BR112019010789B1 - Buzina ultrassônica e sistema ultrassônico - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se , em um aspecto, a uma buzina ultrassônica que inclui um flange proximal (210), uma primeira porção cilíndrica (220) que tem um primeiro diâmetro e é posicionada de maneira distal em relação ao flange proximal, uma segunda porção cilíndrica (230) que inclui um segundo diâmetro e uma extremidade distal, em que a segunda porção cilíndrica está em uma posição localizada de maneira distal em relação à primeira porção cilíndrica e em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro, uma porção afunilada (242) disposta entre a primeira porção cilíndrica e a segunda porção cilíndrica, e uma massa cilíndrica (260) disposta ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica. Em outro aspecto, o sistema ultrassônico compreende uma extremidade em forma de sino, uma buzina ultrassônica conforme descrita acima, uma porção de transdutor disposta entre a extremidade em forma de sino e a buzina ultrassônica e uma fonte de energia ultrassônica para fornecer um sinal elétrico para atuar a porção de transdutor.
Description
[0001] 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 o uso de energia sob a forma de vibrações mecânicas transmitidas a um atuador de extremidade cirúrgico em frequências ultrassônicas. As vibrações ultrassônicas, quando transmitidas a tecido orgânico em níveis de energia adequados e com o uso de um atuador de extremidade adequado, podem ser usadas para cortar, dissecar, elevar ou cauterizar um tecido ou para separar tecido muscular de 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 onda e para o atuador de extremidade cirúrgico. Tais instrumentos podem ser usados para procedimentos abertos ou procedimentos minimamente invasivos, tais como procedimentos laparoscópicos ou endoscópicos, em que o atuador de extremidade é passado através de um trocarte para alcançar o local cirúrgico.
[0002] A ativação ou excitação do atuador de extremidade (por exemplo, lâmina de corte) de tais instrumentos em frequências ultrassônicas induz movimento vibratório longitudinal que gera calor localizado dentro do tecido adjacente. Devido à natureza dos instrumentos ultrassônicos, um atuador de extremidade ultrassonicamente atuado particular pode ser projetado para realizar inúmeras funções, incluindo, por exemplo, corte e coagulação. A vibração ultrassônica é induzida no atuador de extremidade cirúrgico excitando-se eletricamente um transdutor, por exemplo. O transdutor pode ser construído 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 ultrassônico que se estende 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 preso a um transdutor, a frequência de sistema geral é a mesma frequência que a do próprio transdutor.
[0003] A amplitude da vibração ultrassônica longitudinal na ponta, d, do atuador de extremidade se comporta como um sinusoide simples na frequência de ressonância conforme dado por: onde: w = a frequência em radianos que é igual a 2π vezes a frequência cíclica, f; e A = a amplitude zero a pico.
[0004] O desvio longitudinal da ponta do atuador de extremidade é definido como a amplitude de 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 ao desvio longitudinal, pode cortar e/ou coagular tecido. O documento de Patente n° US 6.283.981, que foi concedido em 4 de setembro de 2001 e é intitulado METHOD OF BALANCING ASYMMETRIC ULTRASONIC SURGICAL BLADES; O documento de Patente n° US 6.309.400, que foi concedido em 30 de outubro de 2001 e é intitulado CURVED ULTRASONIC WAVEGUIDE HAVING A TRAPEZOIDAL CROSS SECTION; e o documento de Patente n° US 6.436.115, que foi concedido em 20 de agosto de 2002 e é intitulado BALANCED ULTRASONIC BLADE INCLUDING A PLURALITY OF BALANCE ASYMMETRIES, cujas revelações estão incorporadas no presente documento a título de referência, as quais revelam vários instrumentos cirúrgicos ultrassônicos.
[0005] Pode ser reconhecido que a eficácia de um instrument cirúrgico ultrassônico pode ser relacionada, em parte, à quantidade da excursão longitudinal da ponta de atuador de extremidade. Um instrumento cirúrgico ultrassônico que tem uma ponta de atuador de extremidade capaz de uma grande excursão longitudinal pode realizar mais trabalho durante um procedimento cirúrgico. Consequentemente, pode ser útil projetar componentes do instrumento cirúrgico ultrassônico para maximizar a excursão potencial da ponta de atuador de extremidade. Ainda, devido ao fato de que pode haver algum erro na frequência de acionamento produzido pela Fonte de energia usada para alimentar o instrumento cirúrgico ultrassônico transdutor, ele pode ainda ser útil projetar componentes do instrumento cirúrgico ultrassônico que pode aumentar a tolerância do dispositivo a tais erros de frequência.
[0006] 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 ondas ultrassônicas, se estender ao longo do eixo geométrico longitudinal e ser acoplado ao transdutor. Em vários aspectos, a ferramenta cirúrgica inclui um corpo que tem uma extremidade proximal e uma extremidade distal, em 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.
[0007] Em um aspecto geral, um instrumento cirúrgico ultrassônico pode compreender uma buzina ultrassônica compreendendo: um flange proximal; uma primeira porção cilíndrica que tem um primeiro diâmetro e é posicionada de maneira distal em relação ao flange proximal; uma segunda porção cilíndrica que compreende um segundo diâmetro e uma extremidade distal, em que a segunda porção cilíndrica está em uma posição localizada de maneira distal em relação à primeira porção cilíndrica e em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; a porção afunilada está disposta entre a primeira porção cilíndrica e a segunda porção cilíndrica; e uma massa cilíndrica disposta ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica.
[0008] Em um aspecto geral, um sistema ultrassônico pode compreender: uma extremidade em forma de sino; uma buzina ultrassônica, em que a buzina ultrassônica compreende: um flange proximal; uma primeira porção cilíndrica que tem um primeiro diâmetro e é posicionada de maneira distal em relação ao flange proximal; uma segunda porção cilíndrica que compreende um segundo diâmetro e uma extremidade distal, em que a segunda porção cilíndrica está em uma posição localizada de maneira distal em relação à primeira porção cilíndrica e em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; a porção afunilada está disposta entre a primeira porção cilíndrica e a segunda porção cilíndrica; e uma massa cilíndrica disposta ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica; uma porção de transdutor disposta entre a extremidade em forma de sino e a buzina ultrassônica; e uma fonte de energia ultrassônica configurada para fornecer um sinal elétrico que tem um componente de frequência predeterminado para atuar a porção de transdutor.
[0009] Os recursos de vários aspectos são apresentados com particularidade nas concretizações. Os vários aspectos, no entanto, no que se refere tanto à organização quanto aos métodos de operação, juntamente com objetos e vantagens adicionais dos mesmos, podem ser melhor compreendidos em referência à descrição apresentada a seguir, considerada em conjunto com os desenhos em anexo, como a seguir.
[0010] A Figura 1 ilustra um aspecto de um sistema de instrument cirúrgico ultrassônico.
[0011] As Figuras de 2A a 2D ilustram aspectos de um transdutor ultrassônico.
[0012] As Figuras de 3 a 7 ilustram aspectos de um efeito de formato e/ou geometria de transdutor ultrassônico sobre a amplitude de um deslocamento axial de porções do transdutor ultrassônico.
[0013] As Figuras de 8 a 16 são gráficos do efeito de components de aspectos de uma buzina transdutora ultrassônica na margem de fase, deslocamento e impedância de um transdutor ultrassônico.
[0014] A Figura 17 ilustra um aspecto de uma buzina transdutora ultrassônica 10.
[0015] A Figura 18 é um gráfico de impedância vs. frequência em função do aspecto de uma buzina transdutora ultrassônica representada na Figura 17.
[0016] A Figura 19 ilustra um segundo aspecto de um sistema ultrassônico 10.
[0017] A Figura 20 é um gráfico de frequência vs. impedância de um aspecto de uma buzina transdutora ultrassônica representada na Figura 19.
[0018] A Figura 21 ilustra um terceiro aspecto de uma buzina transdutora ultrassônica.
[0019] A Figura 22 é um gráfico de impedância vs. frequência do aspecto de uma buzina transdutora ultrassônica representada na Figura 21.
[0020] Antes de explicar vários aspectos em detalhes, deve-se observar que tais aspectos não são limitados, em termos de suas aplicações ou usos, aos detalhes de construção e disposição de partes ilustradas nos desenhos e na descrição em anexo. Os aspectos ilustrativos podem ser implementados ou incorporados em outros aspectos, variações e modificações, e podem ser praticados ou executados de várias maneiras. Por exemplo, os instrumentos cirúrgicos descritos abaixo são apenas ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo ou aplicação dos mesmos. Além disso, a menos que seja indicado de outra forma, os termos e expressões empregados no presente documento foram escolhidos com o propósito de descrever os aspectos ilustrativos para a conveniência do leitor e não para limitar o escopo dos mesmos.
[0021] Determinados aspectos exemplificativos serão descritos agora para fornecer um entendimento geral dos princípios da estrutura, função, fabricação e uso dos dispositivos e métodos descritos no presente documento. Um ou mais exemplos desses aspectos estão ilustrados nos desenhos em anexo. Os versados na técnica entenderão que os dispositivos e os métodos especificamente descritos no presente documento e ilustrados nos desenhos em anexo são aspectos exemplificativos sem limitação, e que o escopo dos vários aspectos é definido apenas pelas concretizações. As características ilustradas ou descritas em relação a um aspecto exemplificador podem ser combinadas com as características de outros aspectos. Essas modificações e variações são destinadas a serem incluídas no escopo das concretizações.
[0022] Vários aspectos descritos no presente documento se referem, em geral, a instrumentos cirúrgicos ultrassônicos e lâminas para uso com os mesmos. Exemplos de instrumentos cirúrgicos ultrassônicos e lâminas são descritos nos documentos de Patente n° 5.322.055; 5.954.736; 6.309.400; 6.278.218; 6.283.981; 6.325.811; e 8.319.400, em que as revelações inteiras estão incorporadas a título de referência no presente documento.
[0023] O termo "margem de fase" (PM), como usado aqui, é a diferença de frequência entre a frequência antirressonante (fa) e uma frequência ressonante (fr) de um transdutor piezoelétrico. Em um exemplo não limitador, fr pode ser determinada como a frequência em um rebaixo de um gráfico de impedância vs. frequência do transdutor piezoelétrico. De modo similar, fa pode ser determinada como a frequência em um pico de um gráfico de impedância vs. frequência do transdutor piezoelétrico. Portanto, PM é igual a fa - fr do transdutor piezoelétrico.
[0024] A abreviação "OD" para uso na presente invenção é o diâmetro externo de um componente do transdutor ultrassônico. Mais especificamente, OD pode se referir ao diâmetro externo de um anel ou massa cilíndrica associada a uma buzina ultrassônica do transdutor ultrassônico.
[0025] De acordo com vários aspectos, um instrument 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 nos quais é desejável remover osso e/ou tecido cortical ao mesmo tempo em que se 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 determinadas circunstâncias, uma lâmina, de acordo com vários aspectos, pode ser útil para cortar e cauterizar simultânea e 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 espinha, especialmente para auxiliar no acesso posterior na remoção de músculo do osso.
[0026] 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 alojamento 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 extremidade em formato de sino 20, e um segundo ressonador ou frente em formato de sino 22, bem como componentes auxiliares. Em vários aspectos, o transdutor ultrassônico 14 é preferencialmente um número inteiro de comprimentos de onda de sistema em metade (nÀ/2) em comprimento, conforme será descrito em mais detalhes abaixo. Um conjunto acústico 24 pode incluir o transdutor ultrassônico 14, uma montagem 26, um transformador de velocidade 28 e uma superfície 30.
[0027] Será reconhecido que os termos "proximal" e "distal" são usados no presente documento com referência a uma prisão do conjunto de peça manual 60 por um médico. Assim, o atuador de extremidade 50 é distal em relação ao conjunto de peça manual mais proximal 60. Será reconhecido ainda que, por uma questão de conveniência e clareza, termos espaciais, tais como "topo" e "fundo", também são usados no presente documento em relação à prisão do conjunto de peça manual 60 pelo médico. Entretanto, os instrumentos cirúrgicos são usados em muitas orientações e posições, e tais termos não se destinam a serem limitadores e absolutos.
[0028] A extremidade distal da extremidade em formato de sino 20 está conectada à extremidade proximal da porção de transdução 18, e a extremidade proximal da frente em formato de sino 22 está conectada à extremidade distal da porção de transdução 18. A frente em formato de sino 22 e a extremidade em formato de sino 20 têm um comprimento determinado por várias variáveis, inclusive uma espessura da porção de transdução 18, a densidade e o módulo de elasticidade do material usado para fabricar a extremidade em formato de sino 20 e a frente em formato de sino 22, e a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico 14. A frente em formato de sino 22 pode ser afunilada para dentro, a partir de sua extremidade proximal até sua extremidade distal, para amplificar a amplitude da vibração ultrassônica do transformador de velocidade 28 ou, alternativamente, a frente em formato de sino 22 pode não ter amplificação.
[0029] Novamente com referência à Figura 1, a extremidade em formato de sino 20 pode incluir um membro rosqueado que se estende a partir da mesma que pode ser configurado para ser engatado de maneira rosqueável com uma abertura rosqueada na frente em formato de sino 22. Em vários aspectos, elementos piezoelétricos, tais como elementos piezoelétricos 32, por exemplo, podem ser comprimidos entre a extremidade em formato de sino 20 e frente em formato de sino 22 quando a extremidade em formato de sino 20 e frente em formato de sino 22 são montadas juntas. Pode ser reconhecido que compactação adequada dos elementos piezoelétricos 32 entre a frente em formato de sino 22 e a extremidade em formato de sino 20 podem ser úteis para assegurar a qualidade do acoplamento mecânico entre os elementos piezoelétricos 32 e frente em formato de sino 22. Um bom acoplamento mecânico pode otimizar a transmissão do movimento induzido nos elementos piezoelétricos 32 por um campo elétrico para dentro dos componentes distais do sistema ultrassônico 10. Em alguns aspectos, compactação adequada pode ser obtida mediante o uso de uma ferramenta de torque (como uma chave dinamométrica) aplicada à frente em formato de sino 22 durante a fabricação da porção de transdução 18. Os elementos piezoelétricos 32 podem ser fabricados a partir de qualquer material adequado, tal como, por exemplo, titanato de zirconato de chumbo, meta-niobato de chumbo, titanato de chumbo e/ou qualquer material de cerâmica ou cristal piezoelétrico adequado, por exemplo.
[0030] Em vários aspectos, conforme abordado com mais detalhes abaixo, o transdutor 14 pode compreender ainda eletrodos, tais 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 dentre os eletrodos positivos 34, eletrodos negativos 36 e os elementos piezoelétricos 32 pode compreender um orifício que se estende através do centro que pode ser configurado para receber a extremidade em formato de sino 20 rosqueada. Em vários aspectos, os eletrodos positivo e negativo 34 e 36 são eletricamente acoplados aos fios 38 e 40, respectivamente, em 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.
[0031] Em diversos aspectos, o transdutor ultrassônico 14 do conjunto acústico 24 converte o sinal elétrico proveniente do gerador de sinal ultrassônico 12 em energia mecânica que resulta primariamente em um movimento vibratório longitudinal do transdutor ultrassônico 24 e do atuador de extremidade 50 em frequências ultrassônicas. Um gerador adequado está disponível sob o número de modelo GEN11, junto à Ethicon Endo-Surgery, 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 vibratória adequada pode ser de cerca de 20 Hz a 120 kHz e uma faixa de frequência vibratória adequada pode ser de cerca de 30 a 70 kHz e uma frequência vibratória operacional exemplificativa pode ser de aproximadamente 50 kHz.
[0032] 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 o movimento vibratório é medido. Uma passagem por valor mínimo ou zero na onda estacionária de movimento vibratório é geralmente denominada um nó (isto é, onde o movimento é normalmente mínimo), e um máximo ou pico de valor absoluto na onda estacionária é geralmente denominado um antinó (isto é, 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).
[0033] Como ressaltado acima, os fios 38 e 40 transmitem um sinal elétrico proveniente do gerador de sinal ultrassônico 12 para os eletrodos positivos 34 e 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 acústica estacionária no conjunto acústico 24. O sinal elétrico causa perturbações nos elementos piezoelétricos 32 sob a forma de pequenos deslocamentos repetidos, que resultam em grandes forças de compressão dentro 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.
[0034] Em vários aspectos, a energia ultrassônica produzida pelo transdutor 14 pode ser transmitida através do conjunto acústico 24 ao atuador de extremidade 50 através de um guia de onda de transmissão ultrassônica 46. Para que o conjunto acústico 24 distribua energia ao 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, tal como um prisioneiro 48.
[0035] Os componentes do conjunto acústico 24 podem ser acusticamente sintonizados de modo que o comprimento de qualquer conjunto seja um número integral de metade dos comprimentos de onda (nÀ/2), onde o comprimento de onda À é o comprimento de onda de uma frequência de acionamento de vibração longitudinal pré- selecionada funcional fd do conjunto acústico 24, e em que n é qualquer inteiro positivo. Também é contemplado que o conjunto acústico 24 pode incorporar qualquer disposição adequada de elementos acústicos.
[0036] O atuador de extremidade ultrassônico 50 pode ter um comprimento substancialmente igual a um número inteiro múltiplo dos comprimentos de onda de metade do sistema (À/2). Uma extremidade distal 52 do atuador de extremidade ultrassônico 50 pode estar disposta em, ou pelo menos próxima a um antinó, de modo a fornecer o curso longitudinal máximo, ou pelo menos quase máximo, da extremidade distal. Quando o conjunto de transdutor é energizado, em vários aspectos, a extremidade distal 52 do atuador de extremidade ultrassônico 50 pode ser configurada para se mover na faixa de, por exemplo, aproximadamente de 10 a 500 mícrons de pico a pico e, preferencialmente, na faixa de aproximadamente de 30 a 150 mícrons a uma frequência vibratória predeterminada.
[0037] Conforme definido 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 ultrassônica 46, conforme ilustrados, são formados como uma construção de unidade única a partir de um material adequado para a transmissão de energia ultrassônica, tal como, por exemplo, Ti6AI4V (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 ter composição diferente) do guia de ondas de transmissão ultrassônica 46, e ser acoplado, por exemplo, por um prisioneiro, solda, cola, conexão rápida ou outros métodos conhecidos adequados. O guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 pode ter um comprimento substancialmente igual a um número inteiro de comprimentos de onda de metade do sistema (À/2), por exemplo. O guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 pode ser preferencialmente fabricado a partir de um eixo de acionamento de núcleo sólido construído de material que propaga energia ultrassônica de maneira eficiente, tal como liga de titânio (isto é, Ti6Al4V) ou uma liga de alumínio, por exemplo.
[0038] No aspecto ilustrado na Figura 1, o guia de ondas de transmissão ultrassônica 46 compreende uma pluralidade de anéis de silicone estabilizantes ou suportes compatíveis 56 posicionados em, ou pelo menos próximos a uma pluralidade de nós. Os anéis de silicone 56 podem amortecer a vibração indesejável e isolar a energia ultrassônica de uma bainha 58 que cerca pelo menos parcialmente o guia de onda 46, desse modo, se assegura o fluxo de energia ultrassônica em uma direção longitudinal até a extremidade distal 52 do atuador de extremidade 50, com máxima eficiência.
[0039] Conforme mostrado na Figura 1, a bainha 58 pode ser acoplada à extremidade distal do conjunto de peça manual 60. A bainha 58 inclui, em geral, um adaptador ou cone nasal 62 e um membro tubular alongado 64. O membro tubular 64 é preso a 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 na extremidade distal do alojamento 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 na mesma. Em vários aspectos, o adaptador 62 da bainha 58 é, preferencialmente, construído a partir de Ultem®, por exemplo, e o membro 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, ao redor do mesmo, de modo a isolá-lo do contato externo.
[0040] Conforme descrito acima, uma tensão, ou fonte de alimentação, pode ser operacionalmente acoplada a um ou mais dos elementos piezoelétricos de um transdutor, em 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 cíclico a uma frequência que é igual ou quase igual à frequência de ressonância do sistema de componentes que compreende o transdutor 14, a guia de ondas 46 e o atuador de extremidade 50, por exemplo. Em vários aspectos, no entanto, determinados elementos piezoelétricos dentro do transdutor podem contribuir mais para a onda estacionária de vibrações longitudinais do que outros elementos piezoelétricos dentro do transdutor. Mais particularmente, um perfil de deformação longitudinal pode se desenvolver dentro de um transdutor, em que o perfil de deformação pode controlar, ou limitar, os deslocamentos longitudinais que alguns dos elementos piezoelétricos podem contribuir para a onda estacionária de vibrações, especialmente quando o sistema é vibrado em ou está próximo à sua frequência de ressonância.
[0041] Conforme descrito acima, uma tensão, ou fonte de alimentação, pode ser operacionalmente acoplada a um ou mais dos elementos piezoelétricos de um transdutor, em 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 cíclico a uma frequência que é igual ou quase igual à frequência de ressonância do sistema de componentes que compreende o transdutor 14, a guia de ondas 46 e o atuador de extremidade 50, por exemplo. Em vários aspectos, no entanto, determinados elementos piezoelétricos dentro do transdutor podem contribuir mais para a onda estacionária de vibrações longitudinais do que outros elementos piezoelétricos dentro do transdutor. Mais particularmente, um perfil de deformação longitudinal pode se desenvolver dentro de um transdutor, em que o perfil de deformação pode controlar, ou limitar, os deslocamentos longitudinais que alguns dos elementos piezoelétricos podem contribuir para a onda estacionária de vibrações, especialmente quando o sistema é vibrado em ou está próximo à sua frequência de ressonância.
[0042] 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 oriundas dos elementos piezoelétricos 32 através da guia de ondas 46 ao atuador de extremidade 50. Os elementos adicionais que compreendem o conjunto acústico 24 podem adicionar custos de fabricação, etapas de fabricação e complexidade adicionais ao sistema. São descritos 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.
[0043] 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 (juntos, 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 à extremidade do guia de ondas 46. Exemplos de elementos piezoelétricos 32 que podem ser usados no sistema de instrumento cirúrgico ultrassônico 10 podem incluir, mas não se limitam a, elementos piezoelétricos cerâmicos que compreendem, por exemplo, titanato de zirconato de chumbo, meta-niobato de chumbo ou titanato de chumbo.
[0044] A eficiência do transdutor ultrassônico 14 pode ser associada à maximização da quantidade de potência usada para acionar os elementos piezoelétricos 32 em uma frequência definida e maximizar a quantidade de deslocamento físico dos elementos piezoelétricos 32 para uma dada quantidade de potência na frequência de atuação definida.
[0045] A potência pode ser maximizada mediante a operação dos elementos piezoelétricos 32 em uma frequência em ou próxima a uma frequência de nó ou ressonância (fr) na qual a impedância do transdutor ultrassônico 14 está no mínimo. Uma quantidade mínima de energia pode ser necessária para operar os elementos piezoelétricos 32 em uma frequência em ou próxima a uma frequência antinó ou antirressonante (fa) na qual a impedância do transdutor ultrassônico 14 está em um valor máximo. Em alguns transdutores ultrassônicos, a margem de fase (fa - fr) pode ser muito pequena em relação à frequência ressonante de nó, cerca de 0,6%, por exemplo. Pode ser reconhecido que algum erro ou desvio pode ocorrer na frequência do sinal obtido por um gerador de sinal ultrassônico 12. Esse tipo de erro de frequência pode resultar em o sinal ultrassônico se afastar da frequência de ressonância (impedância mínima) e se aproximar da frequência antirressonante (impedância máxima). Portanto, um transdutor ultrassônico otimizado 14 pode ser projetado para ter uma margem de fase máxima para minimizar os possíveis efeitos do erro de frequência no gerador de sinal ultrassônico 12.
[0046] É reconhecido, também, que a amplitude das vibrações ultrassônicas induzidas piezoelétricas pode ser amplificada pelo formato, geometria e densidade de material de um transdutor ultrassônico. Portanto, alterando-se o formato e/ou geometria de um transdutor ultrassônico, o transdutor pode ser fabricado para maximizar o deslocamento de um atuador de extremidade fixado ao mesmo.
[0047] São apresentados, abaixo, exemplos de uma frente em formato de sino ou buzina de um transdutor ultrassônico que pode otimizar os recursos de impedância e maximizar o deslocamento do transdutor ultrassônico.
[0048] A Figura 2A Ilustra um aspecto geral de um transdutor de ultrassom 14. Conforme descrito acima em relação à Figura 1, o transdutor de ultrassom 14 compreende uma extremidade em formato de sino 20, uma frente em formato de sino ou buzina 22, e uma porção de transdução 18 entre as mesmas. A porção de transdução 18 pode compreender um ou mais elementos piezoelétricos 32. O transdutor de ultrassom 14 pode ser montado, por exemplo, colocando-se os elementos piezoelétricos 32 sobre uma porção da haste rosqueada da extremidade em formato de sino 20 e rosqueando-se a porção de haste rosqueada da extremidade em formato de sino 20 em uma porção rosqueada correspondente da frente em formato de sino ou buzina 22.
[0049] A frente em formato de sino ou buzina 22 pode compreender vários componentes. Um flange proximal 210 pode ser usado para prender os elementos piezoelétricos 32. Uma primeira porção cilíndrica 220 que tem um primeiro diâmetro e é posicionada de maneira distal em relação ao flange proximal 210. Uma segunda porção cilíndrica 230 pode ter um segundo diâmetro e uma extremidade distal. A segunda porção cilíndrica 230 pode estar localizada em uma posição localizada distal à primeira porção cilíndrica 210. Em alguns exemplos não limitadores, o segundo diâmetro pode ser menor que o primeiro diâmetro. A frente em formato de sino ou buzina 22 pode também incluir uma porção afunilada 240 disposta entre a primeira porção cilíndrica 220 e a segunda porção cilíndrica 230. Em alguns exemplos não limitadores, a porção afunilada 240 pode incluir múltiplas seções afuniladas 242, 244. Cada uma das múltiplas seções afuniladas 242, 244 pode ter um raio de curvatura. Em alguns exemplos não limitadores, os raios de curvatura de cada uma das múltiplas seções afuniladas 242, 244 podem ser iguais. Em outros exemplos não limitadores, o raio de curvatura de uma dentre as múltiplas seções afuniladas 242, 244 podem diferir de um raio de curvatura de outra seção afunilada. Embora apenas duas seções afuniladas 242, 244 sejam ilustradas na Figura 2, pode ser reconhecido que a porção afunilada 240 pode incluir três, quatro ou mais seções afuniladas individuais. Em alguns exemplos não limitadores, a porção afunilada pode compreender ainda uma superfície de suporte plana disposta em uma posição localizada entre duas seções afuniladas sucessivas, por exemplo, entre uma primeira seção afunilada 242 e uma segunda seção afunilada 244.
[0050] Ainda, a frente em formato de sino ou buzina 22 pode incluir uma massa cilíndrica 260 disposta ao redor da buzina 22 em uma posição localizada entre o flange 210 e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica 230. A massa cilíndrica 260 pode assumir a forma de um anel ou cilindro. Pode ser entendido que um formato de anel pode ser um anel circular ou um anel poliédrico com múltiplas bordas planas ou curvas. Em alguns exemplos não limitadores, a massa cilíndrica 260 pode ser disposta ao redor da buzina na primeira porção cilíndrica 220. Por exemplo, a massa cilíndrica 260 pode ser disposta ao redor da buzina 22 em uma seção distal da primeira porção cilíndrica 220. Em outro exemplo não limitador, a massa cilíndrica 260 pode ser disposta ao redor da buzina 22 na porção afunilada 240. Para uma buzina 22 que compreende múltiplas seções afuniladas 242, 244, a massa cilíndrica 260 pode ser disposta em uma posição localizada entre seções afuniladas sucessivas, por exemplo, entre uma primeira seção afunilada 242 e uma segunda seção afunilada 244. Em alguns exemplos não limitadores, a massa cilíndrica 260 pode ser disposta ao redor da buzina 22 na segunda porção cilíndrica 230. Por exemplo, a massa cilíndrica 260 pode ser disposta ao redor da buzina 22 em uma seção proximal da segunda porção cilíndrica 230. Embora apenas uma única massa cilíndrica 260 seja apresentada e ilustrada acima, por exemplo, na Figura 2, pode ser entendido que qualquer número de massas cilíndricas, como uma segunda massa cilíndrica, pode ser disposto ao redor da buzina 22 entre o flange 210 e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica 230.
[0051] As Figuras de 2B a 2D ilustram diferentes exemplos da buzina, especialmente representando diferenças na primeira seção afunilada 242a a 242c. A Figura 2A Ilustra várias configurações da primeira seção afunilada 242 representada como sobreposições. As Figuras de 2B a 2D apresentam ilustrações separadas de cada uma das configurações ilustradas na Figura 2A.
[0052] Conforme apresentado acima, o formato/tamanho e geometria de uma buzina ultrassônica pode induzir um ganho no deslocamento de um transdutor ultrassônico assim como qualquer atuador de extremidade fixado ao mesmo. As Figuras de 3 a 7 ilustram uma variedade de exemplos de buzina ultrassônica sobreposta em gráficos representando simulações de deslocamento axial (magnitude e fase) dos componentes do transdutor ultrassônico ao qual eles estão fixados. A Tabela 1, abaixo, revela descrições dos exemplos de buzina ultrassônica em adição às condições de simulação e alguns resultados exemplificadores, conforme representado nas Figuras de 3 a 7.Tabela 1
[0053] Conforme apresentado acima, MP (margem de fase) é definido como a diferença de frequência entre frequência antirressonante (fa) e a frequência de ressonância (fr). O fator de acoplamento piezoelétrico (Kp) para um disco piezoelétrico expressa um acoplamento entre um campo elétrico paralelo à direção na qual o elemento cerâmico é polarizado e efeitos mecânicos que produzem vibrações radiais, em relação à direção de polarização. Como uma aproximação, Kp para um disco piezoelétrico pode ser descrito por:onde fa é a frequência antirressonante e fr é a frequência ressonante. Se a margem de fase (PM= fa - fr) for pequena em relação à frequência antirressonante, então o segundo termo no radical se torna pequeno em relação ao primeiro termo, e a relação entre a margem de fase e o fator de acoplamento pode ser expressa como:
[0054] O deslocamento na Tabela 1 corresponde ao deslocamento axial no final do transdutor ultrassônico. A impedância na Tabela 1 é a do transdutor ultrassônico quando as simulações são executadas na frequência de ressonância, Vp-p, e corrente, conforme indicado. O fator de qualidade mecânica Qm pode ser calculado a partir de um gráfico de impedância vs. frequência como:no qual 2Δf é a largura total a vezes ao valor fr de impedância mínima. Gráficos exemplificativos de impedância vs. frequência são mostrados nas Figuras de 17 a 19.
[0055] A Figura 3 representa uma representação física de um transdutor ultrassônico 500 sobreposto em um gráfico de magnitude de deslocamento 300, apresentando a magnitude do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 500, e um gráfico de fase de deslocamento 400, apresentando a fase do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 500. A abscissa do gráfico apresentado na Figura 3 (distância em mm da cauda 517 do transdutor) se aplica igualmente à representação do transdutor ultrassônico 500, o gráfico de magnitude de deslocamento 300, e o gráfico de fase de deslocamento 400. A ordenada esquerda do gráfico tem a ver com a magnitude do deslocamento axial em μm e a ordenada direita do gráfico se refere à fase do deslocamento axial em graus. O gráfico de magnitude de deslocamento 300 e o gráfico de fase de deslocamento 400 foram derivados de simulações da geometria do transdutor ultrassônico 500 tendo parâmetros de entrada de Vp-p (27 V) e corrente (175,8 mA) na frequência de ressonância de 50.678 Hz, conforme mostrado na Tabela 1.
[0056] O transdutor ultrassônico 500 compreende uma cauda 517,uma porção de transdução 518 e uma buzina ultrassônica. Para os propósitos das simulações representado no gráfico de magnitude de deslocamento 300 e o gráfico de fase de deslocamento 400, uma porção de carga de teste 550 é fixada à buzina ultrassônica na extremidade distal 535 da buzina ultrassônica. A carga de teste 550 pode ser usada para simular os efeitos sobre o guia de onda e o atuador de extremidade do comportamento do transdutor ultrassônico 500 durante a ativação dos transdutores piezoelétricos. A porção de transdução 518 pode incluir um ou mais transdutores piezoelétricos para mecanicamente acionar componentes fixados ao mesmo. A buzina ultrassônica compreende um flange 510, uma primeira porção cilíndrica 520, uma porção afunilada 540 e uma segunda porção cilíndrica 530. A buzina ultrassônica se estende a partir do flange 510 até a extremidade distal 535. A porção afunilada 540 compreende ainda uma primeira seção afunilada 542, uma segunda seção afunilada 544, e uma superfície de suporte plana 546 disposta entre a primeira seção afunilada 542 e a segunda seção afunilada 544.
[0057] A buzina ultrassônica representada na Figura 3 não inclui anéis ou outras massas cilíndricas dispostas ao redor da buzina, e pode ser tomada como uma configuração de linha de base contra a qual geometrias alternativas para uma buzina ultrassônica podem ser comparadas funcionalmente. Em alguns aspectos, a buzina ultrassônica representada na Figura 3 pode incluir recursos de torque 525 associados à primeira porção cilíndrica 520. Tais recursos de torque 525 podem ser usados para engatar de modo liberável uma ferramenta de torque, como uma chave dinamométrica, para permitir que a buzina seja montada juntamente com a porção de transdução 518 e a cauda 517. Conforme apresentado acima, o uso desse tipo de ferramenta de torque durante a fabricação pode induzir uma compressão da porção de transdução 518, assim melhorando o acoplamento mecânico da porção de transdução 518 para o resto do dispositivo ultrassônico. Conforme ficará evidente conforme apresentado abaixo, tais recursos de torque 525 podem ser incluídos ou incorporados em qualquer um ou mais componentes da buzina ultrassônica, incluindo, mas não se limitando a, o flange 510, a primeira porção cilíndrica 520, a segunda porção cilíndrica 530, e quaisquer outros anéis ou massas cilíndricas.
[0058] O gráfico de fase de deslocamento 400 apresenta a fase do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 500 incluindo a carga de teste 550. A fase pode ter um valor positivo ao longo do comprimento da porção de transdução 518 incluindo o flange 510 (a partir da cauda 517 para uma posição a cerca de 20 mm a partir da cauda 517) e ao longo do comprimento de um segmento distal da carga de teste 550 (de cerca de 82 mm a partir da cauda 517 até a extremidade distal da carga de teste 550 em cerca de 105 mm a partir da cauda 517). A fase pode também ter um valor negativo ao longo do comprimento da buzina ultrassônica (a partir do flange 510 em cerca de 20 mm a partir da cauda 517 à extremidade distal 535 da buzina ultrassônica) e também ao longo de ao menos uma porção da carga de teste 550 (de cerca de 60 mm a partir da cauda 517 para uma posição a cerca de 82 mm a partir da cauda 517).
[0059] O gráfico de magnitude de deslocamento 300 apresenta o valor absoluto da amplitude do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 500 incluindo a carga de teste 550. O gráfico de magnitude de deslocamento 300 representa uma quantidade de ganho mecânico na magnitude do deslocamento axial do transdutor ultrassônico 500 que pode ser devido, em parte, à geometria da buzina. Dessa forma, embora a magnitude de deslocamento máxima da porção de transdução 518 possa ser de cerca de 2,5 μm, a magnitude de deslocamento máxima na segunda porção cilíndrica 530 pode ser de cerca de 16 μm, e a magnitude de deslocamento máxima 360 na extremidade distal da carga de teste 550 pode ser de cerca de 17,1 μm. Dessa maneira, um ganho na magnitude do deslocamento axial de cerca de 6,8 da porção de transdução 518 até a extremidade da carga de teste 550 pode ser realizado.
[0060] As Figuras de 4 a 7 apresentam exemplos de transdutores ultrassônicos alternativos e seus gráficos relacionados simulados de magnitude de deslocamento axial e de fase de deslocamento axial. Muitos dos transdutores alternativos compreendem componentes idênticos aos apresentados acima para o transdutor ultrassônico 500 representado na Figura 3. Exemplos de tais componentes idênticos podem incluir, sem limitação, a cauda 517, a porção de transdução 518, a primeira porção cilíndrica 520, a segunda porção cilíndrica 530, a porção afunilada 540, a primeira seção afunilada 542, a segunda seção afunilada 544, a extremidade distal 535 da segunda seção afunilada, e a carga de teste 550. Para reduzir a complexidade das Figuras de 4 a 7, componentes idênticos são numerados com números de referência idênticos. Além disso, os componentes dos transdutores ultrassônicos representados nas Figuras de 4 a 7 que não são de outro modo caracterizados por números de referência podem ser compreendidos como se referindo aos componentes e números de referência de modo similar representados na Figura 3.
[0061] A Figura 4 representa uma representação física de um transdutor ultrassônico 501 sobrepostos em um gráfico de magnitude de deslocamento 301, apresentando a magnitude do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 501, e um gráfico de fase de deslocamento (equivalente ao gráfico de fase de deslocamento 400 da Figura 3), apresentando a fase do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 501. A abscissa do gráfico apresentado na Figura 4 (distância em mm da cauda (517 do transdutor) aplica-se igualmente à representação do transdutor ultrassônico 501, do gráfico de magnitude de deslocamento 301 e do gráfico de fase de deslocamento. A ordenada esquerda do gráfico tem a ver com a magnitude do deslocamento axial em μm e a ordenada direita do gráfico se refere à fase do deslocamento axial em graus. O gráfico de magnitude de deslocamento 301 e o gráfico de fase de deslocamento foram derivados de simulações da geometria do transdutor ultrassônico 501 que tem parâmetros de entrada de Vp-p (27 V) e corrente (517,5 mA) na frequência de ressonância de 48.656 Hz, conforme mostrado na Tabela 1.
[0062] O transdutor ultrassônico 501 compreende uma cauda, uma porção de transdução e uma buzina ultrassônica. A buzina ultrassônica compreende um flange 510, uma primeira porção cilíndrica 520, uma porção afunilada e uma segunda porção cilíndrica. A porção afunilada compreende ainda uma primeira seção afunilada 542 e uma segunda seção afunilada 544. A buzina ultrassônica representada na Figura 4 inclui recursos de torque 525 localizados na extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520 (em cerca de 10 mm de distância do flange 510). Diferentemente de recursos similares funcionais incluídos no transdutor ultrassônico 500 (Figura 3), os recursos de torque 525 no transdutor ultrassônico 501 não são incorporados no corpo da primeira porção cilíndrica 520, mas constituem uma porção estendida radialmente adicional localizada em uma extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520. Transdutor ultrassônico 501 compreende ainda um anel ou massa cilíndrica 548 disposta entre a primeira seção afunilada 542 e a segunda seção afunilada 544 (em cerca de 18 mm proximal à extremidade distal 535 da segunda porção cilíndrica). A massa cilíndrica 548 tem um diâmetro externo de cerca de 27 mm e uma largura de cerca de 2 mm.
[0063] O gráfico de fase de deslocamento (equivalente ao gráfico de fase de deslocamento 400 da Figura 3) apresenta a fase do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 501 incluindo a carga de teste. A fase pode ter um valor positivo ao longo do comprimento da porção de transdução incluindo o flange 510 (da cauda para uma posição a cerca de 20 mm da cauda) e ao longo do comprimento de um segmento distal da carga de teste de cerca de 82 mm a partir da cauda até a extremidade distal da carga de teste a cerca de 105 mm da cauda). A fase pode também ter um valor negativo ao longo do comprimento da buzina ultrassônica (do flange 510 a cerca de 20 mm da cauda para a extremidade distal 535 da buzina ultrassônica) e também ao longo de ao menos uma porção da carga de teste (de cerca de 60 mm a partir da cauda para uma posição a cerca de 82 mm da cauda).
[0064] O gráfico de magnitude de deslocamento 301 apresenta o valor absoluto da amplitude do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 501 incluindo a carga de teste. O gráfico de magnitude de deslocamento 301 representa uma quantidade de ganho mecânico na magnitude do deslocamento axial do transdutor ultrassônico 501 que pode ser devido, em parte, à geometria da buzina. Dessa forma, embora a magnitude de deslocamento máxima da porção de transdução possa ser de cerca de 7,5 μm, a magnitude de deslocamento máxima da buzina na segunda porção cilíndrica 530 pode ser de cerca de 28 μm, e a magnitude de deslocamento máxima 361 na extremidade distal da carga de teste pode ser de cerca de 30,6 μm. Dessa maneira, um ganho na magnitude do deslocamento axial de cerca de 4,1 da porção de transdução até a extremidade da carga de teste pode ser realizado. Embora o ganho de deslocamento da buzina ultrassônica representada na Figura 4 seja menor que aquele da buzina ultrassônica representada na Figura 3, a magnitude de deslocamento máxima 361 da buzina representada na Figura 4 (30,6 μm) é maior que a magnitude de deslocamento máxima 360 da buzina representada na Figura 3 (17,1 μm) em cerca de 14 μm (ou em um fator de 82%). Portanto, é evidente que a adição de anéis ou massas cilíndricas à buzina ultrassônica pode ser usada para aumentar o deslocamento de um atuador de extremidade fixado ao transdutor ultrassônico.
[0065] A geometria do transdutor ultrassônico 501 representado na Figura 4 pode resultar em uma magnitude de deslocamento máxima 361 aumentada sobre o transdutor ultrassônico 500 representado na Figura 3. Além disso, as entradas na Tabela I mostram que a geometria da buzina representada na Figura 4 exige corrente e, portanto, energia aumentadas, usadas para operar o transdutor ultrassônico 501 em relação ao transdutor ultrassônico 500. Especificamente, o transdutor ultrassônico 501 usa quase duas vezes a potência do transdutor ultrassônico 500. Sem se ater à teoria, o aumento de potência para operar o transdutor ultrassônico 501 pode resultar da corrente adicional usada pelo transdutor ultrassônico 501 devido, em parte, à impedância reduzida da porção de transdução 514.
[0066] A Figura 5 representa uma representação física de um transdutor ultrassônico 502 sobrepostos em um gráfico de magnitude de deslocamento 302, apresentando a magnitude do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 502, e um gráfico de fase de deslocamento (equivalente ao gráfico de fase de deslocamento 400 da Figura 3), apresentando a fase do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 502. A abscissa do gráfico apresentado na Figura 5 (distância em mm da cauda do transdutor) aplica-se igualmente à representação do transdutor ultrassônico 502, do gráfico de magnitude de deslocamento 302 e do gráfico de fase de deslocamento. A ordenada esquerda do gráfico tem a ver com a magnitude do deslocamento axial em μm e a ordenada direita do gráfico se refere à fase do deslocamento axial em graus. O gráfico de magnitude de deslocamento 302 e o gráfico de fase de deslocamento foram derivados de simulações da geometria do transdutor ultrassônico 502 que tem parâmetros de entrada de Vp-p (27 V) e corrente (258,8 mA) na frequência de ressonância de 50.510 Hz, conforme mostrado na Tabela 1.
[0067] O transdutor ultrassônico 502 compreende uma cauda, uma porção de transdução e uma buzina ultrassônica. A buzina ultrassônica compreende um flange 510, uma primeira porção cilíndrica 520, uma porção afunilada 540 e uma segunda porção cilíndrica 530. A porção afunilada 540 compreende ainda uma primeira seção afunilada 542, uma segunda seção afunilada 544 e uma superfície plana 546 entre a mesma. A buzina ultrassônica representado na Figura 5 inclui recursos de torque 525 localizados na extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520 (em cerca de 10 mm de distância do flange 510). Diferentemente de recursos similares funcionais incluídos no transdutor ultrassônico 500 (Figura 3), os recursos de torque 525 no transdutor ultrassônico 502 não são incorporados no corpo da primeira porção cilíndrica 520, mas constituem uma porção estendida radialmente adicional localizada em uma extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520. A buzina ultrassônica representada na Figura 5 inclui um anel ou massa cilíndrica 532 disposta em uma porção distal da segunda seção afunilada 544 e proximal à segunda porção cilíndrica 530 (em cerca de 7,6 mm proximal à extremidade distal 535 da segunda porção cilíndrica). A massa cilíndrica 532 tem um diâmetro externo de cerca de 8 mm e uma largura de cerca de 2 mm.
[0068] O gráfico de fase de deslocamento apresenta a fase do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 502 incluindo a carga de teste. A fase pode ter um valor positivo ao longo do comprimento da porção de transdução incluindo o flange 510 (da cauda para uma posição a cerca de 20 mm da cauda) e ao longo do comprimento de um segmento distal da carga de teste de cerca de 82 mm a partir da cauda até a extremidade distal da carga de teste a cerca de 105 mm da cauda). A fase pode também ter um valor negativo ao longo do comprimento da buzina ultrassônica (do flange 510 a cerca de 20 mm da cauda para a extremidade distal 535 da buzina ultrassônica) e também ao longo de ao menos uma porção da carga de teste (de cerca de 60 mm a partir da cauda para uma posição a cerca de 82 mm da cauda).
[0069] O gráfico de magnitude de deslocamento 302 apresenta o valor absoluto da amplitude do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 502 incluindo a carga de teste. O gráfico de magnitude de deslocamento 302 representa uma quantidade de ganho mecânico na magnitude do deslocamento axial do transdutor ultrassônico 502 que pode ser devido, em parte, à geometria da buzina. Dessa forma, embora a magnitude de deslocamento máxima da porção de transdução possa ser de cerca de 3,5 μm, a magnitude de deslocamento máxima da buzina na segunda porção cilíndrica 530 pode ser de cerca de 19,5 μm, e a magnitude de deslocamento máxima 362 na extremidade distal da carga de teste pode ser de cerca de 20,9 m. Dessa maneira, um ganho na magnitude do deslocamento axial de cerca de 6 da porção de transdução até a extremidade da carga de teste pode ser realizado. O ganho de deslocamento da buzina ultrassônica representada na Figura 5 é menor que aquele da buzina ultrassônica representada na Figura 3, mas é significativamente maior que o ganho de deslocamento da buzina ultrassônica representada na Figura 4. A magnitude de deslocamento máxima 362 da buzina representada na Figura 5 (21 μm) é um pouco maior que a magnitude de deslocamento máxima 360 da buzina representada na Figura 3 (17,1 μm) em quase 4 μm (ou por um fator de 23%). Uma comparação da magnitude de deslocamento máxima 362 para a buzina representada na Figura 5 à magnitude de deslocamento máxima 361 para a buzina representada na Figura 4 sugere que mover a massa cilíndrica ainda ao longo do comprimento da buzina a partir do flange 510 e reduzindo o diâmetro externo da massa cilíndrica pode reduzir o efeito da massa cilíndrica sobre o deslocamento máximo.
[0070] Embora a geometria de transdutor ultrassônico 502 representado na Figura 5 possa resultar em um aumento modesto em magnitude de deslocamento máxima 362 ao longo do transdutor ultrassônico 500 representado na Figura 3, as entradas na Tabela I mostram que a geometria de buzina representada na Figura 5 também fornece apenas um pequeno aumento no consumo de energia em relação àquele de transdutor ultrassônico 500. Especificamente, o transdutor ultrassônico 502 requer menos do que 50% a mais de energia em comparação com o transdutor ultrassônico 500. Além disso, a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico 502 é deslocada apenas cerca de 0,3% (mais baixa) à do transdutor ultrassônico 500 (em comparação com um deslocamento de cerca de 4% para o transdutor ultrassônico 501). Pode ser útil assegurar que a frequência de ressonância de um transdutor ultrassônico não se desvie excessivamente de uma frequência de operação da fonte de energia ultrassônica se a fonte de energia tiver uma frequência de operação ajustada (e potencialmente fixa).
[0071] A Figura 6 representa uma representação física de um transdutor ultrassônico 503 sobrepostos em um gráfico de magnitude de deslocamento 303, apresentando a magnitude do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 503, e um gráfico de fase de deslocamento (equivalente ao gráfico de fase de deslocamento 400 da Figura 3), apresentando a fase do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 503. A abscissa do gráfico apresentado na Figura 6 (distância em mm da cauda do transdutor) aplica-se igualmente à representação do transdutor ultrassônico 503, do gráfico de magnitude de deslocamento 303 e do gráfico de fase de deslocamento. A ordenada esquerda do gráfico tem a ver com a magnitude do deslocamento axial em μm e a ordenada direita do gráfico se refere à fase do deslocamento axial em graus. O gráfico de magnitude de deslocamento 303 e o gráfico de fase de deslocamento foram derivados de simulações da geometria do transdutor ultrassônico 503 que tem parâmetros de entrada de Vp-p (27 V) e corrente (285,6 mA) na frequência de ressonância de 49.694 Hz, conforme mostrado na Tabela 1.
[0072] O transdutor ultrassônico 503 compreende uma cauda, uma porção de transdução e uma buzina ultrassônica. A buzina ultrassônica compreende um flange 510, uma primeira porção cilíndrica 520, uma porção afunilada 540 e uma segunda porção cilíndrica 530. A porção afunilada 540 compreende ainda uma primeira seção afunilada 542, uma segunda seção afunilada 544 e uma superfície plana 546 entre a mesma. A buzina ultrassônica representada na Figura 6 inclui recursos de torque 525 localizados na extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520 (em cerca de 10 mm de distância do flange 510). Diferentemente de similares recursos funcionais incluídos no transdutor ultrassônico 500 (Figura 3), os recursos de torque 525 no transdutor ultrassônico 503 não são incorporados no corpo da primeira porção cilíndrica 520, mas constituem uma porção estendida radialmente adicional localizada em uma extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520 e um anel ou massa cilíndrica 534 disposta em uma porção distal da segunda seção afunilada 544 e proximal à segunda porção cilíndrica 530 (em cerca de 7,6 mm proximal à extremidade distal 535 da segunda porção cilíndrica). A massa cilíndrica 534 tem um diâmetro externo de cerca de 12 mm e uma largura de cerca de 2 mm. Pode ser observado que a única diferença entre o transdutor ultrassônico 502 e o transdutor ultrassônico 503 é o diâmetro externo da massa cilíndrica (massa cilíndrica 534 tem um diâmetro externo de cerca de 50% maior que a massa cilíndrica 532 equivalente).
[0073] O gráfico de fase de deslocamento apresenta a fase do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 503 incluindo a carga de teste. A fase pode ter um valor positivo ao longo do comprimento da porção de transdução incluindo o flange 510 (da cauda para uma posição a cerca de 20 mm da cauda) e ao longo do comprimento de um segmento distal da carga de teste de cerca de 82 mm a partir da cauda até a extremidade distal da carga de teste a cerca de 105 mm da cauda). A fase pode também ter um valor negativo ao longo do comprimento da buzina ultrassônica (do flange 510 a cerca de 20 mm da cauda para a extremidade distal 535 da buzina ultrassônica) e também ao longo de ao menos uma porção da carga de teste (de cerca de 60 mm a partir da cauda para uma posição a cerca de 82 mm da cauda).
[0074] O gráfico de magnitude de deslocamento 303 apresenta o valor absoluto da amplitude do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 503 incluindo a carga de teste. O gráfico de magnitude de deslocamento 303 representa uma quantidade de ganho mecânico na magnitude do deslocamento axial do transdutor ultrassônico 503 que pode ser devido, em parte, à geometria da buzina. Dessa forma, embora a magnitude de deslocamento máxima da porção de transdução possa ser de cerca de 4 μm, a magnitude de deslocamento máxima da buzina na segunda porção cilíndrica 530 pode ser de cerca de 21 μm, e a magnitude de deslocamento máxima 363 na extremidade distal da carga de teste pode ser de cerca de 22,3 μm. Dessa maneira, um ganho na magnitude do deslocamento axial de cerca de 5,6 da porção de transdução até a extremidade da carga de teste pode ser realizado. O ganho de deslocamento da buzina ultrassônica representada na Figura 6 é ligeiramente menor que aquele da buzina ultrassônica representada na Figura 5 (em cerca de 7%), e a magnitude de deslocamento máxima 363 da buzina representada na Figura 6 (22,5 μm) é um pouco maior que a magnitude de deslocamento máxima 362 da buzina representada na Figura 5 (21 μm) em cerca de 7%. Uma comparação da magnitude de deslocamento máxima 363 para a buzina representada na Figura 6 à magnitude de deslocamento máxima 362 para a buzina representada na Figura 5 sugere que o aumento do diâmetro externo da segunda massa cilíndrica pode um pouco aumentar o deslocamento máximo na extremidade distal do transdutor ultrassônico.
[0075] A geometria do transdutor ultrassônico 503 mostrado na Figura 6 pode resultar em um aumento modesto na magnitude de deslocamento máxima 363 em relação àquele do transdutor ultrassônico 502 representado na Figura 5. As entradas na Tabela I mostram, também, que a geometria da buzina representada na Figura 6 resulta em um modesto aumento na utilização de potência em relação àquela do transdutor ultrassônico 502. Especificamente, o transdutor ultrassônico 503 usa cerca de 10% mais energia para operar em comparação com transdutor ultrassônico 502. Além disso, a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico 503 é deslocada cerca de 2,0% (mais baixa) à do transdutor ultrassônico 500 (em comparação com um deslocamento de cerca de 0,3% para o transdutor ultrassônico 502).
[0076] A Figura 7 representa uma representação física de um transdutor ultrassônico 504 sobrepostos em um gráfico de magnitude de deslocamento 304, apresentando a magnitude do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 504, e um gráfico de fase de deslocamento (equivalente ao gráfico de fase de deslocamento 400 da Figura 3), apresentando a fase do deslocamento axial de uma porção do transdutor ultrassônico 504. A abscissa do gráfico apresentado na Figura 7 (distância em mm da cauda do transdutor) aplica-se igualmente à representação do transdutor ultrassônico 504, do gráfico de magnitude de deslocamento 304 e do gráfico de fase de deslocamento. A ordenada esquerda do gráfico tem a ver com a magnitude do deslocamento axial em μm e a ordenada direita do gráfico se refere à fase do deslocamento axial em graus. O gráfico de magnitude de deslocamento 304 e o gráfico de fase de deslocamento foram derivados de simulações da geometria do transdutor ultrassônico 504 que tem parâmetros de entrada de Vp-p (27 V) e corrente (41,36 mA) na frequência de ressonância de 48.524 Hz, conforme mostrado na Tabela 1.
[0077] O transdutor ultrassônico 504 compreende uma cauda, uma porção de transdução e uma buzina ultrassônica. A buzina ultrassônica compreende um flange 510, uma primeira porção cilíndrica 520, uma porção afunilada 540 e uma segunda porção cilíndrica 530. A porção afunilada 540 compreende ainda uma primeira seção afunilada 542 e uma segunda seção afunilada 544. Similar à buzina ultrassônica representada na Figura 3, a buzina ultrassônica representada na Figura 7 pode incluir recursos de torque 525 fabricados como parte de uma porção distal da primeira porção cilíndrica 520. A buzina ultrassônica da Figura 7 inclui também um anel ou massa cilíndrica 528 disposto na primeira porção cilíndrica 520 (cerca de 30,4 mm proximal à extremidade distal 535 da segunda porção cilíndrica). A massa cilíndrica 528 tem um diâmetro externo de cerca de 25 mm e uma largura de cerca de 2 mm. Pode ser observado que a principal diferença entre o transdutor ultrassônico 500 e o transdutor ultrassônico 504 é que o transdutor ultrassônico 504 inclui a massa cilíndrica 528.
[0078] O gráfico de fase de deslocamento apresenta a fase do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 504 incluindo a carga de teste. A fase pode ter um valor positivo ao longo do comprimento da porção de transdução incluindo o flange 510 (da cauda para uma posição a cerca de 20 mm da cauda) e ao longo do comprimento de um segmento distal da carga de teste de cerca de 82 mm a partir da cauda até a extremidade distal da carga de teste a cerca de 105 mm da cauda). A fase pode também ter um valor negativo ao longo do comprimento da buzina ultrassônica (do flange 510 a cerca de 20 mm da cauda para a extremidade distal 535 da buzina ultrassônica) e também ao longo de ao menos uma porção da carga de teste (de cerca de 60 mm a partir da cauda para uma posição a cerca de 82 mm da cauda).
[0079] O gráfico de magnitude de deslocamento 304 apresenta o valor absoluto da amplitude do deslocamento axial ao longo do comprimento do transdutor ultrassônico 504 e a carga de teste. O gráfico de magnitude de deslocamento 304 representa uma quantidade de ganho mecânico na magnitude do deslocamento axial do transdutor ultrassônico 504 que pode ser devido, em parte, à geometria da buzina. Dessa forma, embora a magnitude de deslocamento máxima da porção de transdução possa ser de cerca de 3,5 μm, a magnitude de deslocamento máxima da buzina na segunda porção cilíndrica 530 pode ser de cerca de 17,5 μm, e a magnitude de deslocamento máxima 364 na extremidade distal da carga de teste pode ser de cerca de 18,7 μm. Dessa maneira, um ganho na magnitude do deslocamento axial de cerca de 5,3 da porção de transdução até a extremidade da carga de teste pode ser realizado. O ganho de deslocamento da buzina ultrassônica representada na Figura 7 é menor que aquele da buzina ultrassônica representada na Figura 3 (em cerca de 22%), mas a magnitude de deslocamento máxima 364 da buzina representada na Figura 7 (18,7 μm) é maior que a magnitude de deslocamento máxima 360 da buzina representada na Figura 3 (17,1 μm) em cerca de 9%. Uma comparação da magnitude de deslocamento máxima 364 para a buzina representada na Figura 7 à magnitude de deslocamento máxima 360 para a buzina representada na Figura 3 sugere que a adição da massa cilíndrica 528 na extremidade distal da primeira porção cilíndrica 520 pode resultar em um aumento modesto na magnitude de deslocamento máxima.
[0080] Uma comparação entre o transdutor ultrassônico 500 representado na Figura 3 e o transdutor ultrassônico 504 mostrado na Figura 7 pode revelar efeitos adicionais da adição da massa cilíndrica 528 ao transdutor. Por exemplo, a margem de fase (PM) do transdutor 500 é menor que o raio do transdutor 504 por cerca de 14%. Conforme apresentado acima, uma margem de fase maior pode ser útil para minimizar os possíveis efeitos do erro de frequência no gerador de sinal ultrassônico. Dessa forma, a adição de uma massa cilíndrica 528 pode ser útil neste contexto. As entradas na Tabela I mostram, também, que a geometria da buzina representada na Figura 7 usa cerca de 20% mais energia para operar o transdutor 504 do que o transdutor ultrassônico 500. Isso é consistente com a drenagem de corrente aumentada em 20% do transdutor 504 versus o transdutor 500 e cerca de 20% de diminuição na impedância do transdutor 504 no que diz respeito ao do transdutor 500.
[0081] Pode-se observar, com base nos dados na Tabela I e nos gráficos nas Figuras de 3 a 7, que a largura, tamanho, e a colocação de uma ou mais massas cilíndricas ao longo do comprimento de um transdutor ultrassônico podem ter inúmeros efeitos agindo uns sobre os outros sobre os recursos do transdutor. Conforme apresentado acima, é desejável produzir um transdutor que tem uma geometria que pode maximizar o deslocamento final do transdutor, otimizar a potência usada para acionar o transdutor, e maximizar a margem de fase (minimizando assim o efeito de possível desvio de frequência de fonte de alimentação a partir da frequência de ressonância do transdutor). As Figuras de 8 a 16 representam gráficos de simulação do efeito das alterações na geometria do anel sobre a margem de fase, deslocamento de extremidade, e impedância de um transdutor alimentado em uma tensão fixa e na frequência de ressonância do transdutor. Tais gráficos podem ser úteis para determinar a otimização de geometrias do transdutor.
[0082] As Figuras de 8 a 10 são gráficos de margem de fase (em Hz), deslocamento de extremidade (em μm), e impedância (em ohms), respectivamente, versus o diâmetro externo do anel (mm) para o transdutor ultrassônico 500. Para essas simulações, o anel de apoio 510 compreende o flange 20 localizado a cerca de 511 mm distal da cauda 500 do transdutor. Pode ser observado, por exemplo, na Figura 3, que o flange 510 está localizado em um nó proximal do transdutor 500 (um local onde o gráfico de magnitude de deslocamento axial 300 está em um mínimo). Dessa forma, os parâmetros de resposta do transdutor 500 devido a alterações na geometria do flange 510 podem não depender dos efeitos devidos à colocação do anel. Em cada uma das Figuras de 8 a 10, o flange 510 tem uma largura fixa de 2 mm. Pode-se observar que tanto o gráfico da margem de fase (800 na Figura 8) quanto o gráfico do deslocamento de extremidade (900 na Figura 9) aumentam monotonicamente com o diâmetro externo do anel ao longo da faixa de valores de OD. O gráfico da impedância de transdutor (1000 na Figura 10), no entanto, diminui monotonicamente sobre a mesma faixa. Visto que a potência necessária para operar o transdutor é inversamente proporcional à impedância de transdutor, uma diminuição na impedância pode corresponder a um aumento na energia para operar o transdutor. Parece que os gráficos de PM versus OD de anel (800 na Figura 8) e o deslocamento de extremidade versus OD de anel (900 na Figura 9) podem ser modelados por uma equação de segunda ordem. Sem se ater à teoria, tais gráficos podem sugerir que tanto o PM quanto o deslocamento são funções da massa do anel, o que seria uma função do quadrado do raio (uma metade da OD) do anel.
[0083] As Figuras de 11 a 13 são gráficos de margem de fase (em Hz), deslocamento de extremidade (em μm), e impedância (em ohms), respectivamente, versus a largura do anel (em mm) para o transdutor ultrassônico 500. Para essas simulações, o anel de apoio 510 compreende o flange 20 localizado a cerca de 511 mm distal da cauda 500 do transdutor. Pode ser observado, por exemplo, na Figura 3, que o flange 510 está localizado em um nó proximal do transdutor 500 (um local onde o gráfico de magnitude de deslocamento axial 300 está em um mínimo). Dessa forma, os parâmetros de resposta do transdutor 500 devido a alterações na geometria do flange 510 podem não depender dos efeitos devidos à colocação do anel. Em cada uma das Figuras de 11 a 13, o flange 510 tem um diâmetro externo fixo (OD) de 15 mm. Pode ser observado que tanto o gráfico da margem de fase (1100 na Figura 11) quanto o gráfico do deslocamento de extremidade (1200 na Figura 12) aumentam de maneira monotônica com a largura de anel ao longo da faixa de valores de largura de anel. O gráfico da impedância de transdutor (1300 na Figura 13), no entanto, diminui monotonicamente sobre a mesma faixa. Visto que a potência necessária para operar o transdutor é inversamente proporcional à impedância de transdutor, uma diminuição na impedância pode corresponder a um aumento na energia para operar o transdutor. Uma comparação dos gráficos de PM versus OD ou largura de anel (800 na Figura 8 em comparação com 1100 na Figura 11) e deslocamento de extremidade versus OD ou largura de anel (900 na Figura 9 versus 1200 na Figura 12) sugerem que o efeito devido à largura do anel tanto em PM quanto em deslocamento de extremidade pode ser maior que o efeito de OD de anel nas duas medições. Além disso, parece que os declives dos gráficos de PM versus o OD de anel (800 na Figura 8) e deslocamento versus o OD de anel (900 na Figura 9) aumentam com o aumento de OD de anel, embora os declives dos gráficos de PM versus largura de anel (1100 na Figura 11) e deslocamento versus largura do anel (1200 na Figura 12) diminuam ou permaneçam constantes com o aumento da largura de anel. Esses resultados podem sugerir que um aumento na largura de anel pode ter um maior impacto do que o OD de anel no MP e deslocamento final do transdutor, embora o efeito da largura do anel possa diminuir conforme a largura de anel se torna grande. Sem se ater à teoria, a diminuição do efeito de largura sobre o anel tanto em PM quanto em deslocamento final pode ser devido a um aumento na rigidez local do transdutor 500 conforme a largura de o flange aumenta ao longo da dimensão axial. Ainda, uma comparação dos gráficos de impedância em função de OD ou largura de anel (1000 na Figura 10 versus o 1300 na Figura 13) indica que o efeito devido ao OD de anel sobre a impedância é aproximadamente linear com o OD de anel, enquanto o efeito devido à largura do anel sobre a impedância tem uma dependência mais complexa.
[0084] As Figuras de 14 a 16 apresentam gráficos de margem de fase (em Hz), deslocamento de extremidade (em μm), e impedância (em ohms), respectivamente, versus o deslocamento de anel ao longo do eixo longitudinal do transdutor (em por cento da distância entre o nó proximal e o antinó proximal) para um transdutor ultrassônico 500. Referenciando a Figura 3 como um exemplo, o nó proximal pode ser encontrado aproximadamente na localização do flange 510 (cerca de 20 mm a partir da cauda 517 onde a curva de magnitude de deslocamento 300 está em um primeiro mínimo). De modo similar, referenciando Figura 3 como um exemplo, o antinó proximal pode ser encontrado aproximadamente na extremidade distal 535 da buzina ultrassônica em cerca de 60 mm a partir da cauda 517 onde a curva de magnitude de deslocamento axial 300 tem um primeiro máximo na buzina ultrassônica. Para estas simulações, o "anel" tem uma largura fixa de 2 mm. Ao contrário dos gráficos apresentados nas Figuras de 8 a 13, os gráficos apresentados nas Figuras de 13 a 16 não são monotônicos, mas exibem máximos (1400 na Figura 14 e 1500 na Figura 15) e um mínimo (1600 na Figura 16) em toda a gama de valores de porcentagem de distância entre o nó e o antinó. Também pode ser observado que a margem de fase máxima (1400 na Figura 14) e o deslocamento (1500 na Figura 15) ocorrem no valor de porcentagem de distância entre o nó e o antinó que corresponde ao mínimo na impedância conforme mostrado no gráfico 1600 na Figura 16. Pode-se notar, ainda, que os gráficos representados nas Figuras de 14 a 16 não parecem ser simétricos. Sem se ater à teoria, a falta de simetria nos gráficos representados nas Figuras de 14 a 16 pode resultar da alteração no diâmetro da buzina ultrassônica a partir da primeira porção cilíndrica 520 através da porção afunilada 540, e a segunda porção cilíndrica 530 a. Os picos dos gráficos mostrados no gráfico 1400 na Figura 14 e no gráfico 1500 na Figura 15 ocorrem em aproximadamente 50% da distância de nó/antinó (aproximadamente 40 mm distal da cauda 517) que pode corresponder à localização do plano 546. De modo similar, o rebaixo no gráfico 1600 na Figura 16 ocorre em aproximadamente 50% da distância nó/antinó (aproximadamente a 40 mm de distância da cauda 517) que pode corresponder ao local do plano 546.
[0085] Pode ser reconhecido, conforme apresentado acima e nas Figuras de 3 a 16, que uma seleção criteriosa das massas cilíndricas ou anéis adicionados a um transdutor ultrassônico pode ajudar a ajustar a resposta do transdutor quando energizado por uma fonte de energia. As Figuras de 17 a 22 representam resultados simulados da colocação e geometria seletivas de tais anéis em um transdutor que pode permitir o ajuste seletivo de alguns dos parâmetros de resposta do transdutor.
[0086] A Tabela 2 abaixo se refere alguns dos parâmetros de resposta de transdutor para cada uma das três geometrias de buzina diferentes. Na Tabela 2, o campo "Transdutor" faz referência ao número de Figura correspondente à geometria de transdutor, e o campo "Resposta" faz referência ao número de Figura representando o gráfico e a impedância associada ao tradutor. Na Tabela 2, Fr corresponde à frequência de ressonância (em Hz) determinada para a geometria mostrada na Figura de transdutor correspondente. Fr tem uma impedância mínima correspondente de Zmin (em ohms). Conforme observado acima, PM (margem de fase) é a diferença em Hz entre a frequência de antirressonância (Fa) e a frequência de ressonância (Fr). O fator de qualidade Qm é um número adimensional calculado como a razão entre a frequência de ressonância para a largura do gráfico de impedância em pontos correspondente à largura total a ^V- vezes o alor de impedância mínima.Tabela 2
[0087] A Figura 17 representa um primeiro aspecto de uma buzina ultrassônica 1722 caracterizado por um flange mínima 1710, uma primeira porção cilíndrica 1720 que não tem anéis, uma porção afunilada 1740 que tem um formato plano, e uma segunda porção cilíndrica 1730. Isso pode ser tomado como uma configuração de linha de base contra a qual as buzinas ultrassônicas representadas na Figura 19 (1922) e na Figura 21 (2122) podem ser comparadas. A Figura 18 representa um gráfico de impedância que compreende um gráfico de amplitude de impedância 1800 e um gráfico de impedância de fase 1900 associadas à primeira buzina ultrassônica 1722. O gráfico de amplitude da impedância 1800 mostra em um mínimo de impedância na frequência de ressonância (Fr) 1820 e um máximo da impedância na frequência antirressonante (Fa) 1830. A margem de fase 1840 é a diferença entre Fa e Fr.
[0088] A Figura 19 representa um segundo aspecto de uma buzina ultrassônica 1922 caracterizada por um flange expandido 1910, uma primeira porção cilíndrica 1920 que tem recursos de torque 1925 localizados em sua extremidade distal, um pequeno anel 1934 localizado distalmente da porção afunilada, e uma segunda porção cilíndrica 1930. A Figura 20 representa um gráfico de impedância que compreende um gráfico de amplitude de impedância 1801 e um gráfico de impedância de fase 1901 associadas à segunda buzina ultrassônica 1922. O gráfico de amplitude da impedância 1801 mostra uma impedância mínima na frequência de ressonância (Fr) 1821 e uma impedância máxima na frequência antirressonante (Fa) 1831. A margem de fase 1841 é a diferença entre Fa e Fr.
[0089] A Figura 21 representa um terceiro aspecto de uma buzina ultrassônica 2122 caracterizada por um flange expandido 2110 que tem uma largura maior que o flange 1910 representado na buzina ultrassônica 1922, uma primeira porção cilíndrica 2120, uma segunda porção cilíndrica 2130, e um pequeno anel 2134 localizado de forma distal à porção afunilada e que tem um diâmetro externo e largura comparáveis ao do pequeno anel 1934 da buzina ultrassônica 1922. O anel pequeno 2134 inclui também recursos de torque 2125. A Figura 22 representa um gráfico de impedância que compreende um gráfico de amplitude de impedância 1802 e um gráfico de impedância de fase 1902 associadas à terceira buzina ultrassônica 2122. O gráfico de amplitude da impedância 1802 mostra uma impedância mínima na frequência de ressonância (Fr) 1822 e uma impedância máxima na frequência antirressonante (Fa) 1832. A margem de fase 1842 é a diferença entre Fa e Fr.
[0090] Pode ser observado que a segunda buzina ultrassônica 1922 e a terceira buzina ultrassônica 2122 parecem diferir significativamente entre si em suas respectivas geometrias. O flange de terceira buzina ultrassônica 2122 é cerca de duas vezes maior que a da segunda buzina ultrassônica 1922. Ainda, a segunda buzina ultrassônica 1922 inclui recursos de torque adicionais 1925 sobre a primeira porção cilíndrica 1920 que são incorporados no pequeno anel 2134 da terceira buzina ultrassônica 2122. De interesse, entretanto, é que a frequência de ressonância da segunda buzina ultrassônica 1922 é quase idêntica à da terceira buzina ultrassônica 2122, enquanto Fr de ambas as buzinas ultrassônicas 1922 e 2122 são cerca de 1% maior do que a buzina de linha de base 1722 (consulte a Tabela 2). Ainda, conforme mostrado na Tabela 2, a impedância na frequência de ressonância (Zmin) também é a mesma para ambas buzinas ultrassônicas 1922 e 2122. A impedância na frequência de ressonância (Zminutos) de ambas buzinas ultrassônicas 1922 e 2122 também é cerca de metade daquela da buzina de linha de base 1722. A Tabela 2 mostra ainda que o fator de qualidade da terceira buzina 2122 é de cerca de 3% menor que o da segunda buzina 1922, mas ambos têm um fator de qualidade superior ao dobro da buzina de linha de base 1722. No entanto, também com Referência à Tabela 2, a margem de fase da segunda buzina ultrassônica 1922 é de cerca de 10% maior que aquela de buzina de linha de base 1722, e a margem de fase da terceira buzina 2122 é de cerca de 11% maior que aquela da segunda buzina 1922. Dessa forma, pode-se compreender que recursos geométricos podem ser adicionados a uma buzina ultrassônica para ajustar um recurso de resposta (margem de fase) enquanto deixa outros recursos de resposta (Fr, Qm e Zmin) inalterados.
[0091] Os exemplos de transdutores ultrassônicos e buzinas transdutoras ultrassônicas apresentadas acima não devem ser tomados como limitadores. Pode-se compreender que uma buzina transdutora ultrassônica pode compreender, por exemplo, uma ou mais porções cilíndricas, uma ou mais seções afuniladas e um ou mais anéis ou massas cilíndricas. A buzina transdutora ultrassônica pode ter um flange ou pode não ter um flange.
[0092] Mais de uma das porções cilíndricas pode ter diâmetros e/ou comprimentos que são iguais ou diferentes. As porções cilíndricas podem ter seções transversais circulares, seções transversais elípticas, seções transversais ovais ou outras seções transversais suaves (não angulares). A seção transversal de uma porção cilíndrica pode ser igual ou diferente da seção transversal de uma segunda porção cilíndrica.
[0093] A uma ou mais seções afuniladas podem ter afunilamentos lineares (cônicos) ou afunilamentos curvados. Os afunilamentos curvos podem ser caracterizados como curvas circulares, curvas elípticas, curvas ovais, curvas parabólicas, curvas hiperbólicas ou qualquer outra curva. As seções afuniladas de uma buzina ultrassônica que tem múltiplas seções afuniladas podem ter curvaturas iguais ou diferentes (para um afunilamento curvado) ou ângulo de abertura igual ou diferente (para um afunilamento cônico). Uma buzina ultrassônica pode incluir múltiplas seções afuniladas na qual todas as seções afuniladas têm um afunilamento linear, todas as seções afuniladas têm um afunilamento curvado, ou uma combinação ou combinações de afunilamentos lineares e curvados. A uma ou mais seções afuniladas podem ser distribuídas entre qualquer uma das porções cilíndricas. Uma primeira seção afunilada pode ser disposta adjacente a uma segunda seção afunilada. Um plano pode ser disposto entre uma primeira seção afunilada e uma segunda seção afunilada.
[0094] Os anéis ou massas cilíndricas podem ter uma superfície externa cilíndrica, em que o cilindro pode ter uma seção transversal circular, uma seção transversal elíptica, seção transversal oval, ou qualquer outra seção transversal curva fechada. Os anéis ou massas cilíndricas pode ter uma superfície externa que inclui uma ou mais superfícies achatadas ou parcialmente achatadas. Uma buzina ultrassônica pode compreender um ou mais de tais anéis. As geometrias do mais de um anel podem ser iguais ou diferentes. Dessa forma, o diâmetro externo e/ou a largura de um primeiro anel podem ser iguais ou diferentes do respectivo diâmetro externo e/ou largura de um segundo anel. De modo similar, as superfícies externas de mais de um anel podem ter a mesma geometria ou podem ter geometrias diferentes.
[0095] Uma buzina transdutora ultrassônica pode incluir recursos de torque ou podem ser desprovidas desses recursos de torque. Os recursos de torque podem ser incorporados em ou adicionados a qualquer um ou mais dos componentes da buzina transdutora ultrassônica, incluindo um flange, uma ou mais das porções cilíndricas, uma ou mais das seções afuniladas, um ou mais planos e/ou um ou mais anéis ou massas cilíndricas. Recursos de torque podem incluir recursos que podem ser usados para engatar uma ferramenta de torque. A ferramenta de torque pode ser usada para montar um transdutor ultrassônico que compreende a buzina ultrassônica, componentes de transdutor (como transdutores piezoelétricos), e uma peça de extremidade ou cauda. A ferramenta de torque pode ser usada para assegurar o contato mecânico eficaz entre os componentes de transdutor e a buzina ultrassônica. Em um exemplo não limitador, tais recursos de torque podem incluir uma ou mais superfícies em um componente de uma buzina ultrassônica que são configuradas para engatar adequadamente as superfícies de acoplamento da ferramenta de torque.
[0096] Embora vários detalhes tenham sido apresentados na descrição acima, será reconhecido que os vários aspectos das técnicas para operar um gerador para gerar digitalmente as formas de onda de sinal elétrico e os instrumentos cirúrgicos podem ser praticados sem esses detalhes específicos. Os versados na técnica reconhecerão que os componentes (por exemplo, operações), dispositivos e objetivos descritos na presente invenção, e a discussão que os acompanha, são usados como exemplos tendo em vista a clareza conceitual, e que são contempladas várias modificações de configuração. Consequentemente, como usado na presente invenção, os exemplares específicos apresentados e a discussão que os acompanha pretendem ser representativos de suas classes mais gerais. Em geral, o uso de qualquer exemplar específico pretende ser representativo de sua classe, e a não inclusão de componentes (por exemplo, operações), dispositivos e objetos específicos não deve ser considerada limitadora.
[0097] Além disso, embora várias formas tenham sido ilustradas e descritas, não é intenção do requerente restringir ou limitar o escopo das concretizações a tal detalhe. Numerosas modificações, variações, alterações, substituições, combinações e equivalentes destas formas podem ser implementadas e ocorrerão aos versados na técnica sem se que afaste do escopo da presente revelação. Além disso, a estrutura de cada elemento associado com a forma pode ser alternativamente descrita como um meio para fornecer a função realizada pelo elemento. Além disso, onde forem descritos materiais para determinados componentes, outros materiais podem ser usados. Deve-se compreender, portanto, que a descrição precedente e as concretizações pretendem cobrir todas essas modificações, combinações e variações abrangidas pelo escopo das modalidades apresentadas. As concretizações se destinam a cobrir todas essas modificações, variações, alterações, substituições, modificações e equivalentes.
[0098] Para concisão e clareza da revelação, aspectos selecionados da revelação acima foram apresentados em forma de diagrama de blocos e não em detalhes. Algumas porções das descrições detalhadas aqui fornecidas podem ser apresentadas em termos de instruções que operam em dados que são armazenados em uma ou mais memórias de computador ou um ou mais dispositivos de armazenamento de dados (por exemplo, disquete, unidade de disco rígido, disco compacto (CD), Disco de Vídeo Digital (DVD) ou fita digital). Essas descrições e representações são usadas pelos versados na técnica para descrever e transmitir a substância de seu trabalho a outros versados na técnica. Em geral, um algoritmo se refere à sequência autoconsistente de etapas que levam ao resultado desejado, onde uma "etapa" se refere à manipulação de quantidades físicas e/ou estados lógicos que podem, embora não necessariamente precisem, assumir a forma de sinais elétricos ou magnéticos que possam ser armazenados, transferidos, combinados, comparados e manipulados de qualquer outra forma. É uso comum chamar esses sinais de bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou congêneres. Esses termos e termos similares podem estar associados às grandezas físicas apropriadas e são identificações meramente convenientes aplicadas a essas quantidades e/ou estados.
[0099] Salvo afirmação expressa em contrário, conforme fica evidente a partir da revelação precedente, é entendido que, ao longo da revelação precedente, as discussões que usam termos como "processamento", ou "computação", ou "cálculo", ou "determinação", ou "exibição", ou similares, se referem à ação e aos processos de um computador, ou dispositivo de computação eletrônica similar, que manipule e transforme os dados representados sob a forma de grandezas físicas (eletrônicas) nos registros e nas memórias do computador em outros dados representados de modo similar sob a forma de grandezas físicas nas memórias ou nos registros do computador, ou em outros dispositivos similares de armazenamento, transmissão ou exibição de informações.
[0100] Em um sentido geral, os versados na técnica reconhecerão que os vários aspectos aqui descritos, os quais podem ser implementados, individual e/ou coletivamente, por meio de uma ampla gama de hardware, software, firmware, ou qualquer combinação destes, podem ser vistos como sendo compostos por vários tipos de "circuitos elétricos". Consequentemente, como usado na presente invenção, "circuito elétrico" inclui, mas não se limita aos, circuitos elétricos que tenham pelo menos um circuito elétrico discreto, circuitos elétricos que tenham pelo menos um circuito integrado, circuitos elétricos que tenham pelo menos um circuito integrado para aplicação específica, circuitos elétricos que formem um dispositivo de computação para finalidades gerais configurado por um programa de computador (por exemplo, um computador para finalidades gerais configurado por um programa de computador que pelo menos parcialmente execute processos e/ou dispositivos aqui descritos, ou um microprocessador configurado por um programa de computador que pelo menos parcialmente execute os processos e/ou dispositivos aqui descritos), circuitos elétricos que formem um dispositivo de memória (por exemplo, formas de memória de acesso aleatório), e/ou circuitos elétricos que formem um dispositivo de comunicações (por exemplo, um modem, roteadores ou equipamento óptico-elétrico). Os versados na técnica reconhecerão que o assunto aqui descrito pode ser implementado de modo analógico ou digital, ou em alguma combinação destes.
[0101] A descrição detalhada precedente apresentou várias formas dos dispositivos e/ou processos por meio do uso de diagramas de blocos, fluxogramas e/ou exemplos. Embora esses diagramas de bloco, fluxogramas e/ou exemplos contenham uma ou mais funções e/ou operações, será compreendido pelos versados na técnica que cada função e/ou operação dentro desses diagramas de bloco, fluxogramas e/ou exemplos pode ser implementada, individual e/ou coletivamente, através de uma ampla gama de hardware, software, firmware ou praticamente qualquer combinação destes. Em uma modalidade, várias porções do assunto aqui descrito podem ser implementadas através de circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), arranjos de portas programáveis em campo (FPGAs), processadores de sinal digital (PSDs) ou outros formatos integrados. Contudo, os versados na técnica reconhecerão que alguns aspectos das modalidades aqui descritas, no todo ou em parte, podem ser implementados de modo equivalente em circuitos integrados, como um ou mais programas de computador executando em um ou mais computadores (por exemplo, como um ou mais programas operando em um ou mais sistemas de computador), como um ou mais programas operando em um ou mais processadores (por exemplo, como um ou mais programas operando em um ou mais microprocessadores), como firmware, ou virtualmente como qualquer combinação dos mesmos, e que projetar o conjunto de circuitos e/ou escrever o código para o software e firmware estaria dentro do âmbito de prática de um elemento versado na técnica à luz desta descrição. Além disso, os versados na técnica entenderão que os mecanismos do assunto aqui descrito podem ser distribuídos como um ou mais produtos de programa em uma variedade de formas e que uma forma ilustrativa do assunto aqui descrito é aplicável independentemente do tipo específico de meio de transmissão de sinais utilizado para efetivamente realizar a distribuição. Exemplos de um meio de transmissão de sinais incluem, mas não se limitam aos seguintes: um meio do tipo gravável como um disquete, uma unidade de disco rígido, um disco compacto (CD), um disco de vídeo digital (DVD), uma fita digital, uma memória de computador, etc.; e uma mídia do tipo de transmissão, como uma mídia de comunicação digital e/ou analógica (por exemplo, um cabo de fibra óptica, um guia de onda, um enlace de comunicação com fio, um enlace de comunicação sem fio (por exemplo, transmissor, receptor, lógica de transmissão, lógica de recepção, etc.), etc.).
[0102] Em alguns casos, um ou mais elementos podem ser descritos usando-se a expressão "acoplado" e "conectado" junto com seus derivados. Deve-se compreender que esses termos não são concebidos para serem sinônimos uns dos outros. Por exemplo, alguns aspectos podem ser descritos com o uso do termo "conectado" para indicar que dois ou mais elementos estão em contato físico direto ou em contato elétrico uns com os outros. Em outro exemplo, alguns aspectos podem ser descritos com o uso do termo "acoplado" para indicar que dois ou mais elementos estão em contato físico direto ou em contato elétrico. O termo "acoplado", entretanto, também pode significar que dois ou mais elementos não estão em contato direto um com o outro, mas ainda assim cooperam ou interagem entre si. Deve- se compreender que as arquiteturas representadas de diferentes componentes contidas no interior, ou conectadas a outros componentes diferentes são meramente exemplos, e que, de fato, muitas outras arquiteturas que alcançam a mesma funcionalidade podem ser implementadas. No sentido conceitual, qualquer disposição de componentes para alcançar a mesma funcionalidade está efetivamente "associada" se a funcionalidade desejada for alcançada. Assim, quaisquer dois componentes mencionados na presente invenção que sejam combinados para alcançar uma funcionalidade específica podem ser vistos como "associados" um ao outro se a funcionalidade desejada é alcançada, independentemente das arquiteturas ou dos componentes intermediários. De modo semelhante, quaisquer desses dois componentes assim associados também podem ser vistos como estando "operacionalmente conectados" ou "operacionalmente acoplados" um ao outro para alcançar a funcionalidade desejada, e quaisquer desses dois componentes capazes de serem associados dessa forma podem ser vistos como sendo "operacionalmente acopláveis" um ao outro para alcançar a funcionalidade desejada. Exemplos específicos de componentes operacionalmente acopláveis incluem, mas não se limitam a componentes fisicamente encaixáveis e/ou em interação física e/ou os que podem interagir por conexão sem fio e/ou componentes que interajam por conexão sem fio e/ou que interajam por lógica e/ou componentes que podem interagir por lógica e/ou componentes que interajam eletricamente e/ou componentes que podem interagir eletricamente e/ou componentes que interajam oticamente e/ou componentes que podem interagir oticamente.
[0103] Em outros casos, um ou mais componentes podem ser chamados na presente invenção de "configurado para", "configurável para", "operável/operacional para", "adaptado/adaptável para", "capaz de", "conformável/conformado para", etc. Os versados na técnica reconhecerão que "configurado para" pode, de modo geral, abranger componentes em estado ativo e/ou componentes em estado inativo e/ou componentes em estado de espera, exceto quando o contexto determinar o contrário.
[0104] Embora aspectos específicos da presente revelação tenham sido mostrados e descritos, ficará evidente aos versados na técnica que, com base nos ensinamentos da presente invenção, podem ser feitas mudanças e modificações sem se afastar do assunto aqui descrito e de seus aspectos mais amplos e, portanto, as concretizações abrangem em seu escopo todas essas alterações e modificações do mesmo modo que elas estão dentro do verdadeiro escopo do assunto aqui descrito. Será compreendido pelos versados na técnica que, em geral, os termos usados aqui, e principalmente nas concretizações (por exemplo, corpos das concretizações) destinam-se geralmente como termos "abertos" (por exemplo, o termo "incluindo" deve ser interpretado como "incluindo, mas não se limitando a", o termo "tendo" deve ser interpretado como "tendo, ao menos", o termo "inclui" deve ser interpretado como "inclui, mas não se limita a", etc.). Será ainda entendido pelos versados na técnica que, quando um número específico de uma menção de concretização introduzida for pretendido, tal intenção será expressamente mencionada na concretização e, na ausência de tal menção, nenhuma intenção estará presente. Por exemplo, como uma ajuda para a compreensão, as seguintes concretizações podem conter o uso das frases introdutórias "ao menos um" e "um ou mais" para introduzir menções de concretização. Entretanto, o uso de tais frases não deve ser interpretado como implicando que a introdução de uma menção da concretização pelos artigos indefinidos "um, uns" ou "uma, umas" limita qualquer concretização específica contendo a menção da concretização introduzida a concretizações que contêm apenas uma tal menção, mesmo quando a mesma concretização inclui as frases introdutórias "um ou mais" ou "ao menos um" e artigos indefinidos, como "um, uns" ou "uma, umas" (por exemplo, "um, uns" e/ou "uma, umas" deve tipicamente ser interpretado como significando "ao menos um" ou "um ou mais"); o mesmo vale para o uso de artigos definidos usados para introduzir as menções de concretização.
[0105] Além disso, mesmo se um número específico de uma menção de concretização introduzida for explicitamente mencionado, os versados na técnica reconhecerão que essa menção precisa ser tipicamente interpretada como significando ao menos o número mencionado (por exemplo, a mera menção de "duas menções", sem outros modificadores, tipicamente significa ao menos duas menções, ou duas ou mais menções). Além disso, em casos onde é usada uma convenção análoga a "pelo menos um dentre A, B e C, etc.", em geral essa construção se destina a ter o sentido no qual a convenção seria entendida por (por exemplo, "um sistema que tem ao menos um dentre A, B e C" incluiria, mas não se limitaria a, sistemas que têm A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, e/ou A, B e C juntos, etc.). Em casos nos quais é usada uma convenção análoga a "pelo menos um dentre A, B ou C, etc.", em geral essa construção se destina a ter o sentido no qual a convenção seria entendida por (por exemplo, "um sistema que tem ao menos um dentre A, B e C" incluiria, mas não se limitaria a, sistemas que têm A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, e/ou A, B e C juntos, etc.). Será ainda entendido pelos versados na técnica que tipicamente uma palavra e/ou uma frase disjuntiva apresentando dois ou mais termos alternativos, quer na descrição, nas concretizações ou nos desenhos, deve ser entendida como contemplando a possibilidade de incluir um dos termos, qualquer um dos termos ou ambos os termos, exceto quando o contexto determinar indicar algo diferente. Por exemplo, a frase "A ou B" será tipicamente entendida como incluindo as possibilidades de "A" ou "B" ou "A e B".
[0106] Com respeito às concretizações, os versados na técnica entenderão que as operações mencionadas nas mesmas podem, de modo geral, ser executadas em qualquer ordem. Além disso, embora vários fluxos operacionais sejam apresentados em uma ou mais sequências, deve-se compreender que as várias operações podem ser executadas em outras ordens diferentes daquelas que estão ilustradas, ou podem ser executadas simultaneamente. Exemplos dessas ordenações alternativas podem incluir ordenações sobrepostas, intercaladas, interrompidas, reordenadas, incrementais, preparatórias, suplementares, simultâneas, inversas ou outras ordenações variantes, exceto quando o contexto determinar em contrário. Ademais, termos como "responsivo a", "relacionado a" ou outros particípios adjetivos não pretendem de modo geral excluir essas variantes, exceto quando o contexto determinar em contrário.
[0107] Vale notar que qualquer referência a "um (1) aspecto", "um aspecto", "uma (1) forma" ou "uma forma" significa que um determinado recurso, estrutura ou característica descrito em conexão com o aspecto está incluído em ao menos um aspecto. Dessa forma, o uso de expressões como "em um (1) aspecto", "em um aspecto", "em uma (1) modalidade", "em uma modalidade", em vários locais ao longo deste relatório descritivo não se refere necessariamente ao mesmo aspecto. Além disso, os recursos, estruturas ou características específicos podem ser combinados de qualquer maneira adequada em um ou mais aspectos.
[0108] Com respeito ao uso de substancialmente quaisquer termos plurais e/ou singulares na presente invenção, os versados na técnica podem mudar do plural para o singular e/ou do singular para o plural conforme seja adequado ao contexto e/ou aplicação. As várias permutações singular/plural não são expressamente aqui apresentadas por fins de clareza.
[0109] Em certos casos, o uso de um sistema ou método pode ocorrer mesmo se os componentes em um território estão localizados fora do território. Por exemplo, em um contexto de computação distribuída, o uso de um sistema de computação distribuída pode ocorrer em uma região ainda que partes do sistema possam ser localizados fora do território (por exemplo, relé, servidor, processador, sinal contendo meio, transmissão de computador, computador, etc., localizado fora do território).
[0110] Uma venda de um sistema ou método pode, da mesma forma, ocorrer em um território mesmo se os componentes do sistema e/ou método estiverem localizados e/ou forem usados fora do território. Ainda, a implementação de pelo menos parte de um sistema para executar um método em um território não impede o uso do sistema em outro território.
[0111] Todas as patentes US, publicações de pedido de patente US, pedidos de patente US, patentes estrangeiras, pedidos de patentes estrangeiros e publicações de não patentes supracitados neste relatório descritivo e/ou listados em qualquer Folha de Dados de Pedido (ADS, de "Application Data Sheet"), ou qualquer outro material de revelação estão aqui incorporados, por referência, na medida em que não forem inconsistentes com o conteúdo da presente revelação. Desse modo, e na medida em que for necessário, a revelação 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 revelação existentes aqui apresentados estará aqui incorporado apenas na medida em que não haja conflito entre o material incorporado e o material de revelação existente.
[0112] Em resumo, foram descritos numerosos benefícios que resultam do emprego dos conceitos descritos no presente documento. A descrição anteriormente mencionada de uma ou mais modalidades foi apresentada para propósitos de ilustração e descrição. Essa descrição não pretende ser exaustiva nem limitar a invenção à forma precisa descrita. Modificações ou variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Uma ou mais modalidades foram escolhidas e descritas com a finalidade de ilustrar os princípios e a aplicação prática para, assim, permitir que o versado na técnica use as várias modalidades e com várias modificações, conforme sejam convenientes ao uso específico contemplado. Pretende-se que as concretizações apresentadas definam o escopo global.
[0113] Vários aspectos do assunto aqui descrito são definidos nas seguintes cláusulas numeradas:
[0114] Exemplo 1. Uma buzina ultrassônica compreendendo: um flange proximal; uma primeira porção cilíndrica que tem um primeiro diâmetro e é posicionada de maneira distal em relação ao flange proximal; uma segunda porção cilíndrica que compreende um segundo diâmetro e uma extremidade distal, em que a segunda porção cilíndrica está em uma posição localizada de maneira distal em relação à primeira porção cilíndrica e em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; a porção afunilada está disposta entre a primeira porção cilíndrica e a segunda porção cilíndrica; e uma massa cilíndrica disposta ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica.
[0115] Exemplo 2. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 1, em que a massa cilíndrica está disposta ao redor da buzina na primeira porção cilíndrica.
[0116] Exemplo 3. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 2, em que a massa cilíndrica está disposta ao redor da buzina em uma seção distal da primeira porção cilíndrica.
[0117] Exemplo 4. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 1, em que a massa cilíndrica está disposta ao redor da buzina na porção afunilada.
[0118] Exemplo 5. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 1, em que a massa cilíndrica está disposta ao redor da buzina na segunda porção cilíndrica.
[0119] Exemplo 6. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 5, em que a massa cilíndrica está disposta ao redor da buzina em uma seção proximal da segunda porção cilíndrica.
[0120] Exemplo 7. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 1, em que a porção afunilada compreende uma primeira seção afunilada que tem um primeiro raio de curvatura e uma segunda seção afunilada que tem um segundo raio de curvatura.
[0121] Exemplo 8. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 7, em que o primeiro raio de curvatura é igual ao segundo raio de curvatura.
[0122] Exemplo 9. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 7, em que o primeiro raio de curvatura é diferente do segundo raio de curvatura.
[0123] Exemplo 10. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 7, em que a porção afunilada compreende ainda um plano disposto em uma posição localizada entre a primeira seção afunilada e a segunda seção afunilada.
[0124] Exemplo 11. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 7, em que a massa cilíndrica está disposta em uma posição localizada entre a primeira seção afunilada e a segunda seção afunilada.
[0125] Exemplo 12. A buzina ultrassônica, de acordo com o exemplo 1, em que compreende ainda uma segunda massa cilíndrica disposta ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica.
[0126] Exemplo 13. Um sistema ultrassônico que compreende: uma extremidade em forma de sino; uma buzina ultrassônica, em que a buzina ultrassônica compreende: um flange proximal; uma primeira porção cilíndrica que tem um primeiro diâmetro e é posicionada de maneira distal em relação ao flange proximal; uma segunda porção cilíndrica que compreende um segundo diâmetro e uma extremidade distal, em que a segunda porção cilíndrica está em uma posição localizada de maneira distal em relação à primeira porção cilíndrica e em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; a porção afunilada está disposta entre a primeira porção cilíndrica e a segunda porção cilíndrica; e uma massa cilíndrica disposta ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica; uma porção de transdutor disposta entre a extremidade em forma de sino e a buzina ultrassônica; e uma fonte de energia ultrassônica configurada para fornecer um sinal elétrico que tem um componente de frequência predeterminado para atuar a porção de transdutor.
[0127] Exemplo 14. O sistema ultrassônico, de acordo com o exemplo 13, em que a massa cilíndrica é disposta ao redor da buzina em uma posição configurada para otimizar um recurso elétrica do sistema ultrassônico.
[0128] Exemplo 15. O sistema ultrassônico, de acordo com o exemplo 14, em que a massa cilíndrica é disposta ao redor da buzina em uma posição configurada para minimizar uma impedância da porção de transdutor em relação ao sinal elétrico.
[0129] Exemplo 16. O sistema ultrassônico, de acordo com o exemplo 14, em que a massa cilíndrica é disposta ao redor da buzina em uma posição configurada para maximizar uma margem de fase da porção de transdutor em relação ao sinal elétrico.
[0130] Exemplo 17. O sistema ultrassônico, de acordo com o exemplo 13, em que a massa cilíndrica é disposta ao redor da buzina em uma posição configurada para otimizar uma característica mecânica do sistema ultrassônico.
[0131] Exemplo 18. O sistema ultrassônico, de acordo com o exemplo 17, em que a massa cilíndrica é disposta ao redor da buzina em uma posição configurada para maximizar um deslocamento da extremidade distal da segunda porção cilíndrica mediante a atuação da porção de transdutor pelo sinal elétrico.
[0132] Exemplo 19. O sistema ultrassônico, de acordo com o exemplo 17, em que a massa cilíndrica está disposta ao redor da buzina em uma posição configurada para maximizar uma razão entre um deslocamento da extremidade distal da segunda porção cilíndrica e um deslocamento da porção de transdutor mediante a atuação da porção de transdutor pelo sinal elétrico.
Claims (19)
1. Buzina ultrassônica (22) tendo uma pluralidade de parâmetros de resposta, a buzina (22) compreendendo: um flange proximal (210); uma primeira porção cilíndrica (220) que tem um primeiro diâmetro e é posicionada distal em ao flange proximal (210); uma segunda porção cilíndrica (230) que compreende um segundo diâmetro e uma extremidade distal, em que a segunda porção cilíndrica (230) está em uma posição localizada distal à primeira porção cilíndrica (220) e em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; uma porção afunilada (240) disposta entre a primeira porção cilíndrica (220) e a segunda porção cilíndrica (230); caracterizada pelo fato de que compreende ainda: uma massa cilíndrica (260) que está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina em uma posição localizada entre o flange (210) e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica (230), e em que a magnitude de pelo menos um dentre a pluralidade de parâmetros de resposta é ajustada como uma função da posição da massa cilíndrica (260).
2. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) na primeira porção cilíndrica (220).
3. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma seção distal da primeira porção cilíndrica (220).
4. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) na porção afunilada (240).
5. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) na segunda porção cilíndrica (230).
6. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma seção proximal da segunda porção cilíndrica (230).
7. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a porção afunilada (240) compreende uma primeira seção afunilada (242) que tem um primeiro raio de curvatura e uma segunda seção afunilada (244) que tem um segundo raio de curvatura.
8. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o primeiro raio de curvatura é igual ao segundo raio de curvatura.
9. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o primeiro raio de curvatura é diferente do segundo raio de curvatura.
10. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a porção afunilada (240) compreende ainda um plano disposto em uma posição localizada entre a primeira seção afunilada (242) e a segunda seção afunilada (244).
11. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta em uma posição localizada entre a primeira seção afunilada (242) e a segunda seção afunilada (244).
12. Buzina ultrassônica (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma segunda massa cilíndrica disposta ao redor da buzina (22) em uma posição localizada entre o flange (210) e a extremidade distal da segunda porção cilíndrica (230).
13. Sistema ultrassônico (10), caracterizado pelo fato de que compreende: uma extremidade em forma de sino (20); a buzina ultrassônica (22) conforme definida na reivindicação 1; uma porção de transdutor (18) disposta entre a extremidade em forma de sino (20) e a buzina ultrassônica (22); e uma fonte de energia ultrassônica (14) configurada para fornecer um sinal elétrico que tem um componente de frequência predeterminado para atuar a porção de transdutor (18).
14. Sistema ultrassônico (10), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a massa cilíndrica (260) é disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma posição configurada para otimizar uma característica elétrica do sistema ultrassônico (10).
15. Sistema ultrassônico (10), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a massa cilíndrica (260) é disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma posição configurada para minimizar uma impedância da porção de transdutor (18) em relação ao sinal elétrico.
16. Sistema ultrassônico (10), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a massa cilíndrica (260) é disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma posição configurada para maximizar uma margem de fase da porção de transdutor (18) em relação ao sinal elétrico.
17. Sistema ultrassônico (10), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a massa cilíndrica (260) é disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma posição configurada para otimizar uma característica mecânica do sistema ultrassônico (10).
18. Sistema ultrassônico (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a massa cilíndrica (260) é disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma posição configurada para maximizar um deslocamento da extremidade distal da segunda porção cilíndrica (230) mediante a atuação da porção de transdutor (18) pelo sinal elétrico.
19. Sistema ultrassônico (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a massa cilíndrica (260) está disposta de maneira seletiva ao redor da buzina (22) em uma posição configurada para maximizar uma razão entre um deslocamento da extremidade distal da segunda porção cilíndrica (230) e um deslocamento da porção de transdutor (18) mediante a atuação da porção de transdutor (18) pelo sinal elétrico.
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