DE69931022T2 - Ultrasonic generator with monitoring control circuit - Google Patents

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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.

Claims (8)

Chirurgisches Ultraschallgerät, umfassend: eine Wandleranordnung (82), die zum Schwingen bei einer Ultraschallfrequenz als Antwort auf elektrische Energie gestaltet ist, eine Schaltung (130), die ein Ausgabesignal mit einer gewünschten Frequenz zum Ansteuern der Wandleranordnung in einem Resonanzzustand erzeugt, wobei die Schaltung ein Resonanzzustandwiederherstellsignal an die Wandleranordnung als Antwort auf Detektieren eines Nichtresonanzzustands der Wandleranordnung liefert; eine Übertragungsstange (86) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei die Übertragungsstange zum Empfangen der Ultraschallschwingung von der Wandleranordnung und Übertragen der Ultraschallschwingungen vom ersten Ende auf das zweite Ende der Übertragungsstange gestaltet ist; und einen Endeffektor (88) mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei der Endeffektor zum Empfangen der Ultraschallschwingungen von der Übertragungsstange und zum Übertragen der Schwingungen vom ersten Ende auf das zweite Ende des Endeffektors gestaltet ist, wobei das erste Ende des Endeffektors mit dem zweiten Ende der Übertragungsstange gekoppelt ist und die Schaltung (130) ferner umfaßt: einen geregelten, spannungsgesteuerten Oszillator (134) mit variabler Frequenz mit einem Eingabebaustein und einem Ausgabebaustein, wobei ein Ausgabesignal in dem Ausgabebaustein als Antwort auf ein angelegtes elektrisches Signal im Eingabebaustein erzeugt wird; und eine Abtastschaltung (132, 162) zur Detektion von Resonanzverlust; gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (160), die eine Steuereinheit (166) mit einem Eingabebaustein enthält, der mit der Abtastschaltung (132, 162) gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit (166) zum Liefern eines Aufschaltsteuersignals an den spannungsgesteuerten Oszillator (134) dient; wobei das Aufschaltsteuersignal ein Resonanzzustandwiederherstellsignal ist, das eine kürzlichst gespeicherte Resonanzfrequenz enthält, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (134) das gewünschte Ansteuersignal an die Wandleranordnung (82) liefert.An ultrasonic surgical apparatus comprising: a transducer assembly ( 82 ) designed to vibrate at an ultrasonic frequency in response to electrical energy, a circuit ( 130 ) which generates an output signal having a desired frequency for driving the transducer assembly in a resonant condition, the circuit providing a resonant condition restoring signal to the transducer assembly in response to detecting a non-resonant condition of the transducer assembly; a transmission rod ( 86 ) having a first end and a second end, the transmission rod configured to receive the ultrasonic vibration from the transducer assembly and transmit the ultrasonic vibrations from the first end to the second end of the transmission rod; and an end effector ( 88 ) having first and second ends, the end effector configured to receive the ultrasonic vibrations from the transmission rod and to transmit the vibrations from the first end to the second end of the end effector, the first end of the end effector being coupled to the second end of the transmission rod and the circuit ( 130 ) further comprises: a regulated, voltage controlled oscillator ( 134 variable frequency signal having an input port and an output port, wherein an output signal is generated in the output port in response to an applied electrical signal in the input port; and a sampling circuit ( 132 . 162 ) for detecting resonance loss; characterized by a control circuit ( 160 ), which is a control unit ( 166 ) with an input module connected to the sampling circuit ( 132 . 162 ), the control unit ( 166 ) for providing a turn-on control signal to the voltage-controlled oscillator ( 134 ) serves; wherein the lockup control signal is a resonant state recovery signal containing a most recently stored resonant frequency, wherein the voltage controlled oscillator ( 134 ) the desired drive signal to the transducer assembly ( 82 ). Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (166) einen programmierbaren digitalen Prozessor (146) enthält.Apparatus according to claim 1, characterized in that the control unit ( 166 ) a programmable digital processor ( 146 ) contains. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (166) erste und zweite Ausgabebausteine (168a, 168b) enthält, wobei einer der Ausgabebausteine (168a) der Steuereinheit mit einem Digital-Analog-Wandler (170) gekoppelt ist, wobei ein analoger Ausgang (176) mit dem Eingabebaustein des Oszillators (134) gekoppelt ist.Apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that the control unit ( 166 ) first and second output modules ( 168a . 168b ), one of the output modules ( 168a ) of the control unit with a digital-to-analog converter ( 170 ), wherein an analog output ( 176 ) with the input block of the oscillator ( 134 ) is coupled. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (160) einen Halbleiter-Trennschalter (174) enthält, der zwischen dem analogen Ausgang (168a) und dem Eingabebaustein angeschlossen ist, wobei eine Schaltersteuerleitung mit dem anderen Ausgabebaustein (168b) der Steuereinheit gekoppelt ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the control circuit ( 160 ) a semiconductor circuit breaker ( 174 ) between the analogue output ( 168a ) and the input module is connected, wherein a switch control line with the other output module ( 168b ) is coupled to the control unit. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (160) einen Digital-Analog-Wandler (170) enthält, der zwischen dem Eingabebaustein des Oszillators (134) und einem Phasenausgang zum Oszillator angeschlossen ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the control circuit ( 160 ) a digital-to-analog converter ( 170 ) between the input block of the oscillator ( 134 ) and a phase output to the oscillator is connected. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (130) ein Speicherelement enthält, worin ein Wert, der eine Resonanzfrequenz repräsentiert, gespeichert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit ( 130 ) includes a memory element wherein a value representing a resonant frequency is stored. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (130) ein Speicherelement zum Speichern von maximalen und minimalen Arbeitsfrequenzwerten enthält.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit ( 130 ) includes a memory element for storing maximum and minimum operating frequency values. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (130) ein Speicherelement zum Speichern eines vorab ausgewählten Bandbreitenparameters enthält.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit ( 130 ) includes a memory element for storing a preselected bandwidth parameter.
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