Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung
zum Vibrieren lassen eines Ultraschallvibrators und einer Sonde in einem bestimmten
Bereich, mit der Fähigkeit einer Konstantstromsteuerung und PLL-Steuerung, sowie
ein Steuerverfahren für die Antriebsenergie hiervon. Genauer gesagt, die vorliegende
Erfindung betrifft eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1, sowie ein Steuerverfahren hiervon, nach dem Oberbegriff des Anspruches
11.
Konkret befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer Antriebseinheit
zum Antreiben eines Ultraschallvibrators, der in einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung
oder dergleichen verwendet wird, wobei ein medizinischer Operationsvorgang durch
Übertragen der Vibration eines Ultraschallvibrators an eine Sonde durchgeführt wird,
sowie mit einem Steuerverfahren für die Antriebsenergie hiervon.
Bei einem chirurgischen Vorgang wird des öfteren ein Endoskop verwendet,
um ein Körperorgan in der Bauchhöhle durch Einführen des engen Einführabschnittes
hiervon zu untersuchen, oder aber, falls nötig, um unter Verwendung eines Behandlungswerkzeuges,
welches in einem Behandlungswerkzeugkanal des Endoskopes eingeführt wird, einen
Diagnosevorgang durchzuführen.
Was das in den Behandlungswerkzeugkanal des Endoskopes einführbare
Behandlungswerkzeug betrifft, so sind verschiedene Typen hiervon abhängig vom Patient
und Anwendungszweck verwendbar. In den letzten Jahren sind Ultraschallbetätigungs-
oder -betriebsvorrichtungen zur Behandlungsdurchführung mittels einer Ultraschallvibration
in Gebrauch gekommen. Als Ultraschallbetätigungsvorrichtung wurde beispielsweise
ein Ultraschall-Chirurgiemesser bekannt, welches einen Ultraschallvibrator (Ultraschallwandler),
beispielsweise einen Langevin-Vibrator, eine an diesen Ultraschallvibrator angesetzte
Sonde zur Übertragung einer Vibration an ein distales Ende hiervon und eine Antriebseinheit
zum Vibrieren lassen des Ultraschallvibrators aufweist. Einige Arten von Ultraschall-Betätigungsvorrichtungen
dieses Aufbaus sind dahingehend entwickelt worden, daß sie Schneidvorgänge sowie
Koagulation von Blutungen etc. durchführen können.
Allgemein gesagt ist eine Vibrationsamplitude des distalen Endes der
Sonde proportional zu einem Strom, der den Ultraschallvibrator antreibt. Die Antriebseinheit
liefert an den Ultraschallvibrator einen Strom, der für diese Vibrationsamplitude
notwendig ist.
Die Impedanz eines Ultraschallvibrators, der tatsächlich in dem Ultraschallbereich
vibriert, ändert sich jedoch abhängig von einem Last- oder Belastungszustand, der
an dem Ultraschallvibrator dieser Sonde vorhanden ist. Um daher eine stabile Vibrationsamplitude
ungeachtet einer Last- oder Belastungsänderung im Ultraschallvibrator aufrecht zu
erhalten, wurde bereits eine Antriebseinheit zur Durchführung eines Konstantstromantriebes
bekannt, um einen den Ultraschallvibrator zugeführten Strom auf einem konstanten
Wert zu halten.
Wird hierbei angenommen, daß die Impedanz des Ultraschallvibrators
Z beträgt, ein Strom zum Durchführen des Konstantstromantriebes I ist und eine an
den Ultraschallvibrator durch eine Antriebseinheit zur Durchführung des Konstantstromantriebes
angelegte Spannung V beträgt, ergibt sich die nachfolgende Gleichung:
Z = V/I oder V = IZ(1)
Wie sich aus der obigen Gleichung (1) ergibt, muß zum Betreiben des
Ultraschallvibrators mit einem Konstantstrom die Anforderung erfüllt sein, daß eine
Spannung V abhängig von einer Änderung der Impedanz Z des Ultraschallvibrators dem
Ultraschallvibrators angelegt wird.
Um weiterhin den Ultraschallvibrator wirksam vibrieren zu lassen,
ist es wünschenswert, den Ultraschallvibrator an seinem Resonanzpunkt zu betreiben.
von daher ist es bereits allgemein bekannt, ein PLL-Steuerverfahren (phase lock
loop) anzuwenden, bei dem der Resonanzpunkt abhängig von der Phase des Stroms I
und der an dem Ultraschallvibrator anliegenden Spannungen V überwacht wird.
Die Miniaturisierung oder Verkleinerung medizinischer Vorrichtungen
ist auf dem Sektor der Medizintechnik fortgeschritten, so daß die erwähnte Ultraschallantriebseinheit
soweit verkleinert wurde, daß ihre Ausgangskapazität den kleinsten vertretbaren
Wert erreicht hat.
Wenn sich hierbei die elektrische Eigenschaft des Ultraschallvibrators
wesentlich ändert, also wenn beispielsweise die Impendanz wesentlich ansteigt, überschreitet
die anliegende Last eine Spannungskapazität, welche von der Antriebseinheit an den
Ultraschallvibrator angelegt werden kann, so daß der Konstantstromantrieb oder -betrieb
für den Ultraschallvibrator unmöglich gemacht wird. Im Ergebnis fällt gemäß der
obigen Gleichung (1) ein an den Ultraschallvibrator angelegter Stromwert ab. von
daher tritt der Fehler auf, daß der Ultraschallvibrator und die Sonde mit einer
Vibrationsamplitude vibrieren, welche niedriger als die gewünschte oder bevorzugte
ist.
Wenn andererseits die Impedanz des Ultraschallvibrators wesentlich
abfällt, fällt eine in der Antriebseinheit erfaßte Spannung ebenfalls ab, was die
PLL-Steuerung unmöglich macht. Im Ergebnis tritt der Nachteil auf, daß Verluste
in Wärme umgesetzt werden müssen oder der Ultraschallvibrator und die Sonde aufgrund
von Verzerrungen schlecht arbeiten.
Wenn der Ausgang der Vorrichtung weiter abgegriffen wird, ohne daß
die Vibrationsamplitude des Ultraschallvibrators und der Sonde auf einen konstanten
Wert, wie im oben genannt Beispiel, gehalten werden, verschlechtert sich der medizinische
Effekt. Da es sich um ein medizinisches Gerät handelt, muß die Sicherheit für eine
Bedienungsperson und den Patienten ebenfalls in Betracht gezogen werden, so daß
die Möglichkeit von elektrischen Schlägen oder Verletzungen beseitigt sind.
Um diese Problem zu beseitigen, offenbart die geprüfte japanische
Patentanmeldung Nr. 2604852 ein Verfahren zum Verhindern, daß eine Steuerspannung
eines Spannungssteuerverstärkers (nachfolgend als VCA = Voltage Controlled Amplifier
bezeichnet) einen Verstärkungsfaktor eines Oszillatorausgangs, der den Antriebstrom
konstant macht, aufgrund einer merklichen Änderung der elektrischen Eigenschaft
des Ultraschallvibrators abnormal erhöht.
In der obigen Veröffentlichung wird jedoch nur die Beschränkung eines
oberen Grenzwertes des Verstärkungsfaktors des VCA beschrieben, es wird jedoch kein
geeigneterer Bereich festgelegt, der es möglich macht, eine Konstantstromsteuerung
und eine PLL-Steuerung dadurch zu ermöglichen, daß sowohl merkliches Ansteigen als
auch merklicher Abfall der Impedanz des Ultrschallvibrators in Betracht gezogen
werden.
Aus der US-A-4 965 532 ist eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung bekannt,
welche einen Ultraschallvibrator, einen Antriebssignalzufuhrabschnitt zum Zuführen
eines Antriebssignals für einen Betrieb des Ultraschallvibrators, einen Phasendifferenz-Erkennungsabschnitt,
welcher eine Phasendifferenz zwischen der Phase der Spannung des Antriebssignals
und einer Phase eines Signals erfaßt, das eine Schwingungsphase des Ultraschallvibrators
darstellt, und einen Abschnitt zum Durchführen einer Wobbelsteuerbetriebsart aufweist,
bei welcher ein an einen Phasenkomparator angelegtes Referenzsignal derart erhöht
wird, daß die Frequenz des Antriebssignals erhöht wird, bis das Antriebssignal mit
der Schwingungsphase des Ultraschallvibrators phasenverriegelt ist, wobei eine Funktion
einer Resonanznachführung realisiert wird.
Aus der DE-A-28 21 361 ist ein Ultraschallvibrator mit einer Funktion
einer Resonanznachführung bekannt, die einen automatischen Steuervorgang beinhaltet,
der die Amplitude einer Schwingung erfaßt und den Ultraschallvibrator stoppt, wenn
sich die Schwingung außerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der
Zeichnung, wobei diese Ausführungsformen als rein illustrativ und nicht einschränkend
zu verstehen sind.
Es zeigt:
1 schematisch den Gesamtaufbau einer
Ultraschall-Betriebsvorrichtung;
2 schematisch ein Detail des Leistungsverstärkungsschaltkreises
7 aus 1;
3 schematisch den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 schematisch ein Detail aus einer Bestimmungsvorrichtung
21 in 3;
5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung
einer Beziehung zwischen der Eingangsspannung und einem Setzwert zur Verwendung
in der Bestimmung, ob die Referenzspannungen 23a und 23b und die
Größe |I| einer Stromkomponente in einer bestimmten Beziehung sind oder nicht;
6A und 6B
graphische Darstellungen zur Erläuterung einer anderen Beziehung zwischen der Eingangsspannung
und dem Setzwert;
7 eine Darstellung zur Erläuterung, wie
OUTPUT A, OUTPUT B und OUTPUT C sich gegenüber der Größe |I| von Stromkomponenten
ändern, welche in Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b eingegeben
werden;
8 eine schematische Darstellung eines
Beispiels einer Anordnung, bei der eine Stopvorrichtung 12 zwischen einem
Stromdetektor 32 und einen Ausgangstransformator 8 angeordnet
ist;
9 schematisch den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10A bis 10C
Diagramme zur Erläuterungen der Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform;
11 zeigt schematisch den Aufbau einer
Ultraschall-Betriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
12 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise der dritten Ausführungsform;
13 schematisch den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung
gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise der vierten Ausführungsform; und
15 schematisch den Aufbau einer Bestimmungsvorrichtung
gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im
Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau
einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung. Hierbei ist eine Ultraschallantriebseinheit
1 mit einem Handstück 2 verbunden, das einen Ultraschallvibrator
3 enthält, der bei Empfang einer Antriebsenergie von der Ultraschallantriebseinheit
1 vibriert, wobei ein Schalter vorhanden ist, um zu bestimmen, ob eine
Antriebsenergie dem Handstück 2 zugeführt wird oder nicht; ein Beispiel
eines derartigen Schalters ist ein Fußschalter 5. Eine Sonde
4, welche ein distales Behandlungsende hat, ist entfernbar an dem Handstück
2 angeordnet.
Die Ultraschallantriebseinheit 1 weist im wesentlichen den
folgenden inneren Aufbau auf: ein Oszillatorschaltkreis 6 dient als Oszillatorkreis
zur Erzeugung eines Treibersignals, um eine Resonanzfrequenz dem Ultraschallvibrator
3 hinzuzuführen, wobei dieser Oszillatorschaltkreis eine Oszillationsfrequenz
erzeugt, welche eine Ultraschallvibration bewirkt, beispielsweise Sinuswellen mit
20-60 kHz. Dieser Oszillatorschaltkreis 6 kann einen Frequenzsteuerschaltkreis
auf der Grundlage von PLL (phase locked loop) oder dergleichen enthalten, um einen
Resonanzpunkt des Ultraschallvibrators 3 abhängig von einer Phasenbeziehung
einer an dem Ultraschallvibrator 3 anliegenden Spannung und einem hier
hineinfließenden Strom zu überwachen. Weiterhin ist ein Leistungsverstärkungsschaltkreis
7 vorgesehen, um das Oszillationsfrequenzsignal von dem Oszillatorschaltkreis
6 zu verstärken. Der Leistungsverstärkungsschaltkreis 7 bildet
einen Antriebsenergie-Zufuhrabschnitt mit dem Oszillatorschaltkreis 6,
verstärkt ein in dem Oszillatorschaltkreis 6 erzeugtes Sinuswellensignal
und liefert eine Antriebsenergie an den Ultraschallvibrator 3 über einen
Ausgangstransformator 8 isoliert.
Weiterhin sind ein Steuerschaltkreis 9 zur Steuerung der
Arbeitsweise eines jeden Schaltkreises und ein Energieversorgungsschaltkreis
10 zur Zufur von Energie oder elektrische Leistung an jeden Schaltkreis
vorhanden. Der Energieversorgungsschaltkreis 10 erhält seine Energie von
einer üblichen Netzversorgung über einen Stecker 20. Ein Setzabschnitt
24 (Wahlvorrichtung) zum Festsetzen eines Stromkomponentenverhältnisses
(nachfolgend als Setzwert bezeichnet) einer Antriebsenergie für den Ultraschallvibrator
3 ist weiterhin vorhanden und dieser Setzwert wird dem Steuerschaltkreis
9 übertragen. Mit dem Steuerschaltkreis 9 ist ein Anzeigeabschnitt
17 zur Anzeige des im Setzabschnitt 24 ausgewählten Setzwertes
und/oder weiteren Informationen, sowie ein Lautsprecher 18 verbunden, um
entsprechende Meldesignale auszugeben.
2 zeigt schematisch den Aufbau des Leistungsverstärkungsschaltkreises
7 aus 1. Gemäß 2
weist der Leistungsverstärkungsschaltkreis 7 im wesentlichen einen Stromdetektor
11, einen Differenzverstärker 13, einen VCA 14 (spannungsgesteuerter
Verstärker), der ein Multiplizierer ist und einen Leistungsverstärker
15 auf.
Ein von dem Oszillatorschaltkreis 6 übertragenes Oszillationsfrequenzsignal
wird über den VCA 14 dem Leistungsverstärker 15 eingegeben und
über den Ausgangstransformator 8 an das Handstück 2 geführt. Zwischen
dem Ausgangstransformator 8 und dem Leistungsverstärker 15 ist
der Stromdetektor 11 angeordnet und der Stromdetektor erfaßt eine Stromkomponente
I eines Antriebsenergieausganges vom Leistungsverstärker 15 und richtet
diese gleich und gibt dann die Stormkomponente mit einer Größe |I| an einen Eingang
des Differenzverstärkers 13. Weiterhin wird der in dem Setz- oder Wahlabschnitt
24 gewählte Setzwert von dem Steuerabschnitt 9 verarbeitet, um
eine Referenzspannung Vs zu erzeugen und diese Referenzspannung Vs wird dem anderen Eingang
des Differenzverstärkers 13 eingegeben.
Der Differenzverstärker 13 führt eine Differenzverstärkung
durch, um die erwähnten beiden Eingangswerte miteinander gleich zu machen und koppelt
diese Änderungsrate an den VCA 14 zurück. Der VCA 14 multipliziert
ein Rückkopplungssignal mit einem Oszillationsfrequenzsignal von dem Oszillatorschaltkreis
6 und gibt dieses Ergebnis an den Leistungsverstärker 15 aus.
Da der Verstärkungsfaktor des Leistungsverstärkers 15 durch
eine derartige Rückkoppelungsschleife gesteuert wird, kann eine Antriebsenergie
mit einer Konstantstromkomponente an das Handstück 2 geliefert werden.
3 zeigt schematisch den Aufbau der Ultraschall-Betriebsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zu der
Anordnung oder dem Aufbau von 1 ist ein zweiter Stromdetektor
32 zum Erfassen einer Antriebsenergie zwischen dem Stromdetektor
11 und dem Ausgangstransformator 8 angeordnet und eine Stoppvorrichtung
oder ein Stoppabschnitt 12 ist zwischen dem Differenzverstärker
13 und dem Steuerschaltkreis 9 angeordnet. Zwischen dem Stromdetektor
32 und der Stopvorrichtung 12 ist eine Bestimmungsvorrichtung
oder ein Bestimmungsabschnitt 21 vorhanden. Die Bestimmungsvorrichtung
21 ist mit dem Steuerschaltkreis 9 verbunden.
Bei diesem Aufbau entnimmt der Stromdetektor 32 eine Größe
|I| einer Stromkomponente ähnlich wie der Stromdetektor 11 aus der Antriebsenergie.
Die Größe |I| der von dem Stromdetektor 32 entnommenen Stromkomponente
wird der Bestimmungsvorrichtung 21 eingegeben. Die Stopvorrichtung
12 arbeitet dahingehend, die Referenzspannung Vs, welche dem Referenzverstärker
13 vom Steuerschaltkreis 9 eingegeben wird, abhängig von einem
Bestimmungsergebnis der Bestimmungsvorrichtung 21 zu unterbrechen.
4 zeigt den Aufbau der Bestimmungsvorrichtung
21 von 3 im Detail. Gemäß 4
weist die Bestimmungvorrichtung 21 einen Spannungswandlerabschnitt
26 zum Wandeln der Referenzspannung Vs des Steuerschaltkreises
9, einen Bereichsvergleichabschnitt 33 mit einem Paar von Vergleichsvorrichtungen
33a und 33b und einen AND-Schaltkreis 34 zum Empfang
der Ausgänge von den Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b und zur
logischen und-Verknüpfung dieser Signale auf. Hierbei wird die Größe |I| der Stromkomponente
jedem von ersten Eingangsanschlüssen der Vergleichsvorrichtungen 33a und
33b von dem Stromdetektor 32 eingegeben und ein Ausgang des Spannungswandlerabschnittes
26 wird jedem der zweiten Eingangsanschlüsse eingegeben.
Bei diesem Aufbau kann die Referenzspannung Vs, welche vom Steuerschaltkreis
9 dem Spannungswandlerabschnitt 26 zugeführt wird, abhängig von
dem Auswahlvorgang im Setzabschnitt 24 geändert werden. Der Spannungswandlerabschnitt
26 verstärkt die Referenzspannung Vs vom Steuerschaltkreis 9 auf
der Grundlage einer bestimmten Proportionalitätsbeziehung und gibt Referenzspannungen
23a und 23b an die zweiten Eingangsanschlüsse der Vergleichsvorrichtung
33a und 33b. Die voranstehende Größe |I| der Stromkomponente vom
Stromdetektor 32 wird den ersten Eingangsanschlüssen eingegeben.
Wenn die Antriebsenergie dem Handstück 2 abhängig von einem
durch den Setzabschnitt 24 bestimmten Setzwert zugeführt wird, läßt sich
eine Beziehung zwischen der Größe |I| der vom Stromdetektor 32 entnommenen
Stromkomponente und den Referenzspannungen 23a und 23b durch die
nachfolgende Formel (2) ausdrücken:
23a ≥ |I| ≥ 23b(2)
Um zu bestimmen, ob diese Beziehung erfüllt ist oder nicht, kann eine
Beziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Setzwert gemäß 5
verwendet werden. Alternativ dazu kann eine Beziehung gemäß 6A
oder 6B verwendet werden.
Es sei hier angenommen, daß die Bestimmungergebnisse der Vergleichsvorrichtung
33a und 33b OUTPUT A und OUTPUT B sind und ein Ergebnis der logischen
und-Verknüpfung dieser beiden Bestimmungsergebnisse durch den AND-Schaltkreis
34 ist OUTPUT C. 7 zeigt, wie sich OUTPUT
A, OUTPUT B und OUTPUT C gegenüber der Größe |I| der Stromkomponente, welche den
Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b eingegeben wird, ändern.
Wenn die Größe |I| der Stromkomponente der Antriebsenergie an das
Handstück 2 sehr hoch wird, so daß sich |I| > 23a ergibt, wird
OUTPUT A zu "L" (logisch niedrig), so daß OUTPUT C ebenfalls "L" wird. Wenn die
Größe |I| der Stromkomponente einer dem Handstück 2 zugeführten Antriebsenergie
sehr klein wird, so daß sich die Beziehung |I| < 23b ergibt, wird OUTPUT
B "L", so daß OUTPUT C ebenfalls "L" wird.
Im Ergebnis wird nur dann OUTPUT C zu "H" (logisch hoch), wenn die
Größe |I| der Stromkompnente die Bedingung 23a ≥ |I| ≥
23b erfüllt. Wenn daher OUTPUT C auf "L" liegt, das heißt, wenn die Größe
|I| der Stromkomponente überhoch oder besonders klein wird, wird ein Antriebsstopsignal
an die Stopvorrichtung 2 übertragen, um die Referenzspannung Vs zu unterbrechen,
so daß die Zufuhr der Antriebsenergie an den Ausgangstransformator 8 unterbrochen
wird.
Selbst wenn die Stopvorrichtung 12 zwischen dem Stromdetektor
32 und dem Ausgangstransformator 8 angeordnet ist, wie in
8 gezeigt, läßt sich der gleiche Effekt erhalten. In
8 dient der Stromdetektor 32 gleichzeitig
als Stromdetektor 11. Obgleich hier nicht gezeigt, erübrigt sich zu sagen,
daß der gleiche Effekt auch dann erhalten wird, wenn die Stopvorrichtung
12 an irgendeiner Stelle zwischen dem Oszillatorschaltkreis 6,
dem VCA 14, dem Leistungsverstärker 15 und dem Stromdetektor
11 angeordnet ist. Wenn ein Pfad vom Ausgangstransformator 8 zu
dem Vibrator 3 in dem Handstück 2 unterbrochen wird, so daß keine
Antriebsenergie zugeliefert werden kann, läßt sich ebenfalls – obgleich hier
nicht gezeigt – der gleiche Effekt erhalten, da dann die Größe |I| der Stromkomponente
sehr klein wird.
Wie oben beschrieben ist bei der ersten Ausführungsform der Erkennungs-
oder Detektorabschnitt zum Erkennen der Größe |I| der Stromkomponente einer Antriebsenergie
im Ultraschallvibrator vorhanden, um zu bestimmen, ob ein Erkennungsergebnis in
einem konstanten Bereich relativ zu einem bestimmten Setzwert vorhanden ist oder
nicht und wenn er nicht innerhalb eines derartigen Bereiches liegt, wird dann die
Zufuhr einer Antriebsenergie an das Handstück 2 unterbrochen. Im Ergebnis
wird, selbst wenn sich die elektrische Eigenschaft des Ultraschallvibrators wesentlich
ändert, so daß die Stromkomponente der Antriebsenergie des Ultraschallvibrators
sich auf abnorme Art und Weise ändert, dise abnorme Stromkomponente dem Ultraschallvibrator
nicht zugeführt. Von daher wird die Stromkomponente der Antriebsenergie während
der Zufuhr der Antriebsenergie in einem konstanten Bereich beschränkt, so daß hohe
Betriebssicherheit sichergestellt ist.
Unter Bezugnahme auf die 9,
10A, 10B
und 10C wird nachfolgend eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform verwendet einen
anderen Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 21 aus der ersten Ausführungsform.
Gemäß 9 weist die Bestimmungsvorrichtung
21 bei der zweiten Ausführungsform den Bereichsvergleichabschnitt
33 und einen Timer oder Zeitgeber 35 auf. Der Timer
35 besteht beispielsweise aus einem Zeitgeberrelais und wird nur dann eingeschaltet,
wenn ein logisch hohes Signal von dem Bereichsvergleichsabschnitt 33 länger
als eine Sekunde eingegeben wird (vergleiche 10A und
10B). Selbst wenn somit OUTPUT C des Bereichsvergleichsabschnittes
33 logisch hoch wird, verbleibt das Zeitgeberrelais abgeschaltet, wenn
dieses logisch hohe Signal weniger als eine Sekunde anliegt. Wenn der logische Signalwert
"H" von OUTPUT C eine Sekunde übersteigt, wird der Zeitgeberrelaiskontakt eingeschaltet
und entsprechend wird gemäß 10C ein Schalter der Stopvorrichtung
12 geöffnet, wodurch die Zufuhr der Referenzspannung Vs an den Referenzverstärker
13 unterbrochen wird.
Gemäß obiger Beschreibung ist bei der zweiten Ausführungsform ein
Erkennungsabschnitt zum Erkennen der Stromkomponente der Antriebsenergie für den
Ultraschallvibrator vorhanden und weiterhin wird hiermit bestimmt, ob ein Erkennungsergebnis
in einem bestimmten Bereich relativ zu einem bestimmten Setzwert liegt oder nicht
und ein Überwachungsabschnitt zum Überwachen einer Kontinuität dieses Wertes innerhalb
eines bestimmten Zeitablaufes ist vorhanden. Von daher kann eine Fehlfunktion aufgrund
von elektrischem Rauschen oder derergleichen verhindert werden und der ersten Ausführungsform
hinzugefügt werden, so daß die Sicherheit weiter verbessert werden kann.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter
Bezugnahme auf die 11 und 12
beschrieben. Die dritte Ausführungsform zeigt einen anderen Aufbau der Bestimmungsvorrichtung
21 aus der ersten Ausführungsform. Gemäß 11
weist die Bestimmungsvorrichtung 21 einen analog/digital-Wandler (A/D)
28 zum Wandeln der Größe |I| der Stronkomponente in digitale Signale, einen
A/D-Wandler 30 zum Wandeln der Referenzspannung Vs vom Steuerschaltkreis
9 in digitale Signale, eine zentrale Recheneinheit CPU 29 zur
Durchführung digitaler Abläufe auf der Grundlage der digitalen Signale von den beiden
A/D-Wandlern 28 und 30 und einen Speicher 31 auf, der
ein Programm und Daten schreibbar enthält, welche für arithmetische Rechenvorgänge
der CPU 29 notwendig sind.
12 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise beim Bestimmungsvorgang mittels der CPU 29 für die Größe
|I| der Stromkomponente. Zuerst wandelt der A/D-Wandler 30 die Referenzspannung
Vs vom Steuerschaltkreis 9 in digitale Signale um (Schritt S1) und der
A/D-Wandler 28 wandelt die Größe |I| der Stromkomponente vom Stromdetektor
32 in digitale Signale um (Schritt S2). Nachfolgend werden obere und untere
Grenzdaten eines Schwellenwertes zur Bestimmung von Daten im Speicher
31 bezüglich der Referenzspannung Vs im Schritt S3 gelesen. Durch Vergleichen
der oberen und unteren Grenzwerte des Schwellenwertes mit der Größe |I| der Stromkomponente
wird in den Schritten S4 und S5 bestimmt, ob |I| in einem Bereich vorhanden ist,
der durch die oberen und unteren Grenzwerte des Schwellenwertes bestimmt ist oder
nicht. Wenn die Größe |I| in dem erwähnten Bereich nicht vorhanden ist, wird die
Stopvorrichtung 12 geöffnet, um die Referenzspannung Vs nicht mehr an den
Referenzverstärker zu liefern (Schritt S6).
Bei der dritten Ausführungsform wird gemäß obiger Beschreibung der
Erkennungsabschnitt zum Erkennen der Stromkomponente der Antriebsenergie für den
Ultraschallvibrator vorgesehen, sowie ein Abschnitt zum Bestimmen, ob ein Erkennungsergebnis
in einem bestimmten Bereich relativ zu einem gewünschten Setzwert liegt oder nicht
wird durch die digitale arithmetische Recheneinheit CPU gebildet. Zusätzlich zum
Effekt der ersten Ausführungsform ist damit ein Schwellenwert, in welchem der Setzwert
der Antriebsenergie schwanken kann, leicht zu ändern, wobei gleichzeitig eine Vergrößerung
oder Ausdehnung verhindert werden kann.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter
Bezugnahme auf die 13 und 14
beschrieben. In der vierten Ausführungsform ist anstelle des Stromdetektors
32 der ersten Ausführungsform ein Spannungsdetektor 25 vorhanden.
Wie oben beschrieben wird, wenn die Antriebsenergie von dem Leistungsverstärker
15 auf dem höchsten Spannungswert oder dem niedrigsten Spannungswert ist,
bei welchem die PLL-Steuerung noch möglich ist, dann die Antriebsenergie nicht an
das Handstück 2 gemäß dem Setzwert vom Setzabschnitt 24 zugeführt.
Die vierte Ausführungsform schlägt eine Gegenmaßnahme für einen derartigen Zustand
vor.
14 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
eines Bestimmungsvorganges der Bestimmungsvorrichtung 21 für die Größe
|V| der Spannungskomponente.
Zunächst wird die Größe |V| einer Spannungskomponente der Antriebsenergie
von dem Spannungsdetektor 25 im Schritt S19 eingegeben. Danach wird im
Schritt S11 und S12 bestimmt, ob die Größe |V| der Stromkomponente der maximale
Wert |V| oder der minimale Wert |V| ist oder nicht. Wenn es der maximale Wert oder
der minimale Wert ist, wird eine Zufuhr der Referenzspannung Vs an den Differenzverstärker
13 durch die Stoppvorrichtung 12 unterbrochen.
Bei der vierten Ausführungsform gemäß obiger Beschreibung ist ein
Erkennungsabschnitt zum Erkennen der Spannungskomponente der Antriebsenergie für
den Ultraschallvibrator vorgesehen, um zu bestimmen, ob die abhängig vom Setzwert
zugeführte Antriebsenergie der maximale Wert oder minimale Wert ist oder nicht.
Somit läßt sich mit einer gegenüber der ersten Ausführungsform noch vereinfachten
Anordnung der gleiche Effekt erzielen.
Obgleich die jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen so ausgebaut
sind, daß die Referenzspannung Vs durch den Setzabschnitt 24 beliebig geändert
werden kann, kann diese Referenzspannung Vs auch fest sein.
15 zeigt eine fünfte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Form einer Bestimmungsvorrichtung 21, bei
der die Referenzspannung Vs festgelegt ist. Die Bestimmungsvorrichtung
21 weist Spannungsteiler 16a, 16b und 16c auf,
welche jeweils aus einem Widerstand gebildet sind, sowie den Bereichsvergleichsabschnitt
33 mit dem Paar von Vergleichsvorrichtung 33a und 33b
und den AND-Schaltkreis 34. Die durch Spannungsteilung erhaltenen Referenzspannungen
23a(V) und 23b(V), welche durch die Widerstandswerte der Spannungsteiler
16a bis 16c erhalten wurden, werden den Vergleichsvorrichtungen
33a und 33b eingegeben. Diese Referenzspannungen 23a(V)
und 23b(V) entsprechen der oben erwähnten Referenzspannung Vs.
Mit einem derartigen Aufbau kann der gleiche Effekt wie bei der ersten
Ausführungsform erhalten werden. Obgleich die fünfte Ausführungsform nicht in der
Lage ist, den Setzwert zu ändern, ist die Funktion des Wandelns des Setzabschnittes
24 und des Setzwertes in die Referenzspannung Vs nicht notwendig.
Beschrieben wurde somit eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung. Diese
weist einen Ultraschallvibrator, einen Oszillatorschaltkreis und einen Leistungsverstärker
auf, welche als Antriebsenergiezufuhrabschnitt zum Zuführen einer Antriebsenergie
an den Ultraschallvibrator zu dessen Betrieb bilden. Ein Stromdetektor erkennt eine
dem Ultraschallvibrator zugeführte Antriebsenergie. Eine Bestimmungsvorrichtung
bestimmt, ob der Ultraschallvibrator normal arbeitet oder nicht, was davon abhängt,
ob die Stromkomponente der von dem Stromdetektor erfaßten Antriebsenergie in einem
bestimmten Bereich liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß der Ultraschallvibrator
nicht normal angetrieben wird, unterbricht eine Stoppvorrichtung eine Zufuhr der
Antriebsenergie an den Ultraschallvibrator.
Gemäß obiger Beschreibung wird bei der vorliegenden Erfindung selbst
dann, wenn die Stromkomponente der Antriebsenergie sich für den Ultraschallvibrator
abnormal ändert, diese abnormale Stromkomponente dem Ultraschallvibrator nicht zugeführt,
von daher wird die Stromkomponente der Antriebsenergie auf einen bestimmten Bereich
während der Zufuhr der Antriebsenergie eingeschränkt.
Von daher ist es möglich, wirksam zu verhindern, daß das Antriebsschaltkreissystem
und der Ultraschallvibrator durch Anlegen eines Stromes beschädigt werden, der größer
als die jeweiligen Widerstandseigenschaften ist und weiterhin läßt sich die Sicherheit
für einen Gegenstand und den Organismus erheblich verbessern und die gewünschte
medizinische Behandlung kann sicher erfolgen.
