BR112020006132A2 - transdutor de bisturi ultrassônico - Google Patents

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BR112020006132A2
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Zhongyu YAN
Lei Wang
Wei Luo
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Innolcon Medical Technology (Suzhou) Co., Ltd.
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Abstract

A presente invenção refere-se a um transdutor de bisturi ultrassônico, que inclui, da extremidade distal à proximal, uma recurso de conexão, um recurso de fixação, uma buzina, um conversor piezelétrico, um anel traseiro e uma conexão. Seguindo o princípio de projeto das condições dos parâmetros entre o conversor piezelétrico e a buzina do transdutor, é possível obter um transdutor com ganho adequado e desempenho estável.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TRANSDUTOR DE BISTURI ULTRASSÔNICO". Campo Técnico
[001] A presente invenção refere-se ao campo de dispositivos médicos, em particular um transdutor de bisturi ultrassônico. Antecedentes
[002] As aplicações em larga escala do bisturi ultrassônico têm mais de 20 anos de história. Comparado a outros métodos cirúrgicos, o bisturi ultrassônico tem vantagens em produzir menos fumaça, um campo de visão cirúrgico mais claro e menos danos térmicos; combine várias funções, como corte, coagulação e dissecção de tecidos em um instrumento; e ser capaz de controlar com precisão a área de corte e coagulação; nenhum dano elétrico; a oscilação ultrassônica rápida tem um efeito de autolimpeza, reduzindo a adesão entre a lâmina e o tecido.
[003] O bisturi ultrassônico pode ser usado para cirurgia laparoscópica e endoscópica, e também para cirurgia aberta; pode ser combinado com outros instrumentos cirúrgicos, como bisturis mecânicos tradicionais e lâminas elétricas; e também pode ser usado de forma independente, uma vez que o bisturi ultrassônico combina várias funções, como agarrar, cortar, dissecar e coagular em um único instrumento. Para operações diferentes, são necessárias peças de mão adequadas para operação fácil e desempenho mais estável.
[004] Por razões de segurança, o bisturi ultrassônico portátil do médico não pode superaquecer durante a operação, por isso é necessário melhorar a eficiência do bisturi ultrassônico para que consuma muito pouca energia. Para conseguir isso, é necessário aumentar o ganho do sistema de bisturi ultrassônico. No entanto, um ganho muito alto reduzirá a estabilidade do sistema. Sumário
[005] Dado o exposto, a presente invenção fornece um transdutor que pode melhorar o ganho do sistema de bisturi ultrassônico sem sacrificar sua estabilidade.
[006] Para resolver os problemas técnicos acima, a solução técnica da presente invenção é adotar um transdutor de bisturi ultrassônico, que inclui, da extremidade distal à extremidade proximal, um recurso de conexão, um fixador, uma buzina, um conversor piezelétrico, um anel traseiro e uma conexão. O comprimento total Ld do conversor piezelétrico deve atender à seguinte fórmula, em que: o comprimento de onda no conversor piezelétrico correspondente à frequência de trabalho do transdutor é λ; a buzina é fornecida com duas fases para amplificar a amplitude, na qual os diâmetros das extremidades dianteira e traseira são Df1, Db1 e Df2, Db2, respectivamente. Entre outros, Ld, λ, Df1, Db1, Df2 e Db2 devem atender às seguintes condições:
[007] Quando Df2 e Db1 são determinados com base nas necessidades práticas da aplicação, Df1 e Db2 são calculados de acordo com a fórmula (2); então, Ld é obtido de acordo com a fórmula (1) e λ; e o resultado calculado do Ld é ajustável dentro de um intervalo de 10%.
[008] De preferência, o conversor piezelétrico inclui 4-8 partes piezelétricas.
[009] De preferência, o conversor piezelétrico está dentro da metade do comprimento de onda no segmento proximal.
[010] De preferência, o anel traseiro e a conexão no segmento proximal são feitos de liga de titânio ou aço, e a buzina no segmento distal é feita de titânio ou liga de alumínio.
[011] Em uma solução preferida, a buzina inclui:
[012] No segmento proximal, há um cone afunilado e um degrau; o referido cone compreende as extremidades dianteira e traseira cujos diâmetros são Df1 e Db1, respectivamente; e o referido front-end está conectado ao degrau;
[013] No segmento médio, há uma extensão cujo diâmetro é Db2;
[014] No segmento distal, existe um arco afunilado que se estende com uma haste distal até a extremidade distal, e o diâmetro dessa haste é Df2.
[015] De preferência, o cone e a etapa formam a primeira amplificação, enquanto a extensão e a haste distal formam a segunda amplificação.
[016] Ou em outra solução preferida, a buzina inclui:
[017] No segmento proximal, há um cone afunilado e um degrau. O referido cone compreende as extremidades dianteira e traseira cujos diâmetros são Df1 e Db1, respectivamente;
[018] No segmento do meio, há uma extensão em que uma estrutura de flange conectada a um degrau é organizada. Existe um arco para conectar a extensão e a haste distal. O diâmetro da referida extensão conectada ao arco é Db2, e o diâmetro da referida haste é Df2.
[019] De preferência, o cone e a etapa formam a primeira amplificação, enquanto a extensão e a haste distal formam a segunda amplificação.
[020] De preferência, o comprimento nuclear da buzina é de 64~72 mm entre a face frontal e a traseira.
[021] De preferência, o transdutor de bisturi ultrassônico é um transdutor de comprimento de onda, em particular um transdutor fornecido com dois nós de vibração longitudinais.
[022] A principal melhoria da presente invenção é que o transdutor fornecido aqui considera os ganhos mecânicos e elétricos do transdutor como um todo, de modo que o ganho total do manípulo e a estabilidade do sistema possam ser aprimorados ao mesmo tempo. Para a carga mecânica no bisturi ultrassônico (ou seja, a impedância mecânica gerada pela apreensão do tecido mole), se o ganho mecânico (ou seja, a amplificação de amplitude calculada pela fórmula (2)) for muito pequeno, o transdutor será aquecido devido a grandes oscilações mecânicas do corpo. No entanto, se a primeira amplificação de amplitude for muito grande, a amplitude na extremidade distal pode ser suprimida e a saída pode ser instável. Com duas fases de amplificação e a faixa de amplificação limitada pela fórmula (2), um transdutor adequado pode ser feito para tais condições de carga cirúrgica de tecidos moles. O ganho elétrico também deve ser ajustado de acordo com o ganho mecânico. Caso contrário, a impedância de entrada elétrica do transdutor pode ser muito alta e sensível à carga e frequência. Portanto, o tamanho e a posição do conversor piezelétrico devem ser ajustados de acordo. Breve Descrição dos Desenhos
[023] A Figura 1 é um esquema de um transdutor fornecido pela Modalidade 1 da presente invenção;
[024] Figura 2 é um esquema de uma corneta correspondente ao referido transdutor fornecido na Modalidade 1 da presente invenção;
[025] Figura 3 é um esquema de uma peça de mão e um instrumento para cirurgia laparoscópica ou aberta fornecida na Modalidade 1 da presente invenção;
[026] Figura 4 é um esquema de um transdutor fornecido pela Modalidade 1 da presente invenção;
[027] Figura 5 é um esquema de uma corneta correspondente ao referido transdutor fornecido na Modalidade 2 da presente invenção;
[028] Figura 6 é um esquema de uma peça de mão e um instrumento para cirurgia aberta fornecida na Modalidade 2 da presente invenção; Descrição Detalhada
[029] Para que os especialistas na técnica possam entender melhor as soluções técnicas da presente invenção, ela será descrita em detalhes abaixo com referência a modalidades específicas.
[030] A fim de satisfazer ganho adequado, desempenho dielétrico, capacidade suficiente para conduzir cisalhamento e coagulação do tecido e requisitos de acionamento de circuito, a presente invenção propõe o seguinte projeto:
[031] Um transdutor de bisturi ultrassônico, que inclui, da extremidade distal à proximal, um recurso de conexão, um recurso de fixação, uma buzina, um conversor piezelétrico, um anel traseiro e uma conexão. O comprimento total do conversor piezelétrico é Ld, e seu comprimento de onda correspondente à frequência de trabalho do transdutor é λ. A buzina possui duas fases para amplificação de amplitude, nas quais os diâmetros das extremidades dianteira e traseira são Df1, Db1 e Df2, Db2, respectivamente. Entre outros, Ld, λ, Df1, Db1, Df2 e Db2 devem atender às seguintes condições:
[032] Quando Df2 e Db1 são determinados com base nas necessidades práticas da aplicação, Df1 e Db2 são calculados de acordo com a fórmula (2); então, Ld é obtido de acordo com a fórmula (1) e λ; e o resultado calculado do Ld é ajustável dentro de um intervalo de 10%.
[033] Como sabemos, o sistema de bisturi ultrassônico geralmente consiste em três partes, a saber, o gerador ultrassônico, a peça de mão e o instrumento (também conhecido como ferramenta). A peça de mão e o instrumento conectados aqui são referidos como um dispositivo portátil. Dependendo da conveniência operacional, existem dois tipos de dispositivos portáteis que são mais adequados para cirurgia laparoscópica e aberta, respectivamente. O gerador elétrico ultrassônico gera um sinal elétrico de frequência ultrassônico, fazendo com que a peça de mão vibre através do cabo de conexão; então, a referida peça de mão transmite a vibração ultrassônico para a lâmina de corte através do guia de ondas dentro do instrumento; e, finalmente, a lâmina entra em contato com o tecido para produzir efeitos de corte e coagulação.
[034] O ganho do dispositivo portátil é determinado pela peça de mão e pelo instrumento. O transdutor é o principal componente ultrassonicamente funcional do manípulo, de modo que o ganho do transdutor é parte do ganho do sistema. Para otimizar o ganho e melhorar a estabilidade, as soluções e os recursos de projeto técnico do presente transdutor são descritos em detalhes abaixo com referência aos desenhos.
[035] A estrutura do transdutor é obtida de acordo com o cálculo das fórmulas anteriores. A Figura 1 é um esquema de um transdutor geralmente usado em cirurgia laparoscópica ou endoscópica, incluindo: buzina 31, conversor piezelétrico 32, anel traseiro 33 e conexão 34. No nó da referida corneta, geralmente é projetada uma saliência(36 que é semelhante ao design do flange e é usada para fixar o revestimento da peça de mão. Na extremidade distal, existe um recurso de conexão 35 usada para conectar o instrumento.
[036] Com base na solução acima e para atender ao ajuste razoável de diferentes variáveis do transdutor, a presente invenção também fornece um projeto de estrutura específica da corneta, como mostrado na Figura 2, a mesma corneta sendo incorporada no transdutor mostrado na Figura 1.
[037] No segmento proximal, há um cone afunilado 54 e um degrau 53; o referido cone 54 compreende as extremidades dianteira e traseira, e a referida extremidade dianteira se conecta ao degrau. O diâmetro da referida extremidade frontal é Df1 e o diâmetro da referida extremidade traseira é Db1, com um intervalo de 12~19 mm. O referido diâmetro Df1 do cone 54 é de preferência 7~14 mm, mais preferencialmente 10~11 mm e mais preferencialmente 10 mm. O comprimento do passo 53 é de preferência de 7~14 mm e mais preferencialmente de 10 mm. O cone 54 tem um comprimento de 7~14 mm. No segmento médio, existe uma extensão 52 cujo diâmetro é Db2, que é de preferência 12~16 mm e mais preferencialmente 14 mm. No segmento distal, existe um arco afunilado 51 que se estende com uma haste distal até a extremidade distal; e o diâmetro da dita haste é Df2, 5~10 mm. O raio do referido arco é preferencialmente 10~16 mm, e mais preferencialmente 12 mm.
[038] A Figura 3 é uma vista esquemática de uma peça de mão e um instrumento para cirurgia laparoscópica, incluindo uma peça de mão de acionamento 11, um transdutor incorporado no alojamento da referida peça de mão, um alojamento de instrumento 12, uma tampa 13, uma lâmina 14 e um cabo de conexão 15. A peça de mão 11 acionada pelo gerador através do referido cabo 15 transmite vibração de frequência ultrassônico para a chapa 14 por meio do guia de ondas dentro da tampa 13, de modo que a chapa 14 possa entre em contato com o tecido para produzir efeitos de corte e coagulação.
[039] Nesta modalidade, a frequência de trabalho do transdutor é de 53~57 kHz, o comprimento de onda correspondente λ no conversor piezelétrico é de 88~94 mm e Ld é de 8~15 mm.
[040] A Figura 4 é um esquema de um transdutor cirúrgico aberto, incluindo uma buzina 41, um conversor piezelétrico 42, um anel traseiro 43 e uma conexão 44. No nó vibratório da referida buzina, a saliência
46 tem um design de flange para fixar a carcaça da peça de mão; e na extremidade distal, uma recurso de conexão 45 é disposta para conectar um instrumento.
[041] De acordo com a presente invenção, o diâmetro do conversor piezelétrico 42 do transdutor na Figura 4 é de preferência 8,5~11 mm, e mais preferencialmente 9,5 mm; o comprimento total Ld do conversor piezelétrico 42 é preferencialmente 12~20 mm, e mais preferencialmente 16 mm; e o referido conversor é composto de 6~12 peças piezelétricas e, de preferência, 8 peças.
[042] Como mostrado na Figura 5, para a buzina do transdutor na Figura 4: No segmento proximal, há um cone afunilado 64 e um degrau 63; o referido cone 64 compreende as extremidades dianteira e traseira; o diâmetro Db1 da referida extremidade traseira é preferencialmente 8,5~11 mm, e mais preferencialmente 9,5 mm; o diâmetro Df1 da referida extremidade frontal do cone 64 é preferencialmente 7~9 mm, e mais preferencialmente 8 mm; o comprimento do cone 64 é de preferência de 1~4 mm e mais preferencialmente de 2 mm; e alterar o comprimento do passo 63 afetará o ganho da primeira amplificação de amplificação, de modo que o comprimento do passo 63 nesta modalidade é preferencialmente 5~9 mm e mais preferencialmente 7 mm para obter o melhor amplitude da primeira amplificação.
[043] No segmento do meio, existe uma extensão 62 em que uma estrutura de flange conectada a um degrau é disposta. A extensão 62 é conectada à haste distal através de um arco, e o diâmetro da referida extensão adjacente ao arco é Db2, preferencialmente 9~12 mm.
[044] O diâmetro Df2 da dita haste 61 é de preferência 2,6~3,6 mm, e mais preferencialmente 3,1 mm; e o comprimento nuclear do referido chifre da face65 para a face 66 é preferencialmente de 64~72 mm e mais preferencialmente de 68 mm.
[045] Da presente invenção, é preferencialmente um transdutor de comprimento de onda, em particular um transdutor provido de dois nós de vibração longitudinais.
[046] Da presente invenção, o conversor piezoelétrico está dentro da metade do comprimento de onda no segmento proximal. Caso contrário, ou seja, o referido conversor estiver fora desta região, o ganho elétrico do transdutor será reduzido e a impedância de entrada elétrica será alta e sensível à carga e frequência. Portanto, a posição do conversor piezelétrico no transdutor deve ser mantida, o que afetará as características deste último.
[047] Para melhorar ainda mais a vida útil e o desempenho elétrico do transdutor. De preferência, o anel traseiro e a conexão no segmento proximal do transdutor são feitos de liga de titânio ou aço, e a buzina no segmento distal é feita de liga de titânio ou alumínio.
[048] Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com as modalidades preferidas acima, deve-se entender que esta invenção não se limita a essas modalidades, mas destina-se a cobrir várias melhorias e modificações feitas por especialistas técnicos gerais na técnica sem afastam-se do princípio e espírito da presente invenção, que estão dentro do escopo de proteção definido pelas reivindicações da presente invenção.

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES
1. Transdutor de bisturi ultrassônico, caracterizado pelo fato de que inclui, da extremidade distal à proximal, uma recurso de conexão, um recurso de fixação, uma buzina, um conversor piezelétrico, um anel traseiro e uma conexão. O comprimento total (Ld) do conversor piezelétrico atende às seguintes condições: em relação à frequência de trabalho do transdutor, o comprimento de onda no conversor piezelétrico é λ. A buzina possui dois estágios de amplificação nos quais os diâmetros dianteiro e traseiro da buzina são Df1, Db1 e Df2, Db2, respectivamente. Entre outros, Ld, λ, Df1, Db1, Df2, Db2 atendem às seguintes condições: quando Df2 e Db1 são determinados, Df1 e Db2 são selecionados e calculados de acordo com a fórmula (2); então Ld é calculado de acordo com a fórmula (1) e λ; e o resultado calculado Ld pode ser ajustado em 10%.
2. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido conversor piezelétrico compreende 4-8 partes piezelétricas.
3. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido conversor piezelétrico está dentro de meio comprimento de onda no segmento proximal do transdutor.
4. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido anel traseiro adjacente ao conversor piezelétrico e a referida conexão no segmento proximal são feitos de liga ou aço de titânio e a buzina no segmento distal é feita de liga de titânio ou alumínio.
5. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido chifre inclui: no segmento proximal, há um cone afunilado (54) e um degrau (53); o referido cone (54) compreende as extremidades dianteira e traseira; o referido front end está conectado ao degrau; o diâmetro da referida extremidade frontal é Df1 e o diâmetro da referida extremidade traseira é Db1; no segmento do meio, existe uma extensão (52) e o diâmetro da referida extensão (52) é Db2; no segmento distal, existe um arco afunilado (51); o arco (51) se estende com uma haste distal até a extremidade distal e o diâmetro da referida haste é Df2.
6. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a primeira amplificação é formada pelo cone (54) e etapa (53), e a segunda amplificação é formada pela extensão (52) e pela haste distal.
7. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido chifre inclui: no segmento proximal, há um cone afunilado (64) e um degrau (63); o referido cone (64) compreende as extremidades dianteira e traseira; o diâmetro da referida extremidade traseira é Db1 e o diâmetro frontal do referido cone (64) é Df1; no segmento do meio, existe uma extensão (62) em que uma estrutura de flange conectada a um degrau é disposta. A extensão (62) é conectada à haste distal (61) por um arco, e o diâmetro da referida extensão é Db2; o diâmetro da haste distal (61) é Df2.
8. O transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a primeira amplificação é formada pelo cone (64) e etapa (63), e a segunda amplificação é formada pela extensão (62) e pela haste distal (61).
9. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o comprimento nuclear do chifre da face (65) para a face (66) é de 64~72 mm.
10. Transdutor de bisturi ultrassônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é um transdutor de comprimento de onda completo, em particular um transdutor provido de dois nós de vibração longitudinais.
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