DE10136737A1 - Micro-tool or instrument for keyhole surgery or fine machining technology uses ultrasonic energy to drive a tool at the end of a long connection tube which is filled with liquid metal to transmit the ultrasonic energy - Google Patents

Micro-tool or instrument for keyhole surgery or fine machining technology uses ultrasonic energy to drive a tool at the end of a long connection tube which is filled with liquid metal to transmit the ultrasonic energy

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DE10136737A1
DE10136737A1 DE10136737A DE10136737A DE10136737A1 DE 10136737 A1 DE10136737 A1 DE 10136737A1 DE 10136737 A DE10136737 A DE 10136737A DE 10136737 A DE10136737 A DE 10136737A DE 10136737 A1 DE10136737 A1 DE 10136737A1
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ultrasonic energy
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Helmut Wurmus
Feng Qiao
Cornelius Schilling
Joerg Burgold
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Technische Universitaet Ilmenau
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Technische Universitaet Ilmenau
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Abstract

Method uses a sonotrode (2) to convert electrical drive energy into a mechanical vibration with the high frequency vibration coupled via a coupling container (4) with a liquid metal filled tube (6) to a operating instrument (7). The tool uses a liquid metal alloy for transmission of ultrasound energy. The metal alloy used is fluid at room temperature, is non-poisonous and physiologically inert. An Independent claim is made for micro- tool for keyhole surgery or fine machining technology.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Mikrowerkzeug, bei welchem die Effektoren über eine Flüssigmetallleitung über große Distanzen von Ultraschallenergie angetrieben werden. The invention relates to a method and a micro-tool in which the effectors to be driven by a liquid metal pipeline over long distances of ultrasonic energy.
  • Derart Mikrowerkzeuge finden besonders in der minimal- invasiven Medizin ihre Anwendung. Such micro tools find their application especially in minimally invasive medicine. Dabei wird ein Instrument in den menschlichen Körper bis zum Wirkungsort eingeführt, um eine Operation durchführen zu können. In this case, an instrument is inserted into the human body to the site of action in order to perform an operation. Sie hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da mit ihrer Hilfe der Umfang der operativen Eingriffe und folglich die Belastung für den Patienten verringert wird und teilweise sogar Untersuchungen und Eingriffe, die früher ohne aufwendige Operation nicht durchführbar waren, ambulant vorgenommen werden können. She has won in recent years important as the volume of surgical interventions and thus the burden on the patient is reduced with their help and in some cases investigations and interventions that were not feasible earlier without complex operation can be performed on an outpatient basis.
  • Schnelle Schneidbewegungen sind besonders geeignet bei der trennenden Bearbeitung nachgiebiger Materialien, wie z. Rapid cutting movements are particularly suitable for the separating processing of compliant materials such. B. biologischer Gewebe oder Elastomere. B. biological tissue or elastomers. Sie erzeugen sehr dünne und glatte Schnitte. They produce very thin and smooth cuts. Es ist auch bekannt, dass spröde Körper durch Kontakt mit schwingenden Flächen bearbeitet oder zerstört werden können. It is also known that brittle body can be processed by contact with vibrating surfaces or destroyed. Voraussetzung hierzu ist, dass nicht der ganze zu bearbeitende Körper über die Kontaktfläche beschleunigt wird, sondern dass auf ihn nur partiell Kräfte ausgeübt werden. A prerequisite for this is that not the whole body to be processed is accelerated via the contact surface, but that forces are exerted on him only partially. Letzteres wird zum einen durch eine nicht zu große Kontaktzone zwischen dem spröden Körper und der schwingenden Fläche erreicht oder zum anderen durch eine mit hinreichend großer Geschwindigkeit erfolgende Kraftübertragung zwischen beiden. The latter is on the one hand by a not too large zone of contact between the brittle body and the vibrating surface is reached or the other by a taking place at a sufficiently high speed transmission between the two.
  • Ein multifunktionelles Instrument für die minimal-invasive Chirurgie wird in der US Patentschrift 5.456.684 präsentiert, welches die Aufgaben des Greifens, Manipulierens und Schneidens realisiert. A multi-functional tool for minimally invasive surgery is presented in US Patent 5,456,684, which realizes the functions of grasping, manipulating and cutting. Der ummantelnde Schlauch für das Einführen ist aus Polymer oder Stahl hergestellt. The sheathing tube for insertion is made of polymer or steel. Per Hand erfolgt hier der Antrieb zur Durchführung der Operation. By hand the drive to perform the operation is carried out here.
  • In der US Patentschrift 5.643.304 wird eine Methode und die dazugehörende Vorrichtung als Instrument für die Chirurgie beschrieben, welche mittels oszillierender Bewegung das Gewebe in dessen Resonanzfrequenz schneidet. In US Patent 5,643,304 a method and the associated apparatus is described as an instrument for surgery, which cuts by means of oscillating movement of the fabric in its resonant frequency. Die Sägebewegung wird von einem Motor über eine starre Achse angetrieben, wodurch sein Einsatz in körperlichen Hohlräumen stark eingeschränkt wird. The sawing movement is driven by a motor via a rigid axis, whereby its use in bodily cavities is greatly limited.
  • Ein wesentliches Kriterium für den Einsatz mechanischer Instrumente bei der Durchführung minimal-invasiver Operationen ist deren Energiezuführung zum Wirkungsort im Körperinneren über die natürlichen Zugangswege. An important criterion for the use of mechanical instruments in performing minimally invasive surgery is the energy supply to the site of action within the body via the natural access routes. Der Zugangsweg vom proximalen Ende des Instruments bis zum distalen Ende ist durch kleine Durchmesser und enge Biegeradien charakterisiert, wodurch die Schwierigkeit der Energiezuführung erhöht wird. The access from the proximal end of the instrument to the distal end is characterized by small diameters and sharp bends, thereby increasing the difficulty of the energy supply is increased.
  • Die Übertragung von Ultraschallenergie durch feste mechanische Wellenleiter wurde für die Zerstörung von Blasensteinen und Harnleitersteinen in-situ angewendet. The transfer of ultrasonic energy through strong mechanical waveguide was applied for the destruction of urinary stones and ureteral stones in situ. Die hier zur Anwendung kommende feste Drahtseele weist eine für Körperhohlräume mit engen Biegungen nicht ausreichende Flexibilität auf und erzeugt Wärme aufgrund der Reibung zwischen ihr und dem sie ummantelnden Schlauch. The coming here for use solid wire core has an insufficient for body cavities with tight bends flexibility and generates heat due to the friction between it and the tube sheathing it.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und ein Mikrowerkzeug zu schaffen, bei dem die Ultraschallenergie über größere Distanzen in engen Hohlräumen mit kleinen Biegeradien, insbesondere in Hohlorganen des menschlichen Körpers übertragen wird. The object of the invention is therefore to provide a method and a micro-tool, wherein the ultrasonic energy is transmitted over large distances in narrow cavities with small bending radii, and in particular in the hollow organs of the human body.
  • Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5. According to the invention the solution of this problem with the characterizing features of claims 1 and 5 succeed.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the inventive apparatus are given in the subclaims.
  • Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. The present invention is characterized by a number of advantages.
  • Unter verschiedenen Umständen ist, insbesondere im menschlichen Körper, eine elektrische Leitung über lange Strecken aus Sicherheitsgründen nicht zulässig. an electric line over long distances for safety reasons in different circumstances, especially in the human body, not allowed. Die Übertragung der mechanischen Schwingung als Energiezufuhr vermeidet mögliche Gefahren. The transmission of the mechanical vibration as a power supply avoids potential dangers.
  • Eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Verwendung der Flüssigmetall-Legierung als Übertragungsmedium für die Antriebsenergie ist, die dem Sonotroden-Material ähnliche akustische Impedanz, wodurch die Energieübertragung von der Schwingungsquelle zum Mikrowerkzeug als Effektor äußerst effektiv ist. is an advantageous feature of the inventive use of liquid metal alloy as a transmission medium for the drive energy, similar to the sonotrodes material acoustic impedance, making the transfer of energy from the vibration source is extremely effective for micro tools as an effector.
  • Die üblicherweise benutzte feste Drahtseele ist nicht flexibel genug für den Einsatz im menschlichen Körper über präformierte Zugangswege. The commonly used solid wire core is not flexible enough for use in the human body over preformed access routes. Bei deren komplexen Biegungen wird die Reibung zwischen der Drahtseele und dem ummantelnden Schlauch erhöht und somit Wärme erzeugt. In their complex bends increases the friction between the wire core and the sheathing tube and thus generates heat. Infolge engerer Biegungen steigt die mechanische Belastung an der Drahtseele während der Übertragung von Ultraschallenergie, so dass es zu Durchbrüchen kommen kann. As a result of closer bends, the mechanical load increases the wire core during the transmission of ultrasonic energy, so that it can come to breakthroughs.
  • Mit der Verwendung von flüssigen Übertragungsmedien werden die oben genannten Probleme vermieden und die Übertragung der mechanischen Antriebsenergie wenig beeinträchtigt. With the use of liquid transmission media, the above problems are avoided and the transmission of the mechanical drive energy little affected. Es bestehen keine Gefahren infolge eines Abriebs oder Durchbruches des Übertragungsmediums. There are no hazards due to abrasion or breakthrough of the transmission medium.
  • Vorteilhaft wirkt sich außerdem die hochfrequente oszillierende Bewegung eines Effektors oder eines Effektoren- Paares zum Schneiden von Gewebe aus. Advantageously, moreover, the high-frequency oscillating movement of an effector or a Effektoren- pair for cutting tissue has an effect. Zum Schneiden von weichen Materialien mittels hochfrequenter Oszillation wird keine große Anpresskraft gebraucht. For cutting soft materials by means of high-frequency oscillation not a big contact force is needed. Die Schiebewirkung eines anderen ummantelnden Schlauches oder die Verformung eines elastischen Körpers ermöglicht die Zustellbewegungen eines Effektorenpaares, um gleichmäßig am Objekt anzugreifen. The sliding action of another sheathing tube or the deformation of an elastic body enables the movements of a Effektorenpaares to attack evenly on the object.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to drawings. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: In the accompanying drawings:
  • Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Mikro- werkzeuges Fig. 1 is a schematic representation of the micro tool
  • Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung der Energiekopplung Fig. 2 is a longitudinal sectional view of the energy coupling
  • Fig. 3a eine Ausführungsform des Effektors Fig. 3a shows an embodiment of the effector
  • Fig. 3b eine weitere Ausführungsform des Effektors FIG. 3b shows a further embodiment of the effector
  • Fig. 4 eine Ausführungsform eines wirkenden Mikrowerkzeuges Fig. 4 shows an embodiment of a micro-acting tool
  • Fig. 5 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des wirkenden Mikrowerkzeuges Fig. 5 is a cross section of another embodiment of the acting microtool
  • Fig. 6a einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform zur Realisierung der Biegebewegung FIG. 6a shows a longitudinal section of another embodiment to realize the bending movement
  • Fig. 6b eine Frontalansicht derselben Ausführungsform Fig. 6b is a frontal view of the same embodiment
  • Fig. 1 zeigt eine Darstellung des Arbeitsprinzips einer Mikrosäge für die minimal-invasive Chirurgie. Fig. 1 shows an illustration of the working principle of a microsaw for minimally invasive surgery. Eine Sonotrode 2 erzeugt den Ultraschall. A horn 2 produces the ultrasound. Sie besteht aus einem piezoelektrischen bzw. magnetostriktiven Wandler 2 a und dem Taper 2 b zur Impedanztransformation. It consists of a piezoelectric or magnetostrictive transducers 2 a and 2 b Taper for impedance transformation. Durch Regelung der Leistung kann die Schwingungsamplitude vom Steuergerät 1 kontrolliert werden. By the power control, the oscillation amplitude can be controlled by the control device. 1 Ohne Last, dh es besteht noch kein Kontakt mit dem Objekt, wird in der Sonotrode 2 eine stehende Welle gebildet. Without load, ie there is no contact with the object, in the horn 2, a standing wave is formed. Am Ende der Sonotrode liegt die Auslenkungsmagnitude. At the end of the horn, the Auslenkungsmagnitude is. Die zugeführte Energie ist proportional der abgegebenen Auslenkung und die Frequenz der mechanischen Schwingung entspricht der des elektrischen Signals, die mit der Geometrie der Sonotrode 2 korreliert. The supplied energy is proportional to the output displacement, and the frequency of the mechanical oscillation is that of the electrical signal that correlates with the geometry of the sonotrode. 2
  • Für die Schallübertragung wird eine flüssige Metalllegierung 5 , z. For the transmission of sound is a liquid metal alloy 5, z. B. Galinstan®, benutzt. B. Galinstan® used. Sie stellt ein Eutektikum aus den Metallkomponenten Gallium, Indium und Zinn dar. Ihr Schmelzpunkt liegt bei -20°C. It represents a eutectic of the metal components gallium, indium and tin. Its melting point is -20 ° C. Unter Normalbedingungen und bei Körpertemperatur befindet sie sich somit im flüssigen Aggregatzustand. Under normal conditions and at body temperature, it is therefore in the liquid state. Sie ist ungiftig und hat eine Dichte von 6,44 g/cm 3 . It is non-toxic and has a density of 6.44 g / cm 3. Mittels Impuls-Echo-Verfahren wurde eine Schallgeschwindigkeit von circa 2.950 m/s gemessen. By means of pulse-echo method, a sound velocity of about 2,950 m / s was measured. So verfügt sie über eine akustische Impedanz von 18,9 × 10 6 kg/m 2 s. It has an acoustic impedance of 18.9 x 10 6 kg / m 2 s. Die akustische Impedanz des verwendeten Wandlers sollte damit gut übereinstimmen, z. The acoustic impedance of the transducer used should therefore good match for. B.: B .:

    Schallimpedanz von Ti = Dichte.Schallgeschwindigkeit = Sonic impedance of Ti Dichte.Schallgeschwindigkeit

    Z = ρ.C = 18.7 × 10 6 kg/m 2 s Z = ρ.C = 18.7 × 10 6 kg / m 2 s

    Dadurch kann die Schallenergie von der Sonotrode 2 in das Flüssigmetall 5 mit hoher Effizienz übertragen werden. Characterized the sound energy from the sonotrode 2 in the liquid metal 5 can be transmitted with high efficiency.
  • Das verwendete Flüssigmetall sollte einen niedrigen Schalldämpfungskoeffizienten aufweisen. The liquid metal used should have a low acoustic attenuation coefficient.
  • Für die Übertragung wird ein Schlauch 6 , dessen Innendurchmesser weniger als 1 mm betragen kann, mit Flüssigmetall aufgefüllt. For the transmission of a tube 6, the inner diameter may be less than 1 mm, filled with liquid metal. Dieser Schlauch muss über eine geeignete Steifigkeit verfügen, wobei er einerseits flexibel genug für die Biegungen der Zugangswege im Körper sein soll und andererseits eine transversale Biegewelle auf seiner Wandung unterdrücken muss. This hose must have an appropriate rigidity, whereby it is to be flexible enough for the bends of the access channels in the body on the one hand and on the other hand has a transverse bending wave suppress its wall. Bei den Versuchen wurde dazu ein FEP-Schlauch benutzt. In the experiments to an FEP tube was used.
  • Um eine effiziente Schallübertragung gewährleisten zu können, muss vor dem Ausfüllen des Schlauches mit Flüssigmetall dieses entgast und unter Abdichtung in den Schlauch eingebracht werden, da sich andernfalls beim Verbleib von Luftblasen im Schlauch die Dämpfung der Schallübertragung stark erhöht. In order to ensure an efficient sound transmission must be introduced into the tube before filling the tube with liquid metal of this degassed and under seal, since otherwise in the tube greatly increased the attenuation of sound transmission in the remaining of air bubbles.
  • Der Effektor 7 befindet sich am distalen Ende des Schlauches 6 . The effector 7 located at the distal end of the hose. 6 Infolge der Schallübertragung durch die Flüssigmetallfüllung 5 im Schlauch 6 wird der Effektor 7 in der Frequenz der schwingenden Sonotrode 2 in Längsrichtung oszillieren. As a result of the sound transmission through the liquid metal filling 5 in the tube 6, the effector 7 in the frequency of the vibrating sonotrode 2 is oscillated in the longitudinal direction. Der Effektor 7 kann die Kontur eines Bohrers oder die von Sägeklingen aufweisen, womit ein Gewebe im Körper zertrennt oder harte Materialien abgetragen werden können. The effector 7 may have the contour of a drill or saw blades, whereby a tissue severed in the body or hard materials can be removed.
  • Durch Tests wurde nachgewiesen, dass auch Biegungen des Schlauches mit einem Radius von 3 cm über 90° die Effizienz der Energieübertragung mittels Flüssigmetall sehr wenig beeinträchtigen. Through testing it has been demonstrated that the tube bends interfere with a radius of 3 cm over 90 °, the efficiency of energy transfer by means of liquid metal very little. Das ist gerade für die Anwendung im menschlichen Körpern mit unterschiedlichen Biegeradien vorteilhaft. This is advantageous, especially for use in human bodies with different bending radii.
  • Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Koppelstelle im Längsschnitt für die Energieeinkopplung von der Sonotrode 2 in die Flüssigmetall-Legierung 5 . Fig. 2 shows a representation of the coupling point in a longitudinal section of the energy input from the sonotrode 2 to the liquid metal alloy. 5
  • Um die Effizienz der Energiekopplung von der Sonotrode 2 in die Flüssigmetallfüllung 5 im Schlauch 6 zu erhöhen, wird die übertragene Schallenergie durch eine gekrümmte Stirnfläche 3 am Sonotrodenende fokussiert. In order to increase the efficiency of energy coupling from the sonotrode 2 to the liquid metal filling 5 in the tube 6, the transmitted acoustic energy is focused by a curved end surface 3 on the sonotrode. Diese Stirnfläche wirkt auf die übertragene akustische Welle wie eine Sammellinse auf optische Strahlen. This end face acts on the transmitted acoustic wave, such as a converging lens to optical radiation. Wenn die Schallgeschwindigkeit in der Sonotrode 2 größer der in dem Flüssigmetall ist, bewirkt eine konkave Fläche an der Sonotrodenspitze diesen Fokussierungseffekt. If the sound velocity is greater in the sonotrode 2 in the liquid metal causes a concave surface on the horn tip this focusing effect. Der Fokuspunkt des Schalls liegt direkt vor dem Eingang des Schlauches 6 . The focal point of the sound is in front of the entrance of the tube. 6 Der Schlauch wird durch die Schraubmuffe 8 an der Koppelstelle mit einer Dichtung 9 befestigt. The hose is fastened by the screw sleeve 8 at the coupling point with a seal. 9
  • Fig. 3a und 3b zeigen verschiedene Gestaltungen des Effektors. Fig. 3a and 3b show various configurations of the effector. Sie können ua die Form eines Bohrers oder von Sägeklingen haben. You may have inter alia the form of a drill or saw blades.
  • Fig. 4 zeigt die Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des Mikrowerkzeuges in Funktion. Fig. 4 shows the schematic diagram of an embodiment of the microtool in function. Unter Erwärmung kann ein thermoplastischer Polymer-Schlauch abgewinkelt werden. Under heating a thermoplastic polymer tube can be angled. Diese Knickstellen 11 stellen stoffschlüssige Gelenke dar. Zwei Effektoren 7 a und 7 b befinden sich am distalen Ende der paarigen Schläuche 6 a und 6 b. These bends 11 provide integral hinges. Two effectors 7 a and 7 b are located at the distal end of the pair of hoses 6 a and 6 b. Ein umhüllendes Mantelrohr 10 bietet den beiden Schläuchen 6 a und 6 b eine laterale Führung. An enveloping casing tube 10 has the two tubes 6 a and 6 b a lateral guide. Durch Vorschieben dieses Mantelrohres 10 werden sich die beiden Schläuche 6 a und 6 b zusammenschließen, um das zu bearbeitende Objekt zu umgreifen. By advancing this jacket tube 10, the two tubes are close together 6 a and 6 b to surround the object to be processed. Die beiden Effektoren 7 a und 7 b werden gleichzeitig unter der Wirkung der Schallenergie longitudinal oszillieren. The two effectors 7 a and 7 b are simultaneously oscillate under the effect of acoustic energy longitudinally. Das Mantelrohr 10 bewirkt außerdem eine Fixierung der beiden Schläuche an der Operationsstelle, damit die beiden Effektoren 7 a und 7 b nicht vom zu bearbeitenden Objekt abweichen. The jacket tube 10 also causes a fixation of the two tubes at the surgical site so that the two effectors 7 a and 7 b do not depart from the object to be processed.
  • Fig. 5 zeigt die Querschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform für die Mikrowerkzeuge. Fig. 5 shows the cross-sectional view of another embodiment for the micro tools. Bei Druckbeaufschlagung wird ein ellipsoider blasenartiger Hohlkörper mit einer Form 12 a durch Volumenzunahme in eine Form 12 b verändert. When pressure is an ellipsoidal bubble-like hollow body having a shape 12 by a volume increase in a mold 12 is changed b. Zwei auf dessen Oberfläche angebrachte Arme 6 a und 6 b werden dabei durch den Tangentialversatz entsprechend bewegt und gleichmäßig zusammengeschlossen. Two mounted on the surface of the arms 6 a and 6 b are moved accordingly through the tangentially offset and evenly together. Der Innendruck des Hohlkörpers kann mittels anderer Fluide, wie physiologischer Kochsalzlösung oder Luft erzeugt werden, wenn diese Medien durch ein weiteres Rohr 12 c zugeführt werden. The internal pressure of the hollow body can be produced by means of other fluids, such as saline or air, when these media are fed by a further pipe 12 c. Bei der Herstellung werden die zwei schallleitenden Schläuche 6 a und 6 b mit der Wandung des Hohlkörpers 12 verbunden, damit bei dessen Verformung die beiden Schläuche rotatorisch versetzt werden. In the preparation of the two sound-conducting tubes are 6 a and 6 b connected to the wall of the hollow body 12 so that when the deformation of the two tubes are rotationally offset. Der Hohlkörper 12 wird aus elastischem Material, z. The hollow body 12 is made of elastic material such. B. Silikon-Gummi, hergestellt, und weist ungleichmäßige Wanddicken auf. B. Silicone Rubber, manufactured, and has non-uniform wall thicknesses. So wird realisiert, dass sich die beiden Effektoren einerseits infolge der Verformung des Hohlkörpers gleichmäßig zusammenschließen und andererseits infolge der Schallübertragung mittels des in den Schläuchen 6 a und 6 b befindlichen Flüssigmetalls mit hoher Frequenz oszillieren. Thus, it is realized that the two effectors together on the one hand close uniformly due to the deformation of the hollow body and on the other hand oscillate as a result of sound transmission by means of the hoses 6 a and 6 b liquid metal located at a high frequency.
  • Fig. 6a zeigt eine Darstellung im Längsschnitt und Fig. 6b eine Frontalansicht einer anderen Ausführungsform für die Realisierung der Biegebewegung des Effektorschlauches. FIG. 6a shows a view in longitudinal section and Fig. 6b shows a front view of another embodiment for the realization of the bending movement of the Effektorschlauches. Der frontale Verschluss des Mantelrohres 13 besteht aus den drei Teilen 14 a, 14 b und 14 c, wobei das Teil 14 b eine elastische Membran darstellt und infolge Druckbeaufschlagung verformt wird. The frontal closure of the casing tube 13 consists of three parts 14 a, 14 b and 14 c, the part 14 b represents an elastic membrane and is deformed as a result of pressurization. Durch die exzentrische Lage des membrangetragenen Teiles 14 c erfolgt eine gerichtete Verformung von 14 b nach Druckzunahme. Due to the eccentric location of the membrane-supported part 14 c is a directed deformation of 14 b on the pressure increase occurs. Diese Schwenkplatte 14 c dreht den damit verbundenen Effektorschlauch 6 zur schmalsten Seite der Membranverbindung 14 b, die dabei als Biegegelenk wirkt. This pivoting plate 14 c rotates the associated Effektorschlauch 6 to the narrowest side of the membrane connection 14 b, which thereby acts as a bending joint.
  • Die drei Teile 14 a, 14 b und 14 c können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei das Material für 14 b eine viel höhere Elastizität aufweisen muss. The three parts 14 a, 14 b and 14 c may be made of different materials, wherein the material for 14 b must have a much higher elasticity. Bei unterschiedlicher Schichtdicken-Gestaltung oder unterschiedlichem Vernetzungsgrad kann dieses druckgesteuerte Drehgelenk auch unter Verwendung eines einheitlichen Materials ausgeführt werden. With different layer thicknesses design or a different cross-linking degree of this pressure-controlled rotary joint can also be performed using a uniform material. Bezugszeichenliste 1 Steuergerät List of Reference Numerals 1 Control unit
    2 Sonotrode 2 sonotrode
    2 a piezoelektrischer oder magnetostriktiver Wandler 2 a piezoelectric or magnetostrictive transducer
    2 b Taper 2 b Taper
    3 gekrümmte Stirnfläche 3 curved face
    4 Kopplungsgefäß 4 coupling vessel
    5 Flüssigmetall 5 liquid metal
    6 schallleitender Schlauch 6 sound conducting hose
    6 a,b paarige schallleitende Schläuche 6 a, b paired sound-conducting tubing
    7 Effektor 7 effector
    7 a,b paarige Effektoren 7 a, b paired effectors
    8 Schraubmuffe 8 screw socket
    9 Schlauchdichtung 9 hose seal
    10 Mantelrohr 10 casing
    11 Schlauchknickstellen 11 hose kinks
    12 a,b verschiedene Formen eines elastischen Hohlkörpers 12 a, b different forms of an elastic hollow body
    12 c zusätzliches Rohr 12 c additional tube
    13 Mantelrohr 13 casing
    14 a Spannring 14 a clamping ring
    14 b elastische Membran 14 b elastic membrane
    14 c Schwenkplatte 14 c pivot plate

Claims (14)

1. Verfahren für die minimal-invasive Chirurgie oder Feinwerktechnik, dadurch gekennzeichnet , dass die über ein Regelsystem 1 steuerbare elektrische Antriebsenergie mittels einer Sonotrode 2 in eine mechanische Schwingung umgewandelt und diese hochfrequente longitudinale mechanische Schwingung über ein Kopplungsgefäß 4 in einem mit einem Flüssigmetall 5 gefüllten Schlauch 6 zum Effektor 7 übertragen wird. 1. A method for minimally invasive surgery or precision engineering, characterized in that via a control system 1 controllable electrical drive energy is converted into mechanical vibration by means of a sonotrode 2 and this high frequency longitudinal mechanical vibration filled via a coupling vessel 4 in a with a liquid metal 5 tube 6 is transmitted to the effector. 7
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode 2 und die Flüssigmetall-Legierung nach ihrer Impedanz angepasst sind und nicht mit einander chemisch wechselwirken. 2. The method according to claim 1, characterized in that the sonotrode 2 and the liquid metal alloy are adapted according to their impedance and does not chemically interact with each other.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden-Stirnfläche 3 zur Fokussierung der Schallenergie in den Schlaucheingang über eine konkave Krümmung verfügt, deren Radius von den Materialeigenschaften der Sonotrode und der Flüssigmetall-Legierung und der benötigten Brennweite bestimmt wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the sonotrode end face 3 has to focus the sonic energy into the hose input via a concave curvature having a radius determined by the material properties of the sonotrode and the liquid metal alloy and the focal length required becomes.
4. Mikrowerkzeug für die minimal-invasive Chirurgie oder Feinwerktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Ultraschallenergie eine Flüssigmetall- Legierung benutzt wird, die sich bei Raumtemperatur im flüssigen Aggregatzustand befindet, ungiftig ist und sich physiologisch inert zum menschlichen Körper verhält und einen niedrigen Dämpfungskoeffizienten für hohe Frequenzen aufweist. 4. Micro tool for minimally invasive surgery or precision engineering, characterized in that for the transmission of ultrasonic energy, a liquid metal alloy is used which is at room temperature in the liquid state, is non-toxic and physiologically inert behavior to the human body and a low damping coefficient having for high frequencies.
5. Mikrowerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsschlauch 6 aus Polymer oder einem anderen elastischen Material mit geeigneter Steifigkeit gefertigt ist. 5. micro tool according to claim 4, characterized in that the transmission tube 6 is made from polymer or other flexible material of suitable rigidity.
6. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer Operation oder anderer Bearbeitungen der Effektor 7 eine zum Abtrag oder zur Trennung von Material oder biologischem Gewebe wirksame Wirkflächenform eines Bohrers oder einer Säge bzw. eines Schneideklingen- Paares aufweist. 6. micro tool according to one of claims 4 or 5, characterized in that for performing an operation or other machining, the effector 7 has an effective for the removal or separation of material, or biological tissue effective surface form of a drill, or a saw or a Schneideklingen- pair ,
7. Mikrowerkzeug nach einem der Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch 6 als Schlauchpaar ausgebildet ist und das Effektorenpaar 7 a und 7 b an den distalen Enden mit gleicher Frequenz oszillieren und mittels eines äußeren umhüllenden Schlauches 10 gleichmäßig zusammengeschlossen werden. 7. micro tool according to one of claim 4 to 6, characterized in that the fluid-carrying tube 6 is formed as a hose pair and the Effektorenpaar 7 a and 7 b oscillate at the distal ends at the same frequency and be connected together uniformly by means of an outer enveloping tube 10th
8. Mikrowerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch 6 vor dem Ausfüllen im distalen Bereich durch thermische Formgebung abgewinkelt ist und die nötige Steifigkeit zur Aufnahme von Druckkräften auf das Schnittgut besitzt. 8. micro tool according to claim 7, characterized in that the fluid-carrying tube is angled 6 before filling in the distal region by thermal shaping and has the necessary rigidity for accommodating pressure forces on the cutting material.
9. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schläuche 6 a und 6 b mit einem deformierbaren, mit ungleichmäßiger Wanddicke und Wandsteifigkeit versehenen ellipsoiden Hohlkörper 12 , der mit körperverträglichem Fluid gefüllt ist, verbunden sind. 9. micro tool according to claim 7, characterized in that the two tubes 6 a and 6 b are connected to a deformable, provided with non-uniform wall thickness and wall stiffness ellipsoidal hollow body 12, which is filled with biocompatible fluid.
10. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektorschlauch 6 mit einem beweglichen Verschluss 14 an der Stirnseite des Mantelrohres 13 verbunden ist. 10. micro tool according to one of claims 4 to 9, characterized in that the Effektorschlauch 6 is connected with a movable shutter 14 on the front side of the jacket pipe. 13
11. Mikrowerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des frontalen Verschlusses 14 a, 14 b und 14 c des Mantelrohres 13 aus verschiedenen Materialien hergestellt sind und die dünne Membran 14 b eine hohe Elastizität aufweist. 11. micro tool according to claim 10, characterized in that the parts of the frontal shutter 14 a, 14 b and 14 c of the casing tube 13 is made from different materials and b has a high elasticity, the thin membrane fourteenth
12. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussteile aus einem homogenen Material, z. 12. micro tool according to one of claims 10 or 11, characterized in that the closure parts made of a homogeneous material, such. B. Polyäthylen, hergestellt sind und der Abschnitt 14 b eine geringere Dicke oder Steifigkeit aufweist. As polyethylene, are prepared and b has the portion 14 has a smaller thickness or rigidity.
13. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der paarigen Effektorspitzen 7 a und 7 b feststeht. 13 micro-tool according to one of claims 4 to 12, characterized in that one of the paired Effektorspitzen 7 a and 7 b is established.
14. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Effektorspitzen gegenphasig oszillieren. 14 micro-tool according to one of claims 4 to 13, characterized in that the two Effektorspitzen oscillate in phase opposition.
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