasst ein proximales bzw. distales Ende 83a bzw. 83b, die bevorzugterweise so angeordnet sind, dass sie mit einem Knoten bzw. Anti-Knoten des Trichters 80 zusammenfallen. Die innere Oberfläche umfasst einen konvexen konischen Abschnitt 82a, der mit einem konkaven konischen Abschnitt 82b verschmilzt, wobei sich beide Oberflächenabschnitte 82a und 82b radial nach außen in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 80 erstrecken, wie gezeigt.

8B veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 85, der ähnlich dem Trichter 80 von 8A ist, mit der Ausnahme, dass die innere Oberfläche zwei gegenüberliegende konische Abschnitte definiert, bevorzugterweise in einer koaxialen, symmetrischen Konfiguration. Ein proximaler konischer Abschnitt 86a und ein distaler konischer Abschnitt 86b erstrecken sich sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 85. Sowohl der proximale als auch der distale konische Abschnitt 86a und 86b umfasst einen konvexen konischen Abschnitt und einen konkaven konischen Abschnitt, wie oben im Zusammenhang mit 8A beschrieben.

Die konischen Abschnitte 86a und 86b definieren eine Kapsel 85a des Trichters 85. Die Kapsel 85a umfasst ein proximales und ein distales Ende 88a und 88b, die so angeordnet sind, dass sie mit einem Knoten bzw. Anti-Knoten des Trichters 85 zusammenfallen. Der Übergangspunkt 87 ist der Punkt, an dem der proximale konische Abschnitt 86a und der distale konische Abschnitt 86b verschmelzen. Der Übergangspunkt 87 fällt bevorzugterweise mit einem Mittelpunkt zwischen dem Knoten und dem Anti-Knoten des Trichters 85 zusammen, die mit dem proximalen bzw. distalen Ende 88a bzw. 88b der Kapsel zusammenfallen.

Die konischen Abschnitte 82a–b, 86a und 86b definieren bevorzugterweise katenoidale Kurven, so dass wenigstens ein Abschnitt eines Seitenquerschnittes einer jeden inneren Oberfläche, die in 8A und 8B gezeigt sind, ein katenoidales Profil definiert. Anders ausgedrückt definiert wenigstens ein Abschnitt eines Seitenquerschnittes einer jeden der inneren Oberflächen 82a–b, 86a und 86b ein katenoidales Profil.

Zusätzlich erstreckt sich ein jeder Innenoberflächenabschnitt 82a und 86a in 8A bzw. 8B distal, um einen zylindrischen Abschnitt 82c bzw. 86c auszubilden, so dass ein jeder Oberflächenabschnitt 82a und 86a einen konvexen konischen Abschnitt, konkaven konischen Abschnitt und zylindrischen Abschnitt definiert, der sich sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters erstreckt. Am bevorzugtesten erstreckt sich eine jede innere Oberfläche in 8A und 8B in einer im Wesentlichen koaxialen Ausrichtung bezüglich der Achsen 84 und 89.

Unter Bezugnahme nun auf die 9A und 9B werden noch weitere alternative Ausführungsformen des Trichters 40a von 3A gezeigt. 9A veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 90 mit einem proximalen bzw. distalen Ende 90a bzw. 90b. Eine innere Oberfläche des Trichters 90 definiert eine Kapsel 91. Die Kapsel 91 umfasst ein proximales bzw. distales Ende 93a und 93b, die bevorzugterweise angeordnet sind, um mit einem Knoten bzw. einem Anti-Knoten des Trichters 90 zusammenzufallen. Die innere Oberfläche umfasst einen konvexen konischen Abschnitt 92a, der mit einem konkaven konischen Abschnitt 92b verschmilzt, wobei sich beide Oberflächenabschnitte 92a und 92b radial nach außen in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 90 erstrecken, wie gezeigt.

9B veranschaulicht einen Abgabeschalltrichter 95, der ähnlich dem Abgabeschalltrichter 90 von 9A ist, mit der Ausnahme, dass die innere Oberfläche zwei gegenüberliegende konische Abschnitte definiert, bevorzugterweise in koaxialer symmetrischer Konfiguration. Ein proximaler konischer Abschnitt 96a und ein distaler konischer Abschnitt 96b erstrecken sich sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters 95. Sowohl der proximale als auch der distale konische Abschnitt 96a und 96b umfasst einen konvexen konischen Abschnitt und einen konkaven konischen Abschnitt, wie oben im Zusammenhang mit 9A beschrieben.

Die konischen Abschnitte 96a und 96b definieren eine Kapsel 95a des Trichters 95. Die Kapsel 95a umfasst ein proximales und ein distales Ende 98a und 98b, die so positioniert sind, dass sie mit einem Knoten bzw. einem Anti-Knoten des Trichters 95 zusammenfallen. Der Übergangspunkt 97 ist der Punkt, an dem der proximale konische Abschnitt 96a und der distale konische Abschnitt 96b verschmelzen. Der Übergangspunkt 97 fällt bevorzugterweise mit einem Mittelpunkt zwischen dem Knoten und Anti-Knoten des Trichters 96 zusammen, die mit den proximalen bzw. distalen Kapselenden 98a bzw. 98b zusammenfallen.

Die konischen Abschnitte 92a–b, 96a und 96b definieren bevorzugterweise Fourier-Kurven, so dass wenigstens ein Abschnitt eines seitlichen Querschnittes einer jeden inneren Oberfläche, die in 9A und 9B gezeigt sind, ein Fourier-Profil definiert. Anders ausgedrückt, wenigstens ein Abschnitt eines seitlichen Querschnittes einer jeden der inneren Oberflächen 92a–b, 96a und 96b definiert ein Fourier-Profil.

Zusätzlich erstreckt sich ein jeder Innenoberflächenabschnitt 92a und 96a in 9A bzw. 9B distal, um einen zylindrischen Abschnitt 92c bzw. 96c auszubilden, so dass jeder Oberflächenabschnitt 92a und 96a einen konvexen konischen Abschnitt, konkaven konischen Abschnitt und zylindrischen Abschnitt definiert, die sich sequenziell in einer Richtung von proximal nach distal des Trichters erstrecken. Bevorzugtesterweise erstreckt sich eine jede Innenoberfläche in 9A und 9B in im Wesentlichen koaxialer Orientierung bezüglich der Achsen 94 und 99.

Unter Bezugnahme nun auf die 10A, 10B und 10C wird ein facettierter Abgabeschalltrichter 100 gezeigt. Ein distaler Abschnitt 102 des Trichters 100 umfasst eine äußere Oberfläche 104 mit einer Vielzahl von konkaven Aussparungen 106, die darin ausgebildet sind. Der distale Abschnitt 102 ist dadurch konfiguriert und dimensioniert, so dass er eine Schutzabdeckung 110 (10B) darauf aufnimmt, die eine Vielzahl von passenden Oberflächen 112 zum Eingriff innerhalb der konkaven Aussparungen aufweist. Bevorzugterweise umfassen die konkaven Aussparungen 106 drei Facetten von im Wesentlichen gleicher Größe und Form, die um den distalen Abschnitt des Trichters 100 herum angeordnet sind.

Gemäß der oben angegebenen Offenbarung umfasst ein bevorzugtes Verfahren zum Erhöhen der Geschwindigkeit von Ultraschallenergie die Schritte:

• (a) Auswählen eines Abgabeschalltrichters mit einem soliden proximalen Abschnitt und einem hohlen distalen Abschnitt, wobei der hohle distale Abschnitt eine geringere Querschnittsfläche aufweist als der solide proximate Abschnitt; und
• (b) Übertragen von Ultraschallenergie sequenziell durch den proximalen bzw. distalen Abschnitt des Abgabeschalltrichters, um die Geschwindigkeit der Ultraschallenergie zu erhöhen, während sich die Energie von dem hohlen distalen Abschnitt bewegt.

Es soll verstanden werden, dass die oben beschriebenen Anordnungen lediglich eine Veranschaulichung der Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind. Viele Modifikationen und alternative Anordnungen können von den Fachleuten auf dem Gebiet ersonnen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung und den beigefügten Ansprüchen abzuweichen, die derartige Modifikationen und Anordnungen abdecken sollen.