CN212521929U - 一种超声换能器芯及包括其的枪式超声外科器械 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声换能器芯，包括沿着超声换能器芯的纵向轴线设置的前金属块、两个及以上的压电堆叠、将每相邻两个压电堆叠连接在一起的中间金属块、以及后金属块，该中间金属块的两个末端各设有一个凸缘并且这些凸缘同与该中间金属块前后相邻的压电堆叠相连接，该中间金属块还设有一个法兰，该法兰位于两个凸缘之间并且通过法兰两侧的环形凹槽与这两个凸缘间隔开。本实用新型还公开了一种枪式超声外科器械，包括上述的超声换能器芯。本实用新型克服了枪式超声外科器械的超声能量从器械的后端传递到器械的前端时器械的功率损耗大、换能器大而重、振动耦合器成本高、以及器械的使用不太灵活等问题。

Description

一种超声换能器芯及包括其的枪式超声外科器械

技术领域

本实用新型涉及微创医疗技术领域，尤其是一种枪式超声外科器械。

背景技术

超声器械用于各种外科手术中，例如内窥镜或腹腔镜手术，在组织中进行解剖、切割、结扎、实现凝结和/或实现止血。通常，枪式超声外科器械(例如，超声软组织切割止血刀) 包括用于抓握器械的手柄组件，附接到手柄组件后端的换能器，以及从超声换能器穿过器械的主体延伸到器械的端部执行器的振动耦合器。换能器产生在超声频率范围内的振动，这些振动通过振动耦合器从器械的手柄组件传递到端部执行器。这种配置有几个缺点，例如，当超声能量从器械的后端传递到器械的前端时，器械的功率衰减。此外，在器械的联接和密封处增加了功率损耗。因此，需要大而重的换能器来驱动已知的外科器械。大体积的换能器放在最靠近端部执行器的位置处，因此需要延长的并且通常是相对不可挠曲的细长振动耦合器，难以或不可能使端部执行器与刀片接合，这就限制了现有超声器械在内窥镜和腹腔镜外科手术中的可用性。

另外，振动耦合器成本高，因振动耦合器材质一般为钛合金，原料费用比一般金属材料要高一些，再者钛合金加工难度大，进一步增加振动耦合器的成本。

实用新型内容

为了克服现有技术中枪式超声外科器械的超声能量从器械的后端传递到器械的前端时器械功率损耗大、换能器大而重、以及振动耦合器成本高等问题，本实用新型提供一种超声换能器芯，具有一条纵向轴线并且沿着所述纵向轴线按预定频率产生振动，所述超声换能器芯包括：沿着所述纵向轴线设置的前金属块、两个及以上的压电堆叠、将每相邻两个压电堆叠连接在一起的中间金属块、以及后金属块；所述中间金属块的两个末端各设有一个凸缘并且这两个凸缘同与所述中间金属块前后相邻的压电堆叠相连接，所述中间金属块还设有一个法兰，所述法兰位于所述两个凸缘之间并且通过所述法兰两侧的环形凹槽与所述两个凸缘间隔开。

优选地，所述中间金属块及设在其上的法兰、两个凸缘、和法兰两侧的环形凹槽是一体成型的。

优选地，所述超声换能器芯包括的两个及以上的压电堆叠中每个压电堆叠包括一个或多个压电元件，当其中一个压电堆叠包括的压电元件的数量为两个及以上时，这个压电堆叠所包括的这些压电元件的正极通过介于压电元件之间或端部的多个电极片串联在一起和/或这些压电元件的负极通过介于压电元件之间或端部的多个电极片串联在一起，串联正极的每相邻两个电极片之间设有与这相邻两个电极片一体成型的连接部，和/或串联负极的每相邻两个电极片之间设有与这相邻两个电极片一体成型的连接部，串联正极的多个电极片与串联负极的多个电极片穿插交错放置并且串联正极的连接部与串联负极的连接部互不接触。

优选地，在所述超声换能器芯包括两个压电堆叠时，每个压电堆叠的压电元件均为六个，在串联正极电极片的连接部的数量为三个时串联负极电极片的连接部的数量为两个，或者在串联正极电极片的连接部的数量为两个时串联负极电极片的连接部的数量为三个。

优选地，串联正极电极片的每个连接部和/或串联负极电极片中的每个连接部的两个表面上均设置有绝缘物质，这些绝缘物质是塑料、树脂、橡胶、涂料、或镀膜中的任一种。

本实用新型还提供了一种枪式超声外科器械，包括如以上任一项所述的超声换能器芯，所述枪式超声外科器械还包括：手柄组件；伸长组件，所述伸长组件与所述手柄组件连接，所述伸长组件包括：伸长壳体，所述伸长壳体从所述手柄组件向前端延伸，所述超声换能器芯设置在所述伸长壳体的前部且设置于所述伸长壳体的内部；端部执行器，所述端部执行器沿着所述超声换能器芯的纵向轴线设置且与所述超声换能器芯连接；第一套管，所述第一套管设置在所述伸长壳体上；第二套管，所述第二套管设置在所述第一套管上；夹紧构件，所述夹紧构件可枢转地联接到所述第一套管和第二套管上，并且能够相对于所述端部执行器在打开位置和夹紧位置之间运动；以及旋钮，所述旋钮设置在所述手柄组件与所述伸长组件之间且在所述旋钮发生旋转时能够带动所述伸长组件一起旋转。

优选地，所述超声换能器芯通过所述法兰与所述伸长壳体之间的连接而固定在一起，其中所述法兰上安装有绝缘圈，所述法兰与所述伸长壳体之间通过绝缘销钉、绝缘螺钉、或灌封胶固定在一起。

优选地，所述超声换能器芯的法兰上设有一个或多个凹陷用于容纳绝缘销钉或绝缘螺钉，所述伸长壳体与所述凹陷相对应的位置处设有一个或多个通孔，所述通孔用于使所述绝缘销钉或绝缘螺钉穿过其而进入到所述凹陷中，以使所述伸长壳体与所述法兰连接在固定位置，其中，所述绝缘销钉或所述绝缘螺钉与所述通孔和所述凹陷均为过盈配合；或者所述绝缘销钉或所述绝缘螺钉与所述通孔和所述凹陷还通过绝缘胶水密封。

优选地，所述超声换能器芯的法兰置于所述伸长壳体内且被确定了固定位置后，直接在所述固定位置及其周围灌封液体环氧树脂胶、有机硅胶或聚氨酯胶使得所述法兰紧固在所述伸长壳体内的固定位置处。

优选地，所述伸长壳体的前部具有一个朝向所述纵向轴线弯曲的弯曲部以将所述超声换能器芯容置入所述伸长壳体中，所述伸长壳体的弯曲部的前端与所述端部执行器的接触部位设置有硅胶环，所述硅胶环固定在所述伸长壳体的弯曲部的前端或者固定在所述端部执行器上，所述伸长壳体的弯曲部的后端与所述第一套管之间也设置有硅胶环。

优选地，所述伸长组件和所述旋钮可整体地从所述手柄组件上抛弃或者更换。

优选地，所述枪式超声外科器械还包括两根导线，所述两根导线从所述超声换能器芯的后部引出且在所述伸长壳体内部向后延伸直至连接到所述手柄组件中的导电组件上；所述两根导线后端设有对应的弹性电极，这些弹性电极被焊接在所述伸长壳体后端设置的一个绝缘卡盘上，所述伸长壳体与所述绝缘卡盘固定在一起，且所述绝缘卡盘能够随所述伸长壳体一起旋转和拆卸，所述导电组件与所述弹性电极电接触。

优选地，所述导电组件包括绝缘座和在所述绝缘座上径向平行间隔设置的两个导电环，这两个导电环通过所述绝缘座上的两个绝缘环间隔开，这些位于绝缘卡盘上的弹性电极对应与这两个导电环的端面挤压接触并且形成电连接，所述两个导电环与所述绝缘座及其上的两个绝缘环一体包胶成型。

优选地，所述两个导电环在面对所述弹性电极的端面上均对应设有两个环形凹槽，以便使这些弹性电极对应插入这两个导电环端面上的环形凹槽中，并且在这些弹性电极随着所述伸长壳体旋转时仍然与这两个导电环的环形凹槽底部挤压并且保持电接触。

优选地，所述端部执行器与所述超声换能器芯之间是可拆卸连接的，所述端部执行器是可抛弃的或者可更换的。

优选地，所述端部执行器与所述超声换能器芯之间通过螺纹连接，并且所述端部执行器上设置有用于施加外力的结构以便将所述端部执行器紧固到所述超声换能器芯。

优选地，所述端部执行器与所述超声换能器芯是不可拆卸连接的,所述端部执行器与所述超声换能器芯的前金属块是由同一种材料一体制成的。

优选地，所述端部执行器与所述超声换能器芯是不可拆卸连接的,所述端部执行器与所述超声换能器芯是通过焊接、粘接、铆接中的任一种方式进行连接的。

优选地，所述手柄组件后部的外壳内部设置有平衡块。

优选地，所述超声换能器芯的长度大于或等于一个波长的1/4并且小于或等于一个波长的1/2。

优选地，所述超声换能器芯和所述端部执行器的长度为一个波长的1/2的倍数。

本实用新型的有益效果是：

(1)超声换能器芯的前端直接与端部执行器连接，省去难以加工的振动耦合器结构，避免了对由钛形成的细长振动耦合器的需要，从而显着降低了枪式超声外科器械的成本；

(2)器械主体部分的长度可以改变，例如缩短或延长，器械性能几乎没有相应的变化；

(3)超声波能量可以更有效地传递给患者，从而降低能量需求；

(4)器械的可抛弃部分可以很容易地改变，例如伸长壳体、端部执行器或它们间的任何程度的可抛弃；

(5)因为手柄组件不支撑换能器，手柄组件可以更符合人体工程学配置；

(6)在器件前端上、内或附近使用小型换能器代替器械后端的大型换能器，大大减轻了器械的重量，使其易于管理，特别是在精细手术程序期间；

(7)换能器的压电元件远小于市面枪式超声外科器械产品的换能器尺寸，使得换能器径向尺寸能满足通过穿刺器口的要求同时，纵向尺寸也能得到有效压缩；

(8)将换能器设计为小尺寸结构，使其可以深入患者体内，换能器后端通过普通的金属杆与医生手柄相连接，换能器前端只需装配较短的端部执行器即可实现超声软组织切割止血功能；

上述讨论仅是为了举例说明本实用新型技术领域中相关技术目前的每个方面，而不应当视为对权利要求范围的否定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为现有技术的枪式超声外科器械的示意图；

图2为本实用新型的超声换能器芯的一个实施例的组合图；

图3为图2的超声换能器芯的分解图；

图4为图3中的中间金属块的立体示意图；

图5为本实用新型的包括不同直径的中间金属块的超声换能器芯的性能模拟图；

图6为本实用新型的超声换能器芯包括的一个压电堆叠的组合立体视图；

图7为构成图6的压电堆叠的电极片和电极片连接部的立体图；

图8为构成图7的电极片和其连接部的刚加工完成时的示意图；

图9为电极片和其连接部在待组装之前的形态视图；

图10为本实用新型的枪式超声外科器械的一个实施例的示意图；

图11为图10的枪式超声外科器械的前部的放大结构示意图；

图12为安装在伸长外壳后端的弹性电极与手柄组件中导电组件的电连接示意图；

图13为导电组件的爆炸视图；

图14为图13中的导电组件的组合立体视图；

图15为本实用新型的枪式超声外科器械的另一个实施例的前部的放大结构示意图；

图16为本实用新型的枪式超声外科器械的又另一个实施例的前部的放大结构示意图；

图17为现有技术的超声换能器芯和本实用新型换能器芯的长度设计的对照图。

具体实施方式

以下对本实用新型某些实施例的描述不限于附图和说明书中所示和阐述的部件的结构和设置的细节的应用和用途。本实用新型所示的实施方式可以实现或结合入其他实施方式、变形和改变中，并且可以以各种方式实践或执行。另外，除非另外指明，这里采用的术语和表述形式均是出于方便读者而对本实用新型的所示实施方式进行描述的目的加以选择的，而不是为了限制本实用新型。

应当理解，本文使用的术语“前”“后”方位是以枪式超声外科器械刀具手柄工作时，朝向患者的方向为前方，远离患者的方向为后方。枪式超声外科器械可以在多个方向和位置中使用，这些术语并非意图进行限制并且也不是绝对的。术语“端”应理解为是指纵向边界，或者表示此边界的表面。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

另外，应当理解，下述实施方式、实施方式的表述形式、例子等中的任何一个或多个能够与下述其他的实施方式、实施方式的表述形式、例子等中的任何一个或多个结合。

图1展现的是现有技术的枪式超声外科器械，大且重的超声换能器置于枪式超声外科器械的后端。

图2和图3展示的是本实用新型的超声换能器芯的一个实施例，该超声换能器芯总体上成圆柱形的形状，具有一条纵向轴线并且沿着该纵向轴线按预定频率产生振动，该超声换能器芯2包括：沿着该纵向轴线设置的前金属块2-1、两个及以上的压电堆叠9、将每相邻两个压电堆叠9连接在一起的中间金属块10、以及后金属块2-3。优选地，该超声换能器芯2所包括的压电堆叠的数量为两个、三个、四个、五个或六个等。在该超声换能器芯2所包括的压电堆叠的数量为两个时，该中间金属块10的数量为1个；在该超声换能器芯2所包括的压电堆叠的数量为三个时，该中间金属块10的数量为2个；在该超声换能器芯2所包括的压电堆叠的数量为四个时，该中间金属块10的数量为3个；依此类推。压电堆叠9可以包括一个或多个压电元件9-1，压电元件9-1的数量和厚度可依实际情况调整，压电元件可以由任何合适的材料制成，例如锆钛酸铅、偏铌酸铅、钛酸铅、钛酸钡、PMNT材料(单晶材料)或其他压电元件材料。压电元件9-1每一个均可以具有穿过中心的孔。每个压电堆叠配置有一个相应的连接杆2-2以便将一个或多个压电元件9-1穿设在一起，该连接杆2-2为双头螺纹杆。优选地，在连接杆2-2与一个或多个压电元件9-1之间内衬有绝缘套，以使连接杆和压电元件之间没有电接触。由于超声换能器输出功率主要由压电元件的体积决定，当压电元件径向尺寸降低时，为保证输出功率，即压电元件体积不变，则压电元件厚度或片数必然增加。

该前金属块2-1是一个钟形金属块，该后金属块2-3是一个圆柱形金属块，前金属块2-1 和后金属块2-3的长度由换能部分的厚度、前金属块2-1和后金属块2-3所用材料的密度和弹性模量以及超声换能器的共振频率等多个变量决定。前金属块2-1，从其后端到其前端向内成锥形以放大超声振幅，也可以没有放大作用。前金属块2-1和后金属块2-3上均设置有用于施加预紧力的结构，如图3显示的通过机加工在前金属块和后金属块的圆柱形表面形成的矩形结构 (a,c)，即为用于施加预紧力的结构。合适的振动频率范围可以为约20Hz至120kHz，特别合适的振动频率范围可以为约30Hz至100kHz，工作振动频率的一个实例可以为(例如)约55.5 kHz。

每相邻两个压电堆叠9之间通过沿着该纵向轴线设置的中间金属块10进行连接。该中间金属块10也大致呈圆柱形。如图4所示，该中间金属块10的两个末端各设有一个凸缘10-1,10-2 并且这些凸缘同与该中间金属块10前后相邻的压电堆叠9相连接，这些凸缘的直径与压电元件 9-1的直径优选是相同尺寸的，这些凸缘的厚度可以大于、小于或等于压电元件9-1的厚度，优选是小于或等于压电元件的厚度。

该中间金属块10还设有一个法兰10-3，该法兰位于两个凸缘10-1,10-2之间并且通过两侧的环形凹槽10-4，10-5与这两个凸缘间隔开。该环形凹槽10-4或10-5上也可以设置有一个用于施加预紧力的结构。如图3和4所示，施加预紧力的结构b设置在环形凹槽10-4上，该环形凹槽10-4比环形凹槽10-5的长度长。该法兰通常位于超声换能器产生的振动运动驻波的波节点 (即，振动运动驻波的最小或零交点)，在此处设置超声换能器芯与外壳的连接结构对换能器自身的振动不会产生较大影响；同时，法兰两侧的凹槽还可以减小换能器的静态电学阻抗，有利于换能器的电路设计。法兰上可以设置方便导电通过的过线孔。

在压电堆叠9中起连接作用的螺纹连接杆的前端与前金属块2-1通过螺纹结构连接，螺纹连接杆的后端与中间金属块的一个凸缘通过螺纹结构相连接，另一个螺纹连接杆也通过螺纹结构连接该中间金属块10的另一个凸缘以及后金属块2-3，当然在该前金属块、该中间金属块的两个凸缘、以及后金属块中均设计有与螺纹杆的螺纹匹配结合的螺纹结构。

在一个优选方案中，整个换能器只设有一个法兰，法兰的厚度至少为3mm。

在一个优选的实施方式中，如图4所示，该中间金属块10及设在其上的两个凸缘10-1、 10-2，法兰10-3和法兰两侧的环形凹槽10-4、10-5，和施加预紧力的矩形结构b是通过机械加工一体成型的。中间金属块10在法兰的两侧设置两个环形凹槽，是为了改变环形凹槽所在的中间金属块的直径，直径变化主要功能为调节换能器谐振频率。如图5所示，随着中间金属块直径变大，谐振频率也随之增大，这表明改变中间金属块的环形凹槽所在的直径可以调节换能器谐振频率。

在一个优选的实施方式中，该超声换能器芯2包括的两个及以上的压电堆叠中每个压电堆叠9各包括一个或多个压电元件9-1，当一个压电堆叠9包括的压电元件9-1数量为两个及以上时这个压电堆叠9所包括的这些压电元件9-1的正极通过介于压电元件之间或端部的多个电极片9-2串联在一起和/或者这些压电元件9-1的负极通过介于压电元件之间或端部的多个电极片串联在一起，压电元件9-1夹在多个电极片9-2之间，电极片紧贴着压电元件，串联正极的每相邻两个电极片之间设有与这相邻两个电极片一体成型的连接部9-3，和/或串联负极的每相邻两个电极片之间设有与这相邻两个电极片一体成型的连接部，串联正极的多个电极片与串联负极的多个电极片穿插交错放置并且串联正极的连接部与串联负极的连接部互不接触。电极片的每一个均可以具有穿过中心的孔，同压电元件一样，这些电极片也通过连接杆与压电元件穿设在一起，其中连接杆上设置有绝缘套以避免电极片与连接杆的直接接触。串联后的正极和负极分别对应与导线7、8电连接。位于压电堆叠末端的电极片可以具有一个引出脚，用于与导线连接。

在一个实施方式中，该超声换能器包括的两个压电堆叠9，每个压电堆叠9的压电元件9-1 均为四个，在串联正极电极片的连接部的数量为二个时串联负极电极片的连接部的数量为一个，或者在串联正极电极片的连接部的数量为一个时串联负极电极片的连接部的数量为二个。

在一个优选的实施方式中，该超声换能器包括的两个压电堆叠9，每个压电堆叠9的压电元件9-1均为六个，如图6和7所示出的，在串联正极电极片的连接部的数量为三个时串联负极电极片的连接部的数量为两个，或者在串联正极电极片的连接部的数量为两个时串联负极电极片的连接部的数量为三个。

在一个实施方式中，该超声换能器包括的两个压电堆叠9，每个压电堆叠9的压电元件9-1 均为八个，在串联正极电极片的连接部的数量为四个时串联负极电极片的连接部的数量为三个，或者在串联正极电极片的连接部的数量为三个时串联负极电极片的连接部的数量为四个。

图6和7示出了包括六个压电元件的一个压电堆叠中串联正极/负极的电极片和连接部的穿插交错放置的方式。如图8所示，显示了具有三个连接部的一体成型的电极环和具有两个连接部的一体成型的电极环，也是电极环及其连接部在制造完成时的状态，类似于直径方向上串联铜钱的形状，这能够增加制造的效率。该连接部的长度大于其横跨的相邻两个压电元件的厚度，优选该连接部的长度大于与其横跨的相邻两个压电元件的厚度1mm左右，以便在与压电元件一起组装成压电堆叠的过程中，直接可用手将电极片与连接部的连接处压成弯曲状，节省了将每个单独的电极片连接在一起的时间。这些电极片是由金属制成的。优选，这些电极片是由铜制成的，并在铜上镀了一层金，从而增加导电率。

在一个优选的实施方式中，串联正极电极片的每个连接部和/或串联负极电极片中的每个连接部的两个表面上均设置有绝缘物质，这些绝缘物质是塑料、树脂、橡胶、涂料、镀膜中的任一种。这两个表面是指连接部的面对压电元件的一个表面和背向压电元件的一个表面。在每个连接部的两个表面上预先设置绝缘材料，这样能够在组成压电堆叠的过程中避免额外需要在电极片上设置绝缘材料降低组装的效率。图9显示了本实用新型的电极片的连接部上预先设置了绝缘塑料片，来达到防止短路的目的。

本实用新型还提供了一种枪式超声外科器械，如图10所示，该枪式超声外科器械包括如前述任一该的超声换能器芯，该枪式超声外科器械还包括：

手柄组件15，该手柄组件呈枪式，方便在内窥镜和腹腔镜手术中对手术器械的抓握；

伸长组件，该伸长组件与该手柄组件相连接，该伸长组件包括：

伸长壳体1，该伸长壳体1从该手柄组件15向前端延伸，该超声换能器芯2设置在该伸长壳体1的前部且设置于其的内部；该超声换能器芯2设置在该伸长壳体1的前部且至少部分地设置于该伸长壳体1的内部；优选地，该超声换能器芯全部地设置于该伸长壳体1的前部和内部。在一个优选的实施方式中，该伸长壳体的前部具有一个朝向该纵向轴线弯曲的弯曲部以将该超声换能器芯2容置入该伸长壳体中且与外界隔绝。超声换能器的这种前置设置，是为了缓解后置超声换能器带来的一系列问题，例如重量和体积大，机械振动从后端传到前端时振动功率的耗损等，伸长壳体是用金属制成的，优选是用不锈钢制成的，由于伸长壳体不用于传播振动，选用不锈钢制造，能够节约制造成本；

端部执行器3，该端部执行器3沿着该超声换能器芯2的纵向轴线设置且与该超声换能器芯2连接，由该超声换能器芯产生的超声能量传递给该端部执行器3，该端部执行器直接作用于软组织上，端部执行器可以是超声刀的刀头，端部执行器3的形状可以具有锥形末端、三棱形末端、圆柱形末端、基本上平面的末端、矩形主体，和/或根据本文的教导内容对本领域的普通技术人员而言显而易见的任何其他形状；端部执行器3的前端通常位于超声换能器产生的振动运动驻波的波腹(即，振动运动驻波的最大点)，端部执行器连接到超声换能器上，并以超声频率进行震荡，这种震荡可同时切断软组织并且使相邻组织细胞中的蛋白质变性；

第一套管4，该第一套管4设置在该伸长壳体1上；

第二套管5，该第二套管5设置在该第一套管4上，伸长壳体与第一套管和第二套管形成一种管状引导结构，第一套管和第二套管优选也是由不锈钢制成的；

夹紧构件6，该夹紧构件可枢转地联接到该第一套管4和第二套管5上，并且能够相对于该端部执行器3在打开位置和夹紧位置之间运动，该夹紧构件与该端部执行器直接接触软组织并且合作实现对软组的解剖、切割、结扎、凝结和/或止血等；另外，手柄组件15中使夹紧构件实现打开和夹紧的机构，这属于能够获得的现有技术，在此不进行赘述；以及，

旋钮17，该旋钮17设置在该手柄组件与该伸长组件之间且在该旋钮发生旋转时能够带动该伸长组件一起旋转。

在一个优选的实施方式中，该超声换能器芯2通过该法兰10-3与该伸长壳体1之间的连接而固定在一起，该法兰10-3上安装有绝缘圈，该绝缘圈完全覆盖住该法兰与该伸长壳体1接触的表面以使该法兰与该伸长壳体绝缘，该法兰与该伸长壳体通过绝缘销钉、绝缘螺钉、或灌封胶固定在一起。在该超声换能器芯的法兰10-3上设有一个或多个凹陷用于容纳绝缘销钉或绝缘螺钉，该伸长壳体与该凹陷相对应的位置处设有一个或多个通孔，该通孔用于使该绝缘销钉或绝缘螺钉穿过其而进入到凹陷中，以使该伸长壳体与该法兰连接在固定位置，其中，该绝缘销钉或该绝缘螺钉与该通孔和该凹陷均为过盈配合；或者该绝缘销钉或该绝缘螺钉与该通孔和该凹陷还可以通过绝缘胶水密封。或者将该法兰10-3与该伸长壳体1通过灌封胶的方式，从而使该法兰10-3与该伸长壳体1固定在一起。该超声换能器芯的法兰10-3置于该伸长壳体内且被确定了固定位置后，直接在该固定位置及其周围灌封液体环氧树脂胶、有机硅胶或聚氨酯胶使得该法兰固定在该伸长壳体内的固定位置处。灌封就是将液态聚氨酯复合物用机械或手工方式灌人装有电子元件、线路的器件内，在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。这个过程中所用的环氧树脂灌封胶、有机硅树脂灌封胶、聚氨酯灌封胶就是灌封胶。该法兰10-3与该伸长壳体1之间的连接是密封式的连接，避免水气或者组织液等的进入。

在一个优选的实施方式中，该伸长壳体1的前部具有一个朝向该纵向轴线弯曲的弯曲部以将该超声换能器芯容置入该伸长壳体中，该伸长壳体的弯曲部的前端与该端部执行器3或该超声换能器芯2的接触部位通过硅胶进行密封，例如在此部位设置有硅胶环，该硅胶环固定在该伸长壳体的弯曲部的前端或者固定在该端部执行器3上。该伸长壳体1的弯曲部的后端与该第一套管4之间也通过硅胶进行密封，同样例如设置有硅胶环。硅胶环可抑制不需要的震动并将超声能量与伸长壳体1隔离，以确保纵向的超声能量以最大效率到达超声端部执行器的远端。

另外该枪式超声外科器械在手柄与伸长构件之间还设有一个旋钮17，将该旋钮17进行旋转则能够带动伸长组件旋转，即，带动该伸长壳体1、超声换能器芯2、端部执行器3、第一套管4、第二套管5及夹紧构件6跟着一起旋转。该旋钮与第二套管5的外表面直接接触。该伸长壳体1、超声换能器芯2、端部执行器3、第一套管4、第二套管5及夹紧构件6可整体地从该手柄组件15上抛弃或者更换，另外该旋钮17也可以跟随该伸长组件一起抛弃或者更换。这种可拆卸连接方便医生在需要时根据手术的具体需要更换长短和/或粗细不同的伸长组件。

在一个优选实施方式中，该枪式超声外科器械还包括两根导线7,8，这两根导线从该超声换能器芯2的后部引出且在该伸长壳体1内部向后延伸直至连接到该手柄组件15中的导电组件上，该导电组件通过电缆与超声发生器连接，该超声发生器输出指定的频率、电压、电流的电信号给换能器。该导电组件与该弹性电极电接触。

如图12所示，这两根导线7,8的后端均设有对应的弹性电极7-1,8-1且这些弹性电极 7-1,8-1被焊接在该伸长壳体1后端设置的一个绝缘卡盘11上，绝缘卡盘11通过连接机构(例如，粘合剂，卡扣等)而固定到该伸长壳体1的后端，这样在医生进行手术的过程中伸长壳体 1发生转动时，绝缘卡盘11跟随伸长壳体1一起转动，而不会发生导线的缠绕或其他情形而影响手术器械的操作，并且固定在绝缘卡盘上的这些弹性电极的转动轨迹是固定的。另外，该绝缘卡盘能够随该伸长壳体一起旋转和拆卸。

该手柄组件包括一个导电组件，如图13和14所示，该导电组件包括绝缘座12和在该绝缘座上径向平行间隔设置的两个导电环13,14，这两个导电环是由金属制成的，例如金、银、铜等。优选地，这两个导电环是通过机加工制造成的并且在两个导电环的表面上镀一层金以增加铜环的导电效果。这两个导电环通过该绝缘座12上的两个绝缘环间隔开。这些位于绝缘卡盘11上的弹性电极7-1,8-1对应与这两个导电环13,14的端面挤压接触并且形成电连接。该两个导电环13,14与该绝缘座14及其上的两个绝缘环一体包胶成型。绝缘座具有一个中心通孔，并且由内向外径向依次设置的是导电环14、环形绝缘部、导电环13以及环形绝缘部。绝缘座和绝缘环的是由绝缘材料制成的，例如，橡胶、塑料等。优选绝缘材料使用的是聚碳酸酯(PC)。聚碳酸酯具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点。

这个导电组件被固定在手柄组件15中，并且与手柄组件15绝缘，导电组件的后端通过电缆与超声发生器相连接。该伸长壳体1的后端不与导电组件直接接触，只通过安装在该伸长壳体1后端绝缘卡盘上的弹性电极与导电组件直接接触。

在一个优选的实施方式中，该两个导电环在面对弹性电极7-1,8-1的端面上均设有两个环形凹槽13-1,14-1(如图12-14所示)，以便将这些弹性电极对应插入这两个导电环端面上的环形凹槽中，由此来将弹性电极7-1,8-1的运动轨迹限定在这些环形凹槽13-1,14-1中，这些环形凹槽是通过机械加工制造而成的。在这些弹性电极7-1,8-1随着所述伸长壳体旋转时仍然分别与这两个导电环的环形凹槽13-1,14-1底部挤压并且保持电接触。

在一个优选的实施例中，该端部执行器3与该超声换能器芯2之间是可拆卸连接的，并且该端部执行器是可抛弃的或者可更换的。该端部执行器3与该超声换能器芯2之间通过螺纹连接，并且该端部执行器上设置有用于施加外力的结构以便将该端部执行器3紧固到该超声换能器芯2。该端部执行器3上设置的用于施加外力的结构可以是贯穿该端部执行器直径的一个孔 A，如图11所示，通过在该孔A中插入一个杆，旋转该杆从而将该端部执行器3固定到该超声换能器芯2。该端部执行器3上设置的用于施加外力的结构还可以是一个方便夹持的结构，例如，围绕该端部执行器的纵向轴线对称的扁平结构或不对称的其他方便夹持的结构，优选是一对对称的扁平结构B，如图15所示。在该端部执行器3的靠近该伸长壳体1的位置的外表面设置有通过使用一个夹持工具(例如，扳手或手钳)将外力施加到该方便夹持的结构上就能够将该端部执行器3固定到该超声换能器芯2。这样枪式超声器械的其余部分能够重复使用、回收和/ 或重新消毒，并将新的端部执行器3连接到超声换能器芯2上用于另一手术中。在其他情况下若夹持机构磨损、堵塞和/或不能操作不能使用，或者超声换能器损害或不能使用时，可将整个伸长组件进行更换。

该端部执行器3与该超声换能器芯2是不可拆卸连接的时,该端部执行器3与该超声换能器芯的前金属块2-1可由同一种材料(例如，波导材料)一体制成，如图16所示；或者将该端部执行器3的一部分做成该超声换能器芯2的一个壳体。该端部执行器的制造材料优选是钛合金。端部执行器除了钛合金之外的材料，还包括铝、钢、铁、合金等。

在该端部执行器3与该超声换能器芯2的连接是不可拆卸的时，该端部执行器3通过焊接、粘接、铆接及其他类似方法等任何合适的手段连接到超声换能器芯2上。

在一个优选的实施方式中，该手柄组件后部的外壳内部设置有平衡块16。如图10所示的，该平衡块的重心，优选设置在伸长壳体的中心线的延长线位置上，避免由于换能器前置之后，整个枪式超声外科器械，前重后轻的情况。

在一个优选的实施方式中，该超声换能器芯2的长度大于或等于一个波长的1/4并且小于或等于一个波长的1/2。现有技术中，通常是将一个超声换能器芯的长度设计成一个波长的长度。在一个优选的实施方式中，该超声换能器芯的长度是一个波长的1/2，该超声换能器芯的前端处于振动运动驻波的波腹(通常称为最大绝对值或峰值，例如运动通常最大的位置)。图 17中是示出了三个换能器芯的长度，上部的图是，现有技术的包括一个压电堆叠的超声换能器芯的长度被设计为一个波长，中部的图是，现有技术的包括两个压电堆叠的超声换能器芯的长度被设计为一个波长，下部的图是，本实用新型的包括两个压电堆叠的超声换能器芯的长度被设计为1/2波长。在一个优选的实施方式中，该超声换能器芯和该端部执行器的长度为一个波长的1/2的倍数。优选地，该超声换能器芯和该端部执行器的长度为一个波长的1/2 的整倍数。

本实用新型设计的枪式超声外科器械，将超声换能器前置并且小型化，在径向和纵向尺寸比一般的双激励型换能器小很多，在保证输出功率的情况下，能给枪式超声外科器械提供更多的结构型式选择，能直接与端部执行器连接从而省去振动耦合器(又被称为波导杆)结构，避开了振动耦合器难以加工的问题，同时还减少了原材料及加工成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“如图…所示”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (21)

1.一种超声换能器芯，具有一条纵向轴线并且沿着所述纵向轴线按预定频率产生振动，所述超声换能器芯包括：沿着所述纵向轴线设置的前金属块、两个及以上的压电堆叠、将每相邻两个压电堆叠连接在一起的中间金属块、以及后金属块；

其特征在于，

所述中间金属块的两个末端各设有一个凸缘并且这两个凸缘同与所述中间金属块前后相邻的压电堆叠相连接，所述中间金属块还设有一个法兰，所述法兰位于所述两个凸缘之间并且通过所述法兰两侧的环形凹槽与所述两个凸缘间隔开。

2.根据权利要求1所述的超声换能器芯，其中，所述中间金属块及设在其上的法兰、两个凸缘、和法兰两侧的环形凹槽是一体成型的。

3.根据权利要求2所述的超声换能器芯，其中，所述超声换能器芯包括的两个及以上的压电堆叠中每个压电堆叠包括一个或多个压电元件，当其中一个压电堆叠包括的压电元件的数量为两个及以上时，这个压电堆叠所包括的这些压电元件的正极通过介于压电元件之间或端部的多个电极片串联在一起和/或这些压电元件的负极通过介于压电元件之间或端部的多个电极片串联在一起，串联正极的每相邻两个电极片之间设有与这相邻两个电极片一体成型的连接部，和/或串联负极的每相邻两个电极片之间设有与这相邻两个电极片一体成型的连接部，串联正极的多个电极片与串联负极的多个电极片穿插交错放置并且串联正极的连接部与串联负极的连接部互不接触。

4.根据权利要求3所述的超声换能器芯，其中，在所述超声换能器芯包括两个压电堆叠时，每个压电堆叠的压电元件均为六个，在串联正极电极片的连接部的数量为三个时串联负极电极片的连接部的数量为两个，或者在串联正极电极片的连接部的数量为两个时串联负极电极片的连接部的数量为三个。

5.根据权利要求3所述的超声换能器芯，其中，串联正极电极片的每个连接部和/或串联负极电极片中的每个连接部的两个表面上均设置有绝缘物质，这些绝缘物质是塑料、树脂、橡胶、涂料、或镀膜中的任一种。

6.一种枪式超声外科器械，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的超声换能器芯，所述枪式超声外科器械还包括：

手柄组件；

伸长组件，所述伸长组件与所述手柄组件连接，所述伸长组件包括：

伸长壳体，所述伸长壳体从所述手柄组件向前端延伸，所述超声换能器芯设置在所述伸长壳体的前部且设置于所述伸长壳体的内部；

端部执行器，所述端部执行器沿着所述超声换能器芯的纵向轴线设置且与所述超声换能器芯连接；

第一套管，所述第一套管设置在所述伸长壳体上；

第二套管，所述第二套管设置在所述第一套管上；

夹紧构件，所述夹紧构件可枢转地联接到所述第一套管和第二套管上，并且能够相对于所述端部执行器在打开位置和夹紧位置之间运动；以及

旋钮，所述旋钮设置在所述手柄组件与所述伸长组件之间且在所述旋钮发生旋转时能够带动所述伸长组件一起旋转。

7.根据权利要求6所述的枪式超声外科器械，其中，所述超声换能器芯通过所述法兰与所述伸长壳体之间的连接而固定在一起，其中所述法兰上安装有绝缘圈以便与所述伸长组件绝缘，所述法兰与所述伸长壳体通过绝缘销钉、绝缘螺钉、或灌封胶固定在一起。

8.根据权利要求7所述的枪式超声外科器械，其中，所述超声换能器芯的法兰上设有一个或多个凹陷用于容纳绝缘销钉或绝缘螺钉，所述伸长壳体与所述凹陷相对应的位置处设有一个或多个通孔，所述通孔用于使所述绝缘销钉或绝缘螺钉穿过其而进入到所述凹陷中，以使所述伸长壳体与所述法兰连接在固定位置，其中，所述绝缘销钉或所述绝缘螺钉与所述通孔和所述凹陷均为过盈配合；或者所述绝缘销钉或所述绝缘螺钉与所述通孔和所述凹陷还通过绝缘胶水密封。

9.根据权利要求7所述的枪式超声外科器械，其中，所述超声换能器芯的法兰置于所述伸长壳体内且被确定了固定位置后，直接在所述固定位置及其周围灌封液体环氧树脂胶、有机硅胶或聚氨酯胶使得所述法兰紧固在所述伸长壳体内的固定位置处。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的枪式超声外科器械，其中，所述伸长壳体的前部具有一个朝向所述纵向轴线弯曲的弯曲部以将所述超声换能器芯容置入所述伸长壳体中，所述伸长壳体的弯曲部的前端与所述端部执行器的接触部位设置有硅胶环，所述硅胶环固定在所述伸长壳体的弯曲部的前端或者固定在所述端部执行器上，所述伸长壳体的弯曲部的后端与所述第一套管之间也设置有硅胶环。

11.根据权利要求10所述的枪式超声外科器械，其中，所述伸长组件和所述旋钮可整体地从所述手柄组件上抛弃或者更换。

12.根据权利要求11所述的枪式超声外科器械，其中，所述枪式超声外科器械还包括两根导线，所述两根导线从所述超声换能器芯的后部引出且在所述伸长壳体内部向后延伸直至连接到所述手柄组件中的导电组件上；

其中，所述两根导线后端设有对应的弹性电极，这些弹性电极被焊接在所述伸长壳体后端设置的一个绝缘卡盘上，所述伸长壳体与所述绝缘卡盘固定在一起，且所述绝缘卡盘能够随所述伸长壳体一起旋转和拆卸，所述导电组件与所述弹性电极电接触。

13.根据权利要求12所述的枪式超声外科器械，其中，所述导电组件包括绝缘座和在所述绝缘座上径向平行间隔设置的两个导电环，这两个导电环通过所述绝缘座上的两个绝缘环间隔开，这些位于绝缘卡盘上的弹性电极对应与这两个导电环的端面挤压接触并且形成电连接，所述两个导电环与所述绝缘座及其上的两个绝缘环一体包胶成型。

14.根据权利要求13所述的枪式超声外科器械，其中，所述两个导电环在面对所述弹性电极的端面上均对应设有两个环形凹槽，以便使这些弹性电极对应插入这两个导电环端面上的环形凹槽中，并且在这些弹性电极随着所述伸长壳体旋转时仍然与这两个导电环的环形凹槽底部挤压且保持电接触。

15.根据权利要求14所述的枪式超声外科器械，其中，所述端部执行器与所述超声换能器芯是可拆卸连接的，所述端部执行器是可抛弃的或者可更换的。

16.根据权利要求15所述的枪式超声外科器械，其中，所述端部执行器与所述超声换能器芯之间通过螺纹连接，并且所述端部执行器上设置有用于施加外力的结构以便将所述端部执行器紧固到所述超声换能器芯。

17.根据权利要求14所述的枪式超声外科器械，其中，所述端部执行器与所述超声换能器芯是不可拆卸连接的,所述端部执行器与所述超声换能器芯的前金属块是由同一种材料一体制成的。

18.根据权利要求14所述的枪式超声外科器械，其中，所述端部执行器与所述超声换能器芯是不可拆卸连接的,所述端部执行器与所述超声换能器芯是通过焊接、粘接、铆接中的任一种方式连接的。

19.根据权利要求14所述的枪式超声外科器械，其中，所述手柄组件后部的外壳内部设置有平衡块。

20.根据权利要求14所述的枪式超声外科器械，其中，所述超声换能器芯的长度大于或等于一个波长的1/4并且小于或等于一个波长的1/2。

21.根据权利要求20所述的枪式超声外科器械，其中，所述超声换能器芯和所述端部执行器的长度为一个波长的1/2的倍数。

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