DE69723856T2 - Handstück für ultraschallvorrichtung mit mehreren piezoelektrischen elementen und wärmesenke - Google Patents

Handstück für ultraschallvorrichtung mit mehreren piezoelektrischen elementen und wärmesenke Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf chirurgische Instrumente und insbesondere auf ein Handstück zur selektiven Entfernung unerwünschten Materials aus dem Körper eines Lebewesens, beispielsweise zur Entfernung von unerwünschtem Gewebe, von Tumoren, von Knorpeln, von Knochen, von Konkrementen und dergleichen.
  • Ultraschall hat sich für zahlreiche medizinische und chirurgische Anwendungen zur Entfernung von Gewebe als nützlich erwiesen, beispielsweise bei der Phakoemulsifikation, bei der Knochen- und Knorpelheilung und bei der Lithotripsie und der Entfemung von Steinen. All diese Prozeduren benötigen die Anwendung eines geeigneten Ultraschalls genügender Energie, um das gewählte Gewebe, den Knorpel, den Knochen oder die Steine zu emulgieren, zu brechen oder zu zerstören. Bei zahlreichen Operationen wird das zerstörte Material an Ort und Stelle durch ein Handstück abgesaugt, durch das auch die Ultraschallenergie zugeführt wird.
  • Ein spezielles Beispiel ist die Phakoemulsifikation, bei der das Augengewebe zerkleinert wird, wenn beispielsweise eine Operation eines Grauen Stars durchgeführt wird. Ein Wandler, beispielsweise ein piezoelektrischer Kristall, wandelt ein elektrisches Signal in Ultraschallenergie in einem Frequenzbereich zwischen 20 und 100 kHz um.
  • Die von dem Kristall erzeugte Ultraschallenergie wird an ein Horn und eine Nadel angekoppelt, um die Ultraschallenergie in das Augengewebe einzustrahlen und um eine Zerkleinerung oder eine Phakoemulsifikation durchzuführen.
  • Nachdem das Gewebe des Grauen Stars zerkleinert ist, wird es vom Auge durch Absaugen oder durch ein Berieselungsfluid abgeführt, das zur Aufrechterhaltung des Innendrucks des Auges vorgesehen wird und um das zerkleinerte Gewebe auszuspülen. Die Absaugung des Fluid wird gewöhnlich über die Ultraschallnadel selbst durchgeführt, die hohl ausgebildet ist.
  • Die Fluidströmung durch die Nadel und das Horn bildet Mittel zur Abkühlung der piezoelektrischen Kristalle, die außer der Ultraschallenergie auch Wärme erzeugen. Leider ist der Wirkungsgrad eines piezoelektrischen Kristalls bei der Umwandlung elektrischer Signale in Ultraschallenergie Temperatur-abhängig. Das heisst, eine Überhitzung der piezoelektrischen Kristalle bewirkt ein beträchtliches Absinken des Ultraschallausgangs. Tatsächlich kann eine schwerwiegende Überhitzung die Nützlichkeit der Kristalle zur Erzeugung von Ultraschallenergie zerstören oder eine permanente Beschädigung der Kristalle bewirken.
  • Um die Betriebstemperatur der piezoelektrischen Kristalle aufrecht zu erhalten, wurde bisher für die Phakoemulsifikation die hohle Homnadelausbildung benutzt, wie sie oben beschrieben wurde.
  • Ein Problem tritt jedoch während der Absaugung auf, wenn das zerkleinerte Gewebe die Nadel verstopft oder teilweise verstopft, was zu einer verminderten Strömung durch die Nadel führt. Diese verminderte Strömung ergibt eine geringere Wärmeübertragung von den piezoelektrischen Kristallen in die Fluidströmung, und als Begleiterscheinung ergibt sich ein unerwünschter Temperaturanstieg der Kristalle.
  • Die US-A-S 163 433 bewirkt eine Kühlung einer Ultraschallnadel durch Zuleiten eines Kühlmittels über einen Außendurchmesser der Nadel über im Wesentlichen die gesamte Länge dieser Nadel. Diese Wärmeübertragungstechnik vermeidet jedoch nicht die Überhitzung der piezoelektrischen Kristalle.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handstück zur Zerkleinerung und Entfernung unerwünschten Materials aus dem Körper eines Lebewesens, wie dies in den Ansprüchen 1 und 2 definiert ist. Das Handstück enthält eine Wärmesenke, um die Temperatur des piezoelektrischen Kristalls aufrecht zu erhalten, während die Fluidströmungsbedingungen durch das Handstück behindert oder teilweise behindert sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wie in den beiliegenden Ansprüchen erläutert, ist ein Handstück gemäß der Erfindung nützlich zur Trennung (d. h. zur Fraktionierung, zum Abbruch, zum Abstreifen und zur Emulgierung) und zur Entfernung von unerwünschtem Material, wie Gewebe, Tumor, Knorpel, Knochen, von Konkrementen usw. aus dem Körper eines Lebewesens, beispielsweise eines Menschen. Das Handstück weist ein Gehäuse und ein Horn mit einer Nadel auf, die die Mittel bilden, um Ultraschallenergie in einen Körper einzuleiten, um Gewebe, Tumore, Knorpel, Bruchstücke von Knochen und dergleichen zu emulgieren oder zu brechen. Es ist ein Lumen vorgesehen, das durch die Nadel und das Horn verläuft und Mittel bildet, ein Absaugfluid hindurchtreten zu lassen, in welchem das zerkleinerte Material mitgeführt wird und, was wichtig ist, zur Kühlung des Horns während des Durchflusses.
  • Piezoelektrische Elemente, die in thermischer Berührung mit dem Horn stehen, sind vorgesehen, um eine Ultraschallenergie in das Horn einzuleiten, und eine Wärmesenke hoher Güte ist in thermischer Verbindung mit dem Rohr und dem piezoelektrischen Element vorgesehen, um eine Übergangswärmeabsorption von dem piezoelektrischen Element während einer Unterbrechung und begrenzter Fluidströmung durch das Lumen und das Horn zu erzeugen. Die piezoelektrischen Kristalle können axial entlang einer Längsachse des Handstücks ausgerichtet sein.
  • Außerdem schafft die Wärmesenke ein Mittel zur Übertragung absorbierter Wärme nach dem Horn und dem Fluid während der unbehinderten Fluidströmung durch das Lumen.
  • Auf diese Weise schützt die Wärmesenke das piezoelektrische Element gegen eine unrwünschte Erhitzung während der Perioden mit geringer Fluidströmung durch das Horn, und so wird der Wirkungsgrad der piezoelektrischen Elemente bei der kontinuierlichen Arbeitsweise stabilisiert. Im Einzelnen enthält das Horn einen Teil, der durch mehrere piezoelektrische Kristalle hindurchtritt, die alle eine Torusgestalt haben. Die Wärmesenke kann aus einem metallischen Material hoher Güte bestehen und eine Torusgestalt besitzen.
  • Es ist wichtig, dass die Wärmesenke zwischen wenigstens zwei der zahlreichen piezoelektrischen Elemente oder Kristalle angeordnet ist, und wenn vier piezoelektrische Kristalle benutzt werden, liegt die Wärmesenke vorzugsweise zwischen benachbarten Paaren der Vielzahl von piezoelektrischen Kristallen.
  • Der Körperteil des Homs kann einen Mittelabschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweisen, wobei der hintere Abschnitt durch die piezoelektrischen Kristalle hindurchtritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der hintere Hornabschnitt einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Mittelabschnitts und jeder piezoelektrische Kristall hat eine Torusgestalt, deren Innendurchmesser etwa gleich ist dem Durchmesser des hinteren Abschnitts und einen Außendurchmesser, der etwa gleich ist dem Durchmesser des Mittelabschnitts. Auf diese Weise kann eine Stromlinien-artige Konfiguration der piezoelektrischen Kristalle des Horns aufrecht erhalten werden, um auf einfache Weise in dem Gehäuse aufgenommen zu werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere geeignet zur Benutzung bei der Phakoemulsifikation, d. h. der selektiven Entfernung von Augengewebe, beispielsweise bei der Entfernung von Grauem Star.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung ist leichter verständlich bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
    Die einzige Figur der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Handstücks, bei dem drei piezoelektrische Kristalle und eine Wärmesenke zwischen und um ein strahlendes Ultraschallhorn herum angeordnet sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der Zeichnung ist ein Handstück 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses besitzt ein Gehäuse 12 aus irgendeinem geeigneten Material, welches um ein Horn 16 herum angeordnet ist, das einen Hauptteil 18 und eine Nadel 20 aufweist, die mit Mitteln versehen ist, um Ultraschall in ein nicht dargestelltes Auge abzustrahlen und dadurch das Augengewebe zu zerkleinern.
  • Durch die Nadel 20 und das Horn 16 erstreckt sich ein Lumen 24, d. h. ein Innenhohlraum, der Mittel bildet, um das Fluid mit zerkleinertem Augengewebe abzusaugen und um das Horn und die piezoelektrischen Kristalle 28, 30, 32 zu kühlen, wie dies weiter unten im Einzelnen beschrieben wird. In der Zeichnung sind drei piezoelektrische Kristalle oder Elemente vorgesehen. Es ist jedoch klar, dass eine größere Zahl oder eine kleinere Zahl von Elementen in Kombination mit einer Wärmesenke 36 benutzt werden kann, wie weiter unten im Einzelnen beschrieben wird.
  • Die piezoelektrischen Kristalle oder Elemente können von irgendeiner konventionellen geeigneten Ausbildung sein, wie sie üblicherweise bei Phakoemulsifikations-Handstücken benutzt werden. Das Horn kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus Titan oder rostfreiem Stahl, und der Hauptteil 18 kann einen Mittelabschnitt 40 und einen hinteren Abschnitt 42 aufweisen, wie dies weiter unten in Verbindung mit den piezoelektrischen Kristallen 28, 30, 32 beschrieben wird.
  • Das Lumen 24 erstreckt sich durch die Nadel 20 und das Hom 16 sowie durch eine hintere Körpermasse 46, die eine Kupplung 48 zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Energieversorgung aufweist. Die Vorrichtung gemäß der Zeichnung ist insbesondere geeignet zur Benutzung bei der Phakoemulsifikation von Augengewebe, und demgemäß ist die Größe von Gehäuse 12, von Horn 16, von Nadel 20 und anderen Komponenten entsprechend bemessen und angeordnet. Andere Handstücke gemäß der Erfindung können spezielle Merkmale aufweisen und eine geeignete Größe besitzen, um andere Typen von Gewebe, von Tumoren, von Knochen, von Knorpeln und/oder Bruchstücke zu trennen.
  • Außerhalb des Gehäuses 12 befindet sich ein Berieselungskanal 50, der mit einer Kammer 62 in Verbindung steht, die um die Nadel 20 herum angeordnet ist, um, wie durch die Pfeile 54 angedeutet, ein Berieselungsfluid um die Nadel herum zu liefern. Im typischen Fall wird eine ausgeglichene Salzlösung als Berieselungsfluid benutzt und über eine Berieselungs-Eingangskupplung 58 von einer äußeren nicht dargestellten Quelle dem Kanal 50 zugeführt.
  • O-Ringe 62, 64 bilden Mittel zur Abdichtung des Horns und der Randmasse innerhalb des Gehäuses 12 in üblicher Weise.
  • Die elektrische Verbindung nach den piezoelektrischen Kristallen 28, 30, 32 wird über die Anschlüsse 70, 72 hergestellt, und diese sind über Leitungen 72 an einen Verbinder 78 angeschlossen, mit dem eine nicht dargestellte Stromquelle über die piezoelektrischen Kristalle 28, 30 und den dritten piezoelektrischen Kristall 32 angeschlossen ist. Eine Isolationsunterlegscheibe 84 bewirkt eine elektrische Isolation und eine Wärmeisolation zwischen dem piezoelektrischen Kristall 32 und dem Mittelabschnitt 40 des Hauptteils 18 des Horns.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt, hat der rückwärtige Teil 42 einen Durchmesser, der etwa gleich ist dem Innendurchmesser der piezoelektrischen Kristalle 28, 30, 32, der Wärmesenke 36 und der Unterlegscheibe 84, während der Außendurchmesser dieser Elemente etwa gleich ist dem Hauptteil 18 des Horns 16. Diese Konfiguration schafft eine glatte äußere Kontur, damit das Gehäuse 20 eine gleichförmige äußere zylindrische Oberfläche erhält, damit der Operateur das Handstück 10 bequem erfassen kann.
  • Es ist zweckmäßig, dass die piezoelektrischen Kristalle 28, 30, 32 sowie die Wärmesenke 36 und die Unterlegscheibe 84 dicht einpassen, wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, um eine maximale Wärmeübertragung dazwischen zu erzielen.
  • Die Wärmesenke 36 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material hoher Güte, beispielsweise aus Aluminium.
  • Wenn im Betrieb eine unbehinderte Fluidströmung durch den Hohlraum 28 während der Absaugung auftritt, wird eine Kühlung der piezoelektrischen Kristalle 28, 30, 32 durch den rückwärtigen Teil 42 des Hauptteils 18 des Horns erzeugt. Der kleinere Durchmesser dieses rückwärtigen Teils 42 ergibt einen kürzeren Wärmepfad von dem Hohlraum nach den piezoelektrischen Kristallen 28, 30, 32, um die Wärmeübertragung von den piezoelektrischen Kristallen 28, 30, 32 nach dem Berieselungsfluid zu verbessern, das das Lumen 24 durchläuft.
  • Bei einer teilweisen oder vollständigen Verstopfung des Lumens während der Absaugung durch Augengewebe-Bruchstücke (nicht dargestellt) kann eine beträchtliche Verminderung der Wärmeübertragung von den Kristallen 28, 30, 32 auftreten. Dies kann zu einer Überhitzung der Kristalle und einer beträchtlichen Verminderung des Wirkungsgrades führen, und dies wird durch einen kürzeren Wärmeübertragungspfad von dem Lumen nach den piezoelektrischen Kristallen 28, 30, 32 verhindert, um die Wärmeübertragung von den piezoelektrischen Kristallen 28, 30, 32 nach dem das Lumen 24 durchströmenden Fluid zu verbessern.
  • Nach teilweiser oder völliger Verstopfung des Lumens durch zerkleinertes Augengewebe (nicht dargestellt) kann während des Absaugens eine beträchtliche Verminderung der Wärmeübertragung von den Kristallen 28, 30, 32 auftreten. Dies kann zu einer Überhitzung der Kristalle und einer beträchtlichen Verminderung ihrer Wirksamkeit führen, was gemäß der Erfindung durch die Wärmesenke 36 verhindert wird. Dieser Schutz der Überhitzung wird durch Benutzung der Wärmesenke 36 erreicht, da hierdurch eine Übergangswärmeabsorption der überschüssigen Wärme bewirkt wird, die durch die Kristalle 28, 30, 32 während einer solchen Verstopfung oder beschränkten Fluidströmung durch das Lumen erzeugt wird.
  • Um diese Übergangswärmeabsorption zu verbessern, liegt die Wärmesenke 36 zwischen den Kristallen 28, 30, 32. Es kann jede Zahl von Kristallen zusammen mit mehreren Wärmesenken (nicht dargestellt) vorgesehen werden, solange die piezoelektrischen Kristalle und die Wärmesenken so angeordnet sind, dass eine innige Berührung dazwischen stattfindet, wodurch die Wärmeübertragung dazwischen ermöglicht und verbessert wird.
  • Die Wärmesenke bewirkt auch eine Übertragung der absorbierten Wärme nach dem Horn und dem das Lumen durchströmenden Fluid, nachdem wieder eine unbehinderte Fluidströmung durch das Lumen 24 zustande gekommen ist. So wirkt die Wärmesenke als Wärmemoduiator, d. h. sie bewirkt eine Aufrechterhaltung der Kristalltemperatur, unabhängig von der Geschwindigkeit der Fluidströmung durch das Lumen 24 und das Horn 16.
  • Vorstehend wurde eine spezielle Ausbildung des Handstückes gemäß der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung der Art und Weise beschrieben, wie die Erfindung vorteilhaft benutzt werden kann. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.

Claims (7)

  1. Handstückvorrichtung (10) zum Aufbrechen und Entfernen von unerwünschtem Material aus dem Körper eines Lebewesens, wobei die Handstückvorrichtung folgendes umfasst: ein Gehäuse (12); eine Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32), die im Inneren des Gehäuses (12) angeordnet sind; ein Horn (16) mit einem Hauptteil (18), der durch die Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) hindurchläuft, und mit einer Nadel (20) zur Abstrahlung von Ultraschallenergie in den Körper eines Lebewesens zum Aufbrechen unerwünschten Materials, wobei das Horn (16) einen Innenhohlraum (24) aufweist, der sich durch die Nadel (20) und den Hauptteil (18) zum Ansaugen von Flüssigkeit und aufgebrochenem Material und zum Kühlen der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) während des Hindurchströmens der Flüssigkeit hindurch erstreckt; und eine einen hohen Q-Wert aufweisende Wärmesenke (36), die zwischen zumindest zwei piezoelektrischen Kristallen der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) angeordnet ist, um eine vorübergehende Wärmeabsorption von der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) während eines Stoppens der Flüssigkeitsströmung oder einer eingeschränkten Flüssigkeitsströmung durch den Innenholraum (24) zu bewirken und um absorbierte Wärme an das Horn (16) und die Flüssigkeit während der unbehinderten Flüssigkeitssirömung durch den Innenholraum (24) zu übertragen.
  2. Handstückvorrichtung (10) für die Phakoemulsifiikation von Augengewebe, wobei die Handstückvorrichtung folgendes umfasst: ein Gehäuse (12); eine Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32), die in dem Gehäuse (12) angeordnet sind; ein Horn (16), das einen Hauptteil (18), der durch die Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) hindurchläuft, und eine Nadel (20) zur Abstrahlung von Ultraschallenergie in ein Auge zum Fragmentieren von Augengewebe aufweist, wobei das Horn (16) eine Innenholraum (24) aufweist, der sich durch die Nadel (20) und den Horn-Hauptteil (18) zum Ansaugen von Flüssigkeit und fragmentierten Augengewebe und zum Kühlen der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) während der Strömung der Flüssigkeit. hindurch erstreckt; und eine einen hohen Q-Wert aufweisende Wärmesenke (36), die zwischen zumindest zwei piezoelektrischen Kristallen der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) angeordnet ist, um eine vorübergehende Wärmeabsorption von der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) während eines Stoppens der Flüssigkeitsströmung oder einer eingeschränkten Flüssigkeitsströmung durch den Innenholraum (24) und eine Übertragung der absorbierten Wärme an das Horn (16) und die Flüssigkeit während der unbehinderten Flüssigkeitsströmung durch den Innenholraum (24) zu bewirken.
  3. Handstückvorrichtung (10) nach Anspruch 2, bei der die Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) drei piezoelektrische Kristalle (28, 30, 32) mit einer Kreisringform umfasst und die Wärmesenke (36) ein einen hohen Q-Wert aufweisendes metallisches Material mit einer Kreisringform umfasst.
  4. Handstückvorrichtung (10) nach Anspruch 2, bei der die Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) vier piezoelektrische Kristalle umfasst und die Wärmesenke (36) zwischen benachbarten Paaren der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) angeordnet ist.
  5. Handstückvorrichtung (10) nach Anspruch 4, bei der die Wärmesenke (36) und jeder der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) eine Kreisringform aufweist.
  6. Handstückvorrichtung (10) nach Anspruch 2, bei der der Horn-Hauptteil (18) einen Mittelabschnitt (40) und einen hinteren Abschnitt aufweist, wobei der hintere Abschnitt (42) durch die Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) hindurchläuft.
  7. Handstückvorrichtung (10) nach Anspruch 6, bei dem der hintere Abschnitt (42) des Horns einen Durchmesser aufweist, der kleiner als ein Durchmesser des Mittelabschnitts (40) ist, wobei jeder der Anzahl von piezoelektrischen Kristallen (28, 30, 32) eine Kreisringform mit einem Innendurchmesser, der angenähert gleich dem Durchmesser des hinteren Abschnittes (42) ist, und einen Aussendurchmesser aufweist, der angenähert gleich dem Durchmesser des Mittelabschnitts (40) ist.
DE69723856T 1996-05-29 1997-05-14 Handstück für ultraschallvorrichtung mit mehreren piezoelektrischen elementen und wärmesenke Expired - Lifetime DE69723856T2 (de)

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