BR112019003619B1 - ULTRASONIC TRANSDUCER SET - Google Patents

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Jeffrey D. Messerly
Benjamin D. Dickerson
Rafael J. Ruiz Ortiz
Ryan M. Asher
Joseph D. Dennis
Brian D. Black
Craig T. Davis
Mark E. Tebbe
Ion V. Nicolaescu
Frederick Estera
William A. Olson
Amelia Pierce
James Wilson
William D. Dannaher
Fajian Zhang
Foster B. Stulen
Original Assignee
Ethicon Llc
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Abstract

A presente invenção refere-se a vários instrumentos ultrassônicos. Os instrumentos ultrassônicos incluem um guia de ondas ultrassônicas acusticamente acoplado a um transdutor ultrassônico. Várias técnicas para acoplar acusticamente o transdutor ultrassônico ao guia de ondas ultrassônicas são descritas.The present invention relates to various ultrasonic instruments. Ultrasonic instruments include an ultrasonic waveguide acoustically coupled to an ultrasonic transducer. Various techniques for acoustically coupling the ultrasonic transducer to the ultrasonic waveguide are described.

Description

PRIORIDADEPRIORITY

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido provisório U.S. n° de série 62/379.550, depositado em 25 de agosto de 2016, o qual está aqui incorporado a título de referência, em sua totalidade.[001] This application claims the benefit of U.S. Provisional Application Serial No. 62/379,550, filed August 25, 2016, which is incorporated herein by reference in its entirety.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[002] A presente invenção refere-se, em geral, a instrumentos cirúrgicos ultrassônicos e, mais particularmente, a transdutores ultrassônicos para acionar guias de ondas ultrassônicas. Os instrumentos ultrassônicos, incluindo tanto instrumentos de núcleo oco como de núcleo sólido, são usados para o tratamento seguro e eficaz de muitas condições médicas. Os instrumentos ultrassônicos e particularmente os instrumentos ultrassônicos de núcleo sólido, são vantajosos pois podem ser usados para cortar e/ou coagular tecido orgânico com uso de energia sob a forma de vibrações mecânicas transmitidas a um atuador de extremidade cirúrgico em frequências ultrassônicas. As vibrações ultrassônicas, quando transmitidas para tecidos orgânicos em níveis de energia adequados e com uso de um atuador de extremidade adequado, podem ser usadas para cortar, dissecar, elevar ou cauterizar tecido ou separar tecido muscular do osso. Os instrumentos ultrassônicos que utilizam tecnologia de núcleo sólido são particularmente vantajosos devido à quantidade de energia ultrassônica que pode ser transmitida a partir do transdutor ultrassônico, através de um guia de ondas e para o atuador de extremidade cirúrgico. Esses instrumentos podem ser usados para procedimentos abertos ou procedimentos minimamente invasivos, como procedimentos laparoscópicos ou endoscópicos, sendo que o atuador de extremidade passa através de um trocarte para alcançar o sítio cirúrgico.[002] The present invention relates, in general, to ultrasonic surgical instruments and, more particularly, to ultrasonic transducers to drive ultrasonic waveguides. Ultrasonic instruments, including both hollow core and solid core instruments, are used for the safe and effective treatment of many medical conditions. Ultrasonic instruments, and particularly solid-core ultrasonic instruments, are advantageous in that they can be used to cut and/or coagulate organic tissue using energy in the form of mechanical vibrations transmitted to a surgical tip actuator at ultrasonic frequencies. Ultrasonic vibrations, when transmitted to organic tissues at appropriate energy levels and using a suitable tip actuator, can be used to cut, dissect, elevate or cauterize tissue or separate muscle tissue from bone. Ultrasonic instruments using solid core technology are particularly advantageous because of the amount of ultrasonic energy that can be transmitted from the ultrasonic transducer, through a waveguide, and into the surgical tip actuator. These instruments can be used for open procedures or minimally invasive procedures such as laparoscopic or endoscopic procedures, where the end actuator passes through a trocar to reach the surgical site.

[003] A ativação ou excitação do atuador de extremidade (por exemplo, lâmina de corte) de tais instrumentos em frequências ultrassônicas induz o movimento vibratório longitudinal que gera calor localizado dentro do tecido adjacente. Devido à natureza dos instrumentos ultrassônicos, um atuador de extremidade com atuação ultrassônica particular pode ser projetado para executar inúmeras funções, incluindo, por exemplo, corte e coagulação. A vibração ultrassônica é induzida no atuador de extremidade cirúrgico excitandose eletricamente um transdutor, por exemplo. O transdutor pode ser construído a partir de um ou mais elementos piezoelétricos ou magnetostritivos na peça manual do instrumento. As vibrações geradas pelo transdutor são transmitidas ao atuador de extremidade cirúrgico através de um guia de ondas ultrassônicas estendendo-se a partir do transdutor até o atuador de extremidade cirúrgico. O guia de onda e o atuador de extremidade são projetados para ressoar na mesma frequência que o transdutor. Portanto, quando um atuador de extremidade é fixado a um transdutor, a frequência total do sistema é a mesma frequência do próprio transdutor.[003] Activation or excitation of the end actuator (eg, cutting blade) of such instruments at ultrasonic frequencies induces longitudinal vibratory motion that generates localized heat within adjacent tissue. Due to the nature of ultrasonic instruments, a particular ultrasonic actuated end actuator can be designed to perform numerous functions including, for example, cutting and coagulation. Ultrasonic vibration is induced in the surgical end actuator by electrically exciting a transducer, for example. The transducer may be constructed from one or more piezoelectric or magnetostrictive elements in the instrument handpiece. Vibrations generated by the transducer are transmitted to the surgical end actuator through an ultrasonic waveguide extending from the transducer to the surgical end actuator. The waveguide and end actuator are designed to resonate at the same frequency as the transducer. Therefore, when an end actuator is attached to a transducer, the total system frequency is the same as the frequency of the transducer itself.

[004] A amplitude da vibração ultrassônica longitudinal na ponta, d, do atuador de extremidade se comporta como um senoide simples na frequência de ressonância conforme dado por: d= A sen(wt) em que: w= a frequência radiana que é igual a 2π vezes a frequência cíclica, f; e A= a amplitude de zero até o pico.[004] The amplitude of the longitudinal ultrasonic vibration at the tip, d, of the end actuator behaves as a simple sinusoid at the resonant frequency as given by: d= A sin(wt) where: w= the radian frequency that is equal a 2π times the cyclic frequency, f; and A= the range from zero to peak.

[005] A excursão longitudinal da ponta do atuador de extremidade é definida como a amplitude pico a pico (p-t-p), que é apenas duas vezes a amplitude da onda senoidal ou 2A. Frequentemente, o atuador de extremidade pode compreender uma lâmina que, devido à excursão longitudinal, pode cortar e/ou coagular tecido. A patente U.S. n° 6.283.981, que foi concedida em 4 de setembro de 2001 e é intitulada METHOD OF BALANCING ASYMMETRIC ULTRASONIC SURGICAL BLADES; a patente U.S. n° 6.309.400, que foi concedida em 30 de outubro de 2001 e é intitulada CURVED ULTRASONIC WAVEGUIDE HAVING A TRAPEZOIDAL CROSS SECTION; e a patente U.S. n° 6.436.115, que foi concedida em 20 de agosto de 2002 e é intitulada BALANCED ULTRASONIC WAVEGUIDE INCLUDING A PLURALITY OF BALANCE ASYMMETRIES, cujas descrições integrais são pela presente incorporadas a título de referência, revelam vários instrumentos cirúrgicos ultrassônicos.[005] The longitudinal excursion of the end actuator tip is defined as the peak-to-peak amplitude (p-t-p), which is just twice the amplitude of the sine wave or 2A. Often, the end actuator may comprise a blade which, due to longitudinal travel, may cut and/or coagulate tissue. U.S. Patent No. 6,283,981, which was issued on September 4, 2001 and is entitled METHOD OF BALANCING ASYMMETRIC ULTRASONIC SURGICAL BLADES; U.S. Patent No. 6,309,400, which was issued October 30, 2001 and is entitled CURVED ULTRASONIC WAVEGUIDE HAVING A TRAPEZOIDAL CROSS SECTION; and U.S. Patent No. 6,436,115, which issued on August 20, 2002 and is entitled BALANCED ULTRASONIC WAVEGUIDE INCLUDING A PLURALITY OF BALANCE ASYMMETRIES, the entire descriptions of which are hereby incorporated by reference, disclose various ultrasonic surgical instruments.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[006] Em um aspecto geral, vários aspectos se referem a um instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende um transdutor configurado para produzir vibrações ao longo de um eixo geométrico longitudinal de uma ferramenta cirúrgica a uma frequência predeterminada. Em vários aspectos, a ferramenta cirúrgica pode incluir um guia de ondas ultrassônicas que se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal e é acoplado ao transdutor. Em vários aspectos, a ferramenta cirúrgica inclui um corpo que tem uma extremidade proximal e uma extremidade distal, sendo que a extremidade distal é móvel em relação ao eixo geométrico longitudinal pelas vibrações produzidas pelo transdutor e a extremidade proximal é mecanicamente acoplada ao transdutor.[006] In a general aspect, several aspects refer to an ultrasonic surgical instrument comprising a transducer configured to produce vibrations along a longitudinal axis of a surgical tool at a predetermined frequency. In various aspects, the surgical tool may include an ultrasonic waveguide that extends along the longitudinal axis and is coupled to the transducer. In various aspects, the surgical tool includes a body having a proximal end and a distal end, the distal end being movable with respect to the longitudinal axis by vibrations produced by the transducer, and the proximal end being mechanically coupled to the transducer.

[007] Em um aspecto, um conjunto de transdutor ultrassônico comprimido é fornecido. O conjunto de transdutor ultrassônico comprimido compreende um compartimento de metal que define uma abertura; pelo menos dois elementos piezoelétricos dispostos dentro da abertura e comprimidos por uma força de compressão, em que os pelo menos dois elementos piezoelétricos são configurados para funcionar em um modo D33; e um tampão de metal unido ao compartimento de metal para fechar a abertura e para manter os pelo menos dois elementos piezoelétricos em um estado comprimido dentro do compartimento de metal.[007] In one aspect, a compressed ultrasonic transducer assembly is provided. The compressed ultrasonic transducer assembly comprises a metal housing defining an aperture; at least two piezoelectric elements disposed within the aperture and compressed by a compressive force, wherein the at least two piezoelectric elements are configured to operate in a D33 mode; and a metal plug attached to the metal housing to close the opening and to maintain the at least two piezoelectric elements in a compressed state within the metal housing.

[008] Em um outro aspecto, um sistema cirúrgico ultrassônico é fornecido. O instrumento cirúrgico ultrassônico compreende um guia de ondas ultrassônicas; um transdutor ultrassônico montado ao guia de ondas ultrassônicas e configurado para operar em um modo D31, sendo que o transdutor ultrassônico compreende: um primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica que tem um primeiro lado fixado a um primeiro lado do guia de ondas ultrassônicas por um primeiro material de ligação; e um segundo elemento piezoelétrico de cerâmica que tem um primeiro lado fixado a um segundo lado do guia de ondas ultrassônicas pelo primeiro material de ligação, sendo que o primeiro lado do guia de ondas ultrassônicas é oposto ao segundo lado do guia de ondas ultrassônicas.[008] In another aspect, an ultrasonic surgical system is provided. The ultrasonic surgical instrument comprises an ultrasonic waveguide; an ultrasonic transducer mounted to the ultrasonic waveguide and configured to operate in a D31 mode, the ultrasonic transducer comprising: a first ceramic piezoelectric element having a first side attached to a first side of the ultrasonic waveguide by a first material binding; and a second piezoelectric ceramic element having a first side secured to a second side of the ultrasonic waveguide by the first bonding material, the first side of the ultrasonic waveguide being opposite the second side of the ultrasonic waveguide.

[009] Em um outro aspecto, um sistema cirúrgico ultrassônico é fornecido. O instrumento cirúrgico ultrassônico compreende um guia de ondas ultrassônicas que compreende: uma porção de base; primeira e segunda paredes estendendo-se a partir de um lado da porção de base; e primeira e segunda saliências projetando-se a partir da primeira e da segunda paredes correspondentes, sendo que um primeiro espaço é definido entre a primeira saliência e a porção de base e sendo que um segundo espaço é definido entre a segunda saliência e a porção de base; e um transdutor ultrassônico fixado ao guia de ondas ultrassônicas, em que o transdutor ultrassônico compreende pelo menos um elemento piezoelétrico disposto de forma deslizante entre o primeiro e o segundo espaços e fixado nos mesmos.[009] In another aspect, an ultrasonic surgical system is provided. The ultrasonic surgical instrument comprises an ultrasonic waveguide comprising: a base portion; first and second walls extending from one side of the base portion; and first and second projections projecting from corresponding first and second walls, a first space being defined between the first projection and the base portion and a second space being defined between the second projection and the base portion base; and an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic waveguide, the ultrasonic transducer comprising at least one piezoelectric element slidably disposed between and attached to the first and second spaces.

[0010] Em um outro aspecto, um instrumento cirúrgico ultrassônico é fornecido. O instrumento cirúrgico ultrassônico compreende um guia de ondas ultrassônicas; e um transdutor ultrassônico fixado ao guia de ondas ultrassônicas; sendo que o guia de ondas ultrassônicas compreende uma estrutura similar a diapasão que compreende: uma forquilha superior; e uma forquilha inferior que define uma abertura em formato de U entre as mesmas configurada para receber o transdutor ultrassônico no mesmo.[0010] In another aspect, an ultrasonic surgical instrument is provided. The ultrasonic surgical instrument comprises an ultrasonic waveguide; and an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic waveguide; the ultrasonic waveguide comprising a tuning fork-like structure comprising: an upper yoke; and a lower yoke defining a U-shaped opening therebetween configured to receive the ultrasonic transducer therein.

FIGURASFIGURES

[0011] Os recursos dos vários aspectos são apresentados com particularidade nas reivindicações em anexo. Entretanto, os vários aspectos, tanto em relação à organização quanto aos métodos de operação, juntamente com os objetivos e vantagens adicionais dos mesmos, podem ser mais bem compreendidos por referência à descrição apresentada a seguir, considerada em conjunto com os desenhos em anexo, da seguinte forma:[0011] The features of the various aspects are presented with particularity in the attached claims. However, the various aspects, both in regard to organization and methods of operation, together with the objects and further advantages thereof, may be better understood by reference to the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings, of the following way:

[0012] A Figura 1 ilustra um sistema de instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com um aspecto desta descrição.[0012] Figure 1 illustrates an ultrasonic surgical instrument system in accordance with an aspect of this disclosure.

[0013] As Figuras 2A a 2C ilustram um transdutor piezoelétrico de acordo com um aspecto desta descrição.[0013] Figures 2A to 2C illustrate a piezoelectric transducer in accordance with an aspect of this disclosure.

[0014] A Figura 3 ilustra uma arquitetura de transdutor ultrassônico D31 que inclui um guia de ondas ultrassônicas e um ou mais elementos piezoelétricos fixos ao guia de ondas ultrassônicas de acordo com um aspecto da presente descrição.[0014] Figure 3 illustrates a D31 ultrasonic transducer architecture that includes an ultrasonic waveguide and one or more piezoelectric elements attached to the ultrasonic waveguide in accordance with an aspect of the present disclosure.

[0015] As Figuras 4A a 4C ilustram um conjunto de transdutor ultrassônico comprimido em uma configuração D33 com compressão sintonizada de acordo com um aspecto desta descrição.[0015] Figures 4A to 4C illustrate an ultrasonic transducer assembly compressed into a D33 configuration with compression tuned in accordance with an aspect of this disclosure.

[0016] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com um aspecto desta descrição.[0016] Figure 5 is a perspective view of an ultrasonic surgical instrument in accordance with an aspect of this description.

[0017] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um elemento piezoelétrico para uso com o instrumento cirúrgico ultrassônico mostrado na Figura 5 de acordo com um aspecto da presente descrição.[0017] Figure 6 is a perspective view of a piezoelectric element for use with the ultrasonic surgical instrument shown in Figure 5 in accordance with an aspect of the present disclosure.

[0018] A Figura 7 é uma vista em corte do instrumento cirúrgico ultrassônico mostrado na Figura 5 de acordo com um aspecto da presente descrição.[0018] Figure 7 is a cross-sectional view of the ultrasonic surgical instrument shown in Figure 5 in accordance with an aspect of the present description.

[0019] A Figura 8 ilustra um exemplo de uma ligação adesiva entre um metal e uma solda de liga metálica de acordo com um aspecto desta descrição.[0019] Figure 8 illustrates an example of an adhesive bond between a metal and a metal alloy solder in accordance with an aspect of this disclosure.

[0020] A Figura 9 ilustra uma ligação adesiva entre uma cerâmica e um metal formado por uma solda de liga metálica de acordo com um aspecto desta descrição.[0020] Figure 9 illustrates an adhesive bond between a ceramic and a metal formed by a metal alloy solder in accordance with an aspect of this disclosure.

[0021] A Figura 10 ilustra um exemplo de uma ligação metalúrgica/química de acordo com um aspecto desta descrição.[0021] Figure 10 illustrates an example of a metallurgical/chemical bond in accordance with an aspect of this disclosure.

[0022] A Figura 11 é uma ilustração de microestrutura de uma ligação química de solda de liga metálica e cerâmica de acordo com um aspecto desta descrição.[0022] Figure 11 is a microstructure illustration of a metal alloy and ceramic solder chemical bonding in accordance with an aspect of this disclosure.

[0023] A Figura 12A ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico antes da montagem e da polarização de acordo com um aspecto desta descrição.[0023] Figure 12A illustrates an ultrasonic surgical instrument prior to assembly and polarization in accordance with an aspect of this disclosure.

[0024] A Figura 12B ilustra o instrumento cirúrgico ultrassônico da Figura 12A. antes da polarização e do primeiro e do segundo elementos piezoelétricos não polarizados presos ao guia de ondas ultrassônicas em uma configuração D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0024] Figure 12B illustrates the ultrasonic surgical instrument of Figure 12A. prior to polarization and first and second non-polarized piezoelectric elements attached to the ultrasonic waveguide in a D31 configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0025] A Figura 12C ilustra o instrumento ultrassônico da Figura 12B antes da polarização e do primeiro e do segundo elementos piezoelétricos não polarizados presos ao guia de ondas ultrassônicas em uma configuração D31, de acordo com um aspecto desta descrição.[0025] Figure 12C illustrates the ultrasonic instrument of Figure 12B before polarization and the first and second non-polarized piezoelectric elements attached to the ultrasonic waveguide in a D31 configuration, in accordance with an aspect of this description.

[0026] A Figura 13A ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico que inclui um guia de ondas ultrassônicas configurado para segurar os elementos piezoelétricos com o uso de um material de ligação de acordo com um aspecto desta descrição.[0026] Figure 13A illustrates an ultrasonic surgical instrument that includes an ultrasonic waveguide configured to hold piezoelectric elements with the use of a binding material in accordance with an aspect of this disclosure.

[0027] A Figura 13B ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico que inclui um guia de ondas ultrassônicas configurado para segurar os elementos piezoelétricos com o uso de uma força de propensão de acordo com um aspecto desta descrição.[0027] Figure 13B illustrates an ultrasonic surgical instrument that includes an ultrasonic waveguide configured to hold piezoelectric elements with the use of a biasing force in accordance with an aspect of this disclosure.

[0028] A Figura 13C ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico que inclui um guia de ondas ultrassônicas configurado para segurar os elementos piezoelétricos com o uso de uma combinação de um material de ligação e uma força de propensão de acordo com um aspecto desta descrição.[0028] Figure 13C illustrates an ultrasonic surgical instrument that includes an ultrasonic waveguide configured to grip piezoelectric elements using a combination of a bonding material and a biasing force in accordance with an aspect of this disclosure.

[0029] A Figura 14 ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende um guia de ondas ultrassônicas fixo a elementos piezoelétricos dispostos em um D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0029] Figure 14 illustrates an ultrasonic surgical instrument comprising an ultrasonic waveguide attached to piezoelectric elements arranged in a D31 in accordance with an aspect of this description.

[0030] A Figura 15 ilustra o instrumento cirúrgico ultrassônico mostrado na Figura 14 com uma tensão V aplicada aos elementos piezoelétricos durante uma fase de ligação de acordo com um aspecto desta descrição.[0030] Figure 15 illustrates the ultrasonic surgical instrument shown in Figure 14 with a voltage V applied to the piezoelectric elements during a binding phase in accordance with an aspect of this description.

[0031] A Figura 16 ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico D31 que inclui elementos piezoelétricos fixados em um lado a um guia de ondas ultrassônicas por um adesivo condutivo e fixados em outro lado a placas eletricamente condutivas por um adesivo condutivo de acordo com um aspecto desta descrição.[0031] Figure 16 illustrates a D31 ultrasonic surgical instrument that includes piezoelectric elements attached on one side to an ultrasonic waveguide by a conductive adhesive and attached on the other side to electrically conductive plates by a conductive adhesive in accordance with an aspect of this description .

[0032] A Figura 17 ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico que inclui um único transdutor ultrassônico de plano médio e um guia de ondas ultrassônicas com uma estrutura similar a diapasão de acordo com um aspecto da presente descrição.[0032] Figure 17 illustrates an ultrasonic surgical instrument that includes a single midplane ultrasonic transducer and an ultrasonic waveguide with a tuning fork-like structure in accordance with an aspect of the present disclosure.

[0033] A Figura 18 é uma vista em corte do instrumento cirúrgico ultrassônico mostrado na Figura 17 com o transdutor ultrassônico inserido na estrutura similar a diapasão do guia de ondas ultrassônicas de acordo com um aspecto desta descrição.[0033] Figure 18 is a cross-sectional view of the ultrasonic surgical instrument shown in Figure 17 with the ultrasonic transducer inserted into the tuning fork-like structure of the ultrasonic waveguide in accordance with an aspect of this description.

[0034] As Figuras 19A e 19B ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0034] Figures 19A and 19B illustrate a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0035] A Figura 20 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0035] Figure 20 illustrates a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0036] A Figura 21 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0036] Figure 21 illustrates a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0037] As Figuras 22A a 22D ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0037] Figures 22A to 22D illustrate a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0038] A Figura 23 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0038] Figure 23 illustrates a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0039] A Figura 24A ilustra uma vista em corte de uma configuração de transdutor ultrassônico D31 ao longo da linha 24A-24A de acordo com um aspecto desta descrição.[0039] Figure 24A illustrates a cross-sectional view of an ultrasonic transducer configuration D31 along line 24A-24A in accordance with an aspect of this description.

[0040] A Figura 24B ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0040] Figure 24B illustrates a D31 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0041] A Figura 24C ilustra a alteração no formato do compartimento da configuração do transdutor ultrassônico D31 mostrado nas Figuras 24A a 24B de acordo com um aspecto desta descrição.[0041] Figure 24C illustrates the change in housing format of the D31 ultrasonic transducer configuration shown in Figures 24A to 24B in accordance with an aspect of this description.

[0042] As Figuras 25A a 25E ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0042] Figures 25A to 25E illustrate a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0043] A Figura 26A ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0043] Figure 26A illustrates a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0044] A Figura 26B ilustra o tampão da configuração de transdutor ultrassônico mostrada na Figura 26A de acordo com um aspecto desta descrição.[0044] Figure 26B illustrates the cap of the ultrasonic transducer configuration shown in Figure 26A in accordance with an aspect of this description.

[0045] As Figuras 26C a 26D ilustram um método de instalação da configuração do transdutor ultrassônico D33 mostrada na Figura 26A de acordo com um aspecto desta descrição.[0045] Figures 26C to 26D illustrate a method of installing the D33 ultrasonic transducer configuration shown in Figure 26A in accordance with an aspect of this description.

[0046] A Figura 27 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0046] Figure 27 illustrates a D31 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0047] A Figura 28 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0047] Figure 28 illustrates a D31 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0048] As Figuras 29Aa 29B ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0048] Figures 29A to 29B illustrate a D31 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0049] A Figura 30A ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0049] Figure 30A illustrates a D31 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0050] A Figura 30B ilustra uma vista explodida da configuração do transdutor ultrassônico D31 mostrada na Figura 30A de acordo com um aspecto desta descrição.[0050] Figure 30B illustrates an exploded view of the D31 ultrasonic transducer configuration shown in Figure 30A in accordance with an aspect of this description.

[0051] A Figura 30C ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 de acordo com um aspecto desta descrição.[0051] Figure 30C illustrates a D31 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0052] A Figura 30D ilustra uma vista explodida da configuração do transdutor ultrassônico D31 mostrada na Figura 30C de acordo com um aspecto desta descrição.[0052] Figure 30D illustrates an exploded view of the D31 ultrasonic transducer configuration shown in Figure 30C in accordance with an aspect of this description.

[0053] A Figura 31 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0053] Figure 31 illustrates a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0054] As Figuras 32A a 32B ilustram configurações de transdutor ultrassônico D31 que têm conjuntos de transdutor piezoelétrico assimetricamente excitáveis de acordo com um aspecto desta descrição.[0054] Figures 32A to 32B illustrate D31 ultrasonic transducer configurations having asymmetrically excitable piezoelectric transducer assemblies in accordance with an aspect of this disclosure.

[0055] As Figuras 33A a 33C ilustram configurações de transdutor ultrassônico D31 que têm conjuntos de transdutor piezoelétrico assimetricamente excitáveis de acordo com um aspecto desta descrição.[0055] Figures 33A to 33C illustrate D31 ultrasonic transducer configurations having asymmetrically excitable piezoelectric transducer assemblies in accordance with an aspect of this disclosure.

[0056] As Figuras 34A a 34B ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D31, em que os elementos piezoelétricos são deslocados um em relação ao outro de acordo com um aspecto desta descrição.[0056] Figures 34A to 34B illustrate an ultrasonic transducer configuration D31, in which the piezoelectric elements are displaced relative to each other in accordance with an aspect of this disclosure.

[0057] As Figuras 34C a 34D ilustram vistas em planta de um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico submetido a movimento longitudinal e não longitudinal, respectivamente, de acordo com um aspecto desta descrição.[0057] Figures 34C to 34D illustrate plan views of an end actuator of a surgical instrument subjected to longitudinal and non-longitudinal movement, respectively, in accordance with an aspect of this description.

[0058] A Figura 35A ilustra uma vista em perspectiva de uma extremidade distal de um guia de onda de um instrumento cirúrgico que tem características complexas de acordo com um aspecto desta descrição.[0058] Figure 35A illustrates a perspective view of a distal end of a waveguide of a surgical instrument having complex features in accordance with an aspect of this disclosure.

[0059] As Figuras 35B a 35E ilustram um processo de fabricação do instrumento cirúrgico mostrado na Figura 35A de acordo com um aspecto desta descrição.[0059] Figures 35B to 35E illustrate a process for manufacturing the surgical instrument shown in Figure 35A in accordance with an aspect of this disclosure.

[0060] A Figura 36A ilustra uma vista em perspectiva de uma configuração de transdutor ultrassônico D31 configurada para gerar movimento não longitudinal de acordo com um aspecto desta descrição.[0060] Figure 36A illustrates a perspective view of an ultrasonic transducer configuration D31 configured to generate non-longitudinal movement in accordance with an aspect of this description.

[0061] A Figura 36B ilustra uma vista em perspectiva de um eletrodo da configuração de transdutor ultrassônico D31 mostrado na Figura 36A de acordo com um aspecto desta descrição.[0061] Figure 36B illustrates a perspective view of an electrode of the D31 ultrasonic transducer configuration shown in Figure 36A in accordance with an aspect of this description.

[0062] A Figura 36C ilustra uma vista em corte da configuração de transdutor ultrassônico D31 mostrada na Figura 36A ao longo da linha 36C-36C de acordo com um aspecto desta descrição.[0062] Figure 36C illustrates a cross-sectional view of the ultrasonic transducer configuration D31 shown in Figure 36A along line 36C-36C in accordance with one aspect of this description.

[0063] A Figura 36D ilustra uma vista lateral do eletrodo e do conjunto de transdutor piezoelétrico da configuração de transdutor ultrassônico D31 mostrada na Figura 36A de acordo com um aspecto desta descrição.[0063] Figure 36D illustrates a side view of the electrode and piezoelectric transducer assembly of the D31 ultrasonic transducer configuration shown in Figure 36A in accordance with an aspect of this description.

[0064] A Figura 37 ilustra uma vista em perspectiva de um conector elétrico com um gerador de sinal ultrassônico para um instrumento cirúrgico, de acordo com um aspecto desta descrição.[0064] Figure 37 illustrates a perspective view of an electrical connector with an ultrasonic signal generator for a surgical instrument, in accordance with an aspect of this description.

[0065] A Figura 38 ilustra uma vista explodida de uma configuração de transdutor ultrassônico D33 de acordo com um aspecto desta descrição.[0065] Figure 38 illustrates an exploded view of a D33 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure.

[0066] A Figura 39 ilustra uma vista em perspectiva da configuração de transdutor ultrassônico D33 da Figura 38 de acordo com um aspecto desta descrição.[0066] Figure 39 illustrates a perspective view of the D33 ultrasonic transducer configuration of Figure 38 in accordance with an aspect of this description.

[0067] A Figura 40 ilustra uma vista em corte em perspectiva da configuração de transdutor ultrassônico D33 da Figura 38 de acordo com um aspecto desta descrição.[0067] Figure 40 illustrates a perspective cross-sectional view of the ultrasonic transducer configuration D33 of Figure 38 in accordance with an aspect of this description.

[0068] A Figura 41 ilustra uma vista em corte em planta da configuração de transdutor ultrassônico D33 da Figura 38 de acordo com um aspecto desta descrição.[0068] Figure 41 illustrates a cross-sectional view of the D33 ultrasonic transducer configuration of Figure 38 in accordance with an aspect of this description.

DESCRIÇÃODESCRIPTION

[0069] Antes de explicar os vários aspectos em detalhes, deve-se observar que tais aspectos não estão limitados, em sua aplicação ou uso, aos detalhes de construção e disposição de partes ilustradas nos desenhos em anexo e na descrição. Os aspectos ilustrativos podem ser implementados ou incorporados em outros aspectos, variações e modificações e podem ser postos em prática ou executados de várias maneiras. Por exemplo, os instrumentos cirúrgicos revelados abaixo são apenas ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo ou aplicação dos mesmos. Além disso, exceto quando indicado em contrário, os termos e expressões empregados na presente invenção foram escolhidos com o propósito de descrever os aspectos ilustrativos para a conveniência do leitor e não para limitar o escopo da mesma.[0069] Before explaining the various aspects in detail, it should be noted that such aspects are not limited, in their application or use, to the details of construction and arrangement of parts illustrated in the attached drawings and in the description. The illustrative aspects may be implemented or incorporated in other aspects, variations and modifications and may be practiced or performed in a variety of ways. For example, the surgical instruments disclosed below are illustrative only and are not intended to limit their scope or application. Furthermore, unless otherwise indicated, the terms and expressions employed in the present invention have been chosen for the purpose of describing the illustrative aspects for the convenience of the reader and not to limit the scope thereof.

[0070] Certos aspectos serão descritos agora para fornecer um entendimento total dos princípios da estrutura, função, fabricação e uso dos dispositivos e métodos revelados na presente invenção. Um ou mais exemplos desses aspectos estão ilustrados nos desenhos em anexo. Os versados na técnica entenderão que os dispositivos e os métodos especificamente aqui descritos e ilustrados nos desenhos em anexo são aspectos exemplares não limitadores e que o escopo dos vários aspectos é definido somente pelas reivindicações. Os recursos ilustrados ou descritos em relação a um aspecto podem ser combinados com os recursos de outros aspectos. Essas modificações e variações são destinadas a serem incluídas no escopo das reivindicações anexas.[0070] Certain aspects will now be described to provide a full understanding of the principles of structure, function, fabrication and use of the devices and methods disclosed in the present invention. One or more examples of these aspects are illustrated in the accompanying drawings. Those skilled in the art will understand that the devices and methods specifically described herein and illustrated in the accompanying drawings are exemplary non-limiting aspects and that the scope of the various aspects is defined only by the claims. Features illustrated or described in relation to one aspect may be combined with features from other aspects. Such modifications and variations are intended to be included within the scope of the appended claims.

[0071] Vários aspectos aqui descritos se referem, em geral, a instrumentos cirúrgicos ultrassônicos e a lâminas para uso com os mesmos. Exemplos de instrumentos cirúrgicos ultrassônicos e lâminas são revelados nas patentes US N°s. 5.322.055; 5.954.736; 6.309.400; 6.278.218; 6.283.981; 6.325.811; e 8.319.400, cujas descrições na íntegra estão incorporadas, a título de referência, na presente invenção.[0071] Various aspects described here refer, in general, to ultrasonic surgical instruments and blades for use therewith. Examples of ultrasonic surgical instruments and blades are disclosed in US Pat. 5,322,055; 5,954,736; 6,309,400; 6,278,218; 6,283,981; 6,325,811; and 8,319,400, the full disclosures of which are incorporated by reference into the present invention.

[0072] De acordo com vários aspectos, um instrumento ultrassônico que compreende uma ferramenta cirúrgica que tem um atuador de extremidade como uma lâmina pode ser de benefício específico, entre outros, em procedimentos ortopédicos em que é desejável remover osso cortical e/ou tecido enquanto controla o sangramento. Devido às suas características de corte e coagulação, uma lâmina de um instrumento cirúrgico ultrassônico pode ser útil para corte e coagulação de tecido mole geral. Em certas circunstâncias, uma lâmina de acordo com vários aspectos pode ser útil para simultaneamente cortar e vedar ou cauterizar hemostaticamente o tecido. Uma lâmina pode ser reta ou curva e útil para aplicações abertas ou laparoscópicas. Uma lâmina de acordo com vários aspectos pode ser útil na cirurgia da coluna, especialmente para auxiliar no acesso posterior na remoção de músculo do osso.[0072] In many respects, an ultrasonic instrument comprising a surgical tool having an end actuator such as a blade may be of specific benefit, inter alia, in orthopedic procedures where it is desirable to remove cortical bone and/or tissue while controls bleeding. Due to its cutting and coagulation characteristics, a blade of an ultrasonic surgical instrument can be useful for cutting and coagulating general soft tissue. In certain circumstances, a blade in various aspects can be useful for simultaneously cutting and hemostatically sealing or cauterizing tissue. A blade can be straight or curved and useful for open or laparoscopic applications. A blade in many respects can be useful in spinal surgery, especially to aid posterior access in removing muscle from bone.

[0073] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente depositados simultaneamente com o presente e que estão, cada um, aqui incorporados a título de referência em suas respectivas totalidades:[0073] The applicant for this application holds the following patent applications filed simultaneously with this application and which are each incorporated herein by reference in their respective entireties:

[0074] n° do documento do procurador END7919USNP/160045M, intitulado Ultrasonic Transducer Techniques for Ultrasonic Surgical Instrument, dos inventores Jeffrey Messerly et al. depositado em 17 de Agosto de 2017.[0074] attorney's document No. END7919USNP/160045M, entitled Ultrasonic Transducer Techniques for Ultrasonic Surgical Instrument, by inventors Jeffrey Messerly et al. deposited on August 17, 2017.

[0075] n° do documento do procurador END7919USNP1/160045-1, intitulado "Ultrasonic Transducer For Surgical Instrument", dos inventores Jeffrey Messerly et al. depositado em 17 de Agosto de 2017.[0075] Attorney's document No. END7919USNP1/160045-1, entitled "Ultrasonic Transducer For Surgical Instrument", by inventors Jeffrey Messerly et al. deposited on August 17, 2017.

[0076] n° do documento do procurador END7919USNP2/160045-2, intitulado "Electrical And Thermal Connections For Ultrasonic Transducer" dos inventores Jeffrey Messerly et al. depositado em 17 de agosto de 2017.[0076] attorney's document no. END7919USNP2/160045-2, titled "Electrical And Thermal Connections For Ultrasonic Transducer" by inventors Jeffrey Messerly et al. filed on August 17, 2017.

[0077] n° do documento do procurador END7919USNP4/160045-4, intitulado "Ultrasonic Transducer to Waveguide Joining" dos inventores Jeffrey Messerly et al. depositado em 17 de agosto de 2017.[0077] attorney's document No. END7919USNP4/160045-4, entitled "Ultrasonic Transducer to Waveguide Joining" by inventors Jeffrey Messerly et al. filed on August 17, 2017.

[0078] n° do documento do procurador END7919USNP5/160045-5, intitulado "Tissue Loading Of A Surgical Instrument" dos inventores Jeffrey Messerly et al. depositado em 17 de Agosto de 2017.[0078] attorney's document no. END7919USNP5/160045-5 entitled "Tissue Loading Of A Surgical Instrument" by inventors Jeffrey Messerly et al. deposited on August 17, 2017.

[0079] A Figura 1 ilustra um aspecto de um sistema ultrassônico 10. Um aspecto do sistema ultrassônico 10 compreende um gerador de sinal ultrassônico 12 acoplado a um transdutor ultrassônico 14, um conjunto de peça manual 60 que compreende um compartimento de peça manual 16 e um atuador de extremidade 50. O transdutor ultrassônico 14, que é conhecido como uma "pilha de Langevin", inclui, de modo geral, uma porção de transdução 18, um primeiro ressonador ou sino posterior 20 e um segundo ressonador ou sino anterior 22 e componentes auxiliares. Em vários aspectos, o transdutor ultrassônico 14 é de preferência um número integral de metade dos comprimentos de onda do sistema (nÀ/2) em comprimento conforme será descrito com mais detalhes abaixo. Um conjunto acústico 24 pode incluir o transdutor ultrassônico 14, um engaste 26, um transformador de velocidade 28 e uma superfície 30.[0079] Figure 1 illustrates an aspect of an ultrasonic system 10. An aspect of the ultrasonic system 10 comprises an ultrasonic signal generator 12 coupled to an ultrasonic transducer 14, a handpiece assembly 60 comprising a handpiece compartment 16 and an end actuator 50. The ultrasonic transducer 14, which is known as a "Langevin stack", generally includes a transducer portion 18, a first resonator or posterior bell 20, and a second resonator or anterior bell 22 and auxiliary components. In various aspects, the ultrasonic transducer 14 is preferably an integral number of half the system wavelengths (nA/2) in length as will be described in more detail below. An acoustic assembly 24 may include the ultrasonic transducer 14, a crimp 26, a velocity transformer 28 and a surface 30.

[0080] Observa-se que os termos "proximal" e "distal" são utilizados aqui com referência ao ato de o médico segurar o conjunto de peça manual 60. Dessa forma, o atuador de extremidade 50 é distal em relação ao conjunto de peça manual mais proximal 60. Observa-se ainda que, por uma questão de conveniência e clareza, termos espaciais como "topo" e "fundo" também são utilizados na presente invenção em relação ao ato de o médico segurar o conjunto de peça manual 60. Entretanto, os instrumentos cirúrgicos são usados em muitas orientações e posições, e tais termos não se destinam a serem limitadores e absolutos.[0080] It is noted that the terms "proximal" and "distal" are used here with reference to the act of the physician holding the handpiece assembly 60. Thus, the end actuator 50 is distal to the handpiece assembly more proximal handpiece 60. It is also noted that, for the sake of convenience and clarity, spatial terms such as "top" and "bottom" are also used in the present invention in relation to the act of the physician holding the handpiece assembly 60. However, surgical instruments are used in many orientations and positions, and such terms are not intended to be limiting and absolute.

[0081] A extremidade distal do sino posterior 20 está conectada à extremidade proximal da porção de transdução 18 e a extremidade proximal do sino anterior 22 está conectada à extremidade distal da porção de transdução 18. O sino anterior 22 e o sino posterior 20 têm um comprimento determinado por várias variáveis, incluindo a espessura da porção de transdução 18, a densidade e o módulo de elasticidade do material usado para fabricar o sino posterior 20 e o sino anterior 22 e a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico 14. O sino anterior 22 pode ser afunilado para dentro, de sua extremidade proximal à sua extremidade distal, para amplificar a amplitude da vibração ultrassônica do transformador de velocidade 28 ou, alternativamente, o sino anterior 22 pode não ter qualquer amplificação.[0081] The distal end of the posterior bell 20 is connected to the proximal end of the transduction portion 18 and the proximal end of the anterior bell 22 is connected to the distal end of the transduction portion 18. The anterior bell 22 and the posterior bell 20 have a length determined by several variables, including the thickness of the transducing portion 18, the density and modulus of elasticity of the material used to manufacture the posterior bell 20 and anterior bell 22, and the resonant frequency of the ultrasonic transducer 14. The anterior bell 22 it may be tapered inwardly from its proximal end to its distal end to amplify the amplitude of the ultrasonic vibration of the speed transformer 28 or, alternatively, the anterior bell 22 may have no amplification at all.

[0082] Novamente com referência à Figura 1, o sino posterior 20 pode incluir um membro rosqueado que se estende a partir do mesmo que pode ser configurado para ser engatado de maneira rosqueável com uma abertura rosqueada no sino anterior 22. Em vários aspectos, elementos piezoelétricos, como elementos piezoelétricos 32, por exemplo, podem ser comprimidos entre o sino posterior 20 e o sino anterior 22 quando o sino posterior 20 e o sino anterior 22 são montados juntos. Os elementos piezoelétricos 32 podem ser fabricados a partir de qualquer material adequado, como, por exemplo, zirconato-titanato de chumbo, meta-niobato de chumbo, titanato de chumbo e/ou qualquer material de cristal piezoelétrico adequado, por exemplo.[0082] Referring again to Figure 1, the posterior bell 20 may include a threaded member extending therefrom which may be configured to be threadably engaged with a threaded opening in the anterior bell 22. In various aspects, elements piezoelectric elements, such as piezoelectric elements 32, for example, can be squeezed between the back bell 20 and the front bell 22 when the back bell 20 and the front bell 22 are assembled together. The piezoelectric elements 32 may be manufactured from any suitable material, such as, for example, lead zirconate titanate, lead metaniobate, lead titanate and/or any suitable piezoelectric crystal material, for example.

[0083] Em vários aspectos, conforme discutido com mais detalhes abaixo, o transdutor 14 pode compreender ainda eletrodos, como eletrodos positivos 34 e eletrodos negativos 36, por exemplo, que podem ser configurados para criar um potencial de tensão através de um ou mais elementos piezoelétricos 32. Cada um dos eletrodos positivos 34, eletrodos negativos 36 e os elementos piezoelétricos 32 pode compreender um furo que se estende através do centro que pode ser configurado para receber o membro rosqueado do sino posterior 20. Em vários aspectos, os eletrodos positivo e negativo 34 e 36 são eletricamente acoplados aos fios 38 e 40, respectivamente, sendo que os fios 38 e 40 podem ser encerrados dentro de um cabo 42 e eletricamente conectáveis ao gerador de sinal ultrassônico 12 do sistema ultrassônico 10.[0083] In various aspects, as discussed in more detail below, the transducer 14 may further comprise electrodes, such as positive electrodes 34 and negative electrodes 36, for example, which may be configured to create a voltage potential across one or more elements piezoelectric elements 32. Each of the positive electrodes 34, negative electrodes 36, and piezoelectric elements 32 may comprise a hole extending through the center that may be configured to receive the threaded member of the posterior bell 20. In various aspects, the positive and negative 34 and 36 are electrically coupled to wires 38 and 40, respectively, and wires 38 and 40 can be enclosed within a cable 42 and electrically connectable to the ultrasonic signal generator 12 of the ultrasonic system 10.

[0084] Em vários aspectos, o transdutor ultrassônico 14 do conjunto acústico 24 converte o sinal elétrico do gerador de sinal ultrassônico 12 em energia mecânica que resulta em movimento vibratório principalmente longitudinal do transdutor ultrassônico 14 e do atuador de extremidade 50 em frequências ultrassônicas. Um gerador adequado está disponível sob número de modelo GEN11, junto à Ethicon EndoSurgery, Inc., de Cincinnati, Ohio, EUA. Quando o conjunto acústico 24 é energizado, uma onda estacionária de movimento vibratório é gerada através do conjunto acústico 24. Uma faixa de frequência vibracional adequada pode ser cerca de 20 Hz a 120 kHz e uma faixa de frequência vibracional bem adequada pode ser cerca de 30 a 70 kHz e uma frequência vibracional operacional exemplificadora pode ser de aproximadamente 55,5 kHz.[0084] In various aspects, the ultrasonic transducer 14 of the acoustic assembly 24 converts the electrical signal from the ultrasonic signal generator 12 into mechanical energy that results in mainly longitudinal vibratory motion of the ultrasonic transducer 14 and the end actuator 50 at ultrasonic frequencies. A suitable generator is available under model number GEN11 from Ethicon EndoSurgery, Inc. of Cincinnati, Ohio, USA. When the acoustic assembly 24 is energized, a standing wave of vibratory motion is generated through the acoustic assembly 24. A suitable vibrational frequency range may be about 20 Hz to 120 kHz, and a well suited vibrational frequency range may be about 30 to 70 kHz and an exemplary operational vibrational frequency might be approximately 55.5 kHz.

[0085] A amplitude do movimento vibratório em qualquer ponto ao longo do conjunto acústico 24 pode depender da localização ao longo do conjunto acústico 24 na qual é medido o movimento vibratório. Uma passagem por valor mínimo ou zero na onda estacionária de movimento vibratório é de modo geral chamada de um nó (isto é, onde o movimento é normalmente mínimo) e um máximo ou pico de valor absoluto na onda estacionária é de modo geral chamado de um antinó (por exemplo, onde o movimento é normalmente máximo). A distância entre um antinó e seu nó mais próximo é de um quarto de comprimento de onda (À/4).[0085] The amplitude of the vibratory motion at any point along the acoustic array 24 may depend on the location along the acoustic array 24 at which the vibratory motion is measured. A pass through a minimum or zero value in the standing wave of vibratory motion is often called a node (that is, where the motion is normally minimal), and a maximum or peak of absolute value in the standing wave is often called a node. antinode (for example, where movement is normally maximum). The distance between an antinode and its nearest node is a quarter of a wavelength (À/4).

[0086] Como delineado acima, os fios 38 e 40 transmitem um sinal elétrico do gerador de sinal ultrassônico 12 para os eletrodos positivos 34 e para os eletrodos negativos 36. Os elementos piezoeléctricos 32 são energizados pelo sinal elétrico fornecido a partir do gerador de sinal ultrassônico 12 em resposta a uma chave de pedal 44, por exemplo, para produzir uma onda estacionária acústica no conjunto acústico 24. O sinal elétrico causa, nos elementos piezoelétricos 32, perturbações sob a forma de pequenos deslocamentos repetidos, resultando em grandes forças de compressão no interior do material. Os pequenos deslocamentos repetidos fazem com que os elementos piezoelétricos 32 se expandam e contraiam de forma contínua ao longo do eixo geométrico do gradiente de tensão, produzindo ondas longitudinais de energia ultrassônica.[0086] As outlined above, wires 38 and 40 transmit an electrical signal from the ultrasonic signal generator 12 to the positive electrodes 34 and to the negative electrodes 36. The piezoelectric elements 32 are energized by the electrical signal provided from the signal generator ultrasonic 12 in response to a pedal switch 44, for example to produce an acoustic standing wave in the acoustic assembly 24. The electrical signal causes disturbances in the piezoelectric elements 32 in the form of repeated small displacements, resulting in large compressive forces inside the material. The repeated small displacements cause the piezoelectric elements 32 to continuously expand and contract along the geometric axis of the voltage gradient, producing longitudinal waves of ultrasonic energy.

[0087] Em vários aspectos, a energia ultrassônica produzida pelo transdutor 14 pode ser transmitida através do conjunto acústico 24 para o atuador de extremidade 50 através de um guia de onda de transmissão ultrassônica 46. Para que o conjunto acústico 24 distribua energia para o atuador de extremidade 50, os componentes do conjunto acústico 24 são acusticamente acoplados ao atuador de extremidade 50. Por exemplo, a extremidade distal do transdutor ultrassônico 14 pode estar acusticamente acoplada, na superfície 30, à extremidade proximal do guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 por uma conexão rosqueada, como um parafuso 48.[0087] In various respects, the ultrasonic energy produced by the transducer 14 can be transmitted through the acoustic assembly 24 to the end actuator 50 through an ultrasonic transmission waveguide 46. For the acoustic assembly 24 to distribute energy to the actuator end end 50, acoustic assembly components 24 are acoustically coupled to end actuator 50. For example, the distal end of ultrasonic transducer 14 may be acoustically coupled, at surface 30, to the proximal end of ultrasonic transmission waveguide 46 by a threaded connection, such as a 48 screw.

[0088] Os componentes do conjunto acústico 24 podem estar acusticamente sintonizados de modo que o comprimento de qualquer conjunto seja um número integral de metade dos comprimentos de onda (nÀ/2), em que o comprimento de onda À é o comprimento de onda de uma frequência de acionamento de vibração longitudinal operacional ou pré-selecionada fd do conjunto acústico 24 e em que n é qualquer número inteiro positivo. Considera-se também que o conjunto acústico 24 pode incorporar qualquer disposição adequada de elementos acústicos.[0088] The components of the acoustic set 24 can be acoustically tuned so that the length of any set is an integral number of half the wavelengths (nÀ/2), where the wavelength À is the wavelength of an operational or preselected longitudinal vibration drive frequency fd of the acoustic array 24 and where n is any positive integer. It is also contemplated that acoustic assembly 24 may incorporate any suitable arrangement of acoustic elements.

[0089] O atuador de extremidade ultrassônico 50 pode ter um comprimento substancialmente igual a um múltiplo integral de metade dos comprimentos de onda do sistema (À/2). Uma extremidade distal 52 do atuador de extremidade ultrassônico 50 pode estar disposta em um antinó, ou pelo menos próxima ao mesmo, para fornecer a excursão longitudinal máxima ou pelo menos quase máxima da extremidade distal. Quando o conjunto transdutor é energizado, em vários aspectos, a extremidade distal 52 do atuador de extremidade ultrassônico 50 pode ser configurada para mover-se na faixa de, por exemplo, aproximadamente 10 a 500 mícrons de pico a pico e, de preferência, na faixa de aproximadamente de 30 a 150 mícrons em uma frequência vibracional predeterminada.[0089] The ultrasonic end actuator 50 may have a length substantially equal to an integral multiple of half the system wavelengths (À/2). A distal end 52 of the ultrasonic end actuator 50 may be disposed at, or at least close to, an antinode to provide maximum or at least near-maximum longitudinal excursion of the distal end. When the transducer assembly is energized, in various respects, the distal end 52 of the ultrasonic end actuator 50 can be configured to move in the range of, for example, approximately 10 to 500 microns peak-to-peak, and preferably in the range of range of approximately 30 to 150 microns at a predetermined vibrational frequency.

[0090] Como delineado acima, o atuador de extremidade ultrassônico 50 pode estar acoplado ao guia de ondas de transmissão ultrassônica 46. Em vários aspectos, o atuador de extremidade ultrassônico 50 e o guia de transmissão ultrassônico 46, conforme ilustrado, são formados como uma construção de unidade única a partir de um material adequado para transmissão de energia ultrassônica como, por exemplo, Ti6Al4V (uma liga de titânio incluindo alumínio e vanádio), alumínio, aço inoxidável e/ou qualquer outro material adequado. Alternativamente, o atuador de extremidade ultrassônico 50 pode ser separável (e de composição diferente) do guia de ondas de transmissão ultrassônico 46, e acoplado, por exemplo, por um parafuso, solda, cola, conexão rápida ou outros métodos conhecidos adequados. O guia de ondas de transmissão ultrassônico 46 pode ter um comprimento substancialmente igual a um número integral de metade de comprimentos de onda do sistema (nÀ/2), por exemplo. O guia de ondas de transmissão ultrassônico 46 pode ser de preferência fabricado a partir de um eixo de núcleo sólido construído de material que propaga energia ultrassônica de maneira eficiente, como liga de titânio (isto é, Ti6Al4V) ou uma liga de alumínio, por exemplo.[0090] As outlined above, the ultrasonic end actuator 50 may be coupled to the ultrasonic transmission waveguide 46. In various aspects, the ultrasonic end actuator 50 and the ultrasonic transmission guide 46, as illustrated, are formed as one single unit construction from a material suitable for transmission of ultrasonic energy such as Ti6Al4V (a titanium alloy including aluminum and vanadium), aluminum, stainless steel and/or any other suitable material. Alternatively, the ultrasonic end actuator 50 may be separable (and of different composition) from the ultrasonic transmitting waveguide 46, and coupled, for example, by a screw, solder, glue, quick connect, or other suitable known methods. The ultrasonic transmission waveguide 46 can have a length substantially equal to an integral number of half system wavelengths (nA/2), for example. The ultrasonic transmitting waveguide 46 may preferably be fabricated from a solid core shaft constructed of material that propagates ultrasonic energy efficiently, such as a titanium alloy (i.e., Ti6Al4V) or an aluminum alloy, for example. .

[0091] No aspecto ilustrado na Figura 1, o guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 compreende uma pluralidade de anéis de silicone estabilizantes ou suportes conformáveis 56 posicionados em uma pluralidade de nós, ou pelo menos próximos à mesma. Os anéis de silicone 56 podem amortecer a vibração indesejável e isolar a energia ultrassônica de uma bainha 58 que circunda, pelo menos parcialmente, o guia de onda 46, assegurando, assim, o fluxo de energia ultrassônica em uma direção longitudinal até a extremidade distal 52 do atuador de extremidade 50 com eficiência máxima.[0091] In the aspect illustrated in Figure 1, the ultrasonic transmission waveguide 46 comprises a plurality of stabilizing silicone rings or conformable supports 56 positioned at, or at least close to, a plurality of nodes. Silicone rings 56 can dampen unwanted vibration and isolate ultrasonic energy from a sheath 58 that at least partially surrounds waveguide 46, thereby ensuring flow of ultrasonic energy in a longitudinal direction to distal end 52 end actuator 50 at maximum efficiency.

[0092] Conforme mostrado na Figura 1, a bainha 58 pode ser acoplada à extremidade distal do conjunto de peça manual 60. A bainha 58 inclui, de modo geral, um adaptador ou cone nasal 62 e um membro tubular alongado 64. O membro tubular 64 é fixado e/ou se estende a partir do adaptador 62 e tem uma abertura que se estende longitudinalmente através do mesmo. Em vários aspectos, a bainha 58 pode ser rosqueada ou encaixada por pressão sobre a extremidade distal do compartimento 16. Em pelo menos um aspecto, o guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 se estende através da abertura do membro tubular 64 e os anéis de silicone 56 podem entrar em contato com as paredes laterais da abertura e isolar o guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 ali. Em vários aspectos, o adaptador 62 da bainha 58 é, de preferência, construído a partir de Ultem®, por exemplo e o elemento tubular 64 é fabricado a partir de aço inoxidável, por exemplo. Em pelo menos um aspecto, o guia de onda de transmissão ultrassônica 46 pode ter material polimérico, por exemplo, circundando o mesmo para isolar o mesmo do contato externo.[0092] As shown in Figure 1, the sheath 58 can be attached to the distal end of the handpiece assembly 60. The sheath 58 generally includes an adapter or nosecone 62 and an elongated tubular member 64. The tubular member 64 is attached to and/or extends from adapter 62 and has a longitudinally extending opening therethrough. In various aspects, the sheath 58 may be threaded or press fit over the distal end of the housing 16. In at least one aspect, the ultrasonic transmission waveguide 46 extends through the opening of the tubular member 64 and the silicone rings 56 can come into contact with the side walls of the opening and isolate the ultrasonic transmission waveguide 46 there. In various aspects, the adapter 62 of the sheath 58 is preferably constructed from Ultem®, for example, and the tubular member 64 is fabricated from stainless steel, for example. In at least one aspect, the ultrasonic transmission waveguide 46 can have polymeric material, for example, surrounding it to insulate it from external contact.

[0093] Conforme descrito acima, uma tensão, ou fonte de energia, pode ser operacionalmente acoplada a um ou mais dos elementos piezoelétricos de um transdutor, sendo que um potencial de tensão aplicado a cada um dos elementos piezoelétricos pode fazer com que os elementos piezoelétricos se expandam e contraiam, ou vibrem, em uma direção longitudinal. Conforme também descrito acima, o potencial de tensão pode ser cíclico e, em vários aspectos, o potencial de tensão pode ser ciclizado a uma frequência que é igual ou quase igual à frequência de ressonância do sistema de componentes que compreende o transdutor 14, o guia de ondas 46 e o atuador de extremidade 50, por exemplo. Em vários aspectos, entretanto, certos elementos piezoelétricos no interior do transdutor podem contribuir mais para a onda estacionária de vibrações longitudinais que outros elementos piezoelétricos no interior do transdutor. Mais particularmente, um perfil de alongamento longitudinal pode se desenvolver dentro de um transdutor, em que o perfil de alongamento pode controlar, ou limitar, os deslocamentos longitudinais que alguns dos elementos piezoelétricos podem contribuir para a onda estacionária de vibrações, especialmente quando o sistema está vibrando na sua frequência de ressonância, ou próximo à mesma.[0093] As described above, a voltage, or power source, can be operationally coupled to one or more of the piezoelectric elements of a transducer, and a voltage potential applied to each of the piezoelectric elements can cause the piezoelectric elements to expand and contract, or vibrate, in a longitudinal direction. As also described above, the voltage potential may be cycled and, in various aspects, the voltage potential may be cycled at a frequency that is equal to or nearly equal to the resonant frequency of the component system comprising the transducer 14, the guide waveform 46 and end actuator 50, for example. In many respects, however, certain piezoelectric elements within the transducer may contribute more to the standing wave of longitudinal vibrations than other piezoelectric elements within the transducer. More particularly, a longitudinal elongation profile can develop within a transducer, where the elongation profile can control, or limit, the longitudinal displacements that some of the piezoelectric elements can contribute to standing wave vibrations, especially when the system is vibrating at or near its resonant frequency.

[0094] Pode ser reconhecido, em referência ao sistema de instrumento cirúrgico ultrassônico 10 da Figura 1, que múltiplos componentes podem ser necessários para acoplar as vibrações mecânicas dos elementos piezoelétricos 32 através do guia de ondas 46 ao atuador de extremidade 50. Os elementos adicionais que compreendem o conjunto acústico 24 podem acrescentar custos de fabricação, etapas de fabricação e complexidade adicionais ao sistema. São revelados abaixo aspectos de um dispositivo médico ultrassônico que pode exigir menos componentes, etapas de fabricação e custos que o dispositivo equivalente ilustrado na Figura 1 e conforme descrito acima.[0094] It may be recognized, with reference to the ultrasonic surgical instrument system 10 of Figure 1, that multiple components may be required to couple the mechanical vibrations of the piezoelectric elements 32 through the waveguide 46 to the end actuator 50. The additional elements comprising the acoustic assembly 24 can add additional fabrication costs, fabrication steps and complexity to the system. Aspects of an ultrasonic medical device are disclosed below that may require fewer components, manufacturing steps, and costs than the equivalent device illustrated in Figure 1 and as described above.

[0095] Novamente, com referência à Figura 1, os elementos piezoelétricos 32 são configurados em uma pilha de "Langevin", na qual os elementos piezoelétricos 32 e seus eletrodos de ativação 34 e 36 (em conjunto, o transdutor 14) são intercalados. As vibrações mecânicas dos elementos piezoelétricos ativados 32 se propagam ao longo do eixo geométrico longitudinal do transdutor 14, e são acopladas através do conjunto acústico 24 até a extremidade do guia de ondas 46. Tal modo de operação de um elemento piezoelétrico é frequentemente descrito como o modo D33 do elemento, especialmente para elementos piezoelétricos de cerâmica que compreendem, por exemplo, zirconato- titanato de chumbo, meta-niobato de chumbo ou titanato de chumbo. O modo D33 de um elemento piezoelétrico de cerâmica é ilustrado nas Figuras 2A a 2C.[0095] Again, with reference to Figure 1, the piezoelectric elements 32 are configured in a "Langevin" stack, in which the piezoelectric elements 32 and their activation electrodes 34 and 36 (together, the transducer 14) are sandwiched. The mechanical vibrations of the activated piezoelectric elements 32 propagate along the longitudinal axis of the transducer 14, and are coupled through the acoustic assembly 24 to the end of the waveguide 46. Such a mode of operation of a piezoelectric element is often described as the element D33 mode, especially for piezoelectric ceramic elements comprising, for example, lead zirconate-titanate, lead meta-niobate or lead titanate. The D33 mode of a ceramic piezoelectric element is illustrated in Figures 2A to 2C.

[0096] A Figura 2A mostra um elemento piezoelétrico 200 fabricado a partir de um material piezoelétrico de cerâmica. Um material piezoelétrico de cerâmica é um material policristalino que compreende uma pluralidade de domínios microcristalinos individuais. Cada domínio microcristalino possui um eixo de polarização ao longo do qual o domínio pode expandir ou contrair em resposta a um campo elétrico imposto. Entretanto, em uma cerâmica nativa, os eixos de polarização dos domínios microcristalinos são dispostos aleatoriamente, de modo que não haja efeito piezoelétrico líquido na cerâmica bruta. Uma reorientação líquida dos eixos de polarização pode ser induzida submetendo-se a cerâmica a uma temperatura acima da temperatura de Curie do material e colocando-se o material em um campo elétrico forte. Uma vez que a temperatura da amostra cai abaixo da temperatura de Curie, a maior parte dos eixos de polarização individuais será reorientada e fixada em uma direção de polarização bruta. A Figura 2A ilustra tal elemento piezoelétrico 200 após ser polarizado ao longo do eixo de campo elétrico indutivo P. Embora o elemento piezoelétrico não polarizado 200 não tenha qualquer eixo geométrico piezoelétrico útil, o elemento polarizado 200 pode ser descrito como possuindo um eixo de polarização d3, paralelo à direção do eixo de campo de indução P. Para completar, um eixo geométrico ortogonal ao eixo geométrico d3 pode ser denominado um eixo geométrico d1. As dimensões do elemento piezoelétrico 200 são identificadas como comprimento (L), largura (W) e espessura (T).[0096] Figure 2A shows a piezoelectric element 200 manufactured from a piezoelectric ceramic material. A ceramic piezoelectric material is a polycrystalline material comprising a plurality of individual microcrystalline domains. Each microcrystalline domain has a polarization axis along which the domain can expand or contract in response to an imposed electric field. However, in a native ceramic, the polarization axes of the microcrystalline domains are randomly arranged, so that there is no net piezoelectric effect on the raw ceramic. A net reorientation of the polarization axes can be induced by subjecting the ceramic to a temperature above the Curie temperature of the material and placing the material in a strong electric field. Once the sample temperature drops below the Curie temperature, most of the individual polarization axes will be reoriented and fixed in a gross polarization direction. Figure 2A illustrates such a piezoelectric element 200 after being biased along the inductive electric field axis P. Although the unbiased piezoelectric element 200 does not have any useful piezoelectric axis, the biased element 200 can be described as having a bias axis d3 , parallel to the direction of the induction field axis P. For completeness, a geometry axis orthogonal to the d3 axis can be called a d1 axis. The dimensions of the piezoelectric element 200 are identified as length (L), width (W) and thickness (T).

[0097] As Figuras 2B e 2C ilustram as deformações mecânicas de um elemento piezoelétrico 200 que podem ser induzidas submetendo- se o elemento piezoelétrico 200 a um campo elétrico de atuação E orientado ao longo do eixo geométrico d3 (ou P). A Figura 2B ilustra o efeito de um campo elétrico E que tem a mesma direção que o campo de polarização P ao longo do eixo geométrico d3 sobre um elemento piezoelétrico 205. Conforme ilustrado na Figura 2B, o elemento piezoelétrico 205 pode se deformar expandindo-se ao longo do eixo geométrico d3 enquanto se comprime ao longo do eixo d1. A Figura 2C ilustra o efeito de um campo elétrico E que tem a direção oposta ao campo de polarização P ao longo do eixo geométrico d3 sobre um elemento piezoelétrico 210. Conforme ilustrado na Figura 2C, o elemento piezoelétrico 210 pode se deformar comprimindo-se ao longo do eixo geométrico d3, enquanto se expande ao longo do eixo geométrico d1. O acoplamento vibracional ao longo do eixo geométrico d3 durante a aplicação de um campo elétrico ao longo do eixo geométrico d3 pode ser denominado acoplamento ou ativação D33 com uso de um modo D33 de um elemento piezoelétrico. O transdutor 14 ilustrado na Figura1 usa o modo D33 dos elementos piezoelétricos 32 para transmitir vibrações mecânicas ao longo do guia de ondas 46 para o atuador de extremidade 50. Como o elemento piezoelétrico também se deforma ao longo do eixo geométrico d1, o acoplamento vibracional ao longo do eixo geométrico d1 durante a aplicação de um campo elétrico ao longo do eixo geométrico d3 pode também ser uma fonte eficaz de vibrações mecânicas. Tal acoplamento pode ser denominado acoplamento ou ativação D31 com uso de um modo D31 de um elemento piezoelétrico.[0097] Figures 2B and 2C illustrate the mechanical deformations of a piezoelectric element 200 that can be induced by subjecting the piezoelectric element 200 to an electric field of action E oriented along the geometric axis d3 (or P). Figure 2B illustrates the effect of an electric field E having the same direction as the bias field P along the d3 axis on a piezoelectric element 205. As illustrated in Figure 2B, the piezoelectric element 205 can deform by expanding along the d3 axis while compressing along the d1 axis. Figure 2C illustrates the effect of an electric field E that has the opposite direction to the bias field P along the d3 axis on a piezoelectric element 210. As illustrated in Figure 2C, the piezoelectric element 210 can deform by compressing itself when along the d3 axis, while expanding along the d1 axis. The vibrational coupling along the d3 axis during the application of an electric field along the d3 axis can be called D33 coupling or activation using a D33 mode of a piezoelectric element. The transducer 14 illustrated in Figure 1 uses the D33 mode of the piezoelectric elements 32 to transmit mechanical vibrations along the waveguide 46 to the end actuator 50. As the piezoelectric element also deforms along the axis d1, the vibrational coupling to the along the d1 axis while applying an electric field along the d3 axis can also be an effective source of mechanical vibrations. Such coupling may be called D31 coupling or activation using a D31 mode of a piezoelectric element.

[0098] Conforme ilustrado pelas Figuras 2A a 2C, durante o funcionamento no modo D31, a expansão transversal dos elementos piezoelétricos 200, 205, 210 pode ser matematicamente modelada pela seguinte equação: [0098] As illustrated by Figures 2A to 2C, during operation in D31 mode, the transverse expansion of the piezoelectric elements 200, 205, 210 can be mathematically modeled by the following equation:

[0099] Na equação, L, W e T se referem às dimensões de comprimento, largura e espessura de um elemento piezoelétrico, respectivamente. Vd31 denota a tensão aplicada a um elemento piezoelétrico que opera no modo D31. A quantidade de expansão transversal resultante do acoplamento D31 descrito acima é representado por ΔL (isto é, a expansão do elemento piezoelétrico ao longo da dimensão de comprimento) e ΔW (isto é, a expansão do elemento piezoelétrico ao longo da dimensão de largura). Ainda, a equação de expansão transversal modela a relação entre ΔL e ΔW e a tensão aplicada Vd31. São revelados abaixo aspectos de dispositivos médicos ultrassônicos com base na ativação D31 por um elemento piezoelétrico.[0099] In the equation, L, W and T refer to the length, width and thickness dimensions of a piezoelectric element, respectively. Vd31 denotes the voltage applied to a piezoelectric element operating in D31 mode. The amount of transverse expansion resulting from the D31 coupling described above is represented by ΔL (ie, the expansion of the piezoelectric element along the length dimension) and ΔW (ie, the expansion of the piezoelectric element along the width dimension). Furthermore, the transverse expansion equation models the relationship between ΔL and ΔW and the applied voltage Vd31. Aspects of ultrasonic medical devices based on D31 activation by a piezoelectric element are disclosed below.

[00100] Em vários aspectos, conforme descrito abaixo, um dispositivo médico ultrassônico pode compreender um transdutor configurado para produzir vibrações longitudinais e uma ferramenta cirúrgica que tem uma placa de base de transdutor (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor) operacionalmente acoplada ao transdutor, um atuador de extremidade e um guia de ondas entre os mesmos. Em certos aspectos, conforme também descrito abaixo, o transdutor pode produzir vibrações que podem ser transmitidas ao atuador de extremidade, sendo que as vibrações podem acionar a placa de base do transdutor, o guia de onda, o atuador de extremidade e/ou os outros vários componentes do dispositivo médico ultrassônico em uma frequência de ressonância, ou próximo à mesma. Em ressonância, um padrão de alongamento longitudinal, ou padrão de estresse longitudinal, pode se desenvolver dentro do transdutor, do guia de onda e/ou do atuador de extremidade, por exemplo. Em vários aspectos, tal padrão de alongamento longitudinal, ou padrão de estresse longitudinal, pode fazer com que o alongamento longitudinal, ou estresse longitudinal, varie ao longo do comprimento da placa de base do transdutor, guia de onda e/ou atuador de extremidade, em uma forma senoidal ou ao menos substancialmente senoidal. Em ao menos um aspecto, por exemplo, o padrão de alongamento longitudinal pode ter picos máximos e pontos zero, sendo que os valores de alongamento podem variar em uma maneira não linear entre tais picos e pontos zero.[00100] In various aspects, as described below, an ultrasonic medical device may comprise a transducer configured to produce longitudinal vibrations and a surgical tool having a transducer base plate (e.g., a transducer mounting portion) operatively coupled to the transducer, an end actuator and a waveguide between them. In certain aspects, as also described below, the transducer can produce vibrations that can be transmitted to the end actuator, which vibrations can drive the transducer base plate, waveguide, end actuator, and/or other various components of the medical ultrasonic device at or near resonant frequency. At resonance, a longitudinal stretching pattern, or longitudinal stress pattern, can develop within the transducer, waveguide and/or end actuator, for example. In many respects, such a longitudinal elongation pattern, or longitudinal stress pattern, can cause the longitudinal elongation, or longitudinal stress, to vary along the length of the transducer base plate, waveguide and/or end actuator, in a sinusoidal or at least substantially sinusoidal form. In at least one aspect, for example, the longitudinal elongation pattern can have maximum peaks and zero points, and the elongation values can vary in a non-linear manner between such peaks and zero points.

[00101] A Figura 3 ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 250 que inclui um guia de ondas ultrassônicas 252 fixado a um transdutor ultrassônico 264 por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 250 é configurado para operar em um modo D31, de acordo com um aspecto da presente descrição. O transdutor ultrassônico 264 inclui um primeiro e um segundo elementos piezoelétricos 254a, 254b fixados ao guia de ondas ultrassônicas 252 por um material de ligação. Os elementos piezoelétricos 254a, 254b incluem placas eletricamente condutivas 256a, 256b para acoplar eletricamente um polo de uma fonte de tensão adequada para acionar os elementos piezoelétricos 254a, 254b (por exemplo, geralmente uma alta tensão). O polo oposto da fonte de tensão é acoplado eletricamente ao guia de ondas ultrassônicas 252 por juntas eletricamente condutivas 258a, 258b. Em um aspecto, as placas eletricamente condutivas 256a, 256b são acopladas a um polo positivo da fonte de tensão e as juntas eletricamente condutivas 258a, 258b são eletricamente acopladas ao potencial de terra através do guia de ondas ultrassônicas de metal 252. Em um aspecto, o guia de ondas ultrassônicas 252 é produzido a partir de titânio ou liga de titânio (isto é, Ti6Al4V) e os elementos piezoelétricos 254a, 254b são produzidos a partir de um composto inorgânico intermetálico de titanato zirconato de chumbo com a fórmula química de Pb[ZrxTii-x]O3 (0<x<1). Também chamado PZT, ele é um material perovsquita cerâmico que mostra um efeito piezoelétrico marcado, o que significa que o composto muda de formato quando um campo elétrico é aplicado. O mesmo é usado em várias aplicações práticas como transdutores ultrassônicos e ressonadores piezoelétricos PZT. O eixo geométrico de polarização (P) dos elementos piezoelétricos 254a, 254b é indicado pela seta de direção 260. O eixo geométrico de movimento do guia de ondas ultrassônicas 252 em resposta à excitação dos elementos piezoelétricos 254a, 245b é mostrado por uma seta de movimento 262 na extremidade distal do guia de ondas ultrassônicas 252 de modo geral chamado de porção de lâmina ultrassônica do guia de ondas ultrassônicas 252. O eixo geométrico de movimento 262 é ortogonal ao eixo geométrico de polarização (P) 260.[00101] Figure 3 illustrates an ultrasonic surgical instrument 250 that includes an ultrasonic waveguide 252 attached to an ultrasonic transducer 264 by a binding material, in which the ultrasonic surgical instrument 250 is configured to operate in a D31 mode, according to with an aspect of the present disclosure. The ultrasonic transducer 264 includes first and second piezoelectric elements 254a, 254b attached to the ultrasonic waveguide 252 by a bonding material. The piezoelectric elements 254a, 254b include electrically conductive plates 256a, 256b for electrically coupling one pole of a suitable voltage source to drive the piezoelectric elements 254a, 254b (eg, generally a high voltage). The opposite pole of the voltage source is electrically coupled to the ultrasonic waveguide 252 by electrically conductive joints 258a, 258b. In one aspect, the electrically conductive plates 256a, 256b are coupled to a positive pole of the voltage source and the electrically conductive joints 258a, 258b are electrically coupled to ground potential through the metal ultrasonic waveguide 252. In one aspect, the ultrasonic waveguide 252 is produced from titanium or titanium alloy (i.e., Ti6Al4V) and the piezoelectric elements 254a, 254b are produced from an inorganic intermetallic compound of lead zirconate titanate with the chemical formula of Pb[ ZrxTii-x]O3 (0<x<1). Also called PZT, it is a ceramic perovskite material that shows a marked piezoelectric effect, meaning that the compound changes shape when an electric field is applied. It is used in various practical applications such as ultrasonic transducers and PZT piezoelectric resonators. The axis of polarization (P) of the piezoelectric elements 254a, 254b is indicated by the direction arrow 260. The axis of motion of the ultrasonic waveguide 252 in response to excitation of the piezoelectric elements 254a, 245b is shown by a motion arrow 262 at the distal end of the ultrasonic waveguide 252 is generally referred to as the ultrasonic blade portion of the ultrasonic waveguide 252. The axis of motion 262 is orthogonal to the axis of polarization (P) 260.

[00102] Em arquiteturas de transdutor ultrassônico D33 convencionais, conforme mostrado na Figura 1, os elementos piezoelétricos aparafusados 32 utilizam eletrodos 34 e 36 para criar um contato elétrico com ambos os tamanhos de cada elemento piezoelétrico 32. A arquitetura D31 250, de acordo com um aspecto da presente descrição, entretanto, emprega uma técnica diferente para criar contato elétrico com ambos os lados de cada elemento piezoelétrico 254a, 254b. Várias técnicas para fornecer contato elétrico com os elementos piezoelétricos 254a, 254b incluem ligar elementos condutivos elétricos (por exemplo, fios) à superfície livre de cada elemento piezoelétrico 254a, 254b para a conexão de alto potencial e ligar cada elemento piezoelétrico 254a, 254b ao guia de ondas ultrassônicas 252 para a conexão à terra com o uso de solda, epóxi condutivo ou outras técnicas aqui descritas. A compressão pode ser utilizada para manter o contato elétrico com o trem acústico sem fazer uma conexão permanente. Isso pode causar um aumento na espessura do dispositivo e deve ser controlado para evitar danificar os elementos piezoelétricos 254a, 254b. A baixa compressão pode danificar o elemento piezoelétrico 254a, 254b por uma abertura de centelhamento e a alta compressão pode danificar os elementos piezoelétricos 254a, 254b pelo desgaste mecânico local. Em outras técnicas, contatos de mola metálica podem ser empregados para criar contato elétrico com os elementos piezoelétricos 254a, 254b. Outras técnicas podem incluir gaxetas de folha sobre espuma, espuma condutiva, solda. A conexão elétrica a ambos os lados dos elementos piezoelétricos 254a, 254b da configuração de trem acústico D31. A conexão elétrica à terra pode ser feita com o guia de onda ultrassônica de metal 252, que é eletricamente condutivo, se houver contato elétrico entre os elementos piezoelétricos 254a, 254b e o guia de ondas ultrassônicas 252.[00102] In conventional D33 ultrasonic transducer architectures, as shown in Figure 1, the screwed piezoelectric elements 32 use electrodes 34 and 36 to create an electrical contact with both sizes of each piezoelectric element 32. The D31 architecture 250, according to one aspect of the present disclosure, however, employs a different technique to create electrical contact with both sides of each piezoelectric element 254a, 254b. Various techniques for providing electrical contact with the piezoelectric elements 254a, 254b include bonding electrically conductive elements (e.g., wires) to the free surface of each piezoelectric element 254a, 254b for the high-potential connection and bonding each piezoelectric element 254a, 254b to the guide 252 ultrasonic waveform for grounding using solder, conductive epoxy, or other techniques described herein. Compression can be used to maintain electrical contact with the acoustic train without making a permanent connection. This can cause an increase in device thickness and must be controlled to avoid damaging the piezoelectric elements 254a, 254b. Low compression can damage piezoelectric elements 254a, 254b by spark gap and high compression can damage piezoelectric elements 254a, 254b by local mechanical wear. In other techniques, metal spring contacts can be employed to create electrical contact with the piezoelectric elements 254a, 254b. Other techniques may include sheet-on-foam gaskets, conductive foam, soldering. Electrical connection to both sides of piezoelectric elements 254a, 254b of acoustic train configuration D31. The electrical connection to ground can be made with the metal ultrasonic waveguide 252, which is electrically conductive, if there is electrical contact between the piezoelectric elements 254a, 254b and the ultrasonic waveguide 252.

[00103] Em vários aspectos, conforme descrito abaixo, um dispositivo médico ultrassônico pode compreender um transdutor configurado para produzir vibrações longitudinais e um instrumento cirúrgico tendo uma placa de base de transdutor operacionalmente acoplada ao transdutor, um atuador de extremidade e um guia de ondas entre os mesmos. Em certos aspectos, conforme também descrito abaixo, o transdutor pode produzir vibrações que podem ser transmitidas ao atuador de extremidade, sendo que as vibrações podem acionar a placa de base do transdutor, o guia de onda, o atuador de extremidade e/ou os outros vários componentes do dispositivo médico ultrassônico em, ou próximos, uma frequência de ressonância. Em ressonância, um padrão de alongamento longitudinal ou padrão de estresse longitudinal, podem se desenvolver dentro do transdutor, do guia de onda, e/ou do atuador de extremidade, por exemplo. Em vários aspectos, tal padrão de alongamento longitudinal, ou padrão de estresse longitudinal, pode fazer com que o alongamento longitudinal, ou estresse longitudinal, varie ao longo do comprimento da placa de base do transdutor, guia de onda, e/ou atuador de extremidade, em uma forma senoidal, ou ao menos substancialmente senoidal. Em ao menos um aspecto, por exemplo, o padrão de alongamento longitudinal pode ter picos máximos e pontos zero, sendo que os valores de alongamento podem variar de uma forma não linear entre tais picos e pontos zero.[00103] In various aspects, as described below, an ultrasonic medical device may comprise a transducer configured to produce longitudinal vibrations and a surgical instrument having a transducer base plate operatively coupled to the transducer, an end actuator and a waveguide between the same. In certain aspects, as also described below, the transducer can produce vibrations that can be transmitted to the end actuator, which vibrations can drive the transducer base plate, waveguide, end actuator, and/or other various components of the ultrasonic medical device at or near a resonant frequency. At resonance, a longitudinal stretching pattern or longitudinal stress pattern can develop within the transducer, waveguide, and/or end actuator, for example. In many respects, such a longitudinal elongation pattern, or longitudinal stress pattern, can cause the longitudinal elongation, or longitudinal stress, to vary along the length of the transducer base plate, waveguide, and/or end actuator. , in a sinusoidal, or at least substantially sinusoidal, form. In at least one aspect, for example, the longitudinal elongation pattern can have maximum peaks and zero points, and the elongation values can vary non-linearly between such peaks and zero points.

[00104] Em arquiteturas de transdutor ultrassônico D33 convencionais, conforme mostrado na Figura 1, um parafuso fornece compressão que acopla acusticamente os anéis de elementos piezoelétricos ao guia de ondas ultrassônicas. A arquitetura D31 250, de acordo com um aspecto da presente descrição, emprega uma variedade de diferentes técnicas para acoplar acusticamente os elementos piezoelétricos 254a, 254b ao guia de ondas ultrassônicas 252. Essas técnicas são descritas mais adiante neste documento.[00104] In conventional D33 ultrasonic transducer architectures, as shown in Figure 1, a screw provides compression that acoustically couples the rings of piezoelectric elements to the ultrasonic waveguide. The D31 architecture 250, in accordance with one aspect of the present disclosure, employs a variety of different techniques to acoustically couple the piezoelectric elements 254a, 254b to the ultrasonic waveguide 252. These techniques are described later in this document.

[00105] As Figuras 4A a 4C ilustram um conjunto de transdutor ultrassônico comprimido 7000 em uma configuração D33 com compressão sintonizada, de acordo com um aspecto desta descrição. Em um aspecto, o conjunto de transdutor ultrassônico 7000 inclui um ou mais elementos piezoelétricos 7002a, 7002b, 7002c, 7002d (por exemplo, PZT) comprimidos em uma abertura 7014 definida por um compartimento 7004 ou carcaça. Quando o conjunto de transdutor ultrassônico 7000 é completamente comprimido, o mesmo é fornecido a um processo de montagem adicional, em que, por exemplo, uma superfície de um dos elementos piezoelétricos 7002a-d no conjunto de 7000 é fixado a um guia de ondas ultrassônicas de metal ou guia de onda. A aplicação de compressão nos elementos piezoelétricos 7002a- d (especialmente na direção do alongamento acoplado) fornece maior eficiência e capacidade aumentada de acionar cargas maiores. Como o conjunto transdutor ultrassônico comprimido 7000 não inclui um elemento axialmente comprimido, os elementos piezoelétricos 7002a-d são comprimidos ao longo do eixo geométrico de vibração LA e, então, ancorados no lugar. A carcaça 7004 ou uma faixa disposta em torno dos elementos piezoelétricos 7002a-d é comprimida e o conjunto é ancorado no lugar conforme descrito abaixo.[00105] Figures 4A to 4C illustrate a compressed ultrasonic transducer assembly 7000 in a D33 configuration with tuned compression, in accordance with an aspect of this disclosure. In one aspect, the ultrasonic transducer assembly 7000 includes one or more piezoelectric elements 7002a, 7002b, 7002c, 7002d (e.g., PZT) compressed into an aperture 7014 defined by a housing 7004 or housing. When the ultrasonic transducer assembly 7000 is fully compressed, it is fed into a further assembly process, in which, for example, a surface of one of the piezoelectric elements 7002a-d in the assembly 7000 is attached to an ultrasonic waveguide metal or waveguide. Applying compression to the 7002a-d piezoelectric elements (especially in the coupled elongation direction) provides greater efficiency and increased ability to drive larger loads. Since the compressed ultrasonic transducer assembly 7000 does not include an axially compressed element, the piezoelectric elements 7002a-d are compressed along the axis of vibration LA and then anchored in place. Housing 7004 or a band disposed around piezoelectric elements 7002a-d is compressed and the assembly is anchored in place as described below.

[00106] A Figura 4A ilustra uma fase de instalação do conjunto de transdutor ultrassônico 7000 em um estado de pré-compressão. Um ou mais elementos piezoelétricos 7002a-d são empilhados dentro do compartimento 7004. Um tampão 7006 está alinhado com a pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d. O compartimento 7004 e elementos de tampão 7006 são produzidos a partir de um material de metal. O tampão 7006 e a pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d são alinhados com o eixo geométrico de vibração LA. O comprimento da pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d antes da compressão é identificado como d0.[00106] Figure 4A illustrates an installation phase of the 7000 ultrasonic transducer assembly in a pre-compression state. One or more piezoelectric elements 7002a-d are stacked within compartment 7004. A plug 7006 is aligned with the stack of piezoelectric elements 7002a-d. Housing 7004 and plug elements 7006 are produced from a metal material. Plug 7006 and stack of piezoelectric elements 7002a-d are aligned with the axis of vibration LA. The length of the stack of piezoelectric elements 7002a-d before compression is identified as d0.

[00107] A Figura 4B ilustra um estado de compressão inicial do conjunto de transdutor ultrassônico comprimido 7000. Uma força-alvo inicial Fi é aplicada ao tampão 7006 para comprimir o tampão 7006 sobre a pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d.[00107] Figure 4B illustrates an initial compression state of the compressed ultrasonic transducer assembly 7000. An initial target force Fi is applied to the plug 7006 to compress the plug 7006 over the stack of piezoelectric elements 7002a-d.

[00108] A Figura 4C ilustra um estado de compressão final do conjunto de transdutor ultrassônico comprimido 7000. Conforme mostrado na Figura 4C, após uma força de compressão final Ff ser aplicada à pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d, o compartimento 7004 e o tampão são ancorados juntamente com as âncoras 7008a, 7008b enquanto a pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d está no estado comprimido. O comprimento comprimido da pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d é identificado como d1, em que d1<d0. As âncoras 7008a, 7008b podem ser qualquer elemento adequado que serve para unir o tampão 7006 ao compartimento 7004 firmemente no lugar contra os elementos piezoelétricos 7002a-d para manter a pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d sob compressão. Consequentemente, a âncora 7008a, 7008b pode ser fixada ou presa por uma junta que é formada por soldagem, solda, brasagem, epóxi, encalcamento ou qualquer combinação dos mesmos.[00108] Figure 4C illustrates a final compression state of the compressed ultrasonic transducer assembly 7000. As shown in Figure 4C, after a final compression force Ff is applied to the stack of piezoelectric elements 7002a-d, the compartment 7004 and the plug are anchored together with the anchors 7008a, 7008b while the stack of piezoelectric elements 7002a-d is in the compressed state. The compressed length of the stack of piezoelectric elements 7002a-d is identified as d1, where d1<d0. Anchors 7008a, 7008b can be any suitable element that serves to hold plug 7006 to housing 7004 securely in place against piezoelectric elements 7002a-d to hold stack of piezoelectric elements 7002a-d under compression. Accordingly, the anchor 7008a, 7008b may be attached or secured by a joint which is formed by soldering, soldering, brazing, epoxy, tamping or any combination thereof.

[00109] Em um outro aspecto, a âncora 7008a, 7008b pode ser fixada ao compartimento metálico 7004 por conexão rosqueada. Na configuração de uma conexão rosqueada, o compartimento de metal 7004 e o tampão de metal 7006 incluem cada um, uma extremidade rosqueada e os componentes são acoplados de forma rosqueada. Em um aspecto, o tampão de metal 7006 inclui roscas-macho externas e o compartimento 7004 inclui roscas-fêmea internas para engatar por rosqueamento as roscas-macho do tampão 7006 e o tampão 7006 é rosqueado na porção interna do compartimento 7004. Em um outro aspecto, o tampão 7006 inclui roscas-fêmea internas e o compartimento 7004 inclui roscas-macho externas para engatar por rosqueamento as roscas-fêmea do tampão 7006 e o tampão 7006 é rosqueado sobre a porção externa do compartimento 7004. Na configuração mencionada por último, o interior do tampão 7006 inclui uma saliência ou outro recurso que se projeta dentro do tampão 7006 para entrar em contato e comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 7002a-c. Na configuração de âncora rosqueada, uma força rotacional é aplicada ao tampão 7006, que aplica uma força comprimida à pilha de elementos piezoelétricos 7002a-d conforme o tampão 7006 é engatado de maneira rosqueável ao compartimento 7004.[00109] In another aspect, the anchor 7008a, 7008b can be attached to the metallic compartment 7004 by threaded connection. In the configuration of a threaded connection, the metal housing 7004 and the metal plug 7006 each include a threaded end and the components are threaded together. In one aspect, metal plug 7006 includes external male threads and housing 7004 includes internal female threads for threadably engaging the male threads of plug 7006 and plug 7006 is threaded into the internal portion of housing 7004. In another aspect In this aspect, plug 7006 includes internal female threads and housing 7004 includes external male threads to threadably engage the female threads of plug 7006 and plug 7006 is threaded over the outer portion of housing 7004. In the last-mentioned configuration, the interior of the plug 7006 includes a protrusion or other feature that projects into the plug 7006 to contact and compress the stack of piezoelectric elements 7002a-c. In the threaded anchor configuration, a rotational force is applied to plug 7006, which applies a compressive force to stack of piezoelectric elements 7002a-d as plug 7006 is threadably engaged with housing 7004.

[00110] Quando o conjunto de transdutor 7000 é completamente comprimido e as âncoras 7008a, 7008b são aplicadas, o conjunto de transdutor 7000 está pronto para ser montado. Em um aspecto, um guia de ondas ultrassônicas é acusticamente acoplado a uma primeira superfície 7010 do conjunto de transdutor 7000 e, em um outro aspecto, o guia de ondas ultrassônicas é acusticamente acoplado a uma primeira superfície 7010 do conjunto de transdutor 7000. Em outros aspectos, o tampão 7006 pode ser um componente de um guia de ondas ultrassônicas.[00110] When the transducer assembly 7000 is completely compressed and the anchors 7008a, 7008b are applied, the transducer assembly 7000 is ready to be mounted. In one aspect, an ultrasonic waveguide is acoustically coupled to a first surface 7010 of transducer assembly 7000, and in another aspect, the ultrasonic waveguide is acoustically coupled to a first surface 7010 of transducer assembly 7000. In others In these respects, the 7006 plug can be a component of an ultrasonic waveguide.

[00111] A descrição agora se volta para técnicas para acoplamento acústico de elementos piezoelétricos em cerâmica a guias de ondas ultrassônicas feitos de titânio ou ligas de titânio (isto é, Ti6Al4V) em configurações D31. As vantagens de técnicas de acoplamento acústico D31 aqui descritas incluem baixo custo, baixo perfil, facilidade de fabricação e montagem. Vantagens adicionais incluem a capacidade de comprimir os elementos piezoelétricos (especialmente na direção de alongamento acoplado) para fornecer maior eficiência e acionar grandes cargas. Em uma configuração de trem acústico D31, contatos elétricos para conexão elétrica são fornecidos em ambos os lados dos elementos piezoelétricos em cerâmica. Uma ligação à terra elétrica pode ser aplicada ao guia de ondas ultrassônicas se houver contato elétrico a partir dos elementos piezoelétricos em cerâmica com o guia de ondas ultrassônicas. Em um aspecto, técnicas de acoplamento acústico de baixa temperatura são empregadas para minimizar ou evitar danos aos elementos piezoelétricos em cerâmica (<150 °C). As conexões elétricas também podem ser utilizadas como um dissipador de calor. Várias técnicas para acoplamento acústico de configurações de elementos D31 a guias de ondas ultrassônicas de liga de titânio/titânio são descritas mais adiante neste documento em conjunto com as Figuras 5 a 11.[00111] The description now turns to techniques for acoustic coupling of ceramic piezoelectric elements to ultrasonic waveguides made of titanium or titanium alloys (ie Ti6Al4V) in D31 configurations. Advantages of D31 acoustic coupling techniques described here include low cost, low profile, ease of fabrication and assembly. Additional advantages include the ability to compress piezoelectric elements (especially in the coupled elongation direction) to provide greater efficiency and drive large loads. In a D31 acoustic train configuration, electrical contacts for electrical connection are provided on both sides of the ceramic piezoelectric elements. An electrical ground can be applied to the ultrasonic waveguide if there is electrical contact from the piezoelectric ceramic elements to the ultrasonic waveguide. In one aspect, low temperature acoustic coupling techniques are employed to minimize or prevent damage to ceramic piezoelectric elements (<150 °C). The electrical connections can also be used as a heat sink. Various techniques for acoustically coupling D31 element configurations to titanium/titanium alloy ultrasonic waveguides are described later in this document in conjunction with Figures 5 through 11.

[00112] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um instrumento cirúrgico ultrassônico 7100, de acordo com um aspecto desta descrição. O instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 inclui um transdutor ultrassônico 7118 fixado a um guia de ondas ultrassônicas 7102 por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 é configurado para operar em um modo D31. A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um elemento piezoelétrico 7104 para uso com o instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 mostrado na Figura 5, de acordo com um aspecto da presente descrição. O transdutor ultrassônico 7118 inclui um primeiro e um segundo elementos piezoelétricos 7104a, 7104b fixados aos lados opostos do guia de ondas ultrassônicas 7102 por um material de ligação. Os elementos piezoelétricos 7104a-b podem ser elementos cerâmicos PZT fixados a um guia de ondas ultrassônicas de metal 7102 com uso de uma técnica de ligação de cerâmica com metal descrita mais adiante neste documento.[00112] Figure 5 is a perspective view of an ultrasonic surgical instrument 7100, in accordance with an aspect of this description. The 7100 Ultrasonic Surgical Instrument includes a 7118 Ultrasonic Transducer attached to a 7102 Ultrasonic Waveguide by a bonding material, wherein the 7100 Ultrasonic Surgical Instrument is configured to operate in a D31 mode. Figure 6 is a perspective view of a piezoelectric element 7104 for use with the 7100 ultrasonic surgical instrument shown in Figure 5, in accordance with an aspect of the present description. Ultrasonic transducer 7118 includes first and second piezoelectric elements 7104a, 7104b attached to opposite sides of ultrasonic waveguide 7102 by a bonding material. The 7104a-b piezoelectric elements may be PZT ceramic elements attached to a 7102 metal ultrasonic waveguide using a ceramic-to-metal bonding technique described later in this document.

[00113] A Figura 7 é uma vista em corte do instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 mostrado na Figura 5 de acordo com um aspecto da presente descrição. O instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 inclui um transdutor ultrassônico fixado a um guia de ondas ultrassônicas 7102 por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 é configurado para operar em um modo D31. O transdutor ultrassônico inclui um primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica 7104a e um segundo elemento piezoelétrico de cerâmica 7104b fixados aos lados opostos do guia de ondas ultrassônicas 7102 por um material de ligação. O material de ligação é utilizado para fixar as conexões de cerâmica a metal para ligar os elementos piezoelétricos de cerâmica 7104a, 7104b ao guia de ondas ultrassônicas de metal 7102. No exemplo ilustrado na Figura 7, uma superfície inferior do elemento piezoelétrico superior 7104a é fixada a um lado do guia de ondas ultrassônicas 7102 por um material de ligação de metal, como uma solda de liga metálica 7106a. De modo similar, uma superfície de fundo do elemento piezoelétrico de fundo 7104b é fixada ao lado oposto do guia de ondas ultrassônicas 7102 por um material de ligação de metal, como uma solda de liga metálica 7106b. A solda de liga metálica 7106a, 7106b pode ser utilizada para ligar os elementos piezoelétricos em cerâmica 7104a, 7104b, que são feitos de um material PZT (isto é,)Pb[ZrxTi1-x]O3), ao guia de ondas ultrassônicas de metal 7102, que é feito de titânio ou ligas de titânio (isto é, Ti6Al4V), sem usar o fluxo ou pré-revestimento dos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b. A solda de liga metálica pode ser aplicada a temperaturas abaixo da temperatura de Curie da cerâmica. A solda de liga metálica 7106a, 7106b é térmica e eletricamente condutiva, fornece uma vedação hermética e tem alta resistência a cisalhamento. Dependendo do processo de união, a solda de liga metálica 7106a, 7106b, pode desenvolver uma ligação química entre as superfícies dos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b e do guia de ondas ultrassônicas 7102.[00113] Figure 7 is a cross-sectional view of the 7100 ultrasonic surgical instrument shown in Figure 5 in accordance with an aspect of the present description. The 7100 Ultrasonic Surgical Instrument includes an ultrasonic transducer attached to a 7102 ultrasonic waveguide by a bonding material, wherein the 7100 Ultrasonic Surgical Instrument is configured to operate in a D31 mode. The ultrasonic transducer includes a first piezoelectric ceramic element 7104a and a second piezoelectric ceramic element 7104b attached to opposite sides of the ultrasonic waveguide 7102 by a bonding material. Bonding material is used to attach the ceramic-to-metal connections to connect the ceramic piezoelectric elements 7104a, 7104b to the metal ultrasonic waveguide 7102. In the example illustrated in Figure 7, a lower surface of the upper piezoelectric element 7104a is attached to one side of the 7102 ultrasonic waveguide by a metal bonding material, such as a 7106a metal alloy solder. Similarly, a bottom surface of the bottom piezoelectric element 7104b is attached to the opposite side of the ultrasonic waveguide 7102 by a metal bonding material, such as a 7106b metal alloy solder. Alloy solder 7106a, 7106b can be used to bond ceramic piezoelectric elements 7104a, 7104b, which are made of a PZT material (i.e., )Pb[ZrxTi1-x]O3), to the metal ultrasonic waveguide 7102, which is made of titanium or titanium alloys (i.e., Ti6Al4V), without using the flux or pre-coating of the piezoelectric elements 7104a, 7104b. Metal alloy solder can be applied at temperatures below the Curie temperature of ceramics. Alloy 7106a, 7106b solder is thermally and electrically conductive, provides an airtight seal, and has high shear strength. Depending on the joining process, the 7106a, 7106b metal alloy solder can develop a chemical bond between the surfaces of the 7104a, 7104b piezoelectric elements and the 7102 ultrasonic waveguide.

[00114] Além disso, um material de ligação de metal, como uma solda de liga metálica 7108a, também pode ser utilizado para ligar um elemento de metal condutivo delgado 7110a a uma superfície de topo do elemento piezoelétrico de topo 7104a. De modo similar, um material de ligação de metal, como uma solda de liga metálica 7108b, pode ser utilizado para ligar um elemento de metal condutivo delgado 7110b a uma superfície de topo do elemento piezoelétrico de fundo 7104b. Os elementos de metal condutivo 7110a, 7110b são adequados para fazer conexões elétricas positivas através de fio brasado, conexão de frisar, ou conexão de pá aos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b. Em temperaturas abaixo da temperatura de Curie dos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b, a ligação pode ser executada após a polarização dos elementos piezoelétricos, 7104a, 7104b. A temperaturas iguais ou maiores que a temperatura de Curie dos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b, os elementos piezoelétricos 7104a, 7104b podem ser polarizados após a ligação dos componentes do instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 como um conjunto.[00114] Furthermore, a metal bonding material such as a metal alloy solder 7108a may also be used to bond a thin conductive metal element 7110a to a top surface of the top piezoelectric element 7104a. Similarly, a metal bonding material such as an alloy solder 7108b may be used to bond a thin conductive metal element 7110b to a top surface of the bottom piezoelectric element 7104b. The conductive metal elements 7110a, 7110b are suitable for making positive electrical connections through a brazed wire, crimp connection, or spade connection to the piezoelectric elements 7104a, 7104b. At temperatures below the Curie temperature of the piezoelectric elements 7104a, 7104b, bonding can be performed after biasing the piezoelectric elements, 7104a, 7104b. At temperatures equal to or greater than the Curie temperature of the piezoelectric elements 7104a, 7104b, the piezoelectric elements 7104a, 7104b can be biased after bonding the components of the ultrasonic surgical instrument 7100 as an assembly.

[00115] Em um aspecto, um material de ligação de metal, como uma solda de liga metálica 7106a, 7106b, 7108a, 7108b adequada para ligação de cerâmica a metal, pode ser obtido junto à S-Bond Technologies, por exemplo. As soldas de liga metálica ativas são úteis para ligação de cerâmica a metal. Tais ligas de solda incluem elementos ativos, como titânio e cério, adicionados a ligas de SnAg, SnInAg e SnBi para criar uma liga de solda que pode ser reagida diretamente com as superfícies de cerâmica antes da ligação. As ligas de solda produzem juntas herméticas confiáveis com todos os metais, incluindo aço, aços inoxidáveis, titânio, ligas de níquel, cobre e ligas de alumínio, por exemplo. As cerâmicas não são, de modo geral, compatíveis com processos de umedecimento direto (aderência de camadas de metal fundido) e cerâmicas e metais têm coeficientes amplamente diferentes de expansão térmica (CTE). Ligas de solda, por definição, fundem e se unem, desse modo, em temperaturas abaixo de 840°F (448,. 89°C) e normalmente mais próximas a 480°F (250°C). Dessa forma, juntas soldadas são muito melhores para unir cerâmicas a metais porque as tensões de união são muito mais baixas devido à solidificação de temperaturas muito mais baixas que juntas por brasagem. Em relação a soldas convencionais, permanece a ressalva de que uma camada de metal aderente precisa primeiro ser colocada sobre a superfície de cerâmica, seguida, então, por um processo de fluxo de solda para romper os óxidos que se formam sobre o metal e o revestimento de metal sobre a cerâmica à medida que os mesmos são aquecidos no processo de união de solda. A solda de liga metálica conhecida sob o nome comercial S-BOND é uma solda ativa adequada para unir ligas metálicas a cerâmicas ligando-se diretamente a cerâmica ao metal, formando juntas sem o uso de fluxo e sem etapas de cerâmica de pré- revestimento. Esse processo elimina processos de revestimento de múltiplas etapas e pode ser aplicado em temperaturas abaixo de 400°F (204,44°C), evitando a distorção e amolecimento de metais e evitando a fratura da cerâmica. As juntas produzidas são herméticas, passando < 10-9 atm-c3/s ligas à base de SnAg ou Snln dúcteis e resistentes (> 34,47 MPa (5.000 psi) de cisalhamento), e termicamente condutivas.[00115] In one aspect, a metal bonding material such as a metal alloy solder 7106a, 7106b, 7108a, 7108b suitable for bonding ceramics to metal can be obtained from S-Bond Technologies, for example. Active metal alloy solders are useful for bonding ceramics to metal. Such solder alloys include active elements such as titanium and cerium added to SnAg, SnInAg and SnBi alloys to create a solder alloy that can be reacted directly with ceramic surfaces prior to bonding. Solder alloys produce reliable airtight joints with all metals, including steel, stainless steels, titanium, nickel alloys, copper and aluminum alloys, for example. Ceramics are generally not compatible with direct wetting processes (adhesion of molten metal layers) and ceramics and metals have widely different coefficients of thermal expansion (CTE). Solder alloys, by definition, melt and thus bond at temperatures below 840°F (448.89°C) and typically closer to 480°F (250°C). Thus, brazed joints are much better for joining ceramics to metals because the bond stresses are much lower due to solidification at much lower temperatures than brazed joints. With regard to conventional solders, the caveat remains that a layer of adherent metal first needs to be placed over the ceramic surface, followed then by a solder flux process to break up the oxides that form on the metal and coating. of metal onto ceramic as they are heated in the solder bonding process. The metal alloy solder known under the trade name S-BOND is an active solder suitable for joining metal alloys to ceramics by directly bonding the ceramic to the metal, forming joints without the use of flux and without pre-coating ceramic steps. This process eliminates multi-step coating processes and can be applied at temperatures below 400°F (204.44°C), preventing metal distortion and softening and preventing ceramic fracture. The gaskets produced are hermetic, passing < 10-9 atm-c3/s ductile and resistant SnAg or Snln-based alloys (> 34.47 MPa (5,000 psi) shear), and thermally conductive.

[00116] O eixo geométrico de polarização (P) dos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b é indicado pelas setas de direção 7114a, 7114b, respectivamente. O eixo geométrico de movimento do guia de ondas ultrassônicas 7102 em resposta à excitação dos elementos piezoelétricos 7104a, 7104b é mostrado pela seta de movimento 7116 na extremidade distal do guia de ondas ultrassônicas 7102 em geral chamado de porção de lâmina ultrassônica do guia de ondas ultrassônicas 7102. O eixo geométrico de movimento 7116 é ortogonal ao eixo geométrico de polarização (P) 7114a, 7114b.[00116] The geometric axis of polarization (P) of the piezoelectric elements 7104a, 7104b is indicated by the direction arrows 7114a, 7114b, respectively. The axis of motion of ultrasonic waveguide 7102 in response to excitation of piezoelectric elements 7104a, 7104b is shown by arrow of motion 7116 at the distal end of ultrasonic waveguide 7102 commonly referred to as the ultrasonic blade portion of the ultrasonic waveguide 7102. Motion axis 7116 is orthogonal to polarization axis (P) 7114a, 7114b.

[00117] As Figuras 8 a 11 ilustram vistas em corte de juntas de solda de liga metálica exemplificadoras, 7106a, 7106b, 7108a, 7108b adequadas para ligação de cerâmica a metal, conforme mostrado na Figura 7, de acordo com um aspecto desta descrição. Dois processos diferentes podem ser utilizados na ligação de cerâmica com metal. Um processo de união "mecanicamente ativado" mostrado nas Figuras 8 e 9 pode ser executado à temperatura de fusão de solda de liga metálica, ou próximo à mesma, (por exemplo, 250°C para S-Bond 220).[00117] Figures 8 to 11 illustrate cross-sectional views of exemplary metal alloy solder joints, 7106a, 7106b, 7108a, 7108b suitable for bonding ceramics to metal, as shown in Figure 7, in accordance with an aspect of this description. Two different processes can be used to bond ceramics to metal. A "mechanically activated" bonding process shown in Figures 8 and 9 can be performed at or near the melting temperature of metallic alloy solder (eg 250°C for S-Bond 220).

[00118] A Figura 8 ilustra um exemplo de uma ligação adesiva 7120 formada entre uma solda de liga metálica 7122 e um metal 7124 de acordo com um aspecto desta descrição. A ligação 7120 pode ser produzida por espalhamento, esfregação ou escovação das ligas fundidas sobre superfícies aquecidas e montagem "quente" de modo que as superfícies de solda de liga metálica 7122 sejam agitadas suficientemente para romper as peles de óxido delgadas que se formam enquanto fundidas. Conforme mostrado na Figura 8, átomos de Al, Cr ou Ti 7128 no metal 7124 e átomos de Ti ou Ce 7130 na solda de liga metálica 7122 formam uma ligação adesiva na interface 7126.[00118] Figure 8 illustrates an example of an adhesive bond 7120 formed between a solder of metal alloy 7122 and a metal 7124 in accordance with an aspect of this disclosure. Bond 7120 can be produced by spreading, rubbing, or brushing the molten alloys over heated surfaces and "hot" mounting so that the alloy 7122 weld surfaces are agitated enough to break up the thin oxide skins that form while molten. As shown in Figure 8, atoms of Al, Cr, or Ti 7128 in metal 7124 and atoms of Ti or Ce 7130 in weld metal alloy 7122 form an adhesive bond at interface 7126.

[00119] A Figura 9 ilustra um exemplo de ligação adesiva 7140 entre uma cerâmica 7142 (por exemplo, PZT) e um metal 7144 (por exemplo, aço de liga de titânio) formado por uma solda de liga metálica 7146. As ligas de solda de liga metálica 7146 se ligam efetivamente, mas as forças de junção são nominalmente inferiores a 20,68 MPa (3.000 psi) de cisalhamento. Tais junções sobre cerâmicas 7142 e muitos metais 7144 são adesivas, mas não têm ligação química.[00119] Figure 9 illustrates an example of adhesive bonding 7140 between a ceramic 7142 (for example, PZT) and a metal 7144 (for example, titanium alloy steel) formed by a solder of metallic alloy 7146. The solder alloys Alloy 7146 alloys bond effectively, but joint strengths are nominally less than 20.68 MPa (3000 psi) shear. Such joints on 7142 ceramics and many 7144 metals are adhesive but not chemically bonded.

[00120] A Figura 10 ilustra um exemplo de uma ligação metalúrgica/química 7150, de acordo com um aspecto desta descrição. Outro processo de união de solda de liga metálica 7154 emprega um processo termicamente ativado, que prepara as superfícies de cerâmica 7152 e desenvolve uma ligação química com a superfície através de reações dos elementos ativos na solda de liga metálica 7154. Essas junções começam com um tratamento de temperatura elevada em um forno de atmosfera protetora com a solda de liga metálica 7154 colocada sobre as superfícies da cerâmica 7152 a serem unidas. A temperaturas elevadas, os elementos ativos na solda de liga metálica 7154 reagem com a cerâmica 7152 para desenvolver uma ligação química (por exemplo, fases Al(Ti)-Ag ou fases Cu-Sn) na interface 7156 entre a cerâmica 7152 e a solda de liga metálica 7154. Uma ligação química e uma camada de solda de liga metálica 7154 em uma etapa de união subsequente fornece um nível muito mais alto de resistência de junção e cria juntas de metal de cerâmica de alto desempenho que são melhores do que a maioria das juntas de cerâmica com metal e safira brasadas feitas pelos processos de chapeamento e MoMn de múltiplas etapas.[00120] Figure 10 illustrates an example of a metallurgical/chemical bond 7150, in accordance with an aspect of this disclosure. Another 7154 metal alloy solder joining process employs a thermally activated process, which prepares the 7152 ceramic surfaces and develops a chemical bond with the surface through reactions of the active elements in the 7154 metal alloy solder. high temperature oven in a protective atmosphere furnace with the 7154 alloy solder placed over the 7152 ceramic surfaces to be joined. At elevated temperatures, the active elements in the 7154 metal alloy solder react with the 7152 ceramic to develop a chemical bond (e.g., Al(Ti)-Ag phases or Cu-Sn phases) at the 7156 interface between the 7152 ceramic and the solder Alloy 7154. A chemical bond and a layer of Alloy 7154 solder in a subsequent joining step provides a much higher level of joint strength and creates high performance ceramic metal joints that are better than most. of brazed sapphire and metal-to-ceramic joints made by the multi-step plating and MoMn processes.

[00121] A Figura 11 é uma ilustração de microestrutura de uma ligação química 7160 de solda de liga metálica 7162 e cerâmica 7164 (por exemplo, PZT) de acordo com um aspecto desta descrição. Uma zona de reação 7166 é formada na interface 7168 de solda de cerâmica 7164 à liga metálica 7162. A solda de liga metálica S-Bond fornece altas resistências a cisalhamento em junta. Por exemplo, com o uso de procedimentos de metalização de solda de liga metálica S-Bond em temperatura elevada, as resistências a cisalhamento da ligação química 7160 na interface 7168 podem exceder 48,26 MPa (7.000 psi) e são resistentes à ciclagem térmica de 50 a 150°C. A solda de liga metálica S-Bond é adequada para unir superfícies de cerâmica e metal sem fluxo ou chapeamento e o processo é muito mais tolerante a variações de junta devido à alta tensão superficial da solda de liga metálica S-Bond. O processo de união de solda de liga metálica S-Bond não usa fluxos químicos que precisam ser limpos ou que podem gravar componentes metálicos, deixando defeitos cosméticos.[00121] Figure 11 is a microstructure illustration of a chemical bond 7160 of solder alloy 7162 and ceramic 7164 (e.g., PZT) in accordance with an aspect of this disclosure. A 7166 reaction zone is formed at the 7168 interface of 7164 ceramic solder to 7162 metal alloy. The S-Bond metal alloy solder provides high shear strengths in the joint. For example, using high temperature S-Bond alloy solder plating procedures, the shear strengths of the 7160 chemical bond at the 7168 interface can exceed 48.26 MPa (7,000 psi) and is resistant to thermal cycling of 50 to 150°C. S-Bond metal alloy solder is suitable for joining ceramic and metal surfaces without flux or plating and the process is much more tolerant of joint variations due to the high surface tension of the S-Bond metal alloy solder. The S-Bond metal alloy solder bonding process does not use chemical fluxes that need to be cleaned or that can etch metal components, leaving cosmetic defects.

[00122] Em um aspecto, a presente descrição fornece um processo de acoplamento acústico de elementos piezoelétricos em cerâmica (por exemplo, de PZT) para um guia de ondas ultrassônicas de metal (por exemplo, liga de titânio/titânio) para uso em uma configuração D31. O processo inclui ainda fazer conexões elétricas em ambos os lados de ambos os elementos piezoelétricos na configuração de trem acústico D31. De modo geral, o processo inclui soldagem de elementos piezoelétricos de cerâmica a um guia de ondas ultrassônicas de metal antes da polarização de elementos piezoelétricos e, então, a polarização do conjunto. Técnicas para ligar cerâmica ao metal são descritas acima em conjunto com as Figuras 8 a 11. Em um aspecto, o processo inclui prender elementos piezoelétricos de cerâmica (por exemplo, PZT) a um guia de ondas ultrassônicas de metal (por exemplo, liga de titânio/titânio) por meio de pasta de solda, refluir a pasta de solda para ligar os elementos piezoelétricos ao guia de ondas ultrassônicas e polarizar os elementos piezoelétricos como parte do conjunto de elementos piezoelétricos/guia de ondas ultrassônicas. Um aspecto desse processo é descrito mais adiante neste documento em conjunto com as Figuras 12A a 12C.[00122] In one aspect, the present description provides a method of acoustic coupling of ceramic piezoelectric elements (for example, PZT) to a metal ultrasonic waveguide (for example, titanium/titanium alloy) for use in a D31 configuration. The process further includes making electrical connections on both sides of both piezoelectric elements in the D31 acoustic train configuration. Generally speaking, the process includes soldering ceramic piezoelectric elements to a metal ultrasonic waveguide prior to biasing the piezoelectric elements and then biasing the assembly. Techniques for bonding ceramics to metal are described above in conjunction with Figures 8 through 11. In one aspect, the process includes attaching piezoelectric ceramic elements (eg, PZT) to a metal (eg, aluminum alloy) ultrasonic waveguide. titanium/titanium) through solder paste, reflow the solder paste to bond the piezoelectric elements to the ultrasonic waveguide, and polarize the piezoelectric elements as part of the piezoelectric element/ultrasonic waveguide assembly. An aspect of this process is described later in this document in conjunction with Figures 12A to 12C.

[00123] As figuras 12A a 12C ilustram um instrumento cirúrgico ultrassônico 7200 que inclui um guia de ondas ultrassônicas 7202 fixado a um transdutor ultrassônico 7212 por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 7100 é configurado para operar em um modo D31. O transdutor ultrassônico 7212 inclui um primeiro e um segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b fixados aos lados opostos do guia de ondas ultrassônicas 7202 por um material de ligação. A Figura 12A ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 7200 antes da montagem e da polarização de acordo com um aspecto desta descrição. O instrumento cirúrgico ultrassônico 7200 inclui um guia de ondas ultrassônicas de metal 7202 (por exemplo, liga de titânio/titânio). Um material de ligação como pasta de solda 7206 é aplicado a uma superfície de um primeiro elemento piezoelétrico não polarizado 7204a e um segundo elemento piezoelétrico não polarizado 7204b. A pasta de solda 7206 é uma mistura pegajosa de fluxo e pequenas partículas de solda e pode ser aplicada aos elementos piezoelétricos 7204a, 7204b com um estêncil de aço inoxidável ou níquel com o uso de um processo de impressão serigráfica. A pasta de solda 7206 também pode ser aplicada aos elementos piezoelétricos 7204a, 7204b por um mecanismo de impressão por jato, similar a uma impressora de jato de tinta. Após o empastamento, os elementos piezoelétricos 7204a, 7204b avançam para uma máquina de coleta e colocação ou um processo de colocação manual para prender os elementos piezoelétricos 7204a, 7204b ao guia de ondas ultrassônicas 7202.[00123] Figures 12A to 12C illustrate an ultrasonic surgical instrument 7200 that includes an ultrasonic waveguide 7202 attached to an ultrasonic transducer 7212 by a binding material, in which the ultrasonic surgical instrument 7100 is configured to operate in a D31 mode. Ultrasonic transducer 7212 includes first and second non-polarized piezoelectric elements 7204a, 7204b attached to opposite sides of ultrasonic waveguide 7202 by a bonding material. Figure 12A illustrates a 7200 ultrasonic surgical instrument prior to assembly and polarization in accordance with an aspect of this disclosure. The 7200 Ultrasonic Surgical Instrument includes a 7202 Metal Ultrasonic Waveguide (eg titanium/titanium alloy). A bonding material such as solder paste 7206 is applied to a surface of a first non-polarized piezoelectric element 7204a and a second non-polarized piezoelectric element 7204b. Solder Paste 7206 is a sticky mixture of flux and small solder particles and can be applied to the Piezoelectric Elements 7204a, 7204b with a stainless steel or nickel stencil using a screen printing process. Solder paste 7206 may also be applied to piezoelectric elements 7204a, 7204b by a jet printing mechanism, similar to an inkjet printer. After pasting, the piezoelectric elements 7204a, 7204b are advanced to a pick and place machine or a manual placement process to attach the piezoelectric elements 7204a, 7204b to the ultrasonic waveguide 7202.

[00124] A Figura 12B ilustra o instrumento cirúrgico ultrassônico 7200 da Figura 12A antes da polarização com o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b presos ao guia de ondas ultrassônicas 7202 em uma configuração D31 de acordo com um aspecto desta descrição. Após o empastamento, os elementos piezoelétricos 7204a, 7204b são presos ao guia de ondas ultrassônicas 7202 com uso de um processo manual ou automatizado. Uma garra isolante pode ser empregada para prender o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b antes de transportar, por refluxo, os elementos piezoelétricos presos 7204a, 7204b e o conjunto de guia de ondas ultrassônicas 7202 para um forno de solda. Uma vez no forno, a pasta de solda 7206 reflui para ligar o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b ao guia de ondas ultrassônicas 7202.[00124] Figure 12B illustrates the ultrasonic surgical instrument 7200 of Figure 12A before polarization with the first and second non-polarized piezoelectric elements 7204a, 7204b attached to the ultrasonic waveguide 7202 in a D31 configuration in accordance with an aspect of this description. After pasting, the piezoelectric elements 7204a, 7204b are attached to the ultrasonic waveguide 7202 using either a manual or automated process. An insulating gripper may be employed to clamp the first and second unbiased piezoelectric elements 7204a, 7204b before transporting, by reflow, the clamped piezoelectric elements 7204a, 7204b and ultrasonic waveguide assembly 7202 into a soldering oven. Once in the oven, the solder paste 7206 flows back to connect the first and second non-polarized piezoelectric elements 7204a, 7204b to the ultrasonic waveguide 7202.

[00125] A Figura 12C ilustra o instrumento ultrassônico 7200 da Figura 12B após soldagem por refluxo e antes de polarizar o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b fixados ao guia de ondas ultrassônicas 7202 em uma configuração D31 de acordo com um aspecto desta descrição. Uma vez que os elementos piezoelétricos presos 7204a, 7204b e o conjunto de guia de ondas ultrassônicas 7202 são transportados por refluxo para um forno de solda, a pasta de solda 7206 reflui para estabelecer uma ligação entre o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b e o guia de ondas ultrassônicas 7202. A pasta de solda 7206 pode refluir com uso de tecnologia-padrão de montagem de superfície. Há várias técnicas para refluxo da solda 7206. Uma técnica emprega lâmpadas infravermelhas e chama-se refluxo infravermelho. Uma outra técnica emprega convecção de gás quente com o uso de ar padrão ou gás nitrogênio. Outra tecnologia de montagem de superfície emprega líquidos de fluorocarboneto especiais com altos pontos de ebulição que usam um método denominado refluxo da fase de vapor. Cada método tem suas vantagens e desvantagens.[00125] Figure 12C illustrates the ultrasonic instrument 7200 of Figure 12B after reflow soldering and before polarizing the first and second non-polarized piezoelectric elements 7204a, 7204b attached to the ultrasonic waveguide 7202 in a D31 configuration according to an aspect of this description. As the trapped piezoelectric elements 7204a, 7204b and ultrasonic waveguide assembly 7202 are reflowed into a soldering oven, solder paste 7206 reflows to establish a bond between the first and second unbiased piezoelectric elements 7204a , 7204b and the 7202 ultrasonic waveguide. The 7206 solder paste is reflowable using standard surface mount technology. There are several techniques for reflowing 7206 solder. One technique employs infrared lamps and is called infrared reflow. Another technique employs hot gas convection using standard air or nitrogen gas. Another surface mount technology employs special fluorocarbon liquids with high boiling points that use a method called vapor phase reflow. Each method has its advantages and disadvantages.

[00126] Após o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos não polarizados 7204a, 7204b serem fixados à guia de ondas ultrassônicas 7202 com uso de uma técnica de solda de refluxo, todo o conjunto de instrumento ultrassônico 7200 é polarizado. Um processo de polarização pode ser executado em um banho de óleo com fixação especial. A natureza do efeito piezoelétrico está estreitamente relacionada à ocorrência de momentos dipolares elétricos em sólidos. O último pode ser induzido por íons nos sítios de retícula de cristal com arredores de carga assimétrica como em elementos piezoelétricos. A densidade ou polarização dipolo (dimensionalidade (C m/m3) pode ser calculada para cristais através da soma dos momentos dipolares por volume da célula de unidade cristalográfica. Como cada dipolo é um vetor, a densidade dipolo P é um campo de vetor. Dipolos próximos uns dos outros tendem a ser alinhados em regiões chamadas de domínios de Weiss. Os domínios são normalmente orientados aleatoriamente, mas podem ser alinhados com o uso do processo de polarização (não igual à polarização magnética), um processo pelo qual um forte campo elétrico é aplicado através do material, normalmente em temperaturas elevadas. Nem todos os materiais piezoelétricos podem ser polarizados. O eixo geométrico de polarização (P) dos elementos piezoelétricos 7204a, 7204b é indicado pelas setas de direção 7208a, 7208b, respectivamente. O eixo geométrico de movimento do guia de ondas ultrassônicas 7202 em resposta à excitação dos elementos piezoelétricos 7204a, 7204b é mostrado pela seta de movimento 7210 na extremidade distal do guia de ondas ultrassônicas 7202 chamada de modo geral de porção de lâmina ultrassônica do guia de ondas ultrassônicas 7202. O eixo geométrico de movimento 7210 é ortogonal ao eixo geométrico de polarização (P) 7208a, 7208b.[00126] After the first and second non-polarized piezoelectric elements 7204a, 7204b are attached to the ultrasonic waveguide 7202 using a reflow soldering technique, the entire ultrasonic instrument assembly 7200 is polarized. A polarization process can be performed in an oil bath with special fixture. The nature of the piezoelectric effect is closely related to the occurrence of electric dipole moments in solids. The latter can be induced by ions at crystal lattice sites with asymmetrically charged surroundings as in piezoelectric elements. The dipole density or polarization (dimensionality (C m/m3) can be calculated for crystals by summing the dipole moments per crystallographic unit cell volume. Since each dipole is a vector, the dipole density P is a vector field. Dipoles close to each other tend to be aligned in regions called Weiss domains. The domains are normally randomly oriented, but can be aligned using the process of polarization (not the same as magnetic polarization), a process by which a strong electric field is applied through the material, typically at elevated temperatures. Not all piezoelectric materials can be polarized. The polarization (P) axis of piezoelectric elements 7204a, 7204b is indicated by direction arrows 7208a, 7208b, respectively. motion of ultrasonic waveguide 7202 in response to excitation of piezoelectric elements 7204a, 7204b is shown by motion arrow 7210 at the distal end of ultrasonic waveguide 7202 generally referred to as the ultrasonic blade portion of ultrasonic waveguide 7202. motion axis 7210 is orthogonal to polarization (P) axis 7208a, 7208b.

[00127] O efeito piezoelétrico é a alteração de polarização P sob a aplicação de uma tensão mecânica. Isso pode ser causado por uma reconfiguração do arredor de indução de dipolo ou por reorientação dos momentos dipolares moleculares sob a influência da tensão externa. A piezoeletricidade pode se manifestar em uma variação da intensidade de polarização, sua direção ou ambos, com os detalhes dependendo da: orientação de P dentro do cristal; simetria de cristal; e tensão mecânica aplicada. A alteração de P aparece como uma variação da densidade de carga superficial sobre as faces de cristal, isto é, como uma variação do campo elétrico que se estende entre as faces causadas por uma alteração da densidade dipolo no volume. Por exemplo, um cubo de quartzo de 1 cm3 com 2 kN (500 lbf) de força corretamente aplicada pode produzir uma tensão de 12.500 V.[00127] The piezoelectric effect is the change of polarization P under the application of a mechanical stress. This can be caused by a reconfiguration of the dipole induction surroundings or by reorientation of molecular dipole moments under the influence of external voltage. Piezoelectricity can manifest itself in a variation in the intensity of polarization, its direction or both, with the details depending on: the orientation of P within the crystal; crystal symmetry; and applied mechanical stress. The change in P appears as a change in the surface charge density on the crystal faces, that is, as a change in the electric field extending between the faces caused by a change in the dipole density in the volume. For example, a 1 cm3 quartz cube with 2 kN (500 lbf) of correctly applied force can produce a voltage of 12,500 V.

[00128] Uma outra técnica para acoplamento acústico de elementos piezoelétricos em cerâmica (por exemplo, PZT) a um guia de ondas ultrassônicas de metal (por exemplo, liga de titânio/titânio) para uso em uma configuração D31 está descrita mais adiante neste documento em conjunto com as Figuras 13A a 13C. A Figura 13A ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 7300 que inclui um transdutor ultrassônico 7318 fixado a um guia de ondas ultrassônicas 7302 por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 7300 é configurado para operar em um modo D31. Conforme mostrado na Figura 13A, o instrumento cirúrgico ultrassônico 7300 inclui um guia de ondas ultrassônicas 7302 configurado para reter os elementos piezoelétricos 7304a, 7304b de acordo com um aspecto desta descrição. O guia de ondas ultrassônicas 7302 inclui características geométricas para reter os elementos piezoelétricos 7304a, 7304b. O guia de ondas ultrassônicas 7302 inclui uma porção de base 7320 e um primeiro conjunto de paredes 7314a, 7316a que se estende a partir de um lado da porção de base 7320 substancialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal LA. Um segundo conjunto de paredes 7314b, 7316b se estende a partir de um lado oposto da porção de base 7320 substancialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal LA. As saliências 7306a, 7308a se projetam a partir das paredes correspondentes 7314a, 7316a ao longo do eixo geométrico longitudinal LA. As saliências 7306b, 7308b se projetam a partir das paredes correspondentes 7314b, 7316b ao longo do eixo geométrico longitudinal LA. As saliências 7306a, 7306b, 7308a, 7308b se estendem sobre uma porção de base 7320 do guia de ondas ultrassônicas 7302 e são substancialmente paralelas à porção de base 7320. Em um aspecto, o primeiro conjunto de saliências 7306a, 7306b e um lado da porção de base 7320 definem os espaços 7310a, 7310b para receber uma extremidade dos elementos piezoelétricos 7304a, 7304b. O segundo conjunto de saliências 7308a, 7308b e um lado oposto da porção de base 7320 definem os espaços 7312a, 7312b para receber a outra extremidade dos elementos piezoelétricos 7304a, 7304b.[00128] Another technique for acoustic coupling of ceramic piezoelectric elements (for example, PZT) to a metal ultrasonic waveguide (for example, titanium/titanium alloy) for use in a D31 configuration is described later in this document together with Figures 13A to 13C. Figure 13A illustrates an ultrasonic surgical instrument 7300 that includes an ultrasonic transducer 7318 attached to an ultrasonic waveguide 7302 by a bonding material, wherein the ultrasonic surgical instrument 7300 is configured to operate in a D31 mode. As shown in Figure 13A, ultrasonic surgical instrument 7300 includes an ultrasonic waveguide 7302 configured to retain piezoelectric elements 7304a, 7304b in accordance with an aspect of this disclosure. The 7302 ultrasonic waveguide includes geometric features to retain the 7304a, 7304b piezoelectric elements. Ultrasonic waveguide 7302 includes a base portion 7320 and a first set of walls 7314a, 7316a extending from a side of base portion 7320 substantially perpendicular to the longitudinal axis LA. A second set of walls 7314b, 7316b extends from an opposite side of the base portion 7320 substantially perpendicular to the longitudinal axis LA. Protrusions 7306a, 7308a project from corresponding walls 7314a, 7316a along longitudinal axis LA. Protrusions 7306b, 7308b project from corresponding walls 7314b, 7316b along longitudinal axis LA. Protrusions 7306a, 7306b, 7308a, 7308b extend over a base portion 7320 of ultrasonic waveguide 7302 and are substantially parallel to base portion 7320. In one aspect, the first set of protrusions 7306a, 7306b and one side of the portion base 7320 define spaces 7310a, 7310b for receiving one end of piezoelectric elements 7304a, 7304b. The second set of projections 7308a, 7308b and an opposite side of the base portion 7320 define spaces 7312a, 7312b for receiving the other end of the piezoelectric elements 7304a, 7304b.

[00129] O transdutor ultrassônico 7318 inclui um primeiro e um segundo elementos piezoelétricos 7304a, 7304b fixados aos lados opostos da porção de base 7320 do guia de ondas ultrassônicas 7302 por um material de ligação 7322a, 7322b como um epóxi condutivo, solda ou liga de solda de metal. O primeiro elemento piezoelétrico 7304a é recebido de maneira deslizante no primeiro conjunto de espaços 7310a, 7312a. O segundo elemento piezoelétrico 7304b é recebido de maneira deslizante no segundo conjunto de espaços 7310b, 7312b.[00129] The ultrasonic transducer 7318 includes a first and a second piezoelectric element 7304a, 7304b attached to opposite sides of the base portion 7320 of the ultrasonic waveguide 7302 by a bonding material 7322a, 7322b such as a conductive epoxy, solder or alloy metal weld. The first piezoelectric element 7304a is slidably received in the first set of spaces 7310a, 7312a. The second piezoelectric element 7304b is slidably received in the second set of spaces 7310b, 7312b.

[00130] Quando os elementos piezoelétricos 7304a, 7304b são recebidos de maneira deslizante nos espaços 7310a, 7310b, 7312a, 7312b, os elementos piezoelétricos 7304a, 7304b podem ser fixados à porção de base 7320 do guia de ondas ultrassônicas 7302 com o uso de uma variedade de técnicas de ligação e materiais de ligação descritos acima em conjunto com as Figuras 8 a 11 ou Figuras 12A a 12C.[00130] When the piezoelectric elements 7304a, 7304b are slidably received in the spaces 7310a, 7310b, 7312a, 7312b, the piezoelectric elements 7304a, 7304b can be attached to the base portion 7320 of the ultrasonic waveguide 7302 using a variety of bonding techniques and bonding materials described above in conjunction with Figures 8 to 11 or Figures 12A to 12C.

[00131] A Figura 13B Ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 7330 similar ao instrumento cirúrgico ultrassônico 7300 mostrado na Figura 13A, em que as saliências 7306a, 7306b, 7308a, 7308b do guia de ondas ultrassônicas 7302 são inclinadas, ou curvadas levemente, em direção à porção de base 7320 do guia de ondas ultrassônicas 7302 para aplicar uma força de fixação dos elementos piezoelétricos 7304a, 7304b contra a porção de base 7320 do guia de ondas ultrassônicas 7302. As saliências 7306a, 7306b, 7308a, 7308b podem ser curvas antes ou depois dos elementos piezoelétricos 7304a, 7304b serem inseridos de maneira deslizante nos espaços 7310a, 7310b, 7312a, 7312b.[00131] Figure 13B Illustrates an ultrasonic surgical instrument 7330 similar to the ultrasonic surgical instrument 7300 shown in Figure 13A, in which the protrusions 7306a, 7306b, 7308a, 7308b of the ultrasonic waveguide 7302 are inclined, or curved slightly, towards the base portion 7320 of ultrasonic waveguide 7302 for applying a clamping force of piezoelectric elements 7304a, 7304b against base portion 7320 of ultrasonic waveguide 7302. Protrusions 7306a, 7306b, 7308a, 7308b may be curved before or after piezoelectric elements 7304a, 7304b are slidably inserted into spaces 7310a, 7310b, 7312a, 7312b.

[00132] A Figura 13C Ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 7340 similar aos instrumentos cirúrgicos ultrassônicos 7300, 7330 mostrados nas Figuras 13A e 13B, de acordo com um aspecto desta descrição. Conforme mostrado na Figura 13C, os elementos piezoelétricos 7304a, 7304b podem ser fixados ao guia de ondas ultrassônicas 7302 por uma combinação de uma aplicação de um material de ligação, descrito em conjunto com a Figura 13A, e uma preparação das saliências 7306a, 7306b, 7308a, 7308b em direção à porção de base 7320 do guia de ondas ultrassônicas 7302 para aplicar uma força de propensão aos elementos piezoelétricos 7304a, 7304b conforme descrito em conjunto com a Figura 13B.[00132] Figure 13C Illustrates an ultrasonic surgical instrument 7340 similar to the ultrasonic surgical instruments 7300, 7330 shown in Figures 13A and 13B, in accordance with an aspect of this description. As shown in Figure 13C, the piezoelectric elements 7304a, 7304b can be attached to the ultrasonic waveguide 7302 by a combination of an application of a bonding material, described in conjunction with Figure 13A, and a preparation of the protrusions 7306a, 7306b, 7308a, 7308b toward the base portion 7320 of the ultrasonic waveguide 7302 to apply a biasing force to the piezoelectric elements 7304a, 7304b as described in conjunction with Figure 13B.

[00133] Em uma arquitetura de transdutor ultrassônico D33 convencional, os elementos piezoelétricos (por exemplo, placas de PZT) de um transdutor ultrassônico são montados em um estado comprimido previamente para assegurar que os elementos piezoelétricos não operem no modo de tensão. Em uma configuração de arquitetura D31, entretanto, pode ser desejável ter alguma compressão prévia entre cada elemento piezoelétrico e o guia de ondas ultrassônicas. As Figuras 14 e 15 ilustram uma técnica para comprimir previamente os elementos piezoelétricos durante uma fase de ligação dos elementos piezoelétricos para o guia de ondas ultrassônicas, conforme discutido mais adiante neste documento.[00133] In a conventional D33 ultrasonic transducer architecture, the piezoelectric elements (eg PZT plates) of an ultrasonic transducer are assembled in a previously compressed state to ensure that the piezoelectric elements do not operate in voltage mode. In a D31 architecture configuration, however, it may be desirable to have some precompression between each piezoelectric element and the ultrasonic waveguide. Figures 14 and 15 illustrate a technique for pre-compressing the piezoelectric elements during a binding phase of the piezoelectric elements to the ultrasonic waveguide, as discussed later in this document.

[00134] A Figura 14 ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 7400 que inclui um transdutor ultrassônico 7412 fixado a um guia de ondas ultrassônicas 7402 por um material de ligação, em que o instrumento ultrassônico é configurado para operar em um modo D31 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 7412 inclui o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos 7404a, 7404b. A Figura 15 ilustra o instrumento cirúrgico ultrassônico 7400 mostrado na Figura 14 com uma tensão V aplicada aos elementos piezoelétricos 7404a, 7404b durante uma fase de ligação de acordo com um aspecto desta descrição. Conforme mostrado na Figura 14, os elementos piezoelétricos 7404a, 7404b são fixados ao guia de ondas ultrassônicas 7402 com uso de um material de ligação como um adesivo epóxi 7406 para ligar os elementos piezoelétricos 7404a, 7404b ao guia de ondas ultrassônicas 7402. Em um aspecto, a compressão prévia dos elementos piezoelétricos 7404a, 7404b pode ser obtida aplicando-se uma tensão aos elementos piezoelétricos 7404a, 7404b enquanto o epóxi 7406 está curando.[00134] Figure 14 illustrates an ultrasonic surgical instrument 7400 that includes an ultrasonic transducer 7412 attached to an ultrasonic waveguide 7402 by a binding material, in which the ultrasonic instrument is configured to operate in a D31 mode according to an aspect of this description. Ultrasonic transducer 7412 includes first and second piezoelectric elements 7404a, 7404b. Figure 15 illustrates the ultrasonic surgical instrument 7400 shown in Figure 14 with a voltage V applied to piezoelectric elements 7404a, 7404b during an on phase in accordance with an aspect of this disclosure. As shown in Figure 14, the piezoelectric elements 7404a, 7404b are attached to the ultrasonic waveguide 7402 using a bonding material such as an epoxy adhesive 7406 to bond the piezoelectric elements 7404a, 7404b to the ultrasonic waveguide 7402. In one aspect , precompression of the piezoelectric elements 7404a, 7404b can be achieved by applying a voltage to the piezoelectric elements 7404a, 7404b while the epoxy 7406 is curing.

[00135] Com referência agora às Figuras 14 e 15, consequentemente, em uma configuração de arquitetura D31, a compressão prévia pode ser obtida entre cada elemento piezoelétrico 7404a, 7404b e o guia de ondas ultrassônicas 7402 aplicando-se uma tensão V a cada elemento piezoelétrico 7404a, 7404b durante o processo de cura de epóxi 7406. Um potencial positivo pode ser aplicado às conexões elétricas 7408a, 7408b formadas na extremidade livre de cada elemento piezoelétrico 7404a, 7404b e um potencial de terra pode ser aplicado a uma conexão elétrica 7410 ao guia de ondas ultrassônicas 7402, por exemplo. Conforme mostrado na Figura 15, a tensão V é aplicada para contrair os elementos piezoelétricos 7404a, 7404b na direção do eixo geométrico longitudinal LA de vibração conforme descrito em conjunto com a Figura 2B, por exemplo. As conexões elétricas entre o guia de ondas ultrassônicas 7402 e a extremidade fixa dos elementos piezoelétricos 7404a, 7404b podem ser fornecidas por um epóxi condutivo 7406. Os elementos piezoelétricos 7404a, 7404b podem ser fixados ao guia de ondas ultrassônicas 7402 com uso de uma variedade de materiais de ligação, como os materiais de ligação descritos em conjunto com as Figuras 8 a 11 ou Figuras 12A a 12C.[00135] With reference now to Figures 14 and 15, consequently, in a D31 architecture configuration, the previous compression can be obtained between each piezoelectric element 7404a, 7404b and the ultrasonic waveguide 7402 by applying a voltage V to each element piezoelectric element 7404a, 7404b during the epoxy cure process 7406. A positive potential may be applied to electrical connections 7408a, 7408b formed at the free end of each piezoelectric element 7404a, 7404b and a ground potential may be applied to an electrical connection 7410 to the 7402 ultrasonic waveguide, for example. As shown in Figure 15, voltage V is applied to contract the piezoelectric elements 7404a, 7404b in the direction of the longitudinal axis LA of vibration as described in conjunction with Figure 2B, for example. The electrical connections between the ultrasonic waveguide 7402 and the fixed end of the piezoelectric elements 7404a, 7404b can be provided by a conductive epoxy 7406. The piezoelectric elements 7404a, 7404b can be attached to the ultrasonic waveguide 7402 using a variety of binding materials, such as the binding materials described in conjunction with Figures 8 to 11 or Figures 12A to 12C.

[00136] Em outros aspectos, em uma configuração de arquitetura de transdutor ultrassônico D31, a presente descrição fornece um método para conectar eletricamente uma fonte de energia aos contatos elétricos D31 em ambos os lados de cada elemento piezoelétrico (por exemplo, placas PZT). A ligação à terra pode ser feita com o guia de ondas ultrassônicas se houver um contato elétrico dos elementos piezoelétricos com o guia de ondas ultrassônicas. Em um aspecto, os métodos são executados em baixa temperatura para evitar ou minimizar a ocorrência de danos aos elementos piezoelétricos (< 150 °C). A conexão elétrica pode ser empregada como dissipador de calor. Essas técnicas são descritas abaixo em conjunto com a Figura 16.[00136] In other respects, in a D31 ultrasonic transducer architecture configuration, the present description provides a method for electrically connecting a power source to the D31 electrical contacts on either side of each piezoelectric element (eg PZT boards). Earthing can be done with the ultrasonic waveguide if there is electrical contact of the piezoelectric elements with the ultrasonic waveguide. In one aspect, the methods are run at low temperature to prevent or minimize damage to the piezoelectric elements (< 150 °C). The electrical connection can be used as a heat sink. These techniques are described below in conjunction with Figure 16.

[00137] A Figura 16 ilustra um instrumento cirúrgico ultrassônico 7500 que inclui um transdutor ultrassônico 7510 fixado a um guia de ondas ultrassônicas 7502, por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 7500 é configurado para operar em um modo D31 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 7510 inclui elementos piezoelétricos 7506a, 7506b fixados em lados opostos do guia de ondas ultrassônicas 7502 por um material de ligação. Em um aspecto, o material de ligação é um adesivo condutivo 7508. As placas condutivas 7504a, 7504b são fixadas aos elementos piezoelétricos 7506a, 7506b, respectivamente, por um material de ligação como um adesivo condutivo 7508, de acordo com um aspecto desta descrição. Um método inclui a soldagem dos elementos piezoelétricos 7506a, 7506b em um lado diretamente às superfícies internas das placas eletricamente condutivas 7504a, 7504b (por exemplo, placas ou folhas de cobre) e no outro lado do guia de ondas ultrassônicas 7502. Um epóxi condutivo 7508 é aplicado entre as placas eletricamente condutivas 7504a, 7504b e as extremidades livres dos elementos piezoelétricos 7506a, 7506b. Um epóxi condutivo 7508 também é aplicado entre as extremidades fixas dos elementos piezoelétricos 7506a, 7506b e o guia de ondas ultrassônicas 7502. Os elementos eletricamente condutivos, como fios, podem ser conectados às placas eletricamente condutivas 7504a, 7504b e ao guia de ondas ultrassônicas 7502. Em um aspecto, o guia de ondas ultrassônicas 7502 pode ser formado por estampagem e recursos de conexão elétrica podem ser adicionados ao guia de ondas ultrassônicas 7502. As placas eletricamente condutivas 7504a, 7504b podem ser formadas de folhas de cobre e montadas em conectores-fêmea elétricos em um cabo. As conexões de friso podem ser estampadas ou formadas no guia de ondas ultrassônicas 7502 e nas placas eletricamente condutivas 7504a, 7504b (por exemplo, folhas de cobre). As conexões aos fios podem ser frisadas durante a montagem. Em vários aspectos, o processo de conexão elétrica pode incluir qualquer combinação acima.[00137] Figure 16 illustrates an ultrasonic surgical instrument 7500 that includes an ultrasonic transducer 7510 attached to an ultrasonic waveguide 7502, by a binding material, in which the ultrasonic surgical instrument 7500 is configured to operate in a D31 mode according with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 7510 includes piezoelectric elements 7506a, 7506b attached to opposite sides of ultrasonic waveguide 7502 by a bonding material. In one aspect, the bonding material is a conductive adhesive 7508. The conductive plates 7504a, 7504b are attached to the piezoelectric elements 7506a, 7506b, respectively, by a bonding material such as a conductive adhesive 7508, in accordance with an aspect of this disclosure. One method includes soldering the piezoelectric elements 7506a, 7506b on one side directly to the inside surfaces of the electrically conductive plates 7504a, 7504b (eg, copper plates or sheets) and on the other side of the ultrasonic waveguide 7502. A conductive epoxy 7508 is applied between the electrically conductive plates 7504a, 7504b and the free ends of the piezoelectric elements 7506a, 7506b. A conductive epoxy 7508 is also applied between the fixed ends of the piezoelectric elements 7506a, 7506b and the ultrasonic waveguide 7502. The electrically conductive elements, such as wires, can be connected to the electrically conductive plates 7504a, 7504b and the ultrasonic waveguide 7502 In one aspect, the ultrasonic waveguide 7502 can be formed by stamping and electrical connection features can be added to the ultrasonic waveguide 7502. The electrically conductive plates 7504a, 7504b can be formed from copper sheets and assembled into connectors- electrical female on a cable. Crimp connections can be stamped or formed into the 7502 ultrasonic waveguide and 7504a, 7504b electrically conductive plates (eg, copper sheets). Wire connections may be crimped during assembly. In many respects, the electrical connection process can include any of the above combinations.

[00138] As Figuras 17 e 18 ilustram um instrumento cirúrgico ultrassônico 7600 incluindo um transdutor ultrassônico 7624 fixado a um guia de ondas ultrassônicas 7602 por um material de ligação, em que o instrumento cirúrgico ultrassônico 7600 é configurado para operar em um modo D31. Conforme mostrado nas Figuras 17 e 18, o instrumento cirúrgico ultrassônico 7600 inclui um único transdutor ultrassônico de plano médio 7624 acusticamente acoplado a um guia de ondas ultrassônicas 7602 que inclui uma estrutura similar à diapasão 7606 de acordo com um aspecto da presente descrição. O guia de ondas ultrassônicas 7602 e a estrutura similar a diapasão 7606 são produzidos a partir de metal, como titânio ou ligas de titânio, conforme descrito ao longo desta descrição. A estrutura similar a diapasão 7606 inclui uma forquilha superior 7622a e uma forquilha inferior 7622b definindo uma abertura em formato de U 7608 entre as mesmas para receber o transdutor ultrassônico 7624 na mesma. Em um aspecto, a configuração de estrutura similar a diapasão 7606 limita os lados superior e inferior do transdutor ultrassônico 7624 a acoplar mais energia vibratória para dentro do guia de ondas ultrassônicas 7602. O transdutor ultrassônico de plano médio único 7624 inclui um único elemento piezoelétrico 7612 (por exemplo, PZT) e placas eletricamente condutivas 7618a, 7618b fixadas aos lados superior e inferior do elemento piezoelétrico 7612 por um material de ligação eletricamente condutivo como um epóxi condutivo, solda ou liga de solda de metal, por exemplo. A forquilha superior 7622a da estrutura similar a diapasão 7606 define uma abertura 7604 para fornecer acesso a uma conexão elétrica à placa eletricamente condutiva de topo 7618a. O transdutor ultrassônico 7624 é inserido de maneira deslizante na abertura em formato de U 7608 na direção da seta 7622 e, então, fixo na mesma, conforme mostrado na Figura 18.[00138] Figures 17 and 18 illustrate an ultrasonic surgical instrument 7600 including an ultrasonic transducer 7624 attached to an ultrasonic waveguide 7602 by a binding material, in which the ultrasonic surgical instrument 7600 is configured to operate in a D31 mode. As shown in Figures 17 and 18, the ultrasonic surgical instrument 7600 includes a single midplane ultrasonic transducer 7624 acoustically coupled to an ultrasonic waveguide 7602 that includes a tuning fork-like structure 7606 in accordance with an aspect of the present disclosure. The 7602 ultrasonic waveguide and 7606 tuning fork-like structure are constructed from metal, such as titanium or titanium alloys, as described throughout this description. The tuning fork-like structure 7606 includes an upper yoke 7622a and a lower yoke 7622b defining a U-shaped opening 7608 therebetween for receiving the ultrasonic transducer 7624 therein. In one aspect, the tuning fork-like structure configuration 7606 limits the top and bottom sides of the 7624 ultrasonic transducer to couple more vibratory energy into the 7602 ultrasonic waveguide. The 7624 single mid-plane ultrasonic transducer includes a single 7612 piezoelectric element (e.g. PZT) and electrically conductive plates 7618a, 7618b attached to the top and bottom sides of the piezoelectric element 7612 by an electrically conductive bonding material such as a conductive epoxy, solder or metal solder alloy, for example. The upper yoke 7622a of the tuning fork-like structure 7606 defines an opening 7604 for providing access to an electrical connection to the electrically conductive top plate 7618a. Ultrasonic transducer 7624 is slidably inserted into the U-shaped opening 7608 in the direction of the arrow 7622 and then attached to the arrow as shown in Figure 18.

[00139] A Figura 18 é uma vista em corte do instrumento cirúrgico ultrassônico 7600 mostrado na Figura 17 com o transdutor ultrassônico 7624 inserido na abertura em formato de U 7608 definido pela estrutura similar a diapasão 7606 do guia de ondas ultrassônicas 7602 de acordo com um aspecto desta descrição. Antes da inserção do transdutor ultrassônico 7624 na abertura em formato de U 7608, um primeiro material de ligação, como um adesivo eletricamente isolante 7614 (por exemplo, epóxi condutivo eletricamente isolante), é aplicado a uma superfície interna 7610a da forquilha superior 7622a da estrutura similar a diapasão 7606 ou à placa eletricamente condutiva superior 7618a, ou a ambas. O adesivo eletricamente isolante 7614 isola eletricamente a estrutura similar a diapasão 7606 e o guia de ondas ultrassônicas 7602 do elemento eletricamente condutivo superior 7618a. Além disso, antes da inserção do transdutor ultrassônico 7624 na abertura em formato de U 7608, um segundo material de ligação como um adesivo eletricamente condutivo 7616 (por exemplo, epóxi eletricamente condutivo) é aplicado a uma superfície interna 7610b de uma forquilha inferior 7622b da estrutura similar a diapasão 7606 ou à placa eletricamente condutiva inferior 7618b ou a ambas. O adesivo eletricamente condutivo 7616 acopla eletricamente a placa eletricamente condutiva inferior 7618b à estrutura similar a diapasão 7606 e ao guia de ondas ultrassônicas 7602.[00139] Figure 18 is a cross-sectional view of the ultrasonic surgical instrument 7600 shown in Figure 17 with the ultrasonic transducer 7624 inserted into the U-shaped opening 7608 defined by the tuning fork-like structure 7606 of the ultrasonic waveguide 7602 according to a aspect of this description. Prior to insertion of the ultrasonic transducer 7624 into the U-shaped opening 7608, a first bonding material, such as an electrically insulating adhesive 7614 (e.g., electrically insulating conductive epoxy), is applied to an inner surface 7610a of the upper yoke 7622a of the frame similar to the 7606 tuning fork or the 7618a electrically conductive top plate, or both. The 7614 electrically insulating adhesive electrically isolates the 7606 tuning fork-like structure and 7602 ultrasonic waveguide from the 7618a upper electrically conductive element. Furthermore, prior to insertion of the ultrasonic transducer 7624 into the U-shaped aperture 7608, a second bonding material such as an electrically conductive adhesive 7616 (e.g., electrically conductive epoxy) is applied to an inner surface 7610b of a lower yoke 7622b of the structure similar to tuning fork 7606 or lower electrically conductive plate 7618b or both. The 7616 Electrically Conductive Adhesive electrically couples the 7618b Electrically Conductive Bottom Plate to the 7606 Tuning Fork-like Structure and the 7602 Ultrasonic Waveguide.

[00140] Quando o transdutor ultrassônico 7624 é inserido na abertura em formato de U 7608, o adesivo eletricamente isolante 7614 e o adesivo eletricamente condutivo 7616 são curados para ligar o transdutor ultrassônico 7624 à estrutura similar a diapasão 7606 do guia de ondas ultrassônicas 7602. Um polo de uma fonte de energia (por exemplo, positivo) está eletricamente conectado à placa superior eletricamente condutiva 7618a através da abertura 7604. Um outro polo da fonte de energia (por exemplo, negativo ou terra) é eletricamente conectado ao guia de ondas ultrassônicas 7602 e à estrutura similar a diapasão 7606 e à placa eletricamente condutiva inferior 7618b através do adesivo eletricamente condutivo 7616. Em geral, o polo positivo da fonte de energia é conectado à placa superior eletricamente condutiva 7618a e o polo negativo da fonte de energia ou terra é conectado ao guia de ondas ultrassônicas 7602 ou estrutura similar a diapasão 7606. No entanto, configurações em que o polo negativo ou terra da fonte de energia está conectado à placa superior eletricamente condutiva 7618a e o polo positivo da fonte de energia está conectado ao guia de ondas ultrassônicas 7602 ou estrutura similar a diapasão 7606 são consideradas por esta descrição.[00140] When the ultrasonic transducer 7624 is inserted into the U-shaped opening 7608, the electrically insulating adhesive 7614 and the electrically conductive adhesive 7616 are cured to bond the ultrasonic transducer 7624 to the tuning fork-like structure 7606 of the ultrasonic waveguide 7602. One pole of a power source (eg, positive) is electrically connected to the electrically conductive top plate 7618a through opening 7604. Another pole of the power source (eg, negative or ground) is electrically connected to the ultrasonic waveguide 7602 and the tuning fork-like structure 7606 and the lower electrically conductive plate 7618b through the electrically conductive adhesive 7616. In general, the positive pole of the power source is connected to the electrically conductive upper plate 7618a and the negative pole of the power source or ground is connected to the 7602 ultrasonic waveguide or tuning fork-like structure 7606. However, configurations where the negative or ground pole of the power source is connected to the electrically conductive top plate 7618a and the positive pole of the power source is connected to the guide ultrasonic waveform 7602 or tuning fork-like structure 7606 are considered by this description.

[00141] Em um aspecto, a presente descrição fornece uma configuração de transdutor ultrassônico D33 em que os componentes de metal são unidos por um processo de encalcamento. Os elementos piezoelétricos D33 estão localizados em uma estrutura de metal similar a diapasão e comprimidos por um tampão de metal inserido na extremidade proximal da estrutura. O tampão de metal é unido à estrutura de metal por um processo de encalcamento. O encalcamento é um processo de forjamento no qual as dimensões de um item são alteradas com o uso de matrizes nas quais o item é forçado. O encalcamento é geralmente um processo de trabalho a frio, mas também pode ser trabalhado a quente. Um acessório de montagem aplica uma força de compressão durante o processo de encalcamento para deixar uma tensão comprimida na pilha. A força de compressão pode ser medida mediante a medição da tensão da pilha piezoelétrica. Outra configuração inclui uma estrutura em U com uma abertura fornecida em uma extremidade distal da estrutura em U. A compressão da pilha piezoelétrica é obtida mediante a inserção da corneta/guia de ondas ultrassônicas (por exemplo, titânio ou liga de titânio) na abertura e ou encalcamento ou rosqueamento dos componentes enquanto a pilha piezoelétrica está sob compressão. A estrutura pode ser produzida a partir de um material diferente da corneta/guia de ondas ultrassônicas, por exemplo, alumínio. Esses aspectos são descritos mais adiante neste documento em conjunto com as Figuras 19 a 21.[00141] In one aspect, the present description provides a D33 ultrasonic transducer configuration in which metal components are joined by a clamping process. The D33 piezoelectric elements are located in a tuning fork-like metal frame and compressed by a metal plug inserted at the proximal end of the frame. The metal plug is joined to the metal frame by a tamping process. Stamping is a forging process in which the dimensions of an item are changed using dies into which the item is forced. Tampering is generally a cold working process, but it can also be hot worked. An assembly fixture applies a compressive force during the tamping process to leave a compressed stress in the pile. The compression force can be measured by measuring the voltage of the piezo cell. Another configuration includes a U-frame with an opening provided at one distal end of the U-frame. Compression of the piezoelectric stack is achieved by inserting the horn/ultrasonic waveguide (eg, titanium or titanium alloy) into the opening and or pinching or threading of components while the piezo cell is under compression. The frame can be produced from a different material than the horn/ultrasonic waveguide, eg aluminium. These aspects are described later in this document in conjunction with Figures 19 to 21.

[00142] As Figuras 19A e 19B ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 7700 de acordo com um aspecto desta descrição. Na Figura 19A, uma estrutura de metal similar a diapasão 7708 que define uma abertura em formato de U 7702 em uma extremidade proximal da estrutura de metal 7708 é fornecida. A estrutura de metal similar a diapasão 7708 é produzida a partir de um metal como titânio ou liga de titânio, conforme descrito na presente invenção. Conforme mostrado na Figura 19B, uma pluralidade de elementos piezoelétricos 7706a, 7706b, 7706c, 7706d é inserida na abertura em formato de U 7702 para formar uma pilha de Langevin piezoelétrica. Um tampão de metal 7704 é inserido na extremidade proximal da estrutura de metal similar a diapasão 7708 até que o tampão 7704 entre em contato com a pilha piezoelétrica. Um acessório de montagem aplica forças de compressão FA1 a partir de uma extremidade distal e uma força de compressão FA2 de uma extremidade proximal para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 7706a a 7706d no compartimento 7708. Uma força de encalcamento FS é aplicada ao tampão de metal 7704 para unir o tampão de metal 7704 com a estrutura de metal similar a diapasão 7708 para manter a pilha de elementos piezoelétricos 7706a a 7706d sob compressão.[00142] Figures 19A and 19B illustrate a D33 7700 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. In Figure 19A, a tuning fork-like metal frame 7708 defining a U-shaped opening 7702 at a proximal end of metal frame 7708 is provided. The tuning fork-like metal structure 7708 is produced from a metal such as titanium or titanium alloy as described in the present invention. As shown in Figure 19B, a plurality of piezoelectric elements 7706a, 7706b, 7706c, 7706d are inserted into the U-shaped aperture 7702 to form a piezoelectric Langevin stack. A metal plug 7704 is inserted into the proximal end of the tuning fork-like metal frame 7708 until the plug 7704 contacts the piezo cell. A mounting fixture applies compressive forces FA1 from a distal end and a compressive force FA2 from a proximal end to compress the stack of piezoelectric elements 7706a to 7706d in housing 7708. A tamping force FS is applied to the metal plug 7704 to join the metal plug 7704 with the tuning fork-like metal structure 7708 to hold the stack of piezoelectric elements 7706a to 7706d under compression.

[00143] A Figura 20 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 7800 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 7800 inclui um compartimento de metal em formato de U 7802 que define uma abertura em formato de U em que uma pluralidade de elementos piezoelétricos 7804a, 7804b, 7804c, 7804d é posicionada para formar uma pilha de Langevin. Uma corneta/guia de ondas ultrassônicas 7806 é inserida em uma extremidade distal do compartimento de metal em formato de U 7802 até que o tampão 7806 entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 7804a a 7804d. Um acessório de montagem aplica forças de compressão FA1 a partir de uma extremidade distal e uma força de compressão FA2 de uma extremidade proximal para comprimir os elementos piezoelétricos 7804a a 7804d no compartimento de metal 7802 (por exemplo, alumínio). Uma força de encalcamento FS é aplicada à corneta/guia de ondas ultrassônicas 7806 para unir a corneta/guia de ondas ultrassônicas 7806 ao compartimento de metal 7802 para manter a pilha de elementos piezoelétricos 7804a a 7804d sob compressão.[00143] Figure 20 illustrates a D33 7800 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 7800 includes a U-shaped metal housing 7802 that defines a U-shaped aperture in which a plurality of piezoelectric elements 7804a, 7804b, 7804c, 7804d are positioned to form a Langevin stack. An ultrasonic waveguide/horn 7806 is inserted into a distal end of the U-shaped metal housing 7802 until the plug 7806 contacts the stack of piezoelectric elements 7804a to 7804d. A mounting fixture applies compressive forces FA1 from a distal end and a compressive force FA2 from a proximal end to compress piezoelectric elements 7804a through 7804d in metal housing 7802 (eg, aluminum). An FS clamping force is applied to the ultrasonic horn/waveguide 7806 to bond the ultrasonic horn/waveguide 7806 to the metal housing 7802 to hold the stack of piezoelectric elements 7804a to 7804d under compression.

[00144] A Figura 21 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 7900 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 7900 inclui um compartimento de metal em formato de U 7902 que define uma abertura em formato de U para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 7904a, 7904b, 7904c, 7904d sob a forma de uma pilha de Langevin. A extremidade distal do compartimento de metal em formato de U 7902 inclui roscas- fêmea 7906 e uma corneta/guia de ondas ultrassônicas 7910 inclui roscas-macho 7908. A corneta/guia de ondas ultrassônicas 7910 é engatada de maneira rosqueável ao compartimento de metal em formato de U 7902. Um acessório de montagem aplica forças de compressão FA1 a partir de uma extremidade distal e uma força de compressão FA2 a partir de uma extremidade proximal para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 7904a a 7904d no compartimento 7902. Uma rosca FT é aplicada à corneta/guia de ondas ultrassônicas 7910 para unir de forma rosqueada a corneta/guia de ondas ultrassônicas 7910 ao compartimento 7902 enquanto a pilha de elementos piezoelétricos 7904a a 7904d está sob compressão.[00144] Figure 21 illustrates a D33 7900 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 7900 includes a U-shaped metal housing 7902 defining a U-shaped opening for receiving a plurality of piezoelectric elements 7904a, 7904b, 7904c, 7904d in the form of a Langevin stack. The distal end of the 7902 U-shaped metal housing includes 7906 female threads and a 7910 ultrasonic horn/waveguide includes 7908 male threads. The 7910 ultrasonic horn/waveguide is threadably engaged to the metal housing at U-shape 7902. A mounting fixture applies compressive forces FA1 from a distal end and a compressive force FA2 from a proximal end to compress stack of piezoelectric elements 7904a to 7904d in housing 7902. An FT thread is applied to the 7910 Ultrasonic Horn/Waveguide to threadably join the 7910 Ultrasonic Horn/Waveguide to the 7902 enclosure while the stack of piezoelectric elements 7904a through 7904d is under compression.

[00145] As Figuras 22A a 22D ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 10000 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10000 inclui um compartimento de metal em formato de U 10008 que define uma abertura 10002 na extremidade proximal do mesmo que é configurada para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 10006a-d sob a forma de uma pilha de Langevin. Um tampão 10004 é inserido na extremidade proximal do compartimento de metal em formato de U 10008 até que o mesmo entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 10006a-d. O tampão 10004 pode ter uma configuração em formato de T, conforme representada na Figura 22A, bordas arredondadas, conforme representado na Figura 22B, uma configuração no formato de I, conforme representado nas Figuras 22B e 22C, uma configuração retangular, conforme representado na Figura 22D, ou qualquer outra configuração adequada. Um acessório de montagem aplica forças de compressão FA1 a partir de uma extremidade distal e FA2 a partir de uma extremidade proximal para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 10006a-d no compartimento 10008. Quando uma força de compressão desejada é obtida (medida, por exemplo, pela tensão da pilha de elementos piezoelétricos 10006a-d), uma ligação 10010 é aplicada nos pontos de interação entre o tampão 10004 e o compartimento 10008 enquanto a pilha de elementos piezoelétricos 10006a-d está sob compressão. O acessório de montagem pode manter as forças de compressão FA1, FA2 até que a ligação 10010 seja suficientemente forte para manter independentemente a força de compressão desejada sobre a pilha dos elementos piezoelétricos 10006a-d. A ligação 10010 pode incluir, por exemplo, uma resina adesiva ou rosca complementar, como é descrito acima em relação à Figura 21. A ligação 10010 pode também ser obtida através de processos de fabricação, incluindo, por exemplo, soldagem ou brasagem. Se o processo para estabelecer ou fabricar a ligação 10010 exigir uma temperatura alta o suficiente para produzir a despolarização nos elementos piezoelétricos 10006a-d, então o transdutor ultrassônico 10000 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00145] Figures 22A to 22D illustrate a D33 10000 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this disclosure. Ultrasonic transducer 10000 includes a U-shaped metal housing 10008 defining an opening 10002 at the proximal end thereof which is configured to receive a plurality of piezoelectric elements 10006a-d in the form of a Langevin cell. A plug 10004 is inserted into the proximal end of the U-shaped metal housing 10008 until it contacts the stack of piezoelectric elements 10006a-d. Plug 10004 can have a T-shaped configuration as shown in Figure 22A, rounded edges as shown in Figure 22B, an I-shaped configuration as shown in Figures 22B and 22C, a rectangular configuration as shown in Figure 22D, or any other suitable configuration. A mounting fixture applies compressive forces FA1 from a distal end and FA2 from a proximal end to compress stack of piezoelectric elements 10006a-d in compartment 10008. When a desired compressive force is achieved (measured, for example , by tensioning the stack of piezoelectric elements 10006a-d), a link 10010 is applied at the points of interaction between the plug 10004 and the housing 10008 while the stack of piezoelectric elements 10006a-d is under compression. The mounting fixture can maintain compressive forces FA1, FA2 until connection 10010 is strong enough to independently maintain the desired compressive force on the stack of piezoelectric elements 10006a-d. Connection 10010 may include, for example, an adhesive resin or complementary thread, as described above in relation to Figure 21. Connection 10010 may also be obtained through manufacturing processes, including, for example, soldering or brazing. If the process for establishing or fabricating bond 10010 requires a temperature high enough to produce depolarization in piezoelectric elements 10006a-d, then ultrasonic transducer 10000 may be polarized or repolarized after assembly.

[00146] A Figura 23 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 10100 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10100 inclui um compartimento de metal em formato de U 10108 que define uma abertura na extremidade distal do mesmo que é configurada para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 10106a-d sob a forma de uma pilha de Langevin. A extremidade proximal 10103 do guia de ondas ultrassônicas 10102, que define um tampão, é inserida na extremidade distal do compartimento de metal em formato de U 10108 até que o mesmo entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 10106a-d. Um acessório de montagem aplica forças de compressão FA1 a partir de uma extremidade distal e FA2 de uma extremidade proximal para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 10106a-d no compartimento 10108. Quando uma força de compressão desejada é obtida (medida, por exemplo, pela tensão da pilha de elementos piezoelétricos 10106a-d), uma ligação 10104 é aplicada nos pontos de interação entre o guia de ondas ultrassônicas 10102 e o compartimento 10108 enquanto a pilha de elementos piezoelétricos 10006a-d está sob compressão. O acessório de montagem pode manter as forças de compressão FA1, FA2 até que a ligação 10104 seja suficientemente forte para manter independentemente a força de compressão desejada sobre a pilha de elementos piezoelétricos 10106a-d. A ligação 10104 pode incluir, por exemplo, uma resina adesiva ou rosca complementar, como é descrito acima em relação à Figura 21. A ligação 10104 pode também ser obtida através de processos de fabricação, incluindo, por exemplo, soldagem ou brasagem. Se o processo para estabelecer ou fabricar a ligação 10104 exigir uma temperatura alta o suficiente para produzir a despolarização nos elementos piezoelétricos 10106a-d, então o transdutor ultrassônico 10100 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem. O guia de ondas ultrassônicas 10102 pode ser construído a partir do mesmo material de metal que o compartimento 10108 ou um material de metal diferente, por exemplo, alumínio.[00146] Figure 23 illustrates a D33 10100 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10100 includes a U-shaped metal housing 10108 defining an aperture at the distal end thereof that is configured to receive a plurality of piezoelectric elements 10106a-d in the form of a Langevin cell. The proximal end 10103 of the ultrasonic waveguide 10102, which defines a plug, is inserted into the distal end of the U-shaped metal housing 10108 until it contacts the stack of piezoelectric elements 10106a-d. A mounting fixture applies compressive forces FA1 from a distal end and FA2 from a proximal end to compress stack of piezoelectric elements 10106a-d in housing 10108. When a desired compressive force is achieved (as measured, for example, by voltage of the stack of piezoelectric elements 10106a-d), a link 10104 is applied at the points of interaction between the ultrasonic waveguide 10102 and the housing 10108 while the stack of piezoelectric elements 10006a-d is under compression. The mounting fixture can maintain compressive forces FA1, FA2 until connection 10104 is strong enough to independently maintain the desired compressive force on stack of piezoelectric elements 10106a-d. Connection 10104 may include, for example, an adhesive resin or complementary thread, as described above in relation to Figure 21. Connection 10104 may also be obtained through manufacturing processes, including, for example, soldering or brazing. If the process for establishing or fabricating bond 10104 requires a temperature high enough to produce depolarization in piezoelectric elements 10106a-d, then ultrasonic transducer 10100 may be polarized or repolarized after assembly. Ultrasonic waveguide 10102 can be constructed from the same metal material as housing 10108 or a different metal material, for example aluminum.

[00147] As Figuras 24A a 22C ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D31 10200 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10200 inclui um compartimento 10202 construído a partir de uma liga com memória de formato, uma placa de base de transdutor 10208 (por exemplo, porção de montagem de transdutor) disposta no interior do compartimento 10202 e um guia de ondas ultrassônicas 10206 que se estende através de uma abertura proximal 10210 do compartimento 10202. A placa de base do transdutor 10208 compreende faces planas em lados opostos para receber elementos piezoelétricos. A liga com memória de formato a partir da qual o compartimento 10202 é construído pode incluir, por exemplo, ligas de CuAlTi e NiTi. Em vários aspectos, a liga com memória de formato do compartimento 10202 tem um formato-padrão 10212 (isto é, um formato ao qual o compartimento 10202 retorna quando aquecido) que é menor que o formato de trabalho do compartimento 10202 (isto é, o formato no qual o compartimento 10202 é utilizado para iniciar a montagem do transdutor ultrassônico 10200), conforme representado na Figura 24C. Em um aspecto, o formato-padrão 10212 do compartimento 10202 é menor tanto axialmente como radialmente a partir do formato de trabalho do compartimento 10202. Em aspectos alternativos, o formato-padrão 10212 pode ser menor em qualquer número de dimensões em comparação com o formato de trabalho do compartimento 10202. As dimensões do formato-padrão 10212 são calculadas para corresponder às dimensões finais desejadas do transdutor ultrassônico 10200, sendo que todos os componentes do transdutor ultrassônico 10200 são operacionalmente acoplados. O compartimento 10202 pode ter uma variedade de formatos como, por exemplo, um formato cilíndrico.[00147] Figures 24A to 22C illustrate an ultrasonic transducer configuration D31 10200 according to an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10200 includes a housing 10202 constructed from a shape memory alloy, a transducer base plate 10208 (e.g., transducer mounting portion) disposed within housing 10202, and an ultrasonic waveguide 10206 that extends through a proximal opening 10210 of housing 10202. Transducer base plate 10208 comprises flat faces on opposite sides for receiving piezoelectric elements. The shape memory alloy from which the housing 10202 is constructed can include, for example, CuAlTi and NiTi alloys. In many respects, the shape memory alloy of pocket 10202 has a standard shape 10212 (that is, a shape that pocket 10202 returns to when heated) that is smaller than the working shape of pocket 10202 (that is, the format in which the compartment 10202 is used to start the assembly of the ultrasonic transducer 10200), as shown in Figure 24C. In one aspect, the standard shape 10212 of the pocket 10202 is smaller both axially and radially from the working shape of the pocket 10202. In alternative aspects, the standard shape 10212 can be smaller in any number of dimensions compared to the shape housing 10202. The dimensions of the standard form factor 10212 are calculated to match the desired final dimensions of the ultrasonic transducer 10200, all components of the ultrasonic transducer 10200 being operatively coupled. Housing 10202 can have a variety of shapes, such as a cylindrical shape.

[00148] O compartimento 10202 inclui uma pluralidade de fendas 10204a, 10204b que são configuradas para receber elementos piezoelétricos através das mesmas. No aspecto mostrado, as fendas 10204a, 10204b são dispostas longitudinalmente no compartimento 10202 e cada fenda 10204a, 10204b se estende ao longo de um lado da placa de base de transdutor 10208 dentro do compartimento 10202. Um elemento piezoelétrico pode ser inserido através de cada uma das fendas 10204a, 10204b de modo que cada elemento piezoelétrico seja posicionado em um lado oposto da placa de base de transdutor em uma configuração D31. Em aspectos alternativos, as fendas podem variar em número e orientação de modo que os elementos piezoelétricos possam ser colocados em configurações alternativas dentro do compartimento 10202, como uma configuração D33. Quando os elementos piezoelétricos estão situados dentro das fendas 10204a, 10204b, o transdutor ultrassônico 10200 é aquecido até uma temperatura que faz com que a liga com memória de formato do compartimento 10202 retorne ao formato-padrão 10212, conforme representado na Figura 24C. À medida que o compartimento 10202 retorna ao seu formato-padrão 10212, o mesmo exerce uma força de compressão axial FA e uma força de compressão radial FR sobre os componentes no mesmo. Um efeito das forças de compressão FA, FR é que os elementos piezoelétricos são colocados de modo seguro em contato com a placa de base de transdutor 10208 e mantidos no lugar em uma configuração D31. Os elementos piezoelétricos podem posteriormente ser eletricamente excitados para induzir vibrações ultrassônicas, conforme descrito acima. Um segundo efeito é que as forças de compressão FA, FR unem o guia de ondas ultrassônicas 10206 à placa de base de transdutor 10208 e mantêm firmemente esses componentes no lugar de modo que vibrações ultrassônicas possam ser transmitidas através da placa de base de transdutor 10208 ao guia de ondas ultrassônicas 10206. Quando montado, esse aspecto do transdutor ultrassônico D31 10200 pode ser utilizado em associação com, por exemplo, um instrumento cirúrgico. Se o processo para aquecer a liga de memória do formato do compartimento 10202 exige uma temperatura alta o suficiente para produzir a despolarização nos elementos piezoelétricos, então o transdutor ultrassônico 10200 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00148] The housing 10202 includes a plurality of slots 10204a, 10204b that are configured to receive piezoelectric elements therethrough. In the aspect shown, slots 10204a, 10204b are disposed longitudinally in housing 10202 and each slot 10204a, 10204b extends along one side of transducer baseplate 10208 within housing 10202. A piezoelectric element can be inserted through each. of slots 10204a, 10204b such that each piezoelectric element is positioned on an opposite side of the transducer base plate in a D31 configuration. In alternative aspects, the slots can vary in number and orientation so that piezoelectric elements can be placed in alternative configurations within housing 10202, such as a D33 configuration. When the piezoelectric elements are located within the slots 10204a, 10204b, the ultrasonic transducer 10200 is heated to a temperature that causes the shape memory alloy in the housing 10202 to return to the standard shape 10212 as shown in Figure 24C. As housing 10202 returns to its default shape 10212, it exerts an axial compressive force FA and a radial compressive force FR on the components therein. One effect of the FA, FR compression forces is that the piezoelectric elements are placed securely in contact with the transducer baseplate 10208 and held in place in a D31 configuration. The piezoelectric elements can subsequently be electrically excited to induce ultrasonic vibrations as described above. A second effect is that the FA, FR compression forces bond the ultrasonic waveguide 10206 to the transducer baseplate 10208 and firmly hold these components in place so that ultrasonic vibrations can be transmitted through the transducer baseplate 10208 to the 10206 ultrasonic waveguide. When assembled, this aspect of the D31 10200 ultrasonic transducer can be used in conjunction with, for example, a surgical instrument. If the process for heating the 10202 housing format memory alloy requires a temperature high enough to produce depolarization in the piezoelectric elements, then the 10200 ultrasonic transducer can be polarized or repolarized after assembly.

[00149] As Figuras 25A a 25C ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 10300 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10300 inclui um compartimento de metal em formato de U 10308 que define uma abertura 10302 na extremidade proximal do mesmo que é configurada para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 10306a-d na forma de uma pilha de Langevin. Um tampão 10304a é inserido na extremidade proximal do compartimento de metal em formato de U 10308 até que o mesmo entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 10306a-d. À medida que o tampão 10304a é inserido no compartimento 10308, a rosca 10312 disposta no tampão 10304a engata a rosca complementar 10310 disposta sobre a superfície interior do compartimento 10308, permitindo que o tampão 10304a seja firmemente apertado contra a pilha de elementos piezoelétricos 10306a- d para exercer uma força de compressão contra a mesma. Quando uma força de compressão desejada é obtida (medida, por exemplo, pela tensão da pilha de elementos piezoelétricos 10306a-d), o aperto do tampão 10304a pode ser interrompido. Quando apertada, a rosca engatada 10310, 10312 manterá o tampão 10304a em posição. Os elementos piezoelétricos 10306a-d podem ser polarizados antes da montagem do transdutor ultrassônico 10300, ou o transdutor ultrassônico 10300 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00149] Figures 25A to 25C illustrate a D33 10300 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10300 includes a U-shaped metal housing 10308 defining an opening 10302 at the proximal end thereof that is configured to receive a plurality of piezoelectric elements 10306a-d in the form of a Langevin cell. A plug 10304a is inserted into the proximal end of the U-shaped metal housing 10308 until it contacts the stack of piezoelectric elements 10306a-d. As plug 10304a is inserted into housing 10308, thread 10312 disposed on plug 10304a engages complementary thread 10310 disposed on the interior surface of housing 10308, allowing plug 10304a to be securely tightened against stack of piezoelectric elements 10306a-d to exert a compressive force against it. When a desired compressive force is obtained (as measured, for example, by the voltage of the stack of piezoelectric elements 10306a-d), tightening of the plug 10304a can be stopped. When tightened, engaged thread 10310, 10312 will hold plug 10304a in position. The piezoelectric elements 10306a-d can be biased before mounting the 10300 ultrasonic transducer, or the 10300 ultrasonic transducer can be biased or repolarized after mounting.

[00150] A Figura 25D ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 10300 de acordo com um aspecto desta descrição. Neste aspecto, o tampão 10304b inclui a rosca 10316 que engata com a rosca complementar 10318 de uma porca 10314. Quando a porca 10314 é engatada de maneira rosqueável ao tampão 10304b, o aperto da porca 10304b faz com que o tampão 10304b seja direcionado para o interior do compartimento 10308 e entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 10306a-d, exercendo uma força de compressão contra a mesma, conforme descrito acima. No aspecto mostrado, o tampão 10304b não tem rosca que engate com a rosca interna do compartimento 10308. Em um aspecto alternativo, o transdutor ultrassônico 10300 pode incluir uma combinação da porca 10314 que engata de maneira rosqueável o tampão 10304b e a rosca do tampão 10312 que engata com a rosca interna 13310 do compartimento 10308, conforme descrito acima em relação às Figuras 25 A a 25C.[00150] Figure 25D illustrates a D33 10300 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. In this regard, plug 10304b includes thread 10316 that engages with the complementary thread 10318 of a nut 10314. When nut 10314 is threadably engaged with plug 10304b, tightening nut 10304b causes plug 10304b to be directed toward the inside the housing 10308 and come into contact with the stack of piezoelectric elements 10306a-d, exerting a compressive force against it, as described above. In the aspect shown, the plug 10304b does not have a thread that engages the internal thread of the housing 10308. In an alternative aspect, the ultrasonic transducer 10300 may include a combination of nut 10314 that threadably engages the plug 10304b and the plug thread 10312 which engages with internal thread 13310 of housing 10308, as described above in connection with Figures 25A through 25C.

[00151] A Figura 25E ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33, de acordo com um aspecto desta descrição. Nesse aspecto, o transdutor ultrassônico 10300 inclui um ou mais prendedores 10322a, 10322b que são configurados para se estender através do compartimento 10308 e engatar o tampão 10304c para manter o tampão 10304c em posição. Os prendedores 10322a, 10322b podem incluir, por exemplo, parafusos que são configurados para engatar de maneira rosqueável o tampão 10304c. Os prendedores 10322a, 10322b podem ser configurados, por exemplo, para se estender longitudinalmente através da extremidade distal do compartimento 10308 até a extremidade proximal para engatar o tampão 10304c. Quando os prendedores 10322a, 10322b são engatados com o tampão 10304c, o aperto dos prendedores 10322a, 10322b faz com que o tampão 10304c entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 10306a-d e exerça uma força de compressão contra a mesma, conforme descrito acima. No aspecto mostrado, o tampão 10304c não tem rosca que engate com a rosca interna do compartimento 10308. Em um aspecto alternativo, o transdutor ultrassônico 10300 pode incluir uma combinação dos prendedores 10322a, 10322b engatando o tampão 10304c e a rosca de tampão 10312 que engata com a rosca interna 13310 do compartimento 10308, conforme descrito acima em relação às Figuras 25A a 25C.[00151] Figure 25E illustrates a D33 ultrasonic transducer configuration, in accordance with an aspect of this description. In this regard, ultrasonic transducer 10300 includes one or more fasteners 10322a, 10322b that are configured to extend through housing 10308 and engage plug 10304c to hold plug 10304c in position. Fasteners 10322a, 10322b may include, for example, screws that are configured to threadably engage plug 10304c. Fasteners 10322a, 10322b can be configured, for example, to extend longitudinally across the distal end of housing 10308 to the proximal end to engage plug 10304c. When fasteners 10322a, 10322b are engaged with plug 10304c, tightening fasteners 10322a, 10322b causes plug 10304c to come into contact with piezoelectric element stack 10306a-d and exert a compressive force against it, as described above. . In the aspect shown, plug 10304c does not have threads that engage with the internal thread of housing 10308. In an alternative aspect, ultrasonic transducer 10300 may include a combination of fasteners 10322a, 10322b engaging plug 10304c, and plug thread 10312 engaging with internal thread 13310 of housing 10308, as described above in connection with Figures 25A through 25C.

[00152] As Figuras 26A a 26D ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D33 e um processo de montagem do mesmo de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10400 inclui um compartimento de metal em formato de U 10408 que define uma abertura 10402 na extremidade proximal do mesmo que é configurada para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 10406a-d sob a forma de uma pilha de Langevin. O compartimento 10408 inclui, ainda, um canal 10410 que se estende longitudinalmente ao longo de cada uma das superfícies opostas que definem a abertura 10402. Um tampão 10404 inclui um par de abas 10412a, 10412b que são configuradas para engatar de maneira deslizante os canais 10410 que se estendem ao longo dos lados internos opostos do compartimento 10408. Conforme representado na Figura 26D, o tampão 10404 é inserido na extremidade proximal do compartimento de metal em formato de U 10408, ao longo dos canais 10410, até que o mesmo entre em contato com a pilha de elementos piezoelétricos 10406a-d. Conforme representado na Figura 26C, um acessório de montagem aplica, então, uma força de compressão F1 ao tampão 10404 para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 10406a-d no compartimento 10008. Quando uma força de compressão desejada é obtida (medida, por exemplo, pela tensão da pilha de elementos piezoelétricos 10406a-d), uma segunda força de compressão F2 é aplicada ao compartimento 10408 enquanto a pilha de elementos piezoelétricos 10406a-d está sob compressão, conforme representado na Figura 26D. A força de compressão F2 deforma os canais 10410 (e as abas 10412a, 10412b situadas nos mesmos), travando o tampão 10404 no lugar. A força de compressão F2 pode ser aplicada, por exemplo, por uma prensa de punção. Os elementos piezoelétricos 10406a-d podem ser polarizados antes da montagem do transdutor ultrassônico 10400, ou o transdutor ultrassônico 10400 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00152] Figures 26A to 26D illustrate a D33 ultrasonic transducer configuration and a process of assembling the same according to an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10400 includes a U-shaped metal housing 10408 that defines an opening 10402 at the proximal end thereof that is configured to receive a plurality of piezoelectric elements 10406a-d in the form of a Langevin cell. Housing 10408 further includes a channel 10410 extending longitudinally along each of the opposing surfaces defining opening 10402. A plug 10404 includes a pair of tabs 10412a, 10412b that are configured to slideably engage channels 10410 that extend along opposite inner sides of housing 10408. As shown in Figure 26D, plug 10404 is inserted into the proximal end of U-shaped metal housing 10408 along channels 10410 until it contacts with the piezoelectric element stack 10406a-d. As shown in Figure 26C, a mounting fixture then applies a compression force F1 to plug 10404 to compress stack of piezoelectric elements 10406a-d in housing 10008. When a desired compression force is achieved (measured, for example, by the tension of stack of piezoelectric elements 10406a-d), a second compressive force F2 is applied to housing 10408 while stack of piezoelectric elements 10406a-d is under compression, as shown in Figure 26D. Compression force F2 deforms channels 10410 (and the tabs 10412a, 10412b located therein), locking plug 10404 in place. The compression force F2 can be applied, for example, by a punch press. The piezoelectric elements 10406a-d can be biased before mounting the ultrasonic transducer 10400, or the ultrasonic transducer 10400 can be biased or repolarized after mounting.

[00153] A Figura 27 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 10500 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10500 inclui um compartimento de metal em formato de U 10508 que define uma abertura 10502 na extremidade proximal do mesmo que é configurada para receber uma placa de base de transdutor 10504 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor) que compreende faces planas em lados opostos para receber os elementos piezoelétricos 10506a-b. Os elementos piezoelétricos 10506a-b podem ser afixados sobre a placa de base do transdutor 10504 através, por exemplo, da camada de epóxi 10518a-b. A placa de base do transdutor 10504 tem uma configuração de modo geral em formato de T, incluindo uma porção longitudinal ou axial 10512 que termina em uma extremidade distal 10514 e uma porção transversal 10510 afixada a uma extremidade proximal da porção axial 10512. Em um aspecto, os elementos piezoelétricos 10506a-b e a porção axial 10512 são dimensionados de modo que formem um encaixe por interferência ou pressão com a superfície interior (ou superfícies interiores) 10524 definindo a abertura 10502 quando a placa de base do transdutor 10504 é inserida na abertura 10502. O encaixe por interferência comprime os elementos piezoelétricos 10506a-b em uma direção axial e/ou radial. Essa compressão prévia dos elementos piezoelétricos 10506a-b melhora o desempenho do transdutor ultrassônico 10500. O compartimento 10508 inclui ainda uma fenda 10516 que é configurada para receber a extremidade distal 10514 da placa de base de transdutor 10504. Em um aspecto, a extremidade distal 10514 e a fenda 10516 são configuradas para engatar em um encaixe por pressão ou interferência. Em um outro aspecto, a extremidade distal 10514 é ligada à fenda 10516 por meio de uma resina adesiva, prendedores, soldagem, brasagem, uma junta de deformação física, ou outro método de fixação. Quando a placa de base de transdutor 10504 é fixada ao compartimento 10508 na maneira descrita, vibrações ultrassônicas geradas pelos elementos piezoelétricos 10506a-b são transmitidas através da placa de base de transdutor 10504 ao guia de ondas ultrassônicas. A porção transversal 10510 da placa de base de transdutor 10504 é configurada para vedar ou tampar a abertura 10502. Em um aspecto, uma ou mais superfícies 10520a-b da porção transversal 10510 são fixadas às superfícies opostas 10522a- b do compartimento 10508 através de uma resina adesiva, prendedores, soldagem, brasagem, uma junta de deformação física, ou outro método de fixação. Os elementos piezoelétricos 10506a-b podem ser polarizados antes da montagem do transdutor ultrassônico 10500, ou o transdutor ultrassônico 10500 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00153] Figure 27 illustrates a D31 10500 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10500 includes a U-shaped metal housing 10508 that defines an opening 10502 at the proximal end thereof that is configured to receive a transducer base plate 10504 (e.g., a transducer mounting portion) that comprises faces flat on opposite sides to receive the piezoelectric elements 10506a-b. The piezoelectric elements 10506a-b can be affixed to the transducer base plate 10504 through, for example, the epoxy layer 10518a-b. Transducer baseplate 10504 has a generally T-shaped configuration, including a longitudinal or axial portion 10512 terminating at a distal end 10514 and a transverse portion 10510 affixed to a proximal end of axial portion 10512. , piezoelectric elements 10506a-b and axial portion 10512 are sized so that they form an interference or pressure fit with interior surface (or interior surfaces) 10524 defining opening 10502 when transducer base plate 10504 is inserted into opening 10502. Interference fit compresses piezoelectric elements 10506a-b in an axial and/or radial direction. This pre-compression of the piezoelectric elements 10506a-b improves the performance of the ultrasonic transducer 10500. The housing 10508 further includes a slot 10516 that is configured to receive the distal end 10514 of the transducer baseplate 10504. In one aspect, the distal end 10514 and slot 10516 are configured to engage in a press fit or interference fit. In another aspect, distal end 10514 is attached to slot 10516 by means of an adhesive resin, fasteners, soldering, brazing, a physical strain joint, or other attachment method. When transducer baseplate 10504 is attached to housing 10508 in the manner described, ultrasonic vibrations generated by piezoelectric elements 10506a-b are transmitted through transducer baseplate 10504 to the ultrasonic waveguide. Cross sectional portion 10510 of transducer baseplate 10504 is configured to seal or plug opening 10502. In one aspect, one or more surfaces 10520a-b of cross sectional portion 10510 are attached to opposing surfaces 10522a-b of housing 10508 through a adhesive resin, fasteners, soldering, brazing, a physical strain joint, or other fastening method. The 10506a-b piezoelectric elements can be biased before mounting the 10500 ultrasonic transducer, or the 10500 ultrasonic transducer can be biased or repolarized after mounting.

[00154] A Figura 28 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D31 10600 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10600 inclui um compartimento de metal 10608 que define uma ou mais reentrâncias 10602 que são configuradas para receber um elemento piezoelétrico 10606a-b em seu interior. As dimensões das reentrâncias 10602 são iguais a uma tolerância estreita às dimensões dos elementos piezoelétricos 10606a-b, de modo que as reentrâncias 10602 mantenham os elementos piezoelétricos 10606a-b fixados no lugar quando os elementos piezoelétricos 10606a-b são inseridos nas mesmas. No aspecto mostrado, o compartimento de metal 10608 inclui uma primeira reentrância 10602 e uma segunda reentrância (não mostrada) disposta em um lado oposto da primeira reentrância 10602. Cada reentrância 10602 inclui uma pluralidade de cavidades 10610 disposta ao longo dos lados da mesma. Cada cavidade 10610 é dimensionada e conformada para receber de modo seguro uma aba correspondente 10604 disposta ao longo das bordas dos elementos piezoelétricos 10606a-b. O compartimento 10608 com as reentrâncias 10602 pode ser fabricado através, por exemplo, de moldagem por injeção de metal.[00154] Figure 28 illustrates a D31 10600 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10600 includes a metal housing 10608 that defines one or more recesses 10602 that are configured to receive a piezoelectric element 10606a-b therein. The dimensions of the recesses 10602 are equal to a close tolerance for the dimensions of the piezoelectric elements 10606a-b, such that the recesses 10602 hold the piezoelectric elements 10606a-b securely in place when the piezoelectric elements 10606a-b are inserted therein. In the aspect shown, the metal housing 10608 includes a first recess 10602 and a second recess (not shown) disposed on an opposite side of the first recess 10602. Each recess 10602 includes a plurality of cavities 10610 disposed along the sides thereof. Each cavity 10610 is sized and shaped to securely receive a corresponding tab 10604 disposed along the edges of the piezoelectric elements 10606a-b. Housing 10608 with recesses 10602 can be manufactured by, for example, metal injection molding.

[00155] Como as dimensões das reentrâncias 10602 são substancialmente iguais às dimensões dos elementos piezoelétricos 10606a-b e as abas 10604 se estendem além do perímetro dos elementos piezoelétricos 10606a-b, os elementos piezoelétricos 10606a-b não podem ser inseridos nas reentrâncias 10602 sob condições padrão. Em um aspecto da montagem do transdutor ultrassônico 10600, o compartimento 10608 é aquecido a uma temperatura que faz com que o material a partir do qual o compartimento 10608 é construído se expanda e/ou se torne maleável. Após o compartimento 10608 ser aquecido até a temperatura adequada, os elementos piezoelétricos 10606a-b são então inseridos nas reentrâncias 10602 de modo que as abas 10604 engatem, cada uma, uma cavidade correspondente 10610. O transdutor ultrassônico montado 10600 é, então, resfriado. Em alguns aspectos, o transdutor ultrassônico 10600 é ainda comprimido à medida que resfria. À medida que o transdutor ultrassônico 10600 resfria (e, opcionalmente, é submetido à compressão externa), as reentrâncias 10602 se comprimem ao redor dos elementos piezoelétricos 10606a-b nas mesmas, fazendo com que as abas 10604 se tornem presas dentro das cavidades 10610 e fixando, assim, os elementos piezoelétricos 10606a- b no lugar. Em aspectos em que o compartimento 10608 é fabricado utilizando moldagem por injeção de metal, os elementos piezoelétricos 10606a-b podem ser inseridos nas reentrâncias 10602 antes do compartimento 10608 ser sinterizado porque o compartimento 10608 encolhe durante o processo de sinterização. Alternativamente, os elementos piezoelétricos 10606a-b podem ser inseridos nas reentrâncias 10602 após o compartimento 10608 ter sido sinterizado, mas antes da etapa de pressão isostática quente no processo de moldagem por injeção de metal à medida que o compartimento 10608 se encolhe durante a etapa de pressão isostática quente. Em um aspecto alternativo, os elementos piezoelétricos 10606a-b, em vez do compartimento 10608, são aquecidos a uma temperatura que torna os elementos piezoelétricos 10606a-b capazes de serem inseridos nas reentrâncias 10602. Quando os elementos piezoelétricos aquecidos 10606a-b são colocados dentro das reentrâncias 10602, o transdutor ultrassônico 10600 é então resfriado conforme descrito acima, com ou sem compressão externa. Se o processo para aquecer o transdutor ultrassônico 10600 exigir uma temperatura alta o suficiente para produzir a despolarização nos elementos piezoelétricos 10606a-b, então o transdutor ultrassônico 10600 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00155] As the dimensions of the recesses 10602 are substantially equal to the dimensions of the piezoelectric elements 10606a-b and the tabs 10604 extend beyond the perimeter of the piezoelectric elements 10606a-b, the piezoelectric elements 10606a-b cannot be inserted into the recesses 10602 under conditions standard. In one aspect of ultrasonic transducer assembly 10600, housing 10608 is heated to a temperature that causes the material from which housing 10608 is constructed to expand and/or become malleable. After compartment 10608 is heated to the proper temperature, piezoelectric elements 10606a-b are then inserted into recesses 10602 such that tabs 10604 each engage a corresponding cavity 10610. Assembled ultrasonic transducer 10600 is then cooled. In some respects, the 10600 ultrasonic transducer is further compressed as it cools. As ultrasonic transducer 10600 cools (and optionally undergoes external compression), recesses 10602 compress around piezoelectric elements 10606a-b therein, causing tabs 10604 to become trapped within cavities 10610 and thereby securing the piezoelectric elements 10606a-b in place. In aspects where housing 10608 is manufactured using metal injection molding, piezoelectric elements 10606a-b may be inserted into recesses 10602 before housing 10608 is sintered because housing 10608 shrinks during the sintering process. Alternatively, piezoelectric elements 10606a-b may be inserted into recesses 10602 after housing 10608 has been sintered, but prior to the hot isostatic pressure step in the metal injection molding process as housing 10608 shrinks during the melting step. hot isostatic pressure. In an alternative aspect, piezoelectric elements 10606a-b, instead of housing 10608, are heated to a temperature that renders piezoelectric elements 10606a-b capable of being inserted into recesses 10602. When heated piezoelectric elements 10606a-b are placed within from recesses 10602, ultrasonic transducer 10600 is then cooled as described above, with or without external compression. If the process for heating the 10600 ultrasonic transducer requires a temperature high enough to produce depolarization in the 10606a-b piezoelectric elements, then the 10600 ultrasonic transducer can be polarized or repolarized after assembly.

[00156] As Figuras 29A e 29B ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D31 10700 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10700 inclui um compartimento de metal 10708 que define uma ou mais aberturas 10702 que se estendem através da mesma. Em um aspecto, a abertura 10702 são orifícios passantes extrudados que se estendem através do compartimento 10708. A abertura 10702 é configurada para receber um elemento piezoelétrico 10706 na mesma. No aspecto mostrado, o transdutor ultrassônico 10700 compreende uma única abertura 10702; entretanto, o transdutor ultrassônico 10700 pode incluir qualquer número de aberturas 10702 e elementos piezoelétricos correspondentes 10706. As dimensões da abertura 10702 são iguais a uma tolerância estreita às dimensões do elemento piezoelétrico 10706, de modo que a abertura 10702 mantenha o elemento piezoelétrico 10706 fixado no lugar quando os elementos piezoelétricos 10706 estão inseridos na mesma. O compartimento 10708 com a abertura (ou aberturas) 10702 pode ser fabricado através, por exemplo, de moldagem por injeção de metal.[00156] Figures 29A and 29B illustrate a D31 10700 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10700 includes a metal housing 10708 defining one or more apertures 10702 extending therethrough. In one aspect, opening 10702 are extruded through holes that extend through housing 10708. Opening 10702 is configured to receive a piezoelectric element 10706 therein. In the aspect shown, the ultrasonic transducer 10700 comprises a single aperture 10702; however, ultrasonic transducer 10700 may include any number of apertures 10702 and corresponding piezoelectric elements 10706. The dimensions of aperture 10702 are equal to a close tolerance to the dimensions of piezoelectric element 10706, such that aperture 10702 holds piezoelectric element 10706 in place. place when the piezoelectric elements 10706 are inserted therein. Housing 10708 with opening (or openings) 10702 can be manufactured by, for example, metal injection molding.

[00157] Em um aspecto da montagem de transdutor ultrassônico 10700, o compartimento 10708 é aquecido a uma temperatura que faz com que o material a partir do qual o compartimento 10708 é construído expanda e/ou se torne maleável. Após o compartimento 10708 ser aquecido até a temperatura adequada, o elemento piezoelétrico 10706 é, então, inserido na abertura 10702. O transdutor ultrassônico montado 10700 é, então, resfriado. Em alguns aspectos, o transdutor ultrassônico 10700 é ainda comprimido à medida que resfria. À medida que o transdutor ultrassônico 10700 resfria (e opcionalmente é submetido à compressão externa), as reentrâncias 10702 comprimem ao redor do elemento piezoelétrico 10706 no mesmo, fixando o elemento piezoelétrico 10706 no lugar devido aos engates por atrito entre a superfície do elemento piezoelétrico 10706 e a superfície da abertura 1702. Em aspectos em que o compartimento 10708 é fabricado utilizando moldagem por injeção de metal, o elemento piezoelétrico 10706 pode ser inserido na abertura 10702, antes do compartimento 10708 ser sinterizado porque o compartimento 10708 encolhe durante o processo de sinterização. Alternativamente, o elemento piezoelétrico 10706 pode ser inserido na abertura 10702 após o compartimento 10708 ter sido sinterizado, mas antes da etapa de pressão isostática quente no processo de moldagem por injeção de metal quando o compartimento 10708 encolhe durante a etapa de pressão isostática quente também. Em um aspecto alternativo, o elemento piezoelétrico 10706, ao invés do compartimento 10708, é aquecido a uma temperatura que torna o elemento piezoelétrico 10706 capaz de ser inserido na abertura 10702. Quando o elemento piezoelétrico aquecido 10706 é colocado dentro da abertura 10702, o processo de montagem do transdutor ultrassônico 10700 é igual ao do aspecto anteriormente mencionado. Se o processo para aquecer o transdutor ultrassônico 10700 exigir uma temperatura alta o suficiente para produzir a despolarização nos elementos piezoelétricos 10706, então, o transdutor ultrassônico 10700 pode ser polarizado ou repolarizado após a montagem.[00157] In one aspect of the ultrasonic transducer assembly 10700, the housing 10708 is heated to a temperature that causes the material from which the housing 10708 is constructed to expand and/or become malleable. After compartment 10708 is heated to the proper temperature, piezoelectric element 10706 is then inserted into opening 10702. Assembled ultrasonic transducer 10700 is then cooled. In some respects, the 10700 ultrasonic transducer is further compressed as it cools. As the ultrasonic transducer 10700 cools (and optionally undergoes external compression), the recesses 10702 compress around the piezoelectric element 10706 in it, securing the piezoelectric element 10706 in place due to frictional engagements between the surface of the piezoelectric element 10706 and the surface of opening 1702. In aspects where housing 10708 is manufactured using metal injection molding, piezoelectric element 10706 may be inserted into opening 10702 before housing 10708 is sintered because housing 10708 shrinks during the sintering process . Alternatively, the piezoelectric element 10706 can be inserted into the opening 10702 after the compartment 10708 has been sintered, but before the hot isostatic pressure step in the metal injection molding process when the compartment 10708 shrinks during the hot isostatic pressure step as well. In an alternative aspect, piezoelectric element 10706, rather than housing 10708, is heated to a temperature that renders piezoelectric element 10706 capable of being inserted into aperture 10702. When heated piezoelectric element 10706 is placed within aperture 10702, the process 10700 ultrasonic transducer mounting hardware is the same as the aforementioned aspect. If the process for heating the 10700 ultrasonic transducer requires a temperature high enough to produce depolarization in the 10706 piezoelectric elements, then the 10700 ultrasonic transducer can be polarized or repolarized after assembly.

[00158] As Figuras 30A a 30D ilustram as configurações de transdutor ultrassônico D31 10800 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10800 inclui uma placa de base de transdutor 10802, uma pluralidade de elementos piezoelétricos 1806a- b ligados a superfícies opostas da placa de base do transdutor 10802 (por exemplo, uma porção de montagem do transdutor) em uma configuração D31 e uma placa de compressão 10808a-b ligada à superfície exterior de cada um dos elementos piezoelétricos 1806a-b. Os vários componentes do transdutor ultrassônico 10800 podem ser ligados um ao outro, por exemplo, por um adesivo de epóxi eletricamente condutivo. No aspecto representado nas Figuras 30A e 30B, a placa de base do transdutor 10802, os elementos piezoelétricos 1806a-b e as placas de compressão 10808a-b incluem uma série de aberturas que são configuradas para se alinhar uma com a outra de modo que um prendedor 10804 possa ser recebido através da mesma quando os componentes são presos em conjunto. O prendedor 10804 inclui, por exemplo, um parafuso que tem uma porca complementar 10810. Em um aspecto alternativo representado nas figuras 30C a 30D, apenas as placas de compressão 10808a-b incluem uma série de aberturas que são configuradas para se alinhar uma com a outra de modo que os prendedores 10804a-b possam ser recebidos através das mesmas quando os componentes são presos em conjunto. Esses prendedores 10804a-b podem, de modo similar, incluir, por exemplo, parafusos que têm porcas complementares 10810a-b. O aperto do prendedor (ou prendedores) 10804 aplica força de compressão adicional ao transdutor ultrassônico 10800, o que pode melhorar o desempenho do transdutor ultrassônico 10800. Em alguns aspectos, as placas de compressão 10808a-b são construídas a partir de um material de metal que pode auxiliar na dissipação de calor do transdutor ultrassônico 10800.[00158] Figures 30A to 30D illustrate the D31 10800 ultrasonic transducer configurations according to an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10800 includes a transducer base plate 10802, a plurality of piezoelectric elements 1806a-b attached to opposing surfaces of the transducer base plate 10802 (e.g., a transducer mounting portion) in a D31 configuration, and a plate compression element 10808a-b attached to the outer surface of each of the piezoelectric elements 1806a-b. The various components of the 10800 ultrasonic transducer can be bonded together, for example, by an electrically conductive epoxy adhesive. 30A and 30B, the transducer base plate 10802, piezoelectric elements 1806a-b, and compression plates 10808a-b include a series of apertures that are configured to align with one another so that a fastener 10804 can be received therethrough when the components are clamped together. Fastener 10804 includes, for example, a screw having a complementary nut 10810. In an alternate aspect depicted in Figures 30C-30D, only compression plates 10808a-b include a series of openings that are configured to align with each other. another so that fasteners 10804a-b can be received therethrough when the components are fastened together. Such fasteners 10804a-b may similarly include, for example, screws having complementary nuts 10810a-b. Squeezing the fastener (or fasteners) 10804 applies additional compression force to the ultrasonic transducer 10800, which can improve the performance of the ultrasonic transducer 10800. In some respects, the compression plates 10808a-b are constructed from a metal material which can help dissipate heat from the 10800 ultrasonic transducer.

[00159] A Figura 31 ilustra uma configuração de transdutor ultrassônico D33 10900 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 10900 inclui um compartimento de metal 10908 que define um interior aberto 10902 que é configurado para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 10906a-d na forma de uma pilha de Langevin. O transdutor ultrassônico 10900 inclui ainda um tampão rosqueado ou haste rosqueada 10904 que se estende através de uma abertura rosqueada 10912 disposta na extremidade proximal do compartimento 10908 para o interior do compartimento 10902. À medida que a haste rosqueada 10904 é apertada, a extremidade distal 10910 da mesma entra em contato com a pilha dos elementos piezoelétricos 10906a-d e aplica uma força de compressão para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 10906a-d no compartimento 10908. Quando uma força de compressão desejada é obtida, a haste rosqueada 10904 será mantida na posição apertada específica devido ao seu engate com a abertura rosqueada 10912. O grau de força de compressão aplicada pela haste rosqueada 10904 pode ser ajustado pelo afrouxamento ou aperto da haste rosqueada 10904 para ajustar a frequência da pilha de elementos piezoelétricos 10906a-d, sem a necessidade de desmontar o transdutor ultrassônico 10900. Em alguns aspectos, o transdutor ultrassônico 10900 pode alternar entre frequências operacionais de acordo com o grau de força de compressão aplicada na pilha de elementos piezoelétricos 10906a d. Quando o transdutor ultrassônico 10900 é utilizado em conjunto com um instrumento cirúrgico, ser capaz de alternar entre frequências operacionais no campo pode permitir que o transdutor ultrassônico 10900 ajuste a efeitos de tecido encontrados pelo instrumento cirúrgico ou a diferentes tipos de atuador de extremidade.[00159] Figure 31 illustrates a D33 10900 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 10900 includes a metal housing 10908 that defines an open interior 10902 that is configured to receive a plurality of piezoelectric elements 10906a-d in the form of a Langevin cell. Ultrasonic transducer 10900 further includes a threaded plug or threaded rod 10904 that extends through a threaded opening 10912 disposed at the proximal end of housing 10908 into housing 10902. As threaded rod 10904 is tightened, distal end 10910 the same contacts the stack of piezoelectric elements 10906a-d and applies a compressive force to compress the stack of piezoelectric elements 10906a-d into housing 10908. When a desired compressive force is achieved, the threaded rod 10904 will be held in position specific tightness due to its engagement with the threaded opening 10912. The degree of compressive force applied by the threaded rod 10904 can be adjusted by loosening or tightening the threaded rod 10904 to adjust the frequency of the stack of piezoelectric elements 10906a-d, without the need for of disassembling the ultrasonic transducer 10900. In some aspects, the ultrasonic transducer 10900 can switch between operating frequencies according to the degree of compression force applied to the stack of piezoelectric elements 10906a d. When the 10900 Ultrasonic Transducer is used in conjunction with a surgical instrument, being able to switch between operating frequencies in the field can allow the 10900 Ultrasonic Transducer to adjust to tissue effects encountered by the surgical instrument or different types of end actuators.

[00160] As Figuras 32A e 32B ilustram as configurações de transdutor ultrassônico D31 11000 que têm múltiplos pares de elementos piezoelétricos de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 11000 inclui uma primeira matriz de transdutores 11002a disposta em uma primeira face da placa de base do transdutor 11008 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor) e uma segunda matriz de transdutores 11002b disposta em uma segunda face, que se opõe à primeira face, da placa de base de transdutor 11008. No aspecto representado na Figura 32A, as matrizes de transdutores 11002a-b são dispostas em uma configuração D31. Cada uma das matrizes de transdutores 11002a-b inclui um primeiro elemento piezoelétrico 11006a e um segundo elemento piezoelétrico 11006b dispostos de modo adjacente um ao outro. No aspecto mostrado, os elementos piezoelétricos 11006a-b são dispostos longitudinalmente em relação ao eixo geométrico longitudinal da placa de base de transdutor 11008. Em outros aspectos, os elementos piezoelétricos 11006a-b são dispostos em outras orientações, como ortogonalmente, em relação à placa de base de transdutor 10008. Em alguns aspectos, os elementos piezoelétricos 11006a-b das matrizes de transdutores opostas 11002a- b são dispostos em pares correlacionados. Em outras palavras, cada um dos elementos piezoelétricos 11006a-b da primeira matriz de transdutores 10002a está alinhado com um elemento piezoelétrico correspondente da segunda matriz de transdutores 11002b. No aspecto mostrado, os elementos piezoelétricos 11006a-b têm formato retangular e a matriz de transdutores 11002a tem formato quadrado.[00160] Figures 32A and 32B illustrate D31 11000 ultrasonic transducer configurations that have multiple pairs of piezoelectric elements in accordance with an aspect of this disclosure. The ultrasonic transducer 11000 includes a first array of transducers 11002a disposed on a first face of the transducer base plate 11008 (e.g., a transducer mounting portion) and a second array of transducers 11002b disposed on a second face, which opposes to the first face of transducer base plate 11008. In the aspect depicted in Figure 32A, transducer arrays 11002a-b are arranged in a D31 configuration. Each of the transducer arrays 11002a-b includes a first piezoelectric element 11006a and a second piezoelectric element 11006b disposed adjacent to one another. In the aspect shown, the piezoelectric elements 11006a-b are disposed longitudinally with respect to the longitudinal axis of the transducer base plate 11008. In other aspects, the piezoelectric elements 11006a-b are disposed in other orientations, such as orthogonally with respect to the plate. of transducer base 10008. In some aspects, piezoelectric elements 11006a-b of opposing transducer arrays 11002a-b are arranged in correlated pairs. In other words, each of the piezoelectric elements 11006a-b of the first transducer array 10002a is aligned with a corresponding piezoelectric element of the second transducer array 11002b. In the aspect shown, the piezoelectric elements 11006a-b are rectangular in shape and the array of transducers 11002a is square in shape.

[00161] No aspecto representado na Figura 32B, a matriz de transdutores 11002c inclui um primeiro elemento piezoelétrico 11006c, um segundo elemento piezoelétrico 11006d, um terceiro elemento piezoelétrico 11006e e um quarto elemento piezoelétrico 11006f dispostos em posição adjacente uns aos outros. Em um aspecto, os elementos piezoelétricos 11006c-f são dispostos simetricamente ao longo de ambos os eixos geométricos x e y da matriz de transdutores plana 11002c. No aspecto mostrado, os elementos piezoelétricos 11006c-f têm formato quadrado e a matriz de transdutores 11002c tem, de modo similar, formato quadrado.[00161] In the aspect shown in Figure 32B, the array of transducers 11002c includes a first piezoelectric element 11006c, a second piezoelectric element 11006d, a third piezoelectric element 11006e and a fourth piezoelectric element 11006f disposed adjacent to each other. In one aspect, piezoelectric elements 11006c-f are arranged symmetrically along both the x and y axes of the flat transducer array 11002c. In the aspect shown, piezoelectric elements 11006c-f are square in shape and transducer array 11002c is similarly square in shape.

[00162] Em vários aspectos, as matrizes de transdutores 11002a-c mostradas nas Figuras 32A e 32B podem ser utilizadas em combinação ou em lugar uma da outra ou em outras matrizes de elementos piezoelétricos. Os elementos piezoelétricos 11006a-f nas matrizes de transdutores segmentadas 11002a-c podem ser individualmente acionadas, possibilitando, assim, que as matrizes de transdutores 11002a-c produzam vibrações não equilibradas. Em aspectos anteriormente discutidos, em que os elementos piezoelétricos nas faces opostas da placa de base de transdutor 11008 são equilibrados um em relação ao outro, o movimento não longitudinal do guia de onda e/ou do atuador de extremidade é indesejável. Entretanto, as matrizes de transdutores segmentadas 11002a-c que podem ser seletivamente ativadas de uma forma assimétrica ou não equilibrada podem produzir dois efeitos desejáveis. Primeiro, caso haja vibração ou flexão indesejada no sistema cirúrgico, então as matrizes de transdutores segmentadas 11002a-c podem ser seletivamente ativadas para compensar vibrações laterais indesejáveis e para retornar o sistema à produção de movimento longitudinal estável. Segundo, em alguns casos o movimento lateral ou torcional do atuador de extremidade é desejado. Portanto, nesses casos, as matrizes de transdutores segmentadas 11002a-c podem ser seletivamente ativadas em uma maneira assimétrica para induzir o movimento não longitudinal desejado no atuador de extremidade. A ativação dos elementos piezoelétricos 11006a-f nas matrizes de transdutores 11002a-c pode ser controlada, por exemplo, pelo controle da quantidade de corrente elétrica aplicada aos elementos piezoelétricos individuais 11006a-f.[00162] In various aspects, the transducer arrays 11002a-c shown in Figures 32A and 32B can be used in combination or in place of one another or in other arrays of piezoelectric elements. The piezoelectric elements 11006a-f in the segmented transducer arrays 11002a-c can be individually driven, thereby enabling the transducer arrays 11002a-c to produce unbalanced vibrations. In previously discussed aspects where piezoelectric elements on opposite faces of transducer base plate 11008 are balanced relative to each other, non-longitudinal motion of the waveguide and/or end actuator is undesirable. However, segmented transducer arrays 11002a-c that can be selectively activated in an asymmetric or unbalanced manner can produce two desirable effects. First, if there is unwanted vibration or bending in the surgical system, then the segmented transducer arrays 11002a-c can be selectively activated to compensate for unwanted lateral vibrations and to return the system to producing stable longitudinal motion. Second, in some cases lateral or torsional movement of the end actuator is desired. Therefore, in such cases, the segmented transducer arrays 11002a-c can be selectively activated in an asymmetrical manner to induce the desired non-longitudinal movement in the end actuator. Activation of piezoelectric elements 11006a-f in transducer arrays 11002a-c can be controlled, for example, by controlling the amount of electrical current applied to individual piezoelectric elements 11006a-f.

[00163] As Figuras 33A a 33C ilustram as configurações de transdutor ultrassônico D31 11100, 11200, 11300 que têm configurações de transdutor piezoelétrico assimetricamente excitáveis 11102, 11202, 11302 de acordo com um aspecto desta descrição. Conforme discutido acima em relação às Figuras 32A e 32B, pode ser vantajoso que os transdutores ultrassônicos sejam capazes de produzir vibrações não equilibradas ou assimétricas em certos casos, como para neutralizar vibrações não longitudinais indesejadas no interior do sistema cirúrgico ou para induzir intencionalmente movimento não longitudinal no atuador de extremidade. Em alguns aspectos, a assimetria pode ser obtida pela disposição assimétrica dos elementos piezoelétricos em relação ao eixo geométrico longitudinal do guia de ondas ultrassônicas. Em outros aspectos, a assimetria pode ser obtida pela disposição simétrica dos elementos piezoelétricos em relação ao eixo geométrico longitudinal do guia de ondas ultrassônicas, mas seletivamente ativáveis em uma maneira assimétrica. Em aspectos em que os transdutores ultrassônicos são capazes de gerar vibrações tanto simétricas quanto assimétricas dependendo da ativação seletiva dos elementos piezoelétricos que consistem na matriz de transdutores, os sistemas cirúrgicos que incorporam os transdutores ultrassônicos podem ser configurados para alternar de forma intercambiável entre os modos de ativação simétricos e assimétricos por ativar (isto é, eletricamente excitar) ou desativar reversivelmente os elementos piezoelétricos individuais.[00163] Figures 33A to 33C illustrate D31 ultrasonic transducer configurations 11100, 11200, 11300 having asymmetrically excitable piezoelectric transducer configurations 11102, 11202, 11302 in accordance with an aspect of this disclosure. As discussed above in relation to Figures 32A and 32B, it may be advantageous for ultrasonic transducers to be able to produce unbalanced or asymmetric vibrations in certain cases, such as to counteract unwanted non-longitudinal vibrations within the surgical system or to intentionally induce non-longitudinal movement. on the end actuator. In some aspects, the asymmetry can be obtained by the asymmetrical arrangement of the piezoelectric elements in relation to the longitudinal geometric axis of the ultrasonic waveguide. In other respects, asymmetry can be achieved by arranging the piezoelectric elements symmetrically with respect to the longitudinal axis of the ultrasonic waveguide, but selectively activatable in an asymmetrical manner. In aspects where ultrasonic transducers are capable of generating both symmetrical and asymmetrical vibrations depending on selective activation of the piezoelectric elements comprising the transducer array, surgical systems incorporating ultrasonic transducers can be configured to switch interchangeably between modes of symmetric and asymmetric activation by reversibly activating (i.e., electrically exciting) or deactivating the individual piezoelectric elements.

[00164] A Figura 33A ilustra uma configuração do transdutor ultrassônico D31 11100 que inclui uma placa de base de transdutor 11108 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor) que compreende faces planas em lados opostos para receber elementos piezoelétricos 11106a-c nas mesmas. Os elementos piezoelétricos 11106a-c são dimensionados, conformados e dispostos assimetricamente em torno do eixo geométrico longitudinal do guia de ondas 11104. O primeiro elemento piezoelétrico 11106a e o terceiro elemento piezoelétrico 11106c são de formato aproximadamente triangular e o segundo elemento piezoelétrico 11106b tem formato irregular. Nesse aspecto, o primeiro elemento piezoelétrico 11106a e o segundo elemento piezoelétrico 11106b são configurados para gerar uma vibração simétrica em torno do eixo geométrico longitudinal do guia de ondas 11104. De modo similar, o primeiro elemento piezoelétrico 11106a e o terceiro elemento piezoelétrico 11106c são configurados para gerar uma vibração simétrica em torno do eixo geométrico longitudinal do guia de ondas 11104. Entretanto, a ativação de todos os três elementos piezoelétricos 11106a-c ou ativação do segundo elemento piezoelétrico 11106b e do terceiro elemento piezoelétrico 11106c é configurada para gerar uma vibração assimétrica devido aos tamanhos, formatos e disposições dos elementos piezoelétricos 11106a-c.[00164] Figure 33A illustrates a configuration of the D31 ultrasonic transducer 11100 that includes a transducer base plate 11108 (for example, a transducer mounting portion) comprising flat faces on opposite sides to receive piezoelectric elements 11106a-c therein . The piezoelectric elements 11106a-c are dimensioned, shaped and arranged asymmetrically about the longitudinal axis of the waveguide 11104. The first piezoelectric element 11106a and the third piezoelectric element 11106c are approximately triangular in shape and the second piezoelectric element 11106b is irregularly shaped . In this regard, the first piezoelectric element 11106a and the second piezoelectric element 11106b are configured to generate a symmetrical vibration about the longitudinal axis of the waveguide 11104. Similarly, the first piezoelectric element 11106a and the third piezoelectric element 11106c are configured to generate a symmetrical vibration about the longitudinal axis of the waveguide 11104. However, activation of all three piezoelectric elements 11106a-c or activation of the second piezoelectric element 11106b and the third piezoelectric element 11106c is configured to generate an asymmetric vibration due to the sizes, shapes and arrangements of the piezoelectric elements 11106a-c.

[00165] A Figura 33B ilustra uma configuração do transdutor ultrassônico D31 11200 que inclui uma placa de base de transdutor 11208 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor) que compreende faces planas em lados opostos para receber elementos piezoelétricos 11206a-c nas mesmas. Os elementos piezoelétricos 11206a-c são dimensionados, conformados e dispostos simetricamente em torno do eixo geométrico longitudinal do guia de ondas 11204, mas podem ser seletivamente ativados para gerar vibrações assimétricas. Especificamente, a ativação de todos os três elementos piezoelétricos 11206a-c ou a ativação do primeiro elemento piezoelétrico 11206a e do terceiro elemento piezoelétrico 11206c são configuradas para gerar vibrações simétricas. Por outro lado, a ativação do segundo elemento piezoelétrico 11206b e um dentre o primeiro elemento piezoelétrico 11206a ou o terceiro elemento piezoelétrico 11206c é configurada para gerar vibrações assimétricas.[00165] Figure 33B illustrates a configuration of the D31 ultrasonic transducer 11200 that includes a transducer base plate 11208 (for example, a transducer mounting portion) comprising flat faces on opposite sides to receive piezoelectric elements 11206a-c therein . Piezoelectric elements 11206a-c are sized, shaped, and arranged symmetrically about the longitudinal axis of waveguide 11204, but can be selectively activated to generate asymmetric vibrations. Specifically, activation of all three piezoelectric elements 11206a-c or activation of the first piezoelectric element 11206a and the third piezoelectric element 11206c are configured to generate symmetrical vibrations. On the other hand, activation of the second piezoelectric element 11206b and one of the first piezoelectric element 11206a or the third piezoelectric element 11206c is configured to generate asymmetric vibrations.

[00166] A Figura 33C ilustra uma configuração do transdutor ultrassônico D31 11300 que inclui uma placa de base de transdutor 11308 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor) que compreende faces planas em lados opostos para receber elementos piezoelétricos 11306a-c nas mesmas. Os elementos piezoelétricos 11306a-c são dimensionados e conformados de forma equivalente entre si, mas são dispostos assimetricamente em torno do eixo geométrico longitudinal do guia de ondas 11304. A ativação do primeiro elemento piezoelétrico 11306a e do segundo elemento piezoelétrico 11306b é configurada para gerar vibrações simétricas; entretanto, a ativação de qualquer outra combinação dos elementos piezoelétricos 11306a-c é configurada para gerar vibrações assimétricas.[00166] Figure 33C illustrates a configuration of the D31 ultrasonic transducer 11300 that includes a transducer base plate 11308 (for example, a transducer mounting portion) comprising flat faces on opposite sides to receive piezoelectric elements 11306a-c therein . The piezoelectric elements 11306a-c are sized and shaped equivalent to each other, but are arranged asymmetrically about the longitudinal axis of the waveguide 11304. The activation of the first piezoelectric element 11306a and the second piezoelectric element 11306b is configured to generate vibrations symmetrical; however, activation of any other combination of piezoelectric elements 11306a-c is configured to generate asymmetric vibrations.

[00167] Deve-se observar que as Figuras 32A a 33C são meramente exemplificadoras e uma variedade de outras configurações de matrizes de transdutores ultrassônicos segmentadas configuradas para gerar vibrações simétricas, vibrações assimétricas ou uma combinação de vibrações simétricas ou vibrações assimétricas são consideradas. Além disso, as descrições de vários aspectos de matrizes de transdutores ultrassônicos que incorporam 2, 3 e 4 elementos piezoelétricos são meramente exemplificadoras. Os ensinamentos da presente invenção são, de modo similar, aplicáveis a matrizes de transdutores ultrassônicos que incorporam mais de 4 elementos piezoelétricos. Ainda ainda, em vários aspectos, os elementos piezoelétricos das matrizes de transdutores ultrassônicos podem ser ativados de maneira síncrona, de maneira assíncrona ou com uma variedade de sinais de ativação de ultrassônicos que podem diferir quanto à frequência, fase ou amplitude.[00167] It should be noted that Figures 32A to 33C are merely exemplary and a variety of other configurations of segmented ultrasonic transducer arrays configured to generate symmetrical vibrations, asymmetrical vibrations or a combination of symmetrical vibrations or asymmetrical vibrations are considered. Furthermore, descriptions of various aspects of ultrasonic transducer arrays incorporating 2, 3, and 4 piezoelectric elements are illustrative only. The teachings of the present invention are similarly applicable to ultrasonic transducer arrays incorporating more than 4 piezoelectric elements. Yet still, in many respects, the piezoelectric elements of ultrasonic transducer arrays can be activated synchronously, asynchronously, or with a variety of ultrasonic activation signals that may differ in frequency, phase, or amplitude.

[00168] As Figuras 34A e 34B ilustram uma configuração de transdutor ultrassônico D31 11400, em que os elementos piezoelétricos 11406a-b são deslocados um em relação ao outro de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 11400 inclui uma placa de base de transdutor 11408 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor), um primeiro elemento piezoelétrico 11406a disposto sobre uma primeira face da placa de base do transdutor 11408 e um segundo elemento piezoelétrico 11406b disposto em uma segunda face oposta à primeira face. O primeiro elemento piezoelétrico 11406a e o segundo elemento piezoelétrico 11406b são longitudinalmente deslocados entre si. Em um aspecto, cada um dos elementos piezoelétricos 11406a-b são posicionados em um nó do conjunto acústico na placa de base de transdutor 11408. Um nó é uma passagem mínima ou zero na onda estacionária de movimento vibratório (isto é, em que o movimento é geralmente mínimo). Portanto, os elementos piezoelétricos 11406a-b são deslocados um do outro por uma distância igual à metade do comprimento de onda (À/2) do conjunto acústico.[00168] Figures 34A and 34B illustrate a D31 ultrasonic transducer configuration 11400, in which the piezoelectric elements 11406a-b are displaced relative to each other according to an aspect of this description. The ultrasonic transducer 11400 includes a transducer base plate 11408 (e.g., a transducer mounting portion), a first piezoelectric element 11406a disposed on a first face of the transducer base plate 11408, and a second piezoelectric element 11406b disposed on a second face opposite the first face. The first piezoelectric element 11406a and the second piezoelectric element 11406b are longitudinally displaced relative to each other. In one aspect, each of the piezoelectric elements 11406a-b are positioned at an acoustic array node on the transducer base plate 11408. A node is a minimum or zero pass in the standing wave of vibratory motion (i.e., where motion is generally minimal). Therefore, the piezoelectric elements 11406a-b are displaced from each other by a distance equal to half the wavelength (A/2) of the acoustic array.

[00169] Em aspectos de transdutores ultrassônicos que incorporam elementos piezoelétricos que são dispostos de uma maneira alinhada (isto é, não são deslocados uns dos outros) na placa de base de transdutor 11408, os transdutores ultrassônicos geram semiondas. Por outro lado, dispor os elementos piezoelétricos 11406a-b de modo que os mesmos sejam deslocados pela metade do comprimento de onda (À/2) do conjunto acústico faz com que o transdutor ultrassónico 11400 gere uma onda completa. Um movimento vibratório de onda completa pode ser utilizado para introduzir movimento não longitudinal em um atuador de extremidade acionado pelo conjunto acústico. O transdutor ultrassônico 11400 pode ainda incorporar um ou mais recursos de equilíbrio configurados para equilibrar ou compensar o movimento de flexão ou o modo de flexão induzidos pela onda completa gerada pelos elementos piezoelétricos deslocados 11406a-b. Se recursos de equilíbrio adicionais forem utilizados para compensar os elementos piezoelétricos deslocados 11406a-b, o transdutor ultrassônico 11400 induz um movimento longitudinal no atuador de extremidade, conforme representado na Figura 34C. Se recursos de equilíbrio não forem utilizados para compensar os elementos piezoelétricos 11406a-b, o transdutor ultrassônico 11400 induz um movimento não longitudinal ou de flexão no atuador de extremidade, conforme representado na Figura 34D. Em alguns aspectos, os recursos de equilíbrio podem ser seletivamente ativáveis, possibilitando que um instrumento cirúrgico que incorpora o transdutor ultrassônico 11400 alterne entre os modos longitudinal e não longitudinal para o atuador de extremidade.[00169] In aspects of ultrasonic transducers that incorporate piezoelectric elements that are arranged in an aligned manner (that is, are not offset from each other) on the transducer base plate 11408, the ultrasonic transducers generate semiwaves. On the other hand, arranging the piezoelectric elements 11406a-b so that they are displaced by half the wavelength (À/2) of the acoustic array causes the ultrasonic transducer 11400 to generate a full wave. A full-wave vibratory motion can be used to introduce non-longitudinal motion into an end actuator driven by the acoustic assembly. Ultrasonic transducer 11400 may further incorporate one or more balancing features configured to balance or compensate for bending motion or bending mode induced by the full wave generated by displaced piezoelectric elements 11406a-b. If additional balancing features are used to compensate for the offset piezoelectric elements 11406a-b, ultrasonic transducer 11400 induces longitudinal motion in the end actuator, as depicted in Figure 34C. If balancing features are not used to compensate for piezoelectric elements 11406a-b, ultrasonic transducer 11400 induces non-longitudinal or flexural movement in the end actuator, as depicted in Figure 34D. In some aspects, the balance features can be selectively activated, allowing a surgical instrument incorporating the 11400 ultrasonic transducer to switch between longitudinal and non-longitudinal modes for the end actuator.

[00170] Deve-se observar que os ensinamentos de qualquer aspecto de um conjunto de transdutor ultrassônico representado como uma arquitetura de transdutor específica, por exemplo, uma arquitetura de transdutor D31 ou uma arquitetura de transdutor D33, são igualmente aplicáveis a transdutores ultrassônicos que utilizam outras configurações, exceto quando especificado em contrário ou se tal ensinamento estiver em conflito com a estrutura da arquitetura de transdutor específica. Por exemplo, os ensinamentos de um aspecto de um conjunto de transdutor ultrassônico representado como uma arquitetura de transdutor D31, como nas Figuras 19A a 23, 25A a 26D e 31 são de modo similar aplicáveis a um conjunto de transdutor D33, como nas Figuras 24A a C, 27 a 30D e 32A a 34B, e vice-versa (a menos que estejam em conflito com a estrutura da arquitetura de transdutor específica).[00170] It should be noted that the teachings of any aspect of an ultrasonic transducer assembly represented as a specific transducer architecture, for example, a D31 transducer architecture or a D33 transducer architecture, are equally applicable to ultrasonic transducers that use other configurations, unless otherwise specified or unless such teaching conflicts with the structure of the specific transducer architecture. For example, the teachings of an aspect of an ultrasonic transducer assembly depicted as a transducer architecture D31, as in Figures 19A to 23, 25A to 26D and 31 are similarly applicable to a transducer assembly D33, as in Figures 24A to C, 27 to 30D, and 32A to 34B, and vice versa (unless conflicting with the structure of the specific transducer architecture).

[00171] As Figuras 35A a 35E e ilustram várias vistas de uma ferramenta cirúrgica 11500 que inclui um guia de ondas 11508 de um instrumento cirúrgico que tem recursos complexos e um processo de fabricação do mesmo de acordo com um aspecto desta descrição. A ferramenta cirúrgica 11500 compreende uma placa de base de transdutor proximal 11506 (por exemplo, uma porção de montagem de transdutor), um atuador de extremidade distal 11502 e uma porção longitudinal ou guia de ondas 11508 que se estende entre os mesmos. Em vários aspectos, o guia de ondas 11508 compreende ainda uma pluralidade de dentes 11504 dispostos ao longo de seu comprimento. Além disso, em vários aspectos, o guia de ondas 11508 é torcido de modo que os dentes 11504 se estendam a partir do eixo geométrico longitudinal do guia de ondas 11508 em uma variedade de ângulos diferentes, conforme representado na Figura 35E.[00171] Figures 35A to 35E illustrate various views of a surgical tool 11500 including a waveguide 11508 of a surgical instrument having complex features and a process for manufacturing the same in accordance with an aspect of this description. Surgical tool 11500 comprises a proximal transducer baseplate 11506 (e.g., a transducer mounting portion), a distal end actuator 11502, and a longitudinal portion or waveguide 11508 extending therebetween. In various aspects, waveguide 11508 further comprises a plurality of teeth 11504 disposed along its length. Furthermore, in various aspects, waveguide 11508 is twisted so that teeth 11504 extend from the longitudinal axis of waveguide 11508 at a variety of different angles, as shown in Figure 35E.

[00172] Para fabricar o instrumento cirúrgico 11500, a primeira etapa é fabricar uma ferramenta cirúrgica de placa plana 11500 que compreende uma pluralidade de dentes 11504, conforme representado nas figuras 35B e 35D. A ferramenta cirúrgica 11500 pode ser fabricada através de uma variedade de processos de fabricação incluindo, por exemplo, moldagem por injeção de metal. Os dentes 11504 podem ser formados no instrumento cirúrgico 11500 através do processo de moldagem por injeção de metal ou através, por exemplo, de formação, usinagem, corte, forjamento, lixamento, polimento, retirada de rebarba, revolução ou qualquer outro processo de fabricação. Em seguida, o guia de ondas 11508 é gradualmente torcido, conforme representado na Figura 35C. O guia de ondas 11508 pode ser torcido através de uma variedade de processos de fabricação incluindo, por exemplo, passar o guia de ondas 11508 através de uma série de matrizes progressivas. A torção pode também ser utilizada para ajustar várias características do guia de ondas 11508, como curvatura, deslocamento, seção de flexão e seções de prender tecido delgado ou afunilado. O guia de ondas 11508 pode ser torcido em qualquer ponto ao longo de seu comprimento. Em um aspecto, o guia de ondas é torcido de modo que os dentes 11504 sejam simetricamente deslocados um do outro (isto é, dentes adjacentes 11504 são angularmente separados por uma quantidade fixa). Nesse aspecto, os dentes angularmente simétricos 11504 geram tanto um movimento longitudinal como um movimento torcional (isto é, não longitudinal) no atuador de extremidade 11502.[00172] To manufacture the surgical instrument 11500, the first step is to manufacture a flat plate surgical tool 11500 comprising a plurality of teeth 11504, as shown in figures 35B and 35D. Surgical tool 11500 can be manufactured through a variety of manufacturing processes including, for example, metal injection molding. The teeth 11504 can be formed on the surgical instrument 11500 through the metal injection molding process or through, for example, forming, machining, cutting, forging, grinding, polishing, deburring, turning, or any other manufacturing process. Then, the waveguide 11508 is gradually twisted, as shown in Figure 35C. Waveguide 11508 can be twisted through a variety of fabrication processes including, for example, passing waveguide 11508 through a series of progressive dies. Twist can also be used to adjust various features of the 11508 waveguide, such as curvature, offset, flex section, and thin or tapered tissue gripping sections. The 11508 waveguide can be twisted at any point along its length. In one aspect, the waveguide is twisted such that teeth 11504 are symmetrically offset from one another (i.e., adjacent teeth 11504 are angularly separated by a fixed amount). In this regard, the angularly symmetrical teeth 11504 generate both longitudinal and torsional (i.e., non-longitudinal) movement in end actuator 11502.

[00173] As Figuras 36A a 36D ilustram várias vistas de uma configuração do transdutor ultrassônico D31 11600 configurado para gerar movimento não longitudinal e componentes do mesmo de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 11600 inclui um compartimento de metal 11608 que inclui uma reentrância 11602 configurada para receber um elemento piezoelétrico cilíndrico 11604 na mesma. O transdutor ultrassônico 11600 compreende ainda um suporte de transdutor cilíndrico 11610 configurado para suportar o elemento cilíndrico 11604 sobre o mesmo e uma pluralidade de eletrodos 11612a- c dispostos ao redor do elemento piezoelétrico 11604. Em um aspecto, os eletrodos 11612a-c são angularmente deslocados entre si por uma quantidade fixa (isto é, os eletrodos 11612a-c angularmente simétricos). O elemento piezoelétrico 11604 pode ser afixado ao suporte de transdutor 11610 por, por exemplo, um epóxi condutivo. O suporte de transdutor 11610 pode ser afixado às paredes laterais interiores da reentrância 11602, sustentando, assim, o elemento piezoelétrico 11604 e os eletrodos 11612a-c dentro da reentrância. Em vários aspectos, cada um dos eletrodos 11612a-c é assimétrico ou desequilibrado em torno pelo menos do eixo geométrico (isto é, x, y ou z), fazendo com que, assim, cada um dos eletrodos 11612a-c tenha um deslocamento de massa líquida. Quando o transdutor ultrassônico 11600 está em uso, os eletrodos angularmente deslocados 11612a-c que são assimetricamente ponderados fazem com que o transdutor ultrassônico 11600 induza tanto um movimento longitudinal como um movimento torcional (isto é, não longitudinal) no atuador de extremidade do instrumento cirúrgico.[00173] Figures 36A to 36D illustrate various views of an ultrasonic transducer configuration D31 11600 configured to generate non-longitudinal movement and components thereof according to an aspect of this description. Ultrasonic transducer 11600 includes a metal housing 11608 that includes a recess 11602 configured to receive a cylindrical piezoelectric element 11604 therein. Ultrasonic transducer 11600 further comprises a cylindrical transducer holder 11610 configured to support cylindrical element 11604 thereon and a plurality of electrodes 11612a-c disposed around piezoelectric element 11604. In one aspect, electrodes 11612a-c are angularly displaced each other by a fixed amount (ie, the angularly symmetrical electrodes 11612a-c). Piezoelectric element 11604 may be affixed to transducer support 11610 by, for example, a conductive epoxy. Transducer holder 11610 may be affixed to the interior side walls of recess 11602, thereby supporting piezoelectric element 11604 and electrodes 11612a-c within the recess. In various respects, each of electrodes 11612a-c is asymmetrical or unbalanced about at least the geometric axis (i.e., x, y, or z), thereby causing each of electrodes 11612a-c to have a displacement of liquid mass. When ultrasonic transducer 11600 is in use, angularly offset electrodes 11612a-c that are asymmetrically weighted cause ultrasonic transducer 11600 to induce both longitudinal and torsional (i.e., non-longitudinal) motion in the end actuator of the surgical instrument. .

[00174] A Figura 37 ilustra uma vista em perspectiva de um conector elétrico 11700 para um gerador de sinal ultrassônico para um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto desta descrição. Vários instrumentos cirúrgicos, como aqueles revelados no pedido de patente U.S. de n° do documento do procurador END7917USNP5/160045-5 intitulado "TISSUE LOADING OF A SURGICAL INSTRUMENT," que está aqui incorporado por referência em sua totalidade, incluem um conector elétrico 11700 que é conectável a um gerador de sinal ultrassônico para acionar os elementos piezoelétricos. O conector elétrico 11700 inclui um primeiro fio 11706a e um segundo fio 11706b dispostos em um lado interno 11704, que é configurado para ser encerrado no interior do compartimento do instrumento cirúrgico e um primeiro pino 11708a e um segundo pino 11708b dispostos no lado externo 11704 que são configurados para serem conectados a um gerador de sinal ultrassônico. O primeiro fio 11706a e o segundo fio 11706b são eletricamente conectados aos elementos piezoelétricos do transdutor ultrassônico e transmitem o sinal gerado pelo gerador de sinal ultrassônico para os mesmos.[00174] Figure 37 illustrates a perspective view of an electrical connector 11700 for an ultrasonic signal generator for a surgical instrument according to an aspect of this description. Various surgical instruments, such as those disclosed in U.S. Patent Application, Attorney's Document No. END7917USNP5/160045-5 entitled "TISSUE LOADING OF A SURGICAL INSTRUMENT," which is incorporated herein by reference in its entirety, include an electrical connector 11700 that it is connectable to an ultrasonic signal generator to drive the piezoelectric elements. Electrical connector 11700 includes a first wire 11706a and a second wire 11706b disposed on an inner side 11704 that is configured to be enclosed within the surgical instrument housing, and a first pin 11708a and a second pin 11708b disposed on an outer side 11704 that are configured to be connected to an ultrasonic signal generator. The first wire 11706a and the second wire 11706b are electrically connected to the piezoelectric elements of the ultrasonic transducer and transmit the signal generated by the ultrasonic signal generator thereto.

[00175] O lado interno 11704 do conector elétrico 1700 tem por objetivo ser vedado contra o ambiente circundante para evitar a entrada de umidade, micróbios e outros contaminantes que podem danificar a função do instrumento cirúrgico ou, de outro modo, representarem riscos de segurança para os operadores e/ou pacientes. Se contaminantes entrarem no compartimento do instrumento cirúrgico, pode ser desejável que o instrumento cirúrgico gere um alarme ou alerta, cesse o funcionamento ou execute alguma outra ação para notificar os operadores do instrumento de que ocorreu um erro. Nesse aspecto, o conector elétrico 11700 compreende uma primeira rota condutiva 11712a e uma segunda rota condutiva 11712b estendendo- se ao longo do lado interno 11704 do conector elétrico 11700 do primeiro fio 11706a e do segundo fio 11706b, respectivamente. As rotas condutivas 11712a-b podem incluir, por exemplo, canais soldados. As rotas condutivas 11712a-b se estendem uma em direção à outra, mas terminam de modo que sejam separadas por um vão que é suficientemente grande para evitar o arco entre as mesmas, mas pequeno o suficiente de modo que uma quantidade relativamente pequena de água possa preencher o vão. Em um aspecto, o vão entre as rotas condutivas 11712a-b é preenchido com um revestimento hidrofílico 11714, conforme representado na Figura 37. Em um outro aspecto, a geometria do conector elétrico 11700 é configurada para canalizar fluido para o vão entre as rotas condutivas 11712a-b (por exemplo, o lado interno 11704 é construído como uma superfície curva com um mínimo local ou global situado no vão). Em qualquer um dos aspectos, se o fluido entrar no compartimento do instrumento cirúrgico, o mesmo é afunilado ou atraído para o vão entre as rotas condutivas 11712a -b. Quando o fluido atinge o vão, isso causa um curto no sistema elétrico. Em um aspecto, o curto-circuito faz com que o instrumento cirúrgico pare de funcionar. Portanto, o instrumento cirúrgico é impedido de ser usado se seu compartimento interno estiver contaminado com umidade. Em um outro aspecto, o curto faz com que o circuito do instrumento cirúrgico gere um sinal de erro, que por sua vez pode ser detectado e fazer com que um alerta ou alarme seja gerado.[00175] The inner side 11704 of the electrical connector 1700 is intended to be sealed against the surrounding environment to prevent the entry of moisture, microbes and other contaminants that may damage the function of the surgical instrument or otherwise pose safety risks to operators and/or patients. If contaminants enter the surgical instrument compartment, it may be desirable for the surgical instrument to generate an alarm or alert, cease operation, or take some other action to notify instrument operators that an error has occurred. In that regard, the electrical connector 11700 comprises a first conductive path 11712a and a second conductive path 11712b extending along the inner side 11704 of the electrical connector 11700 of the first wire 11706a and the second wire 11706b, respectively. Conductive paths 11712a-b may include, for example, soldered channels. Conductive paths 11712a-b extend toward each other, but terminate such that they are separated by a gap that is large enough to avoid the arc between them, but small enough that a relatively small amount of water can pass through them. fill the gap. In one aspect, the gap between the conductive paths 11712a-b is filled with a hydrophilic coating 11714, as depicted in Figure 37. In another aspect, the geometry of the electrical connector 11700 is configured to channel fluid into the gap between the conductive paths 11712a-b (for example, inner side 11704 is constructed as a curved surface with a local or global minimum located across the span). In either aspect, if fluid enters the surgical instrument compartment, it is funneled or drawn into the gap between conductive paths 11712a-b. When fluid hits the gap, it causes a short in the electrical system. In one aspect, the short circuit causes the surgical instrument to stop working. Therefore, the surgical instrument is prevented from being used if its internal compartment is contaminated with moisture. In another aspect, the short causes the surgical instrument circuit to generate an error signal, which in turn can be detected and cause an alert or alarm to be generated.

[00176] As Figuras 38 a 41 ilustram várias vistas de uma configuração de transdutor ultrassônico D33 11800 de acordo com um aspecto desta descrição. O transdutor ultrassônico 11800 inclui um compartimento de metal 11808 que define um interior aberto 11802 que é configurado para receber uma pluralidade de elementos piezoelétricos 11806a-f sob a forma de uma pilha de Langevin. O compartimento 11816 inclui um conector 11816 que é configurado para receber um guia de ondas ultrassônicas. O transdutor ultrassônico 11800 inclui ainda um tampão rosqueado ou haste rosqueada 11804 estendendo-se através de uma abertura rosqueada 11814 disposta na extremidade proximal do compartimento 11808 no interior do compartimento 11802. O transdutor ultrassônico 11800 inclui ainda uma placa 11812 situada entre a pilha de elementos piezoelétricos 11806a-f e a extremidade distal 11810 da haste rosqueada 11804. À medida que a haste rosqueada 11804 é apertada, a extremidade distal 11810 da mesma entra em contato com a placa 11812 e aplica uma força de compressão para comprimir a pilha de elementos piezoelétricos 11806a-f no compartimento 11808. Em vários aspectos, a placa 11812 é construída a partir de um material eletricamente condutivo.[00176] Figures 38 to 41 illustrate various views of a D33 11800 ultrasonic transducer configuration in accordance with an aspect of this description. Ultrasonic transducer 11800 includes a metal housing 11808 defining an open interior 11802 that is configured to receive a plurality of piezoelectric elements 11806a-f in the form of a Langevin cell. Housing 11816 includes a connector 11816 that is configured to receive an ultrasonic waveguide. Ultrasonic transducer 11800 further includes a threaded plug or threaded rod 11804 extending through a threaded opening 11814 disposed at the proximal end of housing 11808 within housing 11802. Ultrasonic transducer 11800 further includes a plate 11812 located between the stack of elements piezoelectric elements 11806a-f and the distal end 11810 of the threaded rod 11804. As the threaded rod 11804 is tightened, the distal end 11810 thereof contacts the plate 11812 and applies a compression force to compress the stack of piezoelectric elements 11806a- f in slot 11808. In many respects, the 11812 card is constructed from an electrically conductive material.

[00177] Quando uma força de compressão desejada é obtida, a haste rosqueada 11804 será mantida na posição apertada específica devido ao seu engate com a abertura rosqueada 11814. O grau de força de compressão aplicado pela haste rosqueada 11804 pode ser ajustado pelo afrouxamento ou aperto da haste rosqueada 11804 para ajustar a frequência da pilha de elementos piezoelétricos 11806a-f, sem a necessidade de desmontar o transdutor ultrassônico 11800. Em alguns aspectos, o transdutor ultrassônico 11800 pode alternar entre frequências operacionais de acordo com o grau de força de compressão aplicada na pilha de elementos piezoelétricos 11806a-d. Quando o transdutor ultrassônico 11800 é utilizado em conjunto com um instrumento cirúrgico, ser capaz de alternar entre frequências operacionais no campo pode possibilitar que o transdutor ultrassônico 11800 se ajuste aos efeitos de tecido encontrados pelo instrumento cirúrgico ou a diferentes tipos de atuador de extremidade.[00177] When a desired compressive force is obtained, the threaded rod 11804 will be kept in the specific tight position due to its engagement with the threaded opening 11814. The degree of compression force applied by the threaded rod 11804 can be adjusted by loosening or tightening of the threaded rod 11804 to adjust the frequency of the stack of piezoelectric elements 11806a-f, without the need to disassemble the ultrasonic transducer 11800. In some respects, the ultrasonic transducer 11800 can switch between operating frequencies according to the degree of compression force applied in the stack of piezoelectric elements 11806a-d. When the 11800 Ultrasonic Transducer is used in conjunction with a surgical instrument, being able to switch between operating frequencies in the field can allow the 11800 Ultrasonic Transducer to adjust to tissue effects encountered by the surgical instrument or different types of end actuators.

[00178] O transdutor ultrassônico 11800 inclui ainda um primeiro fio 11818 e um segundo fio 11820 que são eletricamente acoplados à pilha de elementos piezoelétricos 11806a-f. O primeiro fio 11818 pode ser utilizado para fornecer um primeiro potencial elétrico e o segundo fio 11820 pode ser utilizado para fornecer um segundo potencial elétrico. Em um aspecto, o primeiro potencial elétrico é positivo e o segundo potencial elétrico é terra ou negativo. Em um aspecto, os pontos de conexão 11822a-c do primeiro fio 11818 e os pontos de conexão 11824a-d do segundo fio 11820 são fixados nas junções entre a placa 11812 e cada um dos elementos piezoelétricos 11806a-f, que podem ser conectados, por exemplo, por um adesivo condutivo. Os pontos de conexão 11822a-c do primeiro fio 11818 e os pontos de conexão 11824a-d do segundo fio 11820 podem ser dispostos de modo que se alternem uns com os outros. Em um aspecto, os pontos de conexão 11824a-d do segundo fio 11820, representando a conexão negativa ou terra, podem estar situados nos pontos de conexão externos 11824a, 11824d da pilha de elementos piezoelétricos 11806a-f.[00178] The ultrasonic transducer 11800 further includes a first wire 11818 and a second wire 11820 that are electrically coupled to the stack of piezoelectric elements 11806a-f. First wire 11818 can be used to provide a first electrical potential and second wire 11820 can be used to provide a second electrical potential. In one aspect, the first electric potential is positive and the second electric potential is ground or negative. In one aspect, the connection points 11822a-c of the first wire 11818 and the connection points 11824a-d of the second wire 11820 are attached to the junctions between the board 11812 and each of the piezoelectric elements 11806a-f, which may be connected, for example, by a conductive adhesive. The connection points 11822a-c of the first wire 11818 and the connection points 11824a-d of the second wire 11820 can be arranged so that they alternate with each other. In one aspect, the connection points 11824a-d of the second wire 11820, representing the negative or ground connection, may be located at the outer connection points 11824a, 11824d of the stack of piezoelectric elements 11806a-f.

[00179] Os dispositivos aqui descritos podem ser projetados para que eles sejam descartados após um único uso, ou podem ser projetados para que eles sejam usados múltiplas vezes. Em qualquer um dos casos, entretanto, o dispositivo pode ser recondicionado para reuso após ao menos um uso. O recondicionamento pode incluir qualquer combinação das etapas de desmontagem do dispositivo, seguido de limpeza ou substituição de peças específicas e subsequente remontagem. Em particular, o dispositivo pode ser desmontado e qualquer número de peças ou partes específicas do dispositivo podem ser seletivamente substituídas ou removidas, em qualquer combinação. Mediante a limpeza e/ou substituição de partes específicas, o dispositivo pode ser remontado para uso subsequente na instalação de recondicionamento ou por uma equipe cirúrgica, imediatamente antes de um procedimento cirúrgico. Os versados na técnica entenderão que o recondicionamento de um dispositivo pode usar uma variedade de técnicas para desmontar, limpar/substituir e remontar. O uso dessas técnicas, bem como o resultante dispositivo recondicionado, estão todos dentro do escopo do presente pedido.[00179] The devices described here can be designed so that they are discarded after a single use, or can be designed so that they are used multiple times. In either case, however, the device can be refurbished for reuse after at least one use. Reconditioning can include any combination of the steps of disassembling the device, followed by cleaning or replacing specific parts and subsequent reassembly. In particular, the device can be disassembled and any number of parts or specific parts of the device can be selectively replaced or removed, in any combination. By cleaning and/or replacing specific parts, the device can be reassembled for subsequent use in the refurbishment facility or by a surgical team immediately prior to a surgical procedure. Those skilled in the art will understand that refurbishing a device can use a variety of techniques to disassemble, clean/replace, and reassemble. Use of these techniques, as well as the resulting refurbished device, are all within the scope of this application.

[00180] Embora vários aspectos tenham sido descritos aqui, muitas modificações e variações daqueles aspectos podem ser implementadas. Por exemplo, tipos diferentes de atuadores de extremidade podem ser empregados. Além disso, onde forem revelados materiais para certos componentes, outros materiais podem ser usados. A descrição mencionada anteriormente e as reivindicações seguintes são destinadas a abranger todas essas modificações e variações.[00180] Although several aspects have been described here, many modifications and variations of those aspects can be implemented. For example, different types of end actuators can be employed. In addition, where materials are disclosed for certain components, other materials may be used. The aforementioned description and the following claims are intended to cover all such modifications and variations.

[00181] Qualquer patente, publicação ou outro material de descrição, no todo ou em parte, que seja tido como incorporado a título de referência à presente invenção, é incorporado à presente invenção apenas até o ponto em que os materiais incorporados não entrem em conflito com definições, declarações ou outros materiais de descrição existentes apresentados nesta descrição. Desse modo, e na medida em que for necessário, a descrição como explicitamente aqui apresentada substitui qualquer material conflitante incorporado à presente invenção a título de referência. Qualquer material, ou porção do mesmo, tido como aqui incorporado a título de referência, mas que entre em conflito com as definições, declarações, ou outros materiais de descrição existentes aqui apresentados estará aqui incorporado apenas na medida em que não haja conflito entre o material incorporado e o material de descrição existente.[00181] Any patent, publication or other descriptive material, in whole or in part, which is incorporated by way of reference to the present invention, is incorporated into the present invention only to the extent that the incorporated materials do not conflict with existing definitions, statements or other description material presented in this description. Accordingly, and to the extent necessary, the description as explicitly set forth herein supersedes any conflicting material incorporated into the present invention by way of reference. Any material, or portion thereof, incorporated herein by reference but which conflicts with existing definitions, statements, or other descriptive materials presented herein, is incorporated herein only to the extent that there is no conflict between the material incorporated and existing descriptive material.

[00182] Vários aspectos do assunto aqui descrito são expostos nos seguintes exemplos numerados:[00182] Various aspects of the subject described here are exposed in the following numbered examples:

[00183] Exemplo 1. Conjunto de transdutor ultrassônico comprimido que compreende: um compartimento de metal que define uma abertura; pelo menos dois elementos piezoelétricos dispostos dentro da abertura e comprimidos por uma força de compressão, em que os pelo menos dois elementos piezoelétricos são configurados para funcionar em um modo D33; e um tampão de metal unido ao compartimento de metal para fechar a abertura e para manter os pelo menos dois elementos piezoelétricos em um estado comprimido dentro do compartimento de metal.[00183] Example 1. Compressed ultrasonic transducer assembly comprising: a metal housing defining an opening; at least two piezoelectric elements disposed within the aperture and compressed by a compressive force, wherein the at least two piezoelectric elements are configured to operate in a D33 mode; and a metal plug attached to the metal housing to close the opening and to maintain the at least two piezoelectric elements in a compressed state within the metal housing.

[00184] Exemplo 2. Conjunto de transdutor ultrassônico comprimido, de acordo com o Exemplo 1, que compreende ainda uma junta soldada para unir o tampão de metal ao compartimento de metal.[00184] Example 2. Compressed ultrasonic transducer assembly, according to Example 1, which further comprises a welded joint to join the metal plug to the metal housing.

[00185] Exemplo 3. Conjunto de transdutor ultrassônico comprimido, de acordo com o Exemplo 1 ou o Exemplo 2, que compreende ainda uma junta de epóxi para unir o tampão de metal ao compartimento de metal.[00185] Example 3. Compressed ultrasonic transducer assembly, according to Example 1 or Example 2, which further comprises an epoxy gasket to join the metal plug to the metal housing.

[00186] Exemplo 4. Conjunto de transdutor ultrassônico comprimido, de acordo com um ou mais do Exemplo 1 até o Exemplo 3, em que o compartimento de metal e o tampão de metal compreendem cada uma extremidade rosqueada e o compartimento de metal e o tampão de metal são acoplados de forma rosqueada.[00186] Example 4. Compressed ultrasonic transducer assembly, according to one or more of Example 1 to Example 3, in which the metal housing and the metal plug each comprise a threaded end and the metal housing and the plug of metal are threaded together.

[00187] Exemplo 5. Conjunto de transdutor ultrassônico comprimido, de acordo com um ou mais do Exemplo 1 até o Exemplo 4, que compreende ainda uma junta encalcada para unir o tampão de metal ao compartimento de metal.[00187] Example 5. Compressed ultrasonic transducer assembly, according to one or more of Example 1 to Example 4, which further comprises a pressed joint for joining the metal plug to the metal housing.

[00188] Exemplo 6. Conjunto de transdutor ultrassônico comprimido, de acordo com um ou mais do Exemplo 1 até o Exemplo 5, em que o compartimento de metal tem uma estrutura de metal similar a garfo.[00188] Example 6. Compressed ultrasonic transducer assembly, according to one or more of Example 1 to Example 5, in which the metal housing has a fork-like metal structure.

[00189] Exemplo 7. Instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende: um guia de ondas ultrassônicas; um transdutor ultrassônico montado ao guia de ondas ultrassônicas e configurado para operar em um modo D31, o transdutor ultrassônico compreendendo: um primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica tendo um primeiro lado fixado a um primeiro lado do guia de ondas ultrassônicas por um primeiro material de ligação; e um segundo elemento piezoelétrico de cerâmica tendo um primeiro lado fixado a um segundo lado do guia de ondas ultrassônicas pelo primeiro material de ligação, sendo que o primeiro lado do guia de ondas ultrassônicas é oposto ao segundo lado do guia de ondas ultrassônicas.[00189] Example 7. Ultrasonic surgical instrument comprising: an ultrasonic waveguide; an ultrasonic transducer mounted to the ultrasonic waveguide and configured to operate in a D31 mode, the ultrasonic transducer comprising: a first piezoelectric ceramic element having a first side attached to a first side of the ultrasonic waveguide by a first bonding material; and a second piezoelectric ceramic element having a first side attached to a second side of the ultrasonic waveguide by the first bonding material, wherein the first side of the ultrasonic waveguide is opposite the second side of the ultrasonic waveguide.

[00190] Exemplo 8. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 7, que compreende ainda: uma primeira placa eletricamente condutiva fixada a um segundo lado do primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica por um segundo material de ligação; e uma segunda placa eletricamente condutiva fixada a um segundo lado do segundo elemento piezoelétrico de cerâmica pelo segundo material de ligação.[00190] Example 8. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 7, further comprising: a first electrically conductive plate attached to a second side of the first ceramic piezoelectric element by a second bonding material; and a second electrically conductive plate attached to a second side of the second piezoelectric ceramic element by the second bonding material.

[00191] Exemplo 9. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 7 ou o Exemplo 8, sendo que o primeiro material de ligação é igual ao segundo material de ligação.[00191] Example 9. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 7 or Example 8, where the first bonding material is the same as the second bonding material.

[00192] Exemplo 10. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 8 até o Exemplo 9, em que o primeiro material de ligação é um material de ligação de solda e o segundo material de ligação é um material de ligação de epóxi condutivo.[00192] Example 10. Ultrasonic surgical instrument according to one or more of Example 8 to Example 9, wherein the first bonding material is a solder bonding material and the second bonding material is a solder bonding material conductive epoxy.

[00193] Exemplo 11. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 8 até o Exemplo 10, em que a solda é um material de ligação de liga de solda de metal.[00193] Example 11. Ultrasonic surgical instrument according to one or more of Example 8 to Example 10, wherein the solder is a metal solder alloy bonding material.

[00194] Exemplo 12. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 7 até o Exemplo 11, em que o primeiro material de ligação é um material de ligação de solda.[00194] Example 12. Ultrasonic surgical instrument according to one or more of Example 7 to Example 11, wherein the first bonding material is a solder bonding material.

[00195] Exemplo 13. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 12, em que o material de solda é um material de ligação de liga de solda de metal.[00195] Example 13. Ultrasonic surgical instrument according to Example 12, wherein the solder material is a metal solder alloy bonding material.

[00196] Exemplo 14. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 7 até o Exemplo 13, em que o primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica tem um eixo geométrico de polarização em uma direção a partir do primeiro lado até o segundo lado do primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica e o segundo elemento piezoelétrico de cerâmica tem um eixo de polarização em uma direção a partir do primeiro lado até o segundo lado do segundo elemento piezoelétrico de cerâmica para operar em um modo D31.[00196] Example 14. Ultrasonic surgical instrument, according to one or more of Example 7 to Example 13, in which the first ceramic piezoelectric element has a geometric axis of polarization in a direction from the first side to the second side of the first ceramic piezoelectric element and the second ceramic piezoelectric element have a bias axis in a direction from the first side to the second side of the second ceramic piezoelectric element to operate in a D31 mode.

[00197] Exemplo 15. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 14, em que um eixo geométrico de movimento do guia de ondas ultrassônicas é ortogonal aos eixos geométricos de polarização do primeiro e do segundo elementos piezoelétricos de cerâmica.[00197] Example 15. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 14, in which a geometric axis of movement of the ultrasonic waveguide is orthogonal to the geometric axes of polarization of the first and second ceramic piezoelectric elements.

[00198] Exemplo 16. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 14 até o Exemplo 15, sendo que o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos são não polarizados antes da ligação aos respectivos primeiro e segundo lados do guia de ondas ultrassônicas e são polarizados após o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos serem ligados aos respectivos primeiro e segundo lados do guia de ondas ultrassônicas.[00198] Example 16. Ultrasonic surgical instrument, according to one or more of Example 14 to Example 15, in which the first and second piezoelectric elements are non-polarized before connection to the respective first and second sides of the ultrasonic waveguide and are polarized after the first and second piezoelectric elements are connected to the respective first and second sides of the ultrasonic waveguide.

[00199] Exemplo 17. Instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende: um guia de ondas ultrassônicas que compreende: uma porção de base; primeira e segunda paredes estendendo-se a partir de um lado da porção de base; e primeira e segunda saliências projetando- se a partir da primeira e da segunda paredes correspondentes, sendo que um primeiro espaço é definido entre a primeira saliência e a porção de base e sendo que um segundo espaço é definido entre a segunda saliência e a porção de base; e um transdutor ultrassônico fixado ao guia de ondas ultrassônicas, em que o transdutor ultrassônico compreende pelo menos um elemento piezoelétrico disposto de forma deslizante entre o primeiro e o segundo espaços e fixado nos mesmos.[00199] Example 17. Ultrasonic surgical instrument comprising: an ultrasonic waveguide comprising: a base portion; first and second walls extending from one side of the base portion; and first and second projections projecting from corresponding first and second walls, a first space being defined between the first projection and the base portion and a second space being defined between the second projection and the base portion base; and an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic waveguide, the ultrasonic transducer comprising at least one piezoelectric element slidably disposed between and attached to the first and second spaces.

[00200] Exemplo 18. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 17, em que o pelo menos um elemento piezoelétrico é fixado à porção de base do guia de ondas ultrassônicas por um material de ligação.[00200] Example 18. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 17, in which the at least one piezoelectric element is attached to the base portion of the ultrasonic waveguide by a binding material.

[00201] Exemplo 19. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 17 ou do Exemplo 18, sendo que a primeira e a segunda saliências são inclinadas em direção à porção de base do guia de ondas ultrassônicas para fixar o ao menos um elemento piezoelétrico à porção de base do guia de ondas ultrassônicas.[00201] Example 19. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 17 or Example 18, in which the first and second projections are inclined towards the base portion of the ultrasonic waveguide to fix the at least one piezoelectric element to the base portion of the ultrasonic waveguide.

[00202] Exemplo 20. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 17 até o Exemplo 19, em que o pelo menos um elemento piezoelétrico é fixado à porção de base do guia de ondas ultrassônicas por um material de ligação, e sendo que a primeira e a segunda saliências são inclinadas em direção à porção de base do guia de ondas ultrassônicas para fixar o ao menos um elemento piezoelétrico à porção de base do guia de ondas ultrassônicas em combinação com o material de ligação.[00202] Example 20. Ultrasonic surgical instrument, according to one or more of Example 17 to Example 19, in which the at least one piezoelectric element is attached to the base portion of the ultrasonic waveguide by a bonding material, and wherein the first and second protrusions are angled towards the base portion of the ultrasonic waveguide to secure the at least one piezoelectric element to the base portion of the ultrasonic waveguide in combination with the bonding material.

[00203] Exemplo 21. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 17 até o Exemplo 20, em que o guia de ondas ultrassônicas compreende ainda uma terceira e uma quarta paredes que se estendem a partir de um lado oposto da porção de base; terceira e quarta saliências que se projetam a partir da terceira e quarta paredes correspondentes, sendo que um terceiro espaço é definido entre a terceira saliência e a porção de base e sendo que um quarto espaço é definido entre a quarta saliência e a porção de base.[00203] Example 21. Ultrasonic surgical instrument, according to one or more of Example 17 to Example 20, in which the ultrasonic waveguide further comprises a third and a fourth wall extending from an opposite side of the portion base; third and fourth projections projecting from corresponding third and fourth walls, a third space being defined between the third projection and the base portion and a fourth space being defined between the fourth projection and the base portion.

[00204] Exemplo 22. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 21, em que o transdutor ultrassônico compreende ainda um segundo elemento piezoelétrico disposto de maneira deslizante entre o terceiro e o quarto espaços e fixo no mesmo.[00204] Example 22. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 21, in which the ultrasonic transducer further comprises a second piezoelectric element disposed in a sliding manner between the third and fourth spaces and fixed thereto.

[00205] Exemplo 23. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com o Exemplo 22, em que o segundo elemento piezoelétrico é fixado à porção de base do guia de ondas ultrassônicas por um material de ligação.[00205] Example 23. Ultrasonic surgical instrument, according to Example 22, in which the second piezoelectric element is attached to the base portion of the ultrasonic waveguide by a binding material.

[00206] Exemplo 24. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 22 até o Exemplo 23, sendo que a terceira e a quarta saliências são inclinadas em direção à porção de base do guia de ondas ultrassônicas para fixar o segundo elemento piezoelétrico à porção de base do guia de ondas ultrassônicas.[00206] Example 24. Ultrasonic surgical instrument, according to one or more of Example 22 to Example 23, in which the third and fourth projections are inclined towards the base portion of the ultrasonic waveguide to fix the second element piezoelectric to the base portion of the ultrasonic waveguide.

[00207] Exemplo 25. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com um ou mais do Exemplo 22 até o Exemplo 24, em que o segundo elemento piezoelétrico é fixado à porção de base do guia de ondas ultrassônicas por um material de ligação, e sendo que a terceira e a quarta saliências são inclinadas em direção à porção de base do guia de ondas ultrassônicas para fixar o segundo elemento piezoelétrico à porção de base do guia de ondas ultrassônicas em combinação com o material de ligação.[00207] Example 25. Ultrasonic surgical instrument, according to one or more of Example 22 to Example 24, in which the second piezoelectric element is attached to the base portion of the ultrasonic waveguide by a bonding material, and wherein the third and fourth protrusions are angled towards the base portion of the ultrasonic waveguide to secure the second piezoelectric element to the base portion of the ultrasonic waveguide in combination with the binding material.

[00208] Exemplo 26. Instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende: um guia de ondas ultrassônicas; e um transdutor ultrassônico fixado ao guia de ondas ultrassônicas; sendo que o guia de ondas ultrassônicas compreende uma estrutura similar a diapasão compreendendo: uma forquilha superior; e uma forquilha inferior definindo uma abertura em formato de U entre as mesmas configurada para receber o transdutor ultrassônico no mesmo.[00208] Example 26. Ultrasonic surgical instrument comprising: an ultrasonic waveguide; and an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic waveguide; the ultrasonic waveguide comprising a tuning fork-like structure comprising: an upper yoke; and a lower yoke defining a U-shaped opening therebetween configured to receive the ultrasonic transducer therein.

[00209] Exemplo 27. Instrumento ultrassônico, de acordo com o Exemplo 26, sendo que a forquilha superior da estrutura similar a diapasão define uma abertura para fornecer acesso para uma conexão elétrica ao transdutor ultrassônico.[00209] Example 27. Ultrasonic instrument, according to Example 26, in which the upper fork of the tuning fork-like structure defines an opening to provide access for an electrical connection to the ultrasonic transducer.

[00210] Exemplo 28. Instrumento ultrassônico, de acordo com o Exemplo 26 ou o Exemplo 27, sendo que o transdutor ultrassônico compreende: um elemento piezoelétrico; uma primeira placa eletricamente condutiva fixada a um lado de topo do elemento piezoelétrico por um material de ligação eletricamente condutivo; e uma segunda placa eletricamente condutiva fixada a um lado do topo de fundo do elemento piezoelétrico por um material de ligação eletricamente condutivo.[00210] Example 28. Ultrasonic instrument, according to Example 26 or Example 27, wherein the ultrasonic transducer comprises: a piezoelectric element; a first electrically conductive plate attached to a top side of the piezoelectric element by an electrically conductive bonding material; and a second electrically conductive plate attached to a top and bottom side of the piezoelectric element by an electrically conductive bonding material.

[00211] Exemplo 29. Instrumento ultrassônico, de acordo com o Exemplo 28, que compreende ainda: um material de ligação eletricamente isolante disposto entre a primeira placa eletricamente condutiva e uma superfície interna da forquilha superior; e um material de ligação eletricamente condutivo disposto entre a segunda placa eletricamente condutiva e uma superfície interna da forquilha inferior.[00211] Example 29. Ultrasonic instrument, according to Example 28, further comprising: an electrically insulating bonding material disposed between the first electrically conductive plate and an inner surface of the upper fork; and an electrically conductive bonding material disposed between the second electrically conductive plate and an inner surface of the lower yoke.

Claims (10)

1. Conjunto de transdutor ultrassônico compreendendo: um guia de ondas (7102) metálico que compreende um primeiro lado plano e um segundo lado plano oposto ao primeiro lado plano; um primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) e um segundo elemento piezoelétrico de cerâmica (7104b), o primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) fixado ao guia de ondas (7102) metálico no primeiro lado plano por um primeiro material de ligação (7106a,b) e o segundo elemento piezoelétrico de cerâmica (7104b) fixado ao guia de ondas (7102) metálico no segundo lado plano pelo primeiro material de ligação (7106a,b); caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos de cerâmicas são configurados para funcionar em um modo D31; em que o primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) tem um eixo de polarização em uma direção a partir do primeiro lado plano do guia de ondas (7102) metálico para um lado do primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) oposto ao primeiro lado plano, e o segundo elemento piezoelétrico de cerâmica (7104b) tem um eixo de polarização em uma direção a partir do segundo lado plano para um lado do segundo elemento piezoelétrico de cerâmica (7104b) oposto ao segundo lado plano, para operar no modo D31; e em que o conjunto de transdutor ultrassônico é fabricado de tal modo que o primeiro e o segundo elementos piezoelétricos de cerâmicas sejam despolarizados antes da ligação aos respectivos primeiro e segundo lados do guia de ondas (7102) metálico e sejam polarizados após o primeiro e segundo elementos piezoelétricos de cerâmicas serem ligados aos respectivos primeiro e segundo segundos lados do guia de ondas (7102) metálico.1. An ultrasonic transducer assembly comprising: a metal waveguide (7102) comprising a first flat side and a second flat side opposite the first flat side; a first ceramic piezoelectric element (7104a) and a second ceramic piezoelectric element (7104b), the first ceramic piezoelectric element (7104a) fixed to the metal waveguide (7102) on the first flat side by a first bonding material (7106a) ,b) and the second ceramic piezoelectric element (7104b) fixed to the metal waveguide (7102) on the second flat side by the first bonding material (7106a,b); characterized in that the first and second ceramic piezoelectric elements are configured to operate in a D31 mode; wherein the first piezoelectric ceramic element (7104a) has a bias axis in a direction from the first flat side of the metallic waveguide (7102) to one side of the first piezoelectric ceramic element (7104a) opposite the first flat side , and the second piezoelectric ceramic element (7104b) has a bias axis in a direction from the second flat side to a side of the second piezoelectric ceramic element (7104b) opposite the second flat side, for operating in the D31 mode; and wherein the ultrasonic transducer assembly is manufactured such that the first and second piezoelectric ceramic elements are depolarized prior to attachment to the respective first and second sides of the metallic waveguide (7102) and are polarized after the first and second ceramic piezoelectric elements are attached to respective first and second sides of the metal waveguide (7102). 2. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma primeira placa eletricamente condutiva (7110a) fixada a um segundo lado do primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) por um segundo material de ligação; e uma segunda placa eletricamente condutiva (7110b) fixada a um segundo lado do segundo elemento piezoelétrico de cerâmica (7104b) pelo segundo material de ligação.2. Ultrasonic surgical instrument according to claim 1, characterized in that it further comprises: a first electrically conductive plate (7110a) attached to a second side of the first piezoelectric ceramic element (7104a) by a second bonding material; and a second electrically conductive plate (7110b) secured to a second side of the second piezoelectric ceramic element (7104b) by the second bonding material. 3. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de ligação (7106a,b) é o mesmo que o segundo material de ligação.3. Ultrasonic surgical instrument according to claim 2, characterized in that the first bonding material (7106a,b) is the same as the second bonding material. 4. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de ligação (7106a,b) é um material de ligação de solda e o segundo material de ligação é um material de ligação de epóxi condutivo.4. Ultrasonic surgical instrument according to claim 2, characterized in that the first bonding material (7106a,b) is a solder bonding material and the second bonding material is a conductive epoxy bonding material. 5. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material de ligação de solda é um material de ligação de ligação de liga de solda metálico.5. Ultrasonic surgical instrument according to claim 4, characterized in that the solder bonding material is a metallic solder alloy bonding material. 6. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de ligação (7106a,b) é um material de ligação de liga de solda.6. Ultrasonic surgical instrument according to claim 1, characterized in that the first bonding material (7106a,b) is a solder alloy bonding material. 7. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o material de ligação de solda é um material de ligação de ligação de liga de solda metálico.7. Ultrasonic surgical instrument according to claim 6, characterized in that the solder bonding material is a metallic solder alloy bonding material. 8. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um eixo geométrico de movimento do guia de ondas (7102) metálico é ortogonal aos eixos geométricos de polarização do primeiro e do segundo elementos piezoelétricos de cerâmica.8. Ultrasonic surgical instrument according to claim 1, characterized in that a geometric axis of movement of the metallic waveguide (7102) is orthogonal to the geometric axes of polarization of the first and second piezoelectric ceramic elements. 9. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de ligação (7106a,b) é uma solda de liga metálica, e em que o primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) é ligado ao guia de ondas (7102) metálico usando a solda de liga metálica em um processo de ligação adesiva.9. Ultrasonic surgical instrument, according to claim 1, characterized in that the first connection material (7106a,b) is a metal alloy solder, and in which the first ceramic piezoelectric element (7104a) is connected to the metallic waveguide (7102) using metal alloy solder in an adhesive bonding process. 10. Instrumento cirúrgico ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de ligação (7106a,b) é uma solda de liga metálica, e em que o primeiro elemento piezoelétrico de cerâmica (7104a) é ligado ao guia de ondas (7102) metálico usando a solda de liga metálica em um processo de ligação metalúrgico/químico.10. Ultrasonic surgical instrument, according to claim 1, characterized in that the first connection material (7106a,b) is a metal alloy solder, and in which the first ceramic piezoelectric element (7104a) is connected to the metallic waveguide (7102) using metal alloy solder in a metallurgical/chemical bonding process.
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