GEBIET DER
ERFINDUNGAREA OF
INVENTION
Die
Erfindung betrifft ein Gerät
zur Erzeugung von Ultraschallsignalen zum Betreiben einer Wandleranordnung
bei einer Resonanzfrequenz. Genauer gesagt ist die Erfindung auf
einen Ultraschallgenerator gerichtet, der einen phasensynchronisierten
Frequenzregelkreis enthält
und der ferner eine Überwachungsschaltung
zum automatischen Detektieren einer nichtresonanten Zustands und
zum Wiederherstellen von Resonanz enthält.The
The invention relates to a device
for generating ultrasonic signals for operating a transducer assembly
at a resonant frequency. More specifically, the invention is on
directed an ultrasonic generator having a phase-locked
Contains frequency control loop
and further a monitoring circuit
for automatically detecting a non-resonant state and
contains for restoring resonance.
HINTERGRUND
DER ERFINDUNGBACKGROUND
THE INVENTION
Es
sind chirurgische Ultraschallsysteme bekannt, die für den Zweck
des Durchführens
von chirurgischen Funktionen, wie zum Beispiel Schneiden oder Koagulieren,
verwendet werden können.
Derartige Systeme enthalten gewöhnlich
einen Generator, der elektrische Signale erzeugt, die eine Wandleranordnung
erregen, die in einer Handstückanordnung montiert
ist.It
Ultrasound surgical systems are known for the purpose
of performing
of surgical functions, such as cutting or coagulation,
can be used.
Such systems usually include
a generator that generates electrical signals that comprise a transducer assembly
excite, which are mounted in a handpiece assembly
is.
Die
Wandleranordnung ist gewöhnlich
mit einer Übertragungskomponente,
wie zum Beispiel einem Endeffektor, zur Durchführung einer gewünschten
Funktion gekoppelt. Die mit der Wandleranordnung gekoppelte Übertragungskomponente
kann eine variierende Länge
aufweisen.The
Transducer assembly is ordinary
with a transmission component,
such as an end effector, to perform a desired one
Function coupled. The transmission component coupled to the transducer assembly
can be a varying length
exhibit.
Da
die Übertragungskomponente
variierenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, können Temperatureigenschaften
variieren mit der Folge, daß ein
bestimmter Generator unter suboptimalen Arbeitsbedingungen funktioniert.
Wenn die Länge der
mit dem Wandler gekoppelten Übertragungskomponente
vergrößert wird,
können
ferner zusätzliche unerwünschte Schwingungsknoten
entlang der Übertragungskomponente
auftreten.There
the transmission component
exposed to varying environmental conditions, temperature characteristics
vary with the consequence that one
certain generator works under sub-optimal working conditions.
If the length of the
with the converter coupled transmission component
is enlarged,
can
Furthermore, additional undesirable vibration nodes
along the transmission component
occur.
Es
besteht unverändert
ein Bedarf an Generatoren, die funktionieren werden, wenn Übertragungskomponenten
im wesentlichen temperaturinvarianten Eigenschaften über die
Zeit ausgesetzt sind, und die auch unerwünschte Schwingungsbewegung steuern.It
is unchanged
a need for generators that will work when transferring components
essentially temperature-invariant properties over the
Time are exposed, and also control the unwanted vibration movement.
In
US-A-4,275,363 ist ein chirurgisches Ultraschallgerät von der
Art offenbart, wie sie in dem Oberbegriff des beigefügten Anspruches
1 dargelegt ist.In
US-A-4,275,363 is an ultrasonic surgical apparatus of the
Kind as disclosed in the preamble of the appended claim
1 is set forth.
In
US-A-4,979,952 ist ein chirurgisches Ultraschallgerät offenbart,
das einen Detektor zur Detektion der Impedanz eines Schwingkreises
in einem Ultraschallvibrator zum Zeitpunkt von Resonanz der Schaltung
aufweist.In
US-A-4,979,952 discloses an ultrasonic surgical apparatus
a detector for detecting the impedance of a resonant circuit
in an ultrasonic vibrator at the time of resonance of the circuit
having.
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNGSUMMARY
THE INVENTION
Die
Geräte
gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöhen
die Leistung von chirurgischen Ultraschallsystemen. Die Geräte können längere Ultraschallübertragungskomponenten
ansteuern und können Übertragungskomponenten
ansteuern, die unterschiedliche Grundfrequenzen aufweisen.The
equipment
according to the present
Increase invention
the performance of ultrasonic surgical systems. The devices can use longer ultrasound transmission components
can control and transfer components
drive, which have different fundamental frequencies.
Gemäß der Erfindung
wird ein chirurgisches Ultraschallgerät bereitgestellt, wie es in
dem beigefügten
Anspruch 1 dargelegt ist.According to the invention
a surgical ultrasound device is provided, as in
the attached
Claim 1 is set forth.
Weitere
bevorzugte Aspekte sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen 2–8 dargelegt.Further
Preferred aspects are set out in the appended dependent claims 2-8.
Ein
Gerät gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
einen Generator, der einen spannungsgesteuerten Oszillator in Kombination
mit einem Regelkreis enthält,
der die Ausgabefrequenz des Oszillators in einem normalen Betriebsmodus
gemeinsam mit einer Überwachungssteuerschaltung
steuert. Die Überwachungssteuerschaltung
ist gestaltet, um in einer Ausführungsform
einen unerwünschten
Betriebsmodus zu detektieren und als Antwort darauf ein Überwachungs-
und Aufschaltsteuersignal an den Oszillator zum Zwecke der Wiederherstellung
eines vorab festgelegten Phasenzustandes anzulegen. Wenn der normale
Betriebsmodus wiederhergestellt worden ist, koppelt die Überwachungssteuerschaltung
selbst von der verbleibenden Schaltung oder trennt sich ab, wodurch
der Regelkreis wieder Kontrolle über
die Ausgabe des Oszillators erlangt.One
Device according to the present
Invention contains
a generator that combines a voltage controlled oscillator
contains a loop,
the output frequency of the oscillator in a normal operating mode
together with a monitoring control circuit
controls. The monitoring control circuit
is designed to be in one embodiment
an undesirable
Operating mode and, in response, monitor
and Aufschaltsteuersignal to the oscillator for the purpose of recovery
of a predefined phase state. If the normal
Operation mode has been restored, the monitoring control circuit couples
even from the remaining circuit or disconnects, causing
the control loop back on control
obtained the output of the oscillator.
Wenn
zum Beispiel der Generator einen Ultraschallwandler bei einer Resonanzfrequenz
ansteuern soll, würde
ein normaler Betriebsmodus dem Betrieb in einem resonanten Zustand
entsprechen. Ein unerwünschter
Zustand würde
in diesem Beispiel durch einen Resonanzverlust angezeigt.If
For example, the generator is an ultrasonic transducer at a resonant frequency
should be heading
a normal mode of operation for operation in a resonant state
correspond. An undesirable
State would
displayed in this example by a loss of resonance.
In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Überwachungssteuerschaltung
eine Sensorschaltung zur Detektion eines elektrischen Parameters
des Regelsignals, wie zum Beispiel der Phase. Die Sensorschaltung
ist wiederum mit einer Steuerschaltung gekoppelt. Die Steuerschaltung
enthält eine
Freigabeausgabe und eine Größenausgabe.In
One aspect of the present invention includes the monitoring control circuit
a sensor circuit for detecting an electrical parameter
the control signal, such as the phase. The sensor circuit
is in turn coupled to a control circuit. The control circuit
contains one
Release issue and a size issue.
Als
Antwort auf Messen eines Verlustes eines vorab festgelegten Phasenzustands
in dem Oszillator wird von der Steuereinheit ein Freigabesignal geliefert.
Dieses Signal wiederum koppelt die Größenausgabe mit einem spannungsgesteuerten
Oszillator. Die von der Überwachungssteuerschaltung
gelieferte Größenausgabe
wiederum ersetzt Rückführungssignale
von dem Regelkreis durch einen Überwachungssteuerwert
oder Überwachungssteuerwerte.When
Response to measuring a loss of a predetermined phase state
in the oscillator, a release signal is provided by the control unit.
This signal, in turn, couples the magnitude output to a voltage controlled one
Oscillator. The from the monitoring control circuit
delivered size issue
again substitutes feedback signals
from the control loop by a supervisory control value
or monitoring control values.
Der überlagerte
Steuerwert kann zur Wiederherstellung von Resonanz verwendet werden.
In einer Ausführungsform
kann die Überwachungssteuerschaltung
die Größe des Ausgabesteuerwertes
auf Eins setzen, was einem Rückkopplungssignal
für den letzten
Resonanzfrequenzzustand entspricht. Die Größe des Steuerwertes kann dann
variiert werden, um Resonanz wiederherzustellen.The superimposed
Control value can be used to restore resonance.
In one embodiment
can the monitoring control circuit
the size of the output tax value
set to one, which is a feedback signal
for the last
Resonance frequency state corresponds. The size of the control value can then
be varied to restore resonance.
Wenn
Resonanz wiederhergestellt worden ist, trennt sich die Steuerschaltung
selbst automatisch vom Regelkreis, der danach die Ausgabefrequenz
des Oszillators auf dem Resonanzwert hält.If
Resonance has been restored, the control circuit disconnects
automatically from the control loop, then the output frequency
of the oscillator stops at the resonance value.
Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es, elektrische Signale an Wandler und zugehörige mechanische Systeme zu
liefern und diese anzusteuern, ohne auf unerwünschte Schwingungs-Nichtgrundwellen
aufzusynchronisieren. Ferner kann die Erfassungszeit zur Erzeugung
von Resonanz reduziert werden, indem von Ausgabesteuergrößen gestartet
wird, die einer bekannten Resonanzfrequenz entsprechen, wodurch
der Bereich von Frequenzen, der überquert
werden muß,
bevor wieder ein Resonanzzustand hergestellt ist, reduziert wird.The
present invention enables
electrical signals to transducers and associated mechanical systems
supply and control these without unwanted vibration non-fundamental waves
aufzusynchronisieren. Furthermore, the acquisition time for generation
of resonance can be reduced by starting from output control variables
which corresponds to a known resonance frequency
the range of frequencies that crosses
must become,
before a resonance state is established again, it is reduced.
Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die Steuerschaltung einen Digital-Analog-Wandler
enthalten, der analoge Steuersignale liefert. Der Digital-Analog-Wandler
kann als eine Form von einem programmierbaren Frequenzgenerator
für den Zweck
der Identifizierung von akustischen Systemen mit eindeutigen Resonanzprofilen
verwendet werden. Zusätzlich
kann diese Schaltung als ein Wobbelgenerator zur Bewertung der Leistung
eines akustischen Systems verwendet werden. Schließlich kann die
Steuerschaltung, die Digital-Analog-Wandlerschaltung enthaltend, verwendet
werden, um eine elektronische Bremse für das zugehörige akustische System durch
Unterbrechung von Resonanz zu bilden, wenn es notwendig ist, eine
Wandlerbewegung sofort zu verringern oder anzuhalten.According to one
In another aspect, the control circuit may be a digital-to-analog converter
containing analog control signals. The digital-to-analog converter
can be considered a form of a programmable frequency generator
for the purpose
the identification of acoustic systems with unique resonance profiles
be used. additionally
This circuit can be used as a sweep generator to evaluate the power
an acoustic system are used. Finally, the
Control circuit containing the digital-to-analog converter circuit used
be to get an electronic brake for the associated acoustic system through
To make interruption of resonance, if necessary, one
Immediately reduce or stop transducer movement.
Anhand
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und der Ausführungsformen davon, der Ansprüche und
der beigefügten Zeichnungen,
werden zahlreiche weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Erfindung leicht ersichtlich werden.Based
the following detailed
Description of the invention and the embodiments thereof, the claims and
the attached drawings,
There are numerous other advantages and features of the present
Invention will be readily apparent.
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGENSUMMARY
THE DRAWINGS
1 zeigt
eine fragmentarische Ansicht teilweise im Querschnitt einer Ausführungsform
eines Ultraschallsystems; 1 shows a fragmentary view partially in cross section of an embodiment of an ultrasound system;
2 zeigt
ein Blockdiagramm eines mit dem System von 1 verwendbaren
Generators; 2 shows a block diagram of one with the system of 1 usable generator;
3 zeigt
ein Blockdiagramm eines Generators, der eine Überwachungssteuerschaltung
enthält; 3 Fig. 10 is a block diagram of a generator including a supervisory control circuit;
3A zeigt
ein Schemadiagramm von zahlreichen Komponenten des Generators von 3; 3A shows a schematic diagram of numerous components of the generator of 3 ;
4A und 4B zeigen
Schemadiagramme von zahlreichen Komponenten des Generators von 3;
und 4A and 4B show schematic diagrams of numerous components of the generator of 3 ; and
5 zeigt
ein Flußdiagramm
eines durch den Generator von 3 implementierbaren
Steuerverfahrens. 5 shows a flowchart of a by the generator of 3 implementable tax procedure.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED
EMBODIMENTS
Während die
vorliegende Erfindung einer Verkörperung
in vielen unterschiedlichen Formen zugänglich ist, sind spezielle
Ausführungsformen
derselben in den Zeichnungen gezeigt und werden hierin im Detail
mit dem Verständnis
beschrieben, daß die vorliegende
Offenbarung als ein Beispiel für
die Prinzipien der Erfindung betrachtet wird und nicht die Erfindung
auf die dargestellten speziellen Ausführungsformen beschränken soll.While the
present invention of an embodiment
accessible in many different forms are special
embodiments
the same are shown in the drawings and are described in detail herein
with understanding
described that the present
Revelation as an example of
the principles of the invention are considered and not the invention
to limit to the illustrated specific embodiments.
1 stellt
ein chirurgisches System 10 dar. Das chirurgische System 10 enthält allgemein
einen Generator 30, eine Handstückanordnung 50 und
eine akustische oder Übertragungsanordnung 80.
Der Generator 30 sendet ein elektrisches Signal durch ein
Kabel 32 mit einer ausgewählten Amplitude, Frequenz und
Phase, die von einem Steuersystem des Generators 30 bestimmt
sind. Wie weiter beschrieben werden wird, verursacht das Signal,
daß ein
oder mehrere piezoelektrische Elemente der akustischen Anordnung 80 expandieren
und kontrahieren, wodurch die elektrische Energie in mechanische
Bewegung umgewandelt wird. Die mechanische Bewegung führt zu Longitudinalwellen
von Ultraschallenergie, die sich durch die akustische Anordnung 80 in
einer Schallstehwelle ausbreiten, um die akustische Anordnung 80 mit
einer ausgewählten
Frequenz und Amplitude schwingen zu lassen. 1 represents a surgical system 10 dar. The surgical system 10 generally contains a generator 30 , a handpiece arrangement 50 and an acoustic or transmission arrangement 80 , The generator 30 sends an electrical signal through a cable 32 with a selected amplitude, frequency and phase provided by a control system of the generator 30 are determined. As will be further described, the signal causes one or more piezoelectric elements of the acoustic assembly 80 expand and contract, converting electrical energy into mechanical motion. The mechanical motion leads to longitudinal waves of ultrasonic energy, resulting from the acoustic arrangement 80 spread in a sound standing wave to the acoustic arrangement 80 to vibrate at a selected frequency and amplitude.
Ein
Endeffektor 88 am distalen Ende der akustischen Anordnung 80 ist
in Kontakt mit Gewebe des Patienten plaziert, um die Ultraschallenergie
auf das Gewebe zu übertragen.
Die Zellen des Gewebes, die mit dem Endeffektor 88 der
akustischen Anordnung 80 in Kontakt stehen, werden sich
mit dem Endeffektor 88 bewegen und schwingen.An end effector 88 at the distal end of the acoustic arrangement 80 is placed in contact with the patient's tissue to deliver the ultrasound energy to the tissue. The cells of the tissue attached to the end effector 88 the acoustic arrangement 80 Be in contact with the end effector 88 move and swing.
Wenn
der Endeffektor 88 mit dem Gewebe koppelt, wird thermische
Energie oder Wärme
als Folge von innerer Zellreibung in dem Gewebe erzeugt. Die Wärme reicht
aus, um Proteinwasserstoffbindungen zu brechen, wodurch verursacht
wird, daß das
hochstrukturierte Protein (d.h. Collagen und Muskelprotein) denaturiert
(d.h. weniger organisiert wird). Wenn die Proteine denaturieren,
bildet sich ein klebriges Koagulat zum Abdichten oder Koagulieren von
kleinen Blutgefäßen, wenn
sich das Koagulat unterhalb von 100°C befindet. Wenn der Effekt
verlängert
wird, resultiert eine tiefe Koagulation von größeren Blutgefäßen.When the end effector 88 coupled with the tissue, thermal energy or heat is generated as a result of internal cellular friction in the tissue. The heat is sufficient to break protein hydrogen bonds, causing the highly structured protein (ie collagen and muscle protein) is denatured (ie less organized). When the proteins denature, a sticky coagulum forms to seal or coagulate small blood vessels when the coagulum is below 100 ° C. If the effect is prolonged, deep coagulation of larger blood vessels results.
Die Übertragung
der Ultraschallenergie auf das Gewebe verursacht weitere Effekte,
die mechanisches Reiben, Schneiden, Kavitationszellaufschluß und Emulgieren
einschließen.
Das Ausmaß des Schneidens
sowie der Grad von erhaltener Koagulation variiert mit der Schwingungsamplitude
des Endeffektors 88, der Größe von durch den Benutzer ausgeübtem Druck
und der Schärfe
des Endeffektors 88. Der Endeffektor 88 der akustischen
Anordnung 80 in dem chirurgischen System 10 neigt
dazu, die Schwingungsenergie des Systems 10 auf Gewebe zu
fokussieren, das mit dem Endeffektor 88 in Kontakt steht,
wobei die Zufuhr von thermischer und mechanischer Energie intensiviert
und lokalisiert wird.The transmission of the ultrasonic energy to the tissue causes further effects, including mechanical rubbing, cutting, cavitation cell digestion and emulsification. The extent of cutting as well as the degree of coagulation obtained varies with the amplitude of oscillation of the end effector 88 , the size of the pressure exerted by the user and the sharpness of the end effector 88 , The end effector 88 the acoustic arrangement 80 in the surgical system 10 tends to the vibrational energy of the system 10 Focus on tissue with the end effector 88 in contact, whereby the supply of thermal and mechanical energy is intensified and localized.
Wie
in 1 dargestellt ist, enthält der Generator 30 ein
Steuersystem integral mit dem Generator 30, einen Netzschalter 34 und
eine Triggereinrichtung 36. Der Netzschalter 34 steuert
den elektrischen Strom für
den Generator 30 und bei Aktivierung durch die Triggereinrichtung 36 liefert
der Generator 30 Energie zum Ansteuern der akustischen
Anordnung 80 des chirurgischen Systems 10 bei
einer vorab festgelegten Frequenz und zum Ansteuern des Endeffektors 88 auf
einen vorab festgelegten Schwingungsamplitudenpegel. Der Generator 30 kann
die akustische Anordnung 80 mit irgendeiner geeigneten
Resonanzfrequenz der akustischen Anordnung 80 ansteuern
oder erregen.As in 1 is shown contains the generator 30 a control system integral with the generator 30 , a power switch 34 and a trigger device 36 , The power switch 34 controls the electric current for the generator 30 and when activated by the triggering device 36 the generator delivers 30 Energy for controlling the acoustic arrangement 80 of the surgical system 10 at a predetermined frequency and to drive the end effector 88 to a predetermined oscillation amplitude level. The generator 30 can the acoustic arrangement 80 at any suitable resonant frequency of the acoustic device 80 drive or excite.
Wenn
der Generator 30 über
die Triggereinrichtung 36 aktiviert wird, wird von dem
Generator 30 elektrische Energie kontinuierlich einer Wandleranordnung 82 der
akustischen Anordnung 80 zugeführt. Ein Phasenregelkreis in
dem Steuersystem des Generators 30 überwacht die Rückkopplung
von der akustischen Anordnung 80. Der Phasenregelkreis stellt
die Frequenz der elektrischen Energie, die von dem Generator 30 gesendet
wird, so ein, daß sie
mit einer vorab ausgewählten
Oberfrequenz der akustischen Anordnung 80 übereinstimmt.
Zusätzlich
stellt ein zweiter Regelkreis im Steuersystem den elektrischen Strom,
der der akustischen Anordnung 80 zugeführt wird, auf einem vorab ausgewählten konstanten
Pegel, um eine im wesentlichen konstante Schwingungsamplitude am
Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 zu
erzielen.When the generator 30 via the triggering device 36 is activated by the generator 30 electrical energy continuously a transducer assembly 82 the acoustic arrangement 80 fed. A phase locked loop in the control system of the generator 30 monitors the feedback from the acoustic device 80 , The phase locked loop sets the frequency of the electrical energy coming from the generator 30 is sent, so that they are at a preselected upper frequency of the acoustic arrangement 80 matches. In addition, a second control loop in the control system provides the electrical current of the acoustic arrangement 80 is supplied, at a preselected constant level, to a substantially constant amplitude of vibration at the end effector 88 the acoustic arrangement 80 to achieve.
Das
elektrische Signal, das der akustischen Anordnung 80 zugeführt wird,
wird bewirken, daß das distale
Ende im Bereich von zum Beispiel näherungsweise 20 kHz bis 100
kHz und vorzugsweise im Bereich von ungefähr 54 kHz bis 56 kHz und am
bevorzugsten bei ungefähr
55,5 kHz longitudinal schwingt. Die Amplitude der Schallschwingungen
am Endeffektor 88 kann zum Beispiel durch Steuerung der
Amplitude des elektrischen Signals, das der Wandleranordnung 82 der
akustischen Anordnung 80 durch den Generator 30 zugeführt wird,
gesteuert werden.The electrical signal, that of the acoustic arrangement 80 will cause the distal end to vibrate longitudinally in the range of, for example, approximately 20 kHz to 100 kHz, and preferably in the range of approximately 54 kHz to 56 kHz, and most preferably approximately 55.5 kHz. The amplitude of the sound vibrations at the end effector 88 For example, by controlling the amplitude of the electrical signal, that of the transducer assembly 82 the acoustic arrangement 80 through the generator 30 is fed, controlled.
Wie
oben erwähnt,
ermöglicht
die Triggereinrichtung 36 des Generators 30, daß ein Benutzer
den Generator so aktiviert, daß elektrische
Energie der akustischen Anordnung 80 kontinuierlich zugeführt werden
kann. In einer Ausführungsform
umfaßt
die Triggereinrichtung 36 vorzugsweise einen Fußschalter,
der mit dem Generator 30 durch ein Kabel oder eine Schnur
lösbar
gekoppelt oder daran befestigt ist. In einer weiteren Ausführungsform
kann ein Handschalter in der Handstückanordnung 50 enthalten sein,
damit der Generator 30 von einem Benutzer aktiviert werden
kann.As mentioned above, the triggering device allows 36 of the generator 30 in that a user activates the generator so that electrical energy of the acoustic arrangement 80 can be fed continuously. In one embodiment, the triggering device comprises 36 preferably a footswitch connected to the generator 30 is detachably coupled or attached to it by a cable or a cord. In another embodiment, a handset may be in the handpiece assembly 50 be included so that the generator 30 can be activated by a user.
Der
Generator 30 weist auch eine Netzzuleitung 38 zum
Einführen
in eine elektrochirurgische Einheit oder eine herkömmliche
Netzsteckdose auf. Es ist vorgesehen, daß der Generator 30 auch
von einer Gleichstrom (DC)-Quelle, wie zum Beispiel einer Batterie,
betrieben werden kann.The generator 30 also has a power line 38 for insertion into an electrosurgical unit or a conventional power outlet. It is envisaged that the generator 30 can also be operated by a direct current (DC) source, such as a battery.
Weiterhin
auf 1 bezugnehmend, enthält die Handstückanordnung 50 ein
mehrteiliges Gehäuse
oder Außengehäuse 52,
das gestaltet ist, um den Bediener von den Schwingungen der akustischen Anordnung 80 zu
isolieren. Das Gehäuse 52 ist
vorzugsweise zylinderförmig
und so gestaltet, daß es von
einem Benutzer in einer herkömmlichen
Weise gehalten wird, aber kann irgendeine geeignete Gestalt und
Größe aufweisen,
die ermöglichen,
daß es vom
Benutzer ergriffen werden kann. Während ein mehrteiliges Gehäuse 52 dargestellt
ist, kann das Gehäuse 52 eine
einzige oder einheitliche Komponente aufweisen.Continue on 1 Referring to Fig. 1, the handpiece assembly includes 50 a multi-part housing or outer housing 52 , which is designed to keep the operator from the vibrations of the acoustic arrangement 80 to isolate. The housing 52 is preferably cylindrical and designed to be held by a user in a conventional manner, but may be of any suitable shape and size that will allow it to be grasped by the user. While a multi-part housing 52 is shown, the housing 52 have a single or unitary component.
Das
Gehäuse 52 der
Handstückanordnung 50 ist
vorzugsweise aus einem haltbaren Kunststoff, wie zum Beispiel Ultem®,
konstruiert. Es ist auch vorgesehen, daß das Gehäuse 52 aus einer Vielzahl
von Materialien hergestellt sein kann, die andere Kunststoffe (d.
h. schlagzähes
Polystyren oder Polypropylen) einschließen. Eine geeignete Handstückanordnung 50 stellt
Modell-Nr. HP050, von Ethicon Endo-Surgery, Inc., erhältlich,
dar.The housing 52 the handpiece assembly 50 is preferably made from a durable plastic, such as Ultem ® constructed. It is also envisaged that the housing 52 may be made of a variety of materials including other plastics (ie, impact polystyrene or polypropylene). A suitable handpiece assembly 50 provides model no. HP050, available from Ethicon Endo-Surgery, Inc.
Die
Handstückanordnung 50 enthält allgemein
ein proximales Ende 54, ein distales Ende 56 und
eine zentral angeordnete axiale Öffnung
bzw. einen Hohlraum 58, die bzw. der sich darin longitudinal erstreckt.
Das distale Ende 56 der Handstückanordnung 50 enthält eine Öffnung 60,
die so konfiguriert ist, daß sie
der akustischen Anordnung 80 des chirurgischen Systems 10 ermöglicht,
sich dort hindurch zu erstrecken, und das proximale Ende 54 der
Handstückanordnung 50 ist
mit dem Generator 30 durch ein Kabel 32 gekoppelt.
Das Kabel 32 kann Kanäle oder
Entlüftungsöffnungen 62 enthalten,
damit die Luft in die Handstückanordnung 50 zum
Kühlen
der Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 eingeleitet
werden kann.The handpiece arrangement 50 generally contains a proximal end 54 , a distal end 56 and a centrally located axial opening or cavity 58 which extends longitudinally therein. The distal end 56 the handpiece assembly 50 contains an opening 60 which is configured to match the acoustic layout 80 of the chirur system 10 allows it to extend therethrough, and the proximal end 54 the handpiece assembly 50 is with the generator 30 through a cable 32 coupled. The cable 32 can have channels or vents 62 included, so that the air in the handpiece assembly 50 for cooling the transducer assembly 82 the acoustic arrangement 80 can be initiated.
Weiterhin
auf 1 bezugnehmend, enthält die akustische Anordnung 80 allgemein
einen Wandlerstapel oder eine Wandleranordnung 82 und eine Übertragungskomponente
oder ein Arbeitselement. Die Übertragungskomponente
kann eine Montageeinrichtung 84, eine Übertragungsstange oder einen Übertragungswellenleiter 86 und
einen Endeffektor oder Applikator 88 enthalten. Die Wandleranordnung 82,
Montageeinrichtung 84, Übertragungsstange 86 und
der Endeffektor 88 sind vorzugsweise so akustisch abgestimmt,
daß die
Länge dieser
Komponente eine ganze Zahl von Halbsystemwellenlängen (nλ/2) ist, wobei die Systemwellenlänge λ die Wellenlänge einer
vorab ausgewählten
oder in Betrieb befindlichen Longitudinalschwingungsfrequenz f der
akustischen Anordnung 80 ist. Es ist auch vorgesehen, daß die akustische
Anordnung 80 irgendeine geeignete Anordnung von akustischen
Elementen enthält.
Zum Beispiel kann die akustische Anordnung 80 eine Wandleranordnung
und einen Endeffektor umfassen (d.h., daß die akustische Anordnung 80 ohne
eine Montageeinrichtung und eine Übertragungsstange konfiguriert
sein kann).Continue on 1 Referring to, contains the acoustic device 80 generally a converter stack or a transducer assembly 82 and a transmission component or work item. The transmission component may be a mounting device 84 , a transmission rod or a transmission waveguide 86 and an end effector or applicator 88 contain. The transducer assembly 82 , Mounting device 84 , Transmission rod 86 and the end effector 88 are preferably acoustically tuned such that the length of this component is an integer number of half-system wavelengths (nλ / 2), where the system wavelength λ is the wavelength of a preselected or operating longitudinal vibration frequency f of the acoustic array 80 is. It is also envisaged that the acoustic arrangement 80 contains any suitable arrangement of acoustic elements. For example, the acoustic arrangement 80 a transducer assembly and an end effector (ie, that the acoustic arrangement 80 can be configured without a mounting device and a transmission rod).
Die
Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 wandelt
das elektrische Signal vom Generator 30 in mechanische
Energie um, die zu einer longitudinalen Schwingungsbewegung des
Endeffektors 88 mit Ultraschallfrequenzen führt. Wenn die
akustische Anordnung 80 eingeschaltet ist, wird eine Stehwelle
der Schwingungsbewegung durch die akustische Anordnung 80 erzeugt.
Die Amplitude der Schwingungsbewegung an jedem Punkt entlang der akustischen
Anordnung 80 hängt
von der Stelle entlang der akustischen Anordnung 80 ab,
an der die Schwingungsbewegung gemessen wird. Ein Minimum oder eine
Nullstelle in der Stehwelle der Schwingungsbewegung wird allgemein
als ein Knoten bezeichnet, (d.h., wo die axiale Bewegung gewöhnlich minimal
ist und radiale Bewegung gewöhnlich
gering ist), und ein Absolutwertmaximum oder eine Absolutwertspitze
in der Stehwelle wird allgemein als Schwingungsbauch bezeichnet.
Der Abstand zwischen einem Schwingungsbauch und seinem nächsten Knoten
beträgt
eine Viertelwellenlänge
(λ/4).The transducer assembly 82 the acoustic arrangement 80 converts the electrical signal from the generator 30 into mechanical energy, resulting in a longitudinal vibratory motion of the end effector 88 with ultrasonic frequencies. When the acoustic arrangement 80 is turned on, a standing wave of the oscillatory motion by the acoustic arrangement 80 generated. The amplitude of the oscillatory motion at each point along the acoustic array 80 depends on the location along the acoustic arrangement 80 from where the oscillatory motion is measured. A minimum or zero in the standing wave of the vibrational motion is commonly referred to as a node (ie, where the axial motion is usually minimal and radial motion is usually low), and an absolute value peak or peak in the standing wave is commonly referred to as the antinode. The distance between an antinode and its nearest node is a quarter wavelength (λ / 4).
Wie
in 1 gezeigt ist, enthält die Wandleranordnung 82 der
akustischen Anordnung 80, die als ein "Langevin-Stapel" bekannt ist, allgemein einen Wandlerabschnitt 90,
einen ersten Resonator 92 und einen zweiten Resonator 94.
Die Wandleranordnung 82 weist vorzugsweise eine Länge von
einer ganzen Zahl von Halbsystemwellenlängen (nλ/2) auf. Es versteht sich, daß die vorliegende
Erfindung alternativ so konfiguriert sein kann, daß sie eine
Wandleranordnung enthält,
die einen magnetostriktiven, elektromagnetischen oder elektrostatischen
Wandler umfaßt.As in 1 is shown contains the transducer assembly 82 the acoustic arrangement 80 , which is known as a "Langevin stack", generally a converter section 90 , a first resonator 92 and a second resonator 94 , The transducer assembly 82 preferably has a length of an integer number of half-system wavelengths (nλ / 2). It should be understood that the present invention may alternatively be configured to include a transducer assembly including a magnetostrictive, electromagnetic, or electrostatic transducer.
Das
distale Ende des ersten Resonators 92 ist mit dem proximalen
Ende des Wandlerabschnitts 90 verbunden, und das proximale
Ende des zweiten Resonators 94 ist mit dem distalen Ende
des Wandlerabschnitts 90 verbunden. Die ersten und zweiten Resonatoren 92 und 94 sind
vorzugsweise aus Titan, Aluminium, Stahl oder irgendeinem anderen
geeigneten Material hergestellt. Die ersten und zweiten Resonatoren 92 und 94 weisen
eine Länge
auf, die durch eine Anzahl von Variablen bestimmt ist, die die Dicke
des Wandlerabschnitts 90, die Dichte- und Elastizitätsmodule
des in den Resonatoren 92 und 94 verwendeten Materials
und die Grundfrequenz der Wandleranordnung 92 einschließen. Der zweite
Resonator 94 kann von seinem proximalen Ende zu seinem
distalen Ende nach innen verjüngt
sein, um die Ultraschallschwingungsamplitude zu verstärken.The distal end of the first resonator 92 is at the proximal end of the transducer section 90 connected, and the proximal end of the second resonator 94 is with the distal end of the transducer section 90 connected. The first and second resonators 92 and 94 are preferably made of titanium, aluminum, steel or any other suitable material. The first and second resonators 92 and 94 have a length determined by a number of variables that is the thickness of the transducer section 90 , the density and elasticity modules of the resonators 92 and 94 used material and the fundamental frequency of the transducer assembly 92 lock in. The second resonator 94 may be tapered inwardly from its proximal end to its distal end to enhance the ultrasonic vibration amplitude.
Der Übertragungsabschnitt 90 der
Wandleranordnung 82 umfaßt vorzugsweise einen piezoelektrischen
Abschnitt von sich abwechselnden positiven Elektroden 96 und
negativen Elektroden 98, wobei piezoelektrische Elemente 100 zwischen
den Elektroden 96 und 98 abwechselnd angeordnet
sind. Die piezoelektrischen Elemente 100 können aus
irgendeinem geeigneten Material, wie zum Beispiel Bleizirkonattitanat,
Bleimetaniobat, Bleititanat oder einem anderen keramischen Kristallmaterial
hergestellt sein. Jedes) der positiven Elektroden 96, negativen
Elektroden 98 und piezoelektrischen Elemente 100 können eine
Bohrung aufweisen, die sich durch die Mitte erstreckt. Die positiven
und negativen Elektroden 96 und 98 sind jeweils
mit einem Draht 102 und 104 gekoppelt. Die Drähte 102 und 104 senden
elektrische Signale vom Generator 30 zu den Elektroden 96 und 98.The transmission section 90 the transducer assembly 82 preferably comprises a piezoelectric section of alternating positive electrodes 96 and negative electrodes 98 where piezoelectric elements 100 between the electrodes 96 and 98 are arranged alternately. The piezoelectric elements 100 may be made of any suitable material, such as lead zirconate titanate, lead metaniobate, lead titanate, or other ceramic crystal material. Each) of the positive electrodes 96 , negative electrodes 98 and piezoelectric elements 100 may have a bore extending through the middle. The positive and negative electrodes 96 and 98 are each with a wire 102 and 104 coupled. The wires 102 and 104 send electrical signals from the generator 30 to the electrodes 96 and 98 ,
Wie
in 1 dargestellt ist, werden die piezoelektrischen
Elemente 100 zwischen den ersten und zweiten Resonatoren 92 und 94 durch
einen Bolzen 106 komprimiert gehalten. Der Bolzen 106 weist vorzugsweise
einen Kopf, einen Schaft und ein distales Gewindeende auf. Der Bolzen 106 wird
vom proximalen Ende des ersten Resonators 92 durch die Bohrungen
des ersten Resonators 92, der Elektroden 96 und 98 und
der piezoelektrischen Elemente 100 eingeführt. Das
distale Gewindeende des Bolzens 106 wird in eine Gewindebohrung
im proximalen Ende des zweiten Resonators 94 eingeschraubt.As in 1 is shown, the piezoelectric elements 100 between the first and second resonators 92 and 94 through a bolt 106 kept compressed. The bolt 106 preferably has a head, a shaft and a threaded distal end. The bolt 106 is from the proximal end of the first resonator 92 through the holes of the first resonator 92 , the electrodes 96 and 98 and the piezoelectric elements 100 introduced. The distal threaded end of the bolt 106 is in a threaded hole in the proximal end of the second resonator 94 screwed.
Die
piezoelektrischen Elemente 100 werden als Antwort auf das
elektrische Signal, das vom Generator 30 geliefert wird,
zum Erzeugen einer akustischen Stehwelle in der akustischen Anordnung 80 mit
Strom gespeist. Das elektrische Signal verursacht Störungen in
den piezoelektrischen Elementen 100 in Form von sich wiederholenden
kleinen Verschiebungen, die zu großen Druckkräften im Material führen. Die
wiederholten kleinen Verschiebungen bewirken, daß die piezoelektrischen Elemente
in einer kontinuierlichen Weise entlang der Achse des Spannungsgradienten
expandieren und kontrahieren, wobei Longitudinalwellen hoher Frequenz
von Ultraschallenergie erzeugt werden. Die Ultraschallenergie wird
durch die akustische Anordnung 80 auf den Endeffektor 88 übertragen.The piezoelectric elements 100 be in response to the electrical signal emitted by the Ge erator 30 is provided for generating an acoustic standing wave in the acoustic arrangement 80 powered by electricity. The electrical signal causes disturbances in the piezoelectric elements 100 in the form of repetitive small displacements, which lead to large compressive forces in the material. The repeated small shifts cause the piezoelectric elements to expand and contract in a continuous manner along the axis of the voltage gradient, producing high frequency longitudinal waves of ultrasonic energy. The ultrasound energy is generated by the acoustic arrangement 80 on the end effector 88 transfer.
Die
Montageeinrichtung 84 der akustischen Anordnung 80 weist
ein proximales Ende und ein distales Ende auf und kann eine Länge aufweisen,
die im wesentlichen gleich einer ganzen Zahl von Halbsystemwellenlängen ist.
Das proximale Ende der Montageeinrichtung 84 ist vorzugsweise
auf das distale Ende des zweiten Resonators 94 durch eine
Innengewindeverbindung in der Nähe
eines Schwingungsbauches axial ausgerichtet und damit gekoppelt.
(Für die
Zwecke dieser Offenbarung ist der Begriff "nahe" als "genau bei" oder "in unmittelbarer Nähe zu" definiert.) Es ist
auch vorgesehen, daß die Montageeinrichtung 84 durch
irgendein geeignetes Mittel an dem zweiten Resonator 94 angebracht
sein kann und daß der
zweite Resonator 94 und die Montageeinrichtung 84 als
eine einzige oder einheitliche Komponente ausgebildet sein können.The mounting device 84 the acoustic arrangement 80 has a proximal end and a distal end and may have a length that is substantially equal to an integer number of half-system wavelengths. The proximal end of the mounting device 84 is preferably on the distal end of the second resonator 94 axially aligned and coupled by an internally threaded connection near a vibrating abdomen. (For the purposes of this disclosure, the term "near" is defined as "close to" or "in close proximity to".) It is also contemplated that the mounting device 84 by any suitable means on the second resonator 94 may be attached and that the second resonator 94 and the mounting device 84 may be formed as a single or unitary component.
Die
Montageeinrichtung 84 ist mit dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 in
der Nähe eines
Knotens gekoppelt. Die Montageeinrichtung 84 kann auch
einen integralen Ring 108 enthalten, der um ihren Umfang
angeordnet ist. Der integrale Ring 108 ist vorzugsweise
in einer ringförmigen
Nut 110 angeordnet, die in dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 zur
Kopplung der Montageeinrichtung 84 mit dem Gehäuse 52 ausgebildet
ist. Ein nachgiebiges Teil oder Material 112, wie zum Beispiel
ein Paar Silikon-O-Ringe, die durch Ausläufe angebracht sind, kann zwischen
der ringförmigen
Nut 110 des Gehäuses 52 und
dem integralen Ring 108 der Montageeinrichtung 84 plaziert
sein, um zu verringern oder zu verhindern, daß Ultraschallschwingung von der
Montageeinrichtung 84 auf das Gehäuse 52 übertragen
wird.The mounting device 84 is with the case 52 the handpiece assembly 50 coupled near a node. The mounting device 84 can also have an integral ring 108 included, which is arranged around its circumference. The integral ring 108 is preferably in an annular groove 110 arranged in the housing 52 the handpiece assembly 50 for coupling the mounting device 84 with the housing 52 is trained. A compliant part or material 112 such as a pair of silicone O-rings, which are attached through outlets, can be placed between the annular groove 110 of the housing 52 and the integral ring 108 the mounting device 84 be placed to reduce or prevent ultrasonic vibration from the mounting device 84 on the case 52 is transmitted.
Die
Montageeinrichtung 84 kann in einer vorab festgelegten
axialen Position durch eine Anzahl von Stiften 114, vorzugsweise
vier, gesichert sein. Die Stifte 114 sind in einer Längsrichtung
um 90 Grad voneinander um den Außenrand der Montageeinrichtung 84 angeordnet.
Die Stifte 114 sind mit dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 gekoppelt und durch
Kerben in dem integralen Ring 108 der Montageeinrichtung 84 angeordnet.
Die Stifte 114 sind vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt.The mounting device 84 can in a predetermined axial position by a number of pins 114 , preferably four, be secured. The pencils 114 are in a longitudinal direction 90 degrees from each other about the outer edge of the mounting device 84 arranged. The pencils 114 are with the case 52 the handpiece assembly 50 coupled and notches in the integral ring 108 the mounting device 84 arranged. The pencils 114 are preferably made of stainless steel.
Die
Montageeinrichtung 84 ist vorzugsweise so konfiguriert,
daß sie
die Ultraschallschwingungsamplitude verstärkt, die durch die akustische
Anordnung 80 auf das distale Ende des Endeffektors 88 übertragen
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Montageeinrichtung 84 ein massives, verjüngtes Horn.
Wenn Ultraschallenergie durch die Montageeinrichtung 84 übertragen
wird, wird die Geschwindigkeit der Schallwelle, die durch die Montageeinrichtung 84 übertragen
wird, verstärkt.
Es ist vorgesehen, daß die
Montageeinrichtung 84 irgendeine geeignete Gestalt, wie
zum Beispiel eines gestuften Horns, eines konischen Horns, eines
exponentiellen Horns, eines Unitary gain-Horns oder dergleichen,
aufweisen kann.The mounting device 84 is preferably configured to amplify the ultrasonic vibration amplitude generated by the acoustic assembly 80 on the distal end of the end effector 88 is transmitted. In a preferred embodiment, the mounting device comprises 84 a massive, tapered horn. When ultrasonic energy through the mounting device 84 is transmitted, the speed of the sound wave passing through the mounting device 84 is transmitted, amplified. It is envisaged that the mounting device 84 may have any suitable shape, such as a stepped horn, a conical horn, an exponential horn, a unitary gain horn, or the like.
Das
distale Ende der Montageeinrichtung 84 kann mit dem proximalen
Ende der Übertragungsstange 86 durch
eine Innengewindeverbindung gekoppelt sein. Es ist vorgesehen, daß die Übertragungsstange 86 an
der Montageeinrichtung 84 durch irgendein geeignetes Mittel
angebracht ist. Die Montageeinrichtung 84 ist vorzugsweise
mit der Übertragungsstange 86 in
der Nähe
eines Schwingungsbauches gekoppelt.The distal end of the mounting device 84 can be with the proximal end of the transmission rod 86 be coupled by an internal thread connection. It is envisaged that the transmission rod 86 at the mounting device 84 is attached by any suitable means. The mounting device 84 is preferably with the transmission rod 86 coupled near a vibration abdomen.
Die Übertragungsstange 86 kann
zum Beispiel eine Länge
aufweisen, die im wesentlichen gleich einer ganzen Zahl von Halbsystemwellen (nλ/2) ist.
Die Übertragungsstange 86 ist
vorzugsweise aus einem Schaft mit massivem Kern hergestellt, der
aus einem Material konstruiert ist, das Ultraschallenergie effizient
ausbreiten läßt, wie
zum Beispiel Titanlegierung (d.h. Ti-6A1-4V) oder eine Aluminiumlegierung.
Es ist vorgesehen, daß die Übertragungsstange 86 aus
irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein kann. Die Übertragungsstange 86 kann
auch die mechanischen Schwingungen verstärken, die durch die Übertragungsstange 86 auf den
Endeffektor 88 übertragen
werden, wie dies auf dem Gebiet allgemein bekannt ist.The transmission rod 86 For example, it may have a length substantially equal to an integer number of half system waves (nλ / 2). The transmission rod 86 is preferably made of a solid core shaft constructed of a material that efficiently propagates ultrasonic energy, such as titanium alloy (ie, Ti-6A1-4V) or an aluminum alloy. It is envisaged that the transmission rod 86 can be made of any other suitable material. The transmission rod 86 can also amplify the mechanical vibrations caused by the transmission rod 86 on the end effector 88 as is well known in the art.
Wie
in 1 dargestellt ist, enthält die Übertragungsstange 86 stabilisierende
Silikonringe oder nachgiebige Halter 116, die an einer
Anzahl von Knoten positioniert sind. Die Silikonringe 116 dämpfen unerwünschte Schwingungen
und isolieren die Ultraschallenergie von einem rohrförmigen Teil
einer abnehmbaren Hülse 120,
den Fluß von
Ultraschallenergie in einer longitudinalen Richtung zum distalen Ende
des Endeffektors 88 mit maximaler Effizienz sicherstellend.As in 1 is shown, contains the transmission rod 86 stabilizing silicone rings or compliant holders 116 which are positioned at a number of nodes. The silicone rings 116 damp unwanted vibrations and isolate the ultrasonic energy from a tubular part of a removable sleeve 120 , the flow of ultrasonic energy in a longitudinal direction to the distal end of the end effector 88 ensuring maximum efficiency.
Wie
in 1 gezeigt ist, ist die abnehmbare Hülse 120 mit
dem distalen Ende 56 der Handstückanordnung 50 gekoppelt.
Die Hülse 120 enthält allgemein
einen Adapter oder Naselkegel 122 und ein längliches
rohrförmiges
Teil 124. Das rohrförmige
Teil 124 ist an dem Adapter 122 angebracht und
weist eine Öffnung
auf, die sich dort hindurch longitudinal erstreckt. Die Hülse 120 kann
auf das distale Ende des Gehäuses 122 geschraubt
oder gerastet sein. Die Übertragungsstange 86 der
akustischen Anordnung 80 erstreckt sich durch die Öffnung des
rohrförmigen
Teils 124 und die Silikonringe 116 isolieren die Übertragungsstange 86 vom
rohrförmigen
Teil 124. Der Adapter 122 der Hülse 120 ist
vorzugsweise aus Ultem® konstruiert und das rohrförmige Teil 124 ist aus
Edelstahl hergestellt. Alternativ kann die Übertragungsstange 86 Polymermaterial
aufweisen, das die Übertragungsstange 86 umgibt,
um sie gegen Außenkontakt
zu isolieren.As in 1 shown is the removable sleeve 120 with the distal end 56 the handpiece assembly 50 coupled. The sleeve 120 generally contains an adapter or Naselkegel 122 and an elongated tubular member 124 , The tubular part 124 is on the adapter 122 mounted and has an opening which extends longitudinally therethrough. The sleeve 120 can be on the distal end of the case 122 be screwed or locked. The transmission rod 86 the acoustic arrangement 80 extends through the opening of the tubular part 124 and the silicone rings 116 isolate the transmission rod 86 from the tubular part 124 , The adapter 122 the sleeve 120 is preferably constructed of Ultem ® and the tubular member 124 is made of stainless steel. Alternatively, the transmission rod 86 Polymer material comprising the transmission rod 86 surrounds to isolate them against external contact.
Das
distale Ende der Übertragungsstange 86 kann
mit dem proximalen Ende des Endeffektors 88 durch eine
Innengewindeverbindung, vorzugsweise in der Nähe eines Schwingungsbauches,
gekoppelt sein. Es ist vorgesehen, daß der Endeffektor 88 an
der Übertragungsstange 86 durch
irgendein geeignetes Mittel, wie zum Beispiel eine Schweißverbindung
oder dergleichen, angebracht ist. Obwohl der Endeffektor 88 von
der Übertragungsstange 88 abnehmbar
sein kann, ist auch vorgesehen, daß der Endeffektor 88 und
die Übertragungsstange 86 als eine
einzige Einheit ausgebildet sind.The distal end of the transmission rod 86 can be with the proximal end of the end effector 88 be coupled by an internal thread connection, preferably in the vicinity of a vibration belly. It is envisaged that the end effector 88 on the transmission rod 86 by any suitable means, such as a welded joint or the like. Although the end effector 88 from the transmission rod 88 can be removable, it is also provided that the end effector 88 and the transmission rod 86 are formed as a single unit.
Der
Endeffektor 88 kann ein distales Gebiet 88b aufweisen,
das eine kleinere Querschnittsfläche als
ein proximales Gebiet 88a desselben aufweist, wodurch eine Schwigungsamplitudenhochsetzverbindung
ausgebildet wird. Die Hochsetzverbindung wirkt wie ein auf dem Gebiet
bekannter Geschwindigkeitswandler, der die Größe der Ultraschallschwingung
erhöht,
die vom proximalen Gebiet 88a auf das distale Gebiet 88b des
Endeffektors 88 übertragen wird.The end effector 88 can be a distal area 88b having a smaller cross-sectional area than a proximal area 88a has the same, whereby a Schwimmtamplituhenhochsetzverbindung is formed. The boost connection acts like a velocity converter known in the art which increases the magnitude of ultrasonic vibration from the proximal region 88a to the distal area 88b of the end effector 88 is transmitted.
Der
Endeffektor 88 weist vorzugsweise eine Länge auf,
die im wesentlichen gleich einem ganzen Vielfachen von Halbsystemwellenlängen (nλ/2) ist. Der
Endeffektor 88 ist an einem Schwingungsbauch angeordnet,
um die maximale longitudinale Ablenkung des distalen Endes zu erzeugen.
Wenn die Wandleranordnung 82 mit Strom gespeist wird, wird das
distale Ende des Endeffektors 88 so konfiguriert, daß es sich
longitudinal im Bereich von zum Beispiel näherungsweise 10 bis 500 Mikron
Spitze-Spitze und vorzugsweise von ungefähr 30 bis 100 Mikron bei einer
vorab festgelegten Schwingungsfrequenz und am bevorzugsten bei ungefähr 90 Mikron
bewegt.The end effector 88 preferably has a length substantially equal to a whole multiple of half-system wavelengths (nλ / 2). The end effector 88 is disposed on a vibration abdomen to produce the maximum longitudinal deflection of the distal end. When the transducer assembly 82 is energized, the distal end of the end effector 88 configured to move longitudinally in the range of, for example, approximately 10 to 500 microns peak-to-peak, and preferably from about 30 to 100 microns, at a predetermined frequency of oscillation and most preferably about 90 microns.
Der
Endeffektor 88 ist vorzugsweise aus einem Schaft mit massivem
Kern hergestellt, der aus Material konstruiert ist, das Ultraschallenergie
ausbreiten läßt, wie
zum Beispiel Titanlegierung (d.h. Ti-6A1-4V) oder eine Aluminiumlegierung.
Es ist vorgesehen, daß der
Endeffektor 88 aus irgendeinem anderen geeigneten Material
hergestellt sein kann. Es ist auch vorgesehen, daß der Endeffektor 88 eine Oberflächenbehandlung
aufweist, um die Energieabgabe und den gewünschten Gewebeeffekt zu verbessern.
Zum Beispiel kann der Endeffektor 88 feinbearbeitet, beschichtet,
plattiert, geätzt,
feingestrahlt, gerauht oder gerillt sein, um Koagulation im Gewebe
zu verstärken
oder Anhaften von Gewebe und Blut an dem Endeffektor zu reduzieren.
Zusätzlich
kann der Endeffektor 88 angespitzt oder gestaltet sein,
um seine Energieübertragungseigenschaften
zu verbessern. Zum Beispiel kann der Endeffektor 88 schneidenförmig, hakenförmig oder
kugelförmig
sein.The end effector 88 is preferably made of a solid core shaft constructed of material that propagates ultrasonic energy, such as titanium alloy (ie, Ti-6A1-4V) or an aluminum alloy. It is envisaged that the end effector 88 can be made of any other suitable material. It is also envisaged that the end effector 88 has a surface treatment to improve the energy delivery and the desired tissue effect. For example, the end effector 88 Finished, coated, plated, etched, finely irradiated, roughened or grooved to enhance coagulation in the tissue or to reduce tissue and blood adhesion to the end effector. In addition, the end effector 88 sharpened or shaped to improve its energy transfer properties. For example, the end effector 88 be cut-shaped, hook-shaped or spherical.
Das
Blockdiagramm von 2 stellt einen beispielhaften
Generator 30 des chirurgischen Systems 10 dar.
Der Generator 30 enthält
einen Prozessor 30-1, wie zum Beispiel einen programmierten
Mikroprozessor, der zum Beispiel ein Motorola Modell Nr. 68HC11
sein kann. Der Prozessor 30-1 ist so programmiert, daß er geeignete
Leistungsparameter und Schwingungsfrequenz überwacht sowie in zahlreichen
Betriebsmodi einen geeigneten Leistungspegel liefert.The block diagram of 2 represents an exemplary generator 30 of the surgical system 10 dar. The generator 30 contains a processor 30-1 such as a programmed microprocessor, which may be, for example, a Motorola Model No. 68HC11. The processor 30-1 is programmed to monitor appropriate power parameters and oscillation frequency as well as to provide a suitable power level in numerous operating modes.
Der
Generator der im Blockdiagramm von 2 dargestellten
Art ist in U.S.-Patent 5,026,387 ("dem '387-Patent") mit dem Titel "Method and Apparatus
for Ultrasonic Surgical Cutting and Hemostasis" offenbart und beschrieben. Das '387-Patent ist auf
den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen und wird hierin durch
Bezugnahme aufgenommen.The generator of the block diagram of 2 is disclosed and described in U.S. Patent 5,026,387 ("the '387 patent") entitled "Method and Apparatus for Ultrasonic Surgical Cutting and Hemostasis". The '387 patent is assigned to the assignee of the present application and is incorporated herein by reference.
Es
sind von Hand betätigbare
Bedienungselemente 30-2 für den Zweck vorgesehen, daß ein Bediener
den Leistungspegel einstellen kann, der bei der Wandleranordnung
im Betrieb eingesetzt wird. Somit kann simultanes Schneiden und
Koagulation von kleinen Gefäßen in einem
vorab festgelegten Grad erhalten werden, jedes Mal wenn der Endeffektor 88 mit
Gewebe in Kontakt tritt.They are manually operated controls 30-2 for the purpose of allowing an operator to adjust the power level used in the converter assembly during operation. Thus, simultaneous cutting and coagulation of small vessels can be obtained to a predetermined degree every time the end effector 88 comes into contact with tissue.
Der
Generator 30 enthält
einen Stromausgabeschalter 30-3, der wiederum mit einem
Anpassungsnetzwerk 30-4 gekoppelt ist. Im Betrieb führt der
Netzschalter 30-3 der Handstückanordnung 50 mittels
eines Anpassungsnetzwerkes 30-4 und eines Trennübertragers 30-4a elektrische
Energie zu. Rückkopplung
von der Handstückanordnung 50 und der
Wandleranordnung darin wird über
einen Verstärker 30-5 mit
einem Phasendetektor 30-6 gekoppelt.The generator 30 includes a power output switch 30-3 who in turn uses an adaptation network 30-4 is coupled. In operation, the power switch leads 30-3 the handpiece assembly 50 by means of an adaptation network 30-4 and a separation transformer 30-4a electrical energy too. Feedback from the handpiece assembly 50 and the transducer assembly therein is via an amplifier 30-5 with a phase detector 30-6 coupled.
Die
Ausgabe vom Phasendetektor 30-6 wird einem Eingabebaustein
eines spannungsgesteuerten Oszillators 30-7 zugeführt. Der
spannungsgesteuerte Oszillator 30-7 erzeugt ein Ausgabesignal mit
variabler Frequenz auf der Leitung 30-8.The output from the phase detector 30-6 becomes an input device of a voltage controlled oscillator 30-7 fed. The voltage controlled oscillator 30-7 generates a variable frequency output signal on the line 30-8 ,
Das
Signal auf der Leitung 30-8 kann in einer Division durch
einen Vierzähler
oder Netzwerk 30-9 geteilt werden. Das geteilte Signal
mit variabler Frequenz kann danach auf einer Leitung 30-10 als
eine Eingabe beim Netzschalter 30-3, wie vorangehend diskutiert,
bereitgestellt werden. Ein Verzögerungselement 30-11 liefert
ein Verzögerungssignal
an den Phasendetektor 30-6. Eine Leistungssteuereinheit 30-12 ist
zwischen dem Prozessor 30-1 und dem Netzschalter 30-3 angeschlossen.The signal on the line 30-8 can be in a division by a four-counter or network 30-9 to be shared. The shared variable frequency signal may then be on a line 30-10 as an input at the power switch 30-3 as previously discussed. A delay element 30-11 provides a delay signal to the phase detector 30-6 , A power control unit 30-12 is between the processor 30-1 and the power switch 30-3 connected.
Eine
Ausgabeflüssigkristallanzeige 30-13 kann
auch mit dem Prozessor 30-1 gekoppelt sein. Die Anzeige 30-13 soll
eine Statusinformation für
den Benutzer oder Bediener liefern.An output liquid crystal display 30-13 can also work with the processor 30-1 be coupled. The ad 30-13 should provide status information to the user or operator.
Eine
Leitung 30-15, die mit dem Eingang E2 des Prozessors 30-1 gekoppelt
ist, ermöglicht,
daß der
Prozessor 30-1 Ultraschallansteuerstrom überwacht,
der an dem Ausgang des Netzwerkes 30-4 detektiert wird.
Diese Leitung enthält
einen Effektivwert (Root Means Square (RMS))-Gleichstrom (DC)-Wandler 30-15a.A line 30-15 connected to the input E2 of the processor 30-1 coupled, allows the processor 30-1 Ultrasonic drive current monitored at the output of the network 30-4 is detected. This line contains a Root Means Square (RMS) - DC (DC) converter 30-15a ,
Eine
Oszillatorausgabespannung wird bei Eingang E3 des Prozessors 30-1 gemessen,
während
eine Ausgabefrequenz bei A7 des Prozessors 30-1 gemessen
wird. Die Ausgabespannung wird bei E1 des Prozessors 30-1 gemessen.
Ausgabe B0 des Prozessors 30-1 liefert ein Freigabesignal
an den Netzschalter 30-3.An oscillator output voltage will be at input E3 of the processor 30-1 measured while an output frequency at A7 of the processor 30-1 is measured. The output voltage becomes at E1 of the processor 30-1 measured. Output B0 of the processor 30-1 provides a release signal to the power switch 30-3 ,
Durch
die Verwendung eines Phasenregelkreises, der einen Phasendetektor 30-6 und
Oszillator 30-7 enthält,
wird eine Frequenzsteuerung zum Erzeugen von Ausgabesignalen vom
Generator 30, die einer Resonanzfrequenz der akustischen
Anordnung 80 (von der Handstückanordnung 50 getragen) entsprechen,
erzeugt. Der Phasendetektor 30-6 vergleicht die Phase des
Ausgabeansteuerstroms und Spannungssignale mit einem Federsignal,
das vom Phasendetektor erhalten wird, der verwendet wird, um den
spannungsgesteuerten Oszillator 30-7 zu steuern, um dadurch
die gewünschte
Ausgabefrequenz zu erzeugen. Eine Ausgabe auf einer Leitung 30-14 (Eingang
E3) des spannungsgesteuerten Oszillators 30-7 ist eine
Spannung, die proportional zur Generatorfrequenz ist. Sie wird für den Zweck
der Überwachung
verwendet, um zu ermitteln, ob die Frequenz innerhalb eines geeigneten
Arbeitsbereiches liegt oder nicht. Das Ist-Ausgabesignal mit variabler
Frequenz vom Oszillator 30-7 wird auf einer Leitung 30-8 mit
dem Prozessor 30-1 (Eingang A7) gekoppelt.By using a phase-locked loop, a phase detector 30-6 and oscillator 30-7 contains a frequency control for generating output signals from the generator 30 , which is a resonant frequency of the acoustic arrangement 80 (from the handpiece assembly 50 worn) correspond produced. The phase detector 30-6 compares the phase of the output drive current and voltage signals with a spring signal obtained from the phase detector used to form the voltage controlled oscillator 30-7 to thereby generate the desired output frequency. An issue on a lead 30-14 (Input E3) of the voltage controlled oscillator 30-7 is a voltage that is proportional to the generator frequency. It is used for the purpose of monitoring to determine if the frequency is within a suitable working range or not. The actual variable frequency output signal from the oscillator 30-7 is on a wire 30-8 with the processor 30-1 (Input A7) coupled.
3 stellt
ein Blockdiagramm eines Generators 130 gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Verwendung mit dem Ultraschallsystem 10 dar.
Der Generator 130 enthält
eine Phasendetektionsschaltung 132, die mit einem spannungsgesteuerten
Oszillator 134 gekoppelt ist. Elemente 132 und 134 können in
einer einzigen integrierten Schaltung, wie zum Beispiel einer CD4046-Schaltung
integriert werden, die einen phasensynchronisierten Frequenzregelkreis
(phase-lock frequency control loop) enthält. 3 represents a block diagram of a generator 130 according to the present invention for use with the ultrasound system 10 dar. The generator 130 includes a phase detection circuit 132 that with a voltage controlled oscillator 134 is coupled. elements 132 and 134 can be integrated into a single integrated circuit, such as a CD4046 circuit, which includes a phase-locked frequency control loop.
Ein
Ausgang des Oszillators 134 auf einer Leitung 136 kann
wiederum mit einem Frequenzteiler 138 gekoppelt sein. Der
Teiler 138 kann eine Anzahl von Flip-Flop-Schaltungen enthalten,
die als ein Zähler
konfiguriert sind, um die Frequenzteilerfunktion zu erzeugen.An output of the oscillator 134 on a wire 136 can turn with a frequency divider 138 be coupled. The divider 138 may include a number of flip-flop circuits configured as a counter to generate the frequency divider function.
Das
geteilte Ausgabesignal auf einer Leitung 140 wird an einen
Netzschalter 142 und ein Verzögerungsrückkopplungselement 144 geliefert.
Weitere Eingaben an dem Netzschalter 142 werden von einem
Prozessor oder einer Überwachungssteuereinheit 146 und
Leistungssteuereinheit 149 geliefert. Die Steuereinheit 146 liefert
die Gesamtsteuerung für den
Generator 130. Ausgabesignale vom Netzschalter 142 werden
von einem Anpassungsnetzwerk 148 mit einem Trennübertrager 152 gekoppelt.The shared output signal on a line 140 gets to a power switch 142 and a delay feedback element 144 delivered. Further inputs to the power switch 142 are from a processor or a monitoring control unit 146 and power control unit 149 delivered. The control unit 146 provides the total control for the generator 130 , Output signals from the power switch 142 be from a customization network 148 with a separation transformer 152 coupled.
Das
Anpassungsnetzwerk 148 wandelt eine ausgegebene Rechteckwelle
des Netzschalters 142 in eine Sinuswelle zur Ansteuerung
der Handstückanordnung 50 um.
Die Ausgabe des Anpassungsnetzwerkes 148 liefert Rückkopplungssignale über den RMS-DC-Wandler 158 an
die Steuereinheit 146 und über einen Vergleicher 150 an
die Phasendetektionsschaltung 132.The customization network 148 converts an output square wave of the power switch 142 in a sine wave for driving the handpiece assembly 50 around. The output of the customization network 148 provides feedback signals via the RMS-DC converter 158 to the control unit 146 and about a comparator 150 to the phase detection circuit 132 ,
In
einem normalen Betriebsmodus funktionieren die Phasendetektionsschaltung 132 und
der spannungsgesteuerte Oszillator 134 mit erzeugten minimalen
und maximalen Betriebsfrequenzen. Ausgabesignale vom Oszillator 134 in
Kombination mit Rückkopplungssignalen
von der Ausgabe des Anpassungsnetzwerkes 148 erzeugen einen
Resonanzzustand bei der Ausgabe der akustischen Anordnung der Handstückanordnung 50.In a normal operating mode, the phase detection circuit operates 132 and the voltage controlled oscillator 134 with generated minimum and maximum operating frequencies. Output signals from the oscillator 134 in combination with feedback signals from the output of the matching network 148 create a resonant condition in the output of the acoustic arrangement of the handpiece assembly 50 ,
Unter
bestimmten Bedingungen kann eine von der Phasendetektionsschaltung 132 und
dem Spannungssteueroszillator 134 bereitgestellte Steuerung
nicht ausreichend sein, um auf eine sich ändernde Umgebung zu reagieren.
Zum Beispiel treten Spannungs- und Frequenzänderungen bei sowohl Wärme als
auch Veränderungen
der Eigenschaften von Ultraschallkomponenten auf. Als ein Ergebnis können minimale
und maximale Frequenzen variieren.Under certain conditions, one of the phase detection circuit 132 and the voltage control oscillator 134 provided control to be responsive to a changing environment. For example, voltage and frequency changes occur in both heat and changes in the properties of ultrasonic components. As a result, minimum and maximum frequencies can vary.
Physikalisch
längere
Ultraschallsysteme, die größere Anzahlen
von Halbwellenlängenabschnitten enthalten
können,
sind für
das Vorhandensein von transversalen Schwingungsmoden empfänglich und weisen
auch Oberschwingungsmoden auf. Somit ist es erwünscht, minimalen und maximalen
zulässigen Frequenzwerten
zusätzliche
Kontrollen aufzuerlegen.Physically
longer
Ultrasound systems, the larger numbers
of half wavelength sections
can,
are for
the presence of transversal modes of vibration susceptible and pointing
also on harmonic modes. Thus, it is desirable minimum and maximum
permissible frequency values
additional
To impose controls.
Zur
Kontrolle von transversalen Schwingungsmoden und Oberschwingungsmoden
der akustischen Anordnung enthält
der Generator 130 einen Regelkreis 160. Die Steuerschaltung 160 enthält eine Detektorschaltung 162,
die mit der Phasendetektionsschaltung 132 gekoppelt ist.
Die Detektorschaltung 163 mißt das Vorhandensein oder Fehlen
eines phasensynchronisierten Zustands in der Phasendetektionsschaltung 132 und
dem spannungsgesteuerten Oszillator 134. Ein beispielhaftes
Schaltungsdiagramm der Detektorschaltung 162 ist in 3A dargestellt.To control transversal vibration modes and harmonic modes of the acoustic arrangement, the generator includes 130 a control loop 160 , The control circuit 160 contains a detector circuit 162 connected to the phase detection circuit 132 is coupled. The detector circuit 163 measures the presence or absence of a phase-locked state in the phase detection circuit 132 and the voltage controlled oscillator 134 , An exemplary circuit diagram of the detector circuit 162 is in 3A shown.
Die
Detektorschaltung 162 liefert auf einer Leitung 164 einen
Hinweis auf das Vorhandensein oder Fehlen von Phasensynchronisation
an eine Rückkopplungsprozessoreinheit 166,
wie zum Beispiel einen programmierbaren digitalen Prozessor. Es
versteht sich, daß eine
Vielzahl von programmierbaren Prozessoren verwendet werden könnte, um die
Signale auf der Leitung 164 zu verarbeiten, ohne aus dem
Geist und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu gelangen.
Die Prozessoreinheit 166 könnte auch in dem Prozessor 146 (durch
eine Linie 166a gezeigt) enthalten sein. Alternativ könnte die Prozessoreinheit 166 als
ein festverdrahtetes Logiksystem implementiert sein.The detector circuit 162 delivers on a wire 164 an indication of the presence or absence of phase synchronization to a feedback processor unit 166 , such as a programmable digital processor. It is understood that a variety of programmable processors could be used to control the signals on the line 164 without departing from the spirit and scope of the present invention. The processor unit 166 could also be in the processor 146 (by a line 166a shown). Alternatively, the processor unit could 166 be implemented as a hardwired logic system.
Die
Prozessoreinheit 166 weist zwei Ausgabebausteine 168a und 168b auf.
Der Ausgabebaustein 168 kann eine Anzahl von parallelen
digitalen Datenleitungen (zum Beispiel 8 oder 16 Bits) enthalten,
die digitale Eingabeansteuersignale an einen Digital-Analog-Wandler 170 liefern.
Der Wandler 170 sendet ein Spannungssignal auf einer Leitung 172 an einen
Eingang eines analogen Schalters 174. Der analoge Schalter 174 könnte als
zum Beispiel 333A (MAXIM) implementiert sein. Ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm
des Wandlers 170 und des analogen Schalters 174 ist
in 3A dargestellt.The processor unit 166 has two output modules 168a and 168b on. The output module 168 may include a number of parallel digital data lines (for example, 8 or 16 bits) that supply digital input drive signals to a digital-to-analog converter 170 deliver. The converter 170 sends a voltage signal on a line 172 to an input of an analog switch 174 , The analog switch 174 could be implemented as, for example, 333A (MAXIM). An exemplary circuit diagram of the converter 170 and the analog switch 174 is in 3A shown.
Der
zweite Ausgabebaustein 168b der Prozessoreinheit 166 liefert
ein Steuersignal an einen Steuereingang des Schalters 174 für den Zweck
zu verursachen, daß der
Schalter 174 einen leitenden oder nichtleitenden Zustand
aufweist. Eine Ausgabe des Schalters 174 liefert auf einer
Leitung 176 ein Aufschaltespannungssteuersignal an den
Eingabebaustein des spannungsgesteuerten Oszillators 134. Das
Aufschaltespannungssteuersignal auf der Leitung 176 schaltet
das Signal vom Phasendetektor 132 auf und liefert eine
Eingabe an den spannungsgesteuerten Oszillator 134 entsprechend
einem bekannten gewünschten
Zustand.The second output module 168b the processor unit 166 provides a control signal to a control input of the switch 174 for the purpose of causing the switch 174 has a conductive or non-conductive state. An output of the switch 174 delivers on a wire 176 a turn-on voltage control signal to the input port of the voltage controlled oscillator 134 , The turn-on voltage control signal on the line 176 switches the signal from the phase detector 132 and provides an input to the voltage controlled oscillator 134 according to a known desired state.
In
einem Fall, in dem die Detektorschaltung 162 einen Verlust
von Phasensynchronisation durch den Generator 130 anzeigt,
kann das Aufschaltesteuersignal auf der Leitung 176 verwendet
werden, um die letzte bekannte Resonanzfrequenz zu erzeugen, die
von dem System 10 erzeugt wurde. Ferner kann die Prozessoreinheit 166 den
Wert des Aufschaltesignals auf der Leitung 176, beginnend
mit der letzten bekannten Resonanzfrequenz, zwischen minimalen und
maximalen zulässigen
Frequenzwerten für
das System durchlaufen, um einen Resonanzzustand schnell wieder
herzustellen.In a case where the detector circuit 162 a loss of phase synchronization by the generator 130 indicates the on-hook control signal on the line 176 can be used to generate the last known resonant frequency used by the system 10 was generated. Furthermore, the processor unit 166 the value of the Aufschaltesignals on the line 176 traversing between minimum and maximum allowable frequency values for the system, beginning with the last known resonant frequency, to quickly restore a resonant condition.
Wenn
Resonanz wieder hergestellt worden ist, nimmt der analoge Schalter 174 einen
offenen oder nichtleitenden Zustand als Antwort auf das Steuersignal
vom Ausgabebaustein 168b ein. Diese Trennung wiederum ermöglicht,
daß das
Phasenregelkreissystem (d.h. Elemente 132, 134)
normale Betriebssteuerung des akustischen Systems wieder aufnimmt.When resonance has been restored, the analog switch will pick up 174 an open or non-conductive state in response to the control signal from the output device 168b one. This separation, in turn, allows the phase locked loop system (ie, elements 132 . 134 ) normal operation control of the acoustic system resumes.
Durch
Einbau der Prozessoreinheit 166 in den Generator 130 kann
eine strengere Steuerung der minimalen und maximalen zulässigen Frequenzwerte
erhalten werden. Die Prozessoreinheit 166 erzeugt effektiv
Frequenzen in dem Frequenzbereich, was wiederum Spannungsvariationseffekte
minimiert.By installing the processor unit 166 in the generator 130 For example, a more stringent control of the minimum and maximum allowable frequency values can be obtained. The processor unit 166 effectively generates frequencies in the frequency domain, which in turn minimizes voltage variation effects.
Eine Übertragungsleitung 166a kann
zwischen der Prozessoreinheit 166 und der Überwachungssteuereinheit 146 vorgesehen
sein. Eine derartige Leitung ermöglicht
es wiederum für
einen Bediener, über
die Anzeige 150b und Eingaben 150c minimale und
maximale Frequenzen, somit Bandbreite, für den Zweck des Ansteuerns
von akustischen Systemen mit wesentlich verschiedenen Grundfrequenzen
zu erzeugen. Dies wiederum ermöglicht
es, die minimale Frequenz so einzustellen, damit akustische Systeme
mit größeren thermischen Frequenzänderungen
angesteuert werden.A transmission line 166a can be between the processor unit 166 and the supervisory control unit 146 be provided. Such a conduit again allows an operator to view the display 150b and inputs 150c generate minimum and maximum frequencies, hence bandwidth, for the purpose of driving acoustic systems at substantially different fundamental frequencies. This in turn makes it possible to set the minimum frequency so that acoustic systems are controlled with larger thermal frequency changes.
Die
Prozessoreinheit 166 ermöglicht, die akustische Anordnung
des chirurgischen Systems 10 mit einer vorab festgelegten
festen Frequenz anzusteuern, um eine Eigenschaft der Wandleranordnung bei
Nichtresonanz zu messen. Diese Eigenschaften würden zum Beispiel die Impedanzeigenschaften
der Endeffektoren 88 einschließen.The processor unit 166 allows the acoustic arrangement of the surgical system 10 to drive at a predetermined fixed frequency to measure a non-resonant characteristic of the transducer array. These properties would be, for example, the impedance properties of the end effectors 88 lock in.
Falls
gewünscht,
kann der Generator 130 auch sofortige Reduzierungen der
longitudinalen Bewegung der akustischen Anordnung des chirurgischen
Systems 10 durch Änderung
der Spannungseingabe auf der Leitung 176 am spannungsgesteuerten
Oszillator 134 liefern. Die Spannung auf der Leitung 176 kann
so geändert
werden, daß die
akustische Anordnung absichtlich in einen nichtresonanten Zustand
angesteuert wird, wodurch eine sofortige Reduzierung der Bewegung
des Endeffektors 88 erzeugt wird.If desired, the generator can 130 also immediate reductions in the longitudinal motion of the acoustic system of the surgical system 10 by changing the voltage input on the line 176 at the voltage controlled oscillator 134 deliver. The tension on the pipe 176 can be changed so that the acoustic arrangement is deliberately driven into a non-resonant state, whereby an immediate reduction of the movement of the end effector 88 is produced.
Zusätzliche
Vorteile, die von dem Generator 130 zur Verfügung gestellt
werden, schließen
eine Reduzierung der Zeit ein, die zum Erzeugen eines resonanten
Zustands notwendig ist, indem man eine größere Kontrolle der minimalen
und maximalen Frequenzänderungen
auferlegen kann. Die Erholzeit bis zu einem Resonanzzustand wird
reduziert, indem man die mit einem kürzlichen erfolgreichen Resonanzzustand
verbundene Frequenz aus einem Speicher retten kann. Der gespeicherte
Wert, der für
eine Resonanzfrequenz repräsentativ
ist, kann wiederum als ein Anfangspunkt für den Zweck des Variierens der
Ansteuerfrequenz für
das System während
der Suche nach einem annehmbaren Resonanzzzustand verwendet werden.Additional benefits from the generator 130 to be provided include one Reducing the time required to generate a resonant state by allowing greater control of the minimum and maximum frequency changes. The recovery time to a resonant condition is reduced by saving the frequency associated with a recent successful resonant condition from memory. The stored value representative of a resonant frequency may, in turn, be used as a starting point for the purpose of varying the driving frequency for the system during the search for an acceptable resonant condition.
Die
Ausgabespannung vom Digital-Analog-Wandler 170 kann auch
für den
Zweck des Identifizierens von akustischen Systemen mit eindeutigen Resonanzprofilen
verwendet werden. Dies kann durch Ansteuern des Wandlers 170 als
ein programmierbarer Frequenzgenerator durchgeführt werden. Schließlich können dieselben
Betriebseigenschaften zur Bewertung der Leistung von akustischen
Systemen verwendet werden.The output voltage of the digital-to-analog converter 170 can also be used for the purpose of identifying acoustic systems with unique resonance profiles. This can be done by driving the converter 170 be performed as a programmable frequency generator. Finally, the same operating characteristics can be used to evaluate the performance of acoustic systems.
Die 4A und 4B zeigen
ein Schemadiagramm von zahlreichen Komponenten des Generators 130.
Wie in 4A dargestellt ist, können in dem
Phasenregelkreissystem Elemente 132, 134 mittels
einer integrierten 4046-Schaltung implementiert werden. Die Frequenzteilerschaltung 138 kann als
zwei in Reihe verbundene Flip-Flop-Schaltungen vom D-Typ implementiert
werden.The 4A and 4B show a schematic diagram of numerous components of the generator 130 , As in 4A can be shown in the phase locked loop system elements 132 . 134 be implemented by means of an integrated 4046 circuit. The frequency divider circuit 138 can be implemented as two D-type flip-flops connected in series.
Eine
Leistungsschaltsteuerung 142 (siehe 4B) enthält IR2110-Feldeffektschalter
Q5, Q6, die wiederum mit dem Anpassungsnetzwerk 148 gekoppelt
sind. Das Netzwerk 148 enthält ein LC-Filter zur Umwandlung
von Impulsen vom Netzschalter in ein sinuswellenartiges Ausgabesignal.
Die Verzögerung 144,
wie in 4A dargestellt, kann mittels
eines monostabilen Multivibrators implementiert werden. Die Rückkopplung
wird auch über
den Vergleicher 150 geliefert, der in 4B als
eine integrierte LM339-Schaltung dargestellt ist.A power switching control 142 (please refer 4B ) contains IR2110 field effect switch Q5, Q6, in turn, with the matching network 148 are coupled. The network 148 includes an LC filter for converting pulses from the power switch into a sine wave-like output signal. The delay 144 , as in 4A can be implemented by means of a monostable multivibrator. The feedback is also via the comparator 150 delivered in 4B is shown as an LM339 integrated circuit.
Eine
Eingabe bei der Synchronisationsdetektionsschaltung 162 kann
von einer Phasenimpulsausgabeleitung, wie zum Beispiel Pin 1 der
integrierten 4046-Schaltung auf Leitung 163 erhalten werden. Ausgabespannungen
vom Regelkreis 160 auf der Leitung 176 können mit
dem Spannungseingabebaustein, Pin 9 der integrierten 4046-Schaltung
gekoppelt sein.An input to the synchronization detection circuit 162 may be from a phase pulse output line, such as pin 1 of the integrated 4046 circuit on line 163 to be obtained. Output voltages from the control loop 160 on the line 176 may be coupled to the voltage input block, pin 9 of the integrated 4046 circuit.
Der
Mikroprozessor 146 könnte
unter Verwendung eines programmierbaren Mikroprozessors 68HC11 von
Motorola implementiert werden. Andere Arten von Mikroprozessoren
können
aufgenommen werden, ohne aus dem Geist und Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung zu gelangen.The microprocessor 146 could be implemented using a Motorola 68HC11 programmable microprocessor. Other types of microprocessors may be included without departing from the spirit and scope of the present invention.
5 stellt
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zur Steuerung der akustischen Anordnung des chirurgischen
Systems in der Weise, daß abnormale Betriebsbedingungen
detektiert werden und zu einem Resonanzzustand zurückgekehrt
wird, dar. In einem anfänglichen
Schritt 200 wird ein durch Fmin und Fmax spezifizierter Wandlerfrequenzbereich
erzeugt und gespeichert. In einem Schritt 202 kann die Überwachungsschaltung 160 verwendet
werden, um einen anfänglichen
Eingabespannungswert für
den spannungsgesteuerten Oszillator 134 zu erzeugen. In
einem Schritt 204 erzeugt der Oszillator 134 die gewünschte Frequenz,
die wiederum mit der akustischen Anordnung des chirurgischen Systems
gekoppelt wird. 5 FIG. 10 illustrates a flowchart of a method for controlling the acoustic system of the surgical system such that abnormal operating conditions are detected and returned to a resonant condition. In an initial step 200 a converter frequency range specified by F min and F max is generated and stored. In one step 202 can the monitoring circuit 160 can be used to provide an initial input voltage value for the voltage controlled oscillator 134 to create. In one step 204 generates the oscillator 134 the desired frequency, which in turn is coupled with the acoustic arrangement of the surgical system.
In
einem Schritt 206 ermittelt die Steuerschaltung 162,
ob die akustische Anordnung 50 in einem Resonanzzustand
betrieben wird oder nicht. Falls ja, wird in einem Schritt 208 die
Steuerschaltung 160 entkoppelt. In einem Schritt 210 wird
eine Darstellung der gegenwärtigen
Resonanzfrequenz FRES gespeichert und beginnt das Phasenregelkreissystem 132, 134 mit
der Steuerung der Ausgabe an die akustische Anordnung.In one step 206 determines the control circuit 162 whether the acoustic arrangement 50 is operated in a resonant state or not. If yes, will be in one step 208 the control circuit 160 decoupled. In one step 210 A representation of the current resonant frequency FRES is stored and the phase locked loop system begins 132 . 134 with the control of the output to the acoustic arrangement.
In
einem Schritt 212 setzt die Schaltung 160 damit
fort, das Vorhandensein oder Fehlen eines Resonanzzustands zu überwachen.
Wenn das Phasenregelkreissystem 132, 134 es verfehlt
hat, einen Resonanzzustand in einem Schritt 214 zu erhalten, kann
die gerade letzte gespeicherte Darstellung einer Resonanzfrequenz
FRES aus einem Speicherelement durch die Prozessoreinheit 166 wiedergefunden
und dann in Schritt 202 verwendet werden, um eine neue
Eingabe beim spannungsgesteuerten Oszillator 134 für den Zweck
der Wiederherstellung von Resonanz zu erzeugen. Die Eingabe kann
dann zwischen den minimalen und maximalen zulässigen Frequenzwerten durchfahren
werden, falls ein neuer Resonanzzustand gefunden werden muß.In one step 212 sets the circuit 160 to monitor the presence or absence of a resonance condition. If the phase locked loop system 132 . 134 it missed, a resonant state in one step 214 to obtain the just last stored representation of a resonant frequency FRES from a memory element by the processor unit 166 found again and then in step 202 used to make a new input to the voltage controlled oscillator 134 for the purpose of restoring resonance. The input can then be traversed between the minimum and maximum allowable frequency values if a new resonance condition must be found.
In
dem Fall, daß Resonanz
nicht zu Beginn in Schritt 206 erzielt wird, kann der Eingangsspannungswert
am spannungsgesteuerten Oszillator 134 in einem Schritt 216 eingestellt
werden. In einem Schritt 218 kann der eingestellte Wert überprüft werden,
um zu ermitteln, daß er
unverändert
in dem annehmbaren Bereich zwischen minimalen und maximalen vorab
eingestellten Frequenzwerten liegt. Fall ja, kann er danach verwendet
werden, um eine neue Ausgabefrequenz in dem Schritt 204 zu
erzeugen. In dem Fall, daß keine
Resonanz in der vorab eingestellten Bandbreite erzielt werden kann,
kann ein Fehlerzustand in einem Schritt 220 angezeigt werden.In the event that resonance does not start in step 206 is achieved, the input voltage value at the voltage controlled oscillator 134 in one step 216 be set. In one step 218 For example, the set value may be checked to determine that it is unchanged in the acceptable range between minimum and maximum preset frequency values. Case yes, it can be used afterwards to set a new output frequency in the step 204 to create. In the case that resonance can not be achieved in the preset bandwidth, an error condition may be generated in one step 220 are displayed.
Anhand
des vorangehenden wird man beobachten, daß zahlreiche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne aus dem Schutzbereich
der Erfindung zu gelangen. Es versteht sich, daß keine Beschränkung in
Bezug auf die hierin dargestellte spezielle Vorrichtung beabsichtigt ist
oder gefolgert werden sollte. Selbstverständlich sollen durch die beigefügten Ansprüche all
diejenigen Modifikationen abgedeckt werden, die in den Schutzbereich
der Ansprüche
fallen.From the foregoing, it will be observed that numerous changes and modifications can be made without departing from To reach the scope of the invention. It is understood that no limitation with respect to the particular device set forth herein is intended or should be inferred. Of course, it is intended by the appended claims to cover all modifications which fall within the scope of the claims.