IT202100014489A1

IT202100014489A1 - Axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces

Info

Publication number: IT202100014489A1
Application number: IT102021000014489A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Carotenuto; Giosue' Caliano
Original assignee: Caliano Giosue; Riccardo Carotenuto
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-12-04

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione avente per TITOLO: DESCRIPTION of the invention with TITLE:

?Elemento a vibrazione assiale-precessionale per manipoli ultrasonici?, ?Axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces?,

a) Campo della tecnica a) Field of technique

La presente invenzione si riferisce a dispositivi ad ultrasuoni e pi? particolarmente ad un elemento vibrante all?interno di manipoli per la facoemulsificazione oftalmica e ai relativi accorgimenti per la sua sintonizzazione e controllo. Il vantaggio di questa invenzione consiste nel fatto che il modo di vibrazione assiale e precessionale, rispetto a quello esclusivamente assiale, aumenta la capacit? emulsificante dell?elemento vibrante. The present invention relates to ultrasound devices and more particularly to a vibrating element inside handpieces for ophthalmic phacoemulsification and to the relative expedients for its tuning and control. The advantage of this invention consists in the fact that the axial and precessional mode of vibration, compared to the exclusively axial one, increases the capacity? vibrating element emulsifier.

b) Stato dell?arte b) State of the art

Un tipico dispositivo chirurgico a ultrasuoni adatto per le procedure chirurgiche oftalmiche, detto facoemulsificatore, consiste in un manipolo guidato ad ultrasuoni a cui ? solidale una punta da taglio cava, un sistema di irrigazione e/o di risucchio e un sistema di controllo elettronico. Il manipolo ? collegato al sistema di controllo elettronico mediante un cavo elettrico e dei tubi flessibili. Attraverso il cavo elettrico, il sistema di controllo elettronico varia il livello di potenza trasmesso dal manipolo alla punta di taglio collegata e fornisce, mediante i tubi flessibili sia i fluidi di irrigazione e sia la possibilit? di aspirare i fluidi stessi. A typical ultrasound surgical device suitable for ophthalmic surgical procedures, called a phacoemulsifier, consists of an ultrasound guided handpiece to which integral with a hollow cutting tip, an irrigation and/or suction system and an electronic control system. The handpiece? connected to the electronic control system by an electric cable and hoses. Through the electric cable, the electronic control system varies the level of power transmitted from the handpiece to the connected cutting tip and supplies, through the flexible tubes, both the irrigation fluids and the possibility of? to aspirate the fluids themselves.

La parte operativa del manipolo, ovvero l?elemento vibrante, ? una barra risonante cava situata centralmente opportunamente sagomata (anche detto ?horn?), attaccato direttamente a una serie di ceramiche piezoelettriche. Le ceramiche forniscono la vibrazione ultrasonica richiesta necessaria per guidare sia l?horn sia la punta da taglio connessa all?horn stesso durante la facoemulsione e sono controllati dal sistema elettronico. Le ceramiche e la struttura dell?horn sono sospese all'interno del corpo del guscio del manipolo nei suoi punti nodali mediante alcuni fissaggi ovvero mediante delle guarnizioni in gomma (o-ring) opportunamente posizionate. Il corpo del manipolo termina con una porzione di diametro ridotto o nasello. Il nasello ? filettato esternamente per accettare il manicotto di irrigazione. Allo stesso modo, il foro dell?horn ? internamente filettato all'estremit? per ricevere la punta da taglio. Il manicotto di irrigazione ha anche un foro filettato internamente che viene avvitato all'esterno del nasello. La punta da taglio ? regolata in modo che la punta si proietta solo per una quantit? predeterminata oltre l'estremit? aperta del manicotto di irrigazione. I manipoli ad ultrasuoni e le punte di taglio sono descritti pi? dettagliatamente negli Stati Uniti mediante i brevetti n. US 3,589,363, US 4,223,676, US 4,246,902, US 4,493,694, US 4,515,583, US 4,589,415, US 4,609,368, US 4,869,715 e US 4,922,902. The operative part of the handpiece, or rather the vibrating element, is a suitably shaped centrally located hollow resonant bar (also called a ?horn?), attached directly to a series of piezoelectric ceramics. The ceramics provide the required ultrasonic vibration needed to drive both the horn and the cutting tip connected to the horn during phacoemulsion and are controlled by the electronic system. The ceramics and the structure of the horn are suspended inside the body of the handpiece shell at its nodal points by means of some fixings or by means of suitably positioned rubber gaskets (O-rings). The handpiece body terminates in a small diameter portion or nib. The hake ? externally threaded to accept irrigation sleeve. Likewise, the hole of the horn ? internally threaded at the end? to receive the cutting tip. The irrigation hose also has an internally threaded hole that screws onto the outside of the nose piece. The cutting tip? adjusted so that the tip is projected only for a quantity? predetermined over the extremity? opening of the irrigation hose. Ultrasonic handpieces and cutting tips are described more? in detail in the United States by means of the patents n. US 3,589,363 , US 4,223,676 , US 4,246,902 , US 4,493,694 , US 4,515,583 , US 4,589,415 , US 4,609,368 , US 4,869,715 and US 4,922,902 .

Quando questo sistema ? utilizzato per eseguire la facoemulsificazione, le estremit? della punta di taglio e del manicotto di irrigazione vengono inserite in una piccola incisione di larghezza predeterminata nella cornea o sclera o altra posizione nel tessuto oculare per guadagnare l?accesso alla camera anteriore dell'occhio. Il taglio avviene in ragione della punta che ? fatta vibrare a ultrasuoni lungo il suo asse longitudinale all'interno del manicotto di irrigazione dagli ultrasuoni generati dalle ceramiche piezoelettriche, elementi attivi del manipolo, emulsionando in tal modo al contatto il tessuto selezionato. Il foro cavo della punta di taglio comunica con il foro nell?horn che a sua volta comunica con la linea di aspirazione del manipolo al sistema di controllo elettronico. Una sorgente di pressione o vuoto ridotta nel sistema di controllo aspira il tessuto emulsionato dall'occhio attraverso l'estremit? aperta della punta di taglio, il foro della punta di taglio, il foro dell?horn e la linea di aspirazione e termina in un dispositivo di raccolta. L'aspirazione del tessuto emulsionato ? aiutata da una soluzione di lavaggio salina o da un irrigante che viene iniettato nel sito chirurgico attraverso il piccolo spazio anulare tra la superficie interna del manicotto di irrigazione e la superficie esterna della punta di taglio. When this system? used to perform the phacoemulsification, the extremities? of the cutting tip and irrigation cuff are inserted into a small incision of predetermined width in the cornea or sclera or other location in the eye tissue to gain access to the anterior chamber of the eye. The cut takes place due to the tip that ? ultrasonically vibrated along its longitudinal axis inside the irrigation sleeve by the ultrasound generated by the piezoelectric ceramics, active elements of the handpiece, thus emulsifying the selected tissue on contact. The hollow hole in the cutting tip communicates with the hole in the horn which in turn communicates with the handpiece suction line to the electronic control system. A source of reduced pressure or vacuum in the control system draws emulsified tissue from the eye through the tip of the eye. hole of the cutting tip, the hole of the cutting tip, the hole of the horn and the suction line and ends in a collection device. The aspiration of the emulsified fabric ? aided by a saline flush solution or an irrigant which is injected into the surgical site through the small annular space between the inner surface of the irrigation sleeve and the outer surface of the cutting tip.

Ci sono stati alcuni tentativi precedenti di combinare il movimento longitudinale ultrasonico della punta di taglio con il movimento rotatorio o precessionale della punta: per esempio i brevetti statunitensi n. US 5,222,959, US 5,722,945 e US 4,504,264, qui citati per riferimento. Questi tentativi precedenti hanno utilizzato motori elettrici per fornire la rotazione della punta che richiedono o-ring o altre guarnizioni che possono deteriorarsi con il funzionamento continuo oltre alla complessit? aggiunta e al possibile guasto dei motori stessi. Vi sono stati anche precedenti tentativi di generare moto sia longitudinale che torsionale senza l'uso di motori elettrici. Ad esempio, nei brevetti statunitensi n. US 6,028,387, US 6,077,285, US 6,402,769 e US 2006/0036180Al, ? descritto un manipolo avente due coppie di ceramiche piezoelettriche. Una coppia ? polarizzata per il movimento longitudinale, mentre l'altra coppia ? polarizzata per produrre un movimento torsionale. Due segnali di pilotaggio separati vengono utilizzati per pilotare le due coppie di ceramiche. Nella pratica reale, ? difficile realizzare un manipolo utilizzando due coppie di ceramiche che risuonano in entrambe le direzioni longitudinale e torsionale. Una possibile soluzione, descritta anche da uno degli inventori citati, ? riportata nella pubblicazione del brevetto statunitense n. US 2001/0011176Al. Questo riferimento descrive un manipolo che ha un singolo set di cristalli piezoelettrici che produce movimento longitudinale e una serie di fessure diagonali sul corno o sulla punta del manipolo che producono un movimento torsionale quando il corno o la punta sono guidati alla frequenza di risonanza dei cristalli piezoelettrici. Il corno e/o la punta di taglio possono contenere una pluralit? di fessure o scanalature diagonali. Le fessure o scanalature producono un movimento torsionale nella punta di taglio quando i cristalli piezoelettrici sono eccitati a una seconda frequenza di risonanza. There have been some previous attempts to combine ultrasonic longitudinal motion of the cutting tip with rotational or precessional motion of the bit: for example, U.S. Patent Nos. US 5,222,959 , US 5,722,945 and US 4,504,264 , cited herein by reference. These earlier attempts have used electric motors to provide bit rotation requiring o-rings or other seals that can deteriorate with continued operation in addition to the complexity of the rotation. addition and the possible failure of the engines themselves. There have also been previous attempts to generate both longitudinal and torsional motion without the use of electric motors. For example, in U.S. Patent Nos. US 6,028,387 , US 6,077,285 , US 6,402,769 and US 2006/0036180 A1 , ? disclosed a handpiece having two pairs of piezoelectric ceramics. A pair ? polarized for longitudinal movement, while the other pair? biased to produce a torsional motion. Two separate drive signals are used to drive the two pairs of ceramics. In real practice, ? difficult to make a handpiece using two pairs of ceramics that resonate in both the longitudinal and torsional directions. A possible solution, also described by one of the inventors mentioned, is set forth in U.S. Patent Publication No. US 2001/0011176 Al. This reference describes a handpiece that has a single set of piezoelectric crystals that produce longitudinal motion and a series of diagonal slots in the horn or tip of the handpiece that produce torsional motion when the horn or tip is driven at the resonant frequency of the piezoelectric crystals . Can the horn and/or cutting tip contain a plurality? of diagonal slots or grooves. The slots or grooves produce a torsional motion in the cutting tip as the piezoelectric crystals are excited to a second resonant frequency.

Preferibilmente, le due frequenze di pilotaggio non sono coincidenti, ma fornite in impulsi non sovrapposti. Di nuovo, in pratica, la frequenza di risonanza dei cristalli piezoelettrici e quella della punta o dell?horn non coincidono, quindi ? difficile ottenere un movimento longitudinale e torsionale simultaneo, ovvero solo longitudinale o solo torsionale. Di conseguenza, continua a sussistere la necessit? di un manipolo ultrasonico affidabile che vibri sia longitudinalmente che torsionalmente, simultaneamente o separatamente. Preferably, the two driving frequencies are not coincident, but supplied in non-overlapping pulses. Again, in practice, the resonance frequency of the piezoelectric crystals and that of the tip or dell?horn do not coincide, so ? difficult to obtain simultaneous longitudinal and torsional movement, i.e. only longitudinal or only torsional. Consequently, there is still a need of a reliable ultrasonic handpiece that vibrates both longitudinally and torsionally, simultaneously or separately.

c) Descrizione e principio di funzionamento dell?elemento a vibrazione assiale-precessionale per manipoli ultrasonici c) Description and operating principle of the axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces

La presente invenzione migliora i manipoli ultrasonici della tecnica precedente fornendo un manipolo avente un singolo insieme di elementi piezoelettrici polarizzati per produrre movimento longitudinale e/o precessionale quando eccitato alla frequenza di risonanza pertinente. I modi di vibrazione sia assiale sia precessionale congiunti aumentano la capacit? emulsificante dell?elemento vibrante e rappresentano un vantaggio rispetto agli altri elementi vibranti esclusivamente di tipo assiale. Nel moto precessionale, tutti i punti dell?estremit? dell?elemento vibrante sono animati da moto di traslazione con la medesima velocit? lungo una traiettoria circolare o ellittica in un piano perpendicolare all?asse del vibratore. Con il moto precessionale, si raggiunge lo stesso scopo di conferire velocit? tangenziale alla punta del facoemulsificatore di un moto torsionale, con equivalenti propriet? dinamiche. The present invention improves on prior art ultrasonic handpieces by providing a handpiece having a single array of piezoelectric elements biased to produce longitudinal and/or precessional motion when excited at the relevant resonant frequency. The combined axial and precessional modes of vibration increase the capacity? emulsifier of the vibrating element and represent an advantage over other exclusively axial type vibrating elements. In the precessional motion, all the points of? Extremity? of? vibrating element are animated by motion of translation with the same speed? along a circular or elliptical trajectory in a plane perpendicular to the axis of the vibrator. With the precessional motion, you reach the same purpose of conferring speed? tangential to the tip of the phacoemulsifier of a torsional motion, with equivalent properties? dynamics.

Lo scopo della presente invenzione ? di fornire un manipolo ad ultrasuoni avente movimento sia longitudinale, o assiale, sia precessionale, senza praticare modifiche e/o tagli nelle masse vibranti. Le basi teoriche della presente invenzione sono da ricercare nello sviluppo, da parte degli stessi autori di questo trovato, di un motore piezoelettrico (Langevin flexural piezoelectric motor based on stator precessional motion, di R. , pubblicato su Sensors and Actuators A, vol. The purpose of the present invention ? to provide an ultrasound handpiece having both longitudinal, or axial, and precessional movement, without making modifications and/or cuts in the vibrating masses. The theoretical bases of the present invention are to be found in the development, by the same authors of this invention, of a piezoelectric motor (Langevin flexural piezoelectric motor based on stator precessional motion, by R., published in Sensors and Actuators A, vol.

113 (2004) pagg.189-197). 113 (2004) pp.189-197).

Gli autori, in questo articolo scientifico, hanno studiato i motori ultrasonici ad onda viaggiante (traveling wave ultrasonic motors, TWUM), che sono costituiti da motori in cui lo statore ? una struttura circolare in cui un'onda rotante viaggiante flessionale o estensionale ? eccitata mediante uno o pi? dischi di ceramica piezoelettrica. Il rotore viene pressato a contatto con lo statore e l'energia associata all'onda viaggiante si trasferisce al rotore mediante forze di frizione. The authors, in this scientific article, have studied the traveling wave ultrasonic motors (TWUM), which are made up of motors in which the stator is? a circular structure in which a traveling flexural or extensional rotating wave ? excited by one or more? piezoelectric ceramic discs. The rotor is pressed into contact with the stator and the energy associated with the traveling wave is transferred to the rotor by frictional forces.

In un lavoro precedente ( A new low voltage piezoelectric micromotor based on the stator precessional motion, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. Vol. 45, n. 5, 1998, pagg.1427?1435) ? stato descritto un particolare tipo di motore ultrasonico in cui lo statore e il rotore non sono direttamente accoppiati, ma il trasferimento di energia dallo statore al rotore avviene tramite un asse in acciaio, il cui movimento viene azionato dallo statore in precessione e funge da amplificatore di spostamento. In a previous work ( A new low voltage piezoelectric micromotor based on the stator precessional motion, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. Vol. 45, n. 5, 1998, pagg.1427?1435) ? A particular type of ultrasonic motor has been described in which the stator and the rotor are not directly coupled, but the transfer of energy from the stator to the rotor takes place via a steel axis, the movement of which is driven by the precessing stator and acts as an amplifier of shift.

Utilizzando queste conoscenze pregresse e ben consolidate, gli autori della presente invenzione applicano lo stesso principio alla realizzazione di un manipolo operante con movimento assialeprecessionale. Si tratta pertanto di un uso nuovo nel campo medico di conoscenze sviluppate in precedenza nel campo dei motori rotanti ad ultrasuoni. Using this prior and well-established knowledge, the authors of the present invention apply the same principle to the realization of a handpiece operating with an axial-precessional movement. It is therefore a new use in the medical field of knowledge previously developed in the field of ultrasonic rotary motors.

Il manipolo oggetto del presente trovato ? costituito come segue, con riferimento alla Figura 1, che mostra la sezione longitudinale dell?elemento vibrante nella realizzazione con due coppie di ceramiche piezoelettriche, e alla Figura 2, che mostra l?arrangiamento delle metallizzazioni e dei contatti su una generica coppia di piezoceramiche. Due masse metalliche cilindriche, tipiche del trasduttore di tipo Langevin (massa anteriore 101 e posteriore 102), pressano una serie di dischi piezoelettrici, di cui qui si mostrano per esemplificazione solo due coppie, ma senza limitazione alcuna, indicati in figura come 103104 105 106, forati al centro e impilati, per mezzo di un bullone in acciaio 107 coassiale ai dischi stessi. Il bullone coassiale stringe tra le due masse metalliche i dischi stessi. La massa anteriore, tramite un suo prolungamento opportunamente sagomato, realizza inoltre la struttura tronco-conica di tipo corno acustico, o horn, 108 del trasduttore, comprensivo di opportuno prolungamento 109 recante l?ago per le operazioni di facoemulsificazione oftalmica (qui non rappresentato). La struttura horn 108 amplifica l?ampiezza delle vibrazioni sia assiali sia flessionali. I dischi forati al centro sono realizzati con ceramica piezoelettrica con le facce piane metallizzate. I dischi piezoelettrici sono disposti in coppie e posizionati con le loro direzioni di polarizzazione rivolte l'una verso l'altra. Questa disposizione garantisce che il massimo campo elettrico sia applicato ai dischi (configurazione in parallelo). The handpiece object of the present invention ? constituted as follows, with reference to Figure 1, which shows the longitudinal section of the vibrating element in the embodiment with two pairs of piezoelectric ceramics, and to Figure 2, which shows the arrangement of the metallizations and contacts on a generic pair of piezoceramics. Two cylindrical metal masses, typical of the Langevin type transducer (front mass 101 and rear mass 102), press a series of piezoelectric discs, of which only two pairs are shown here by way of example, but without limitation, indicated in the figure as 103104 105 106 , drilled in the center and stacked, by means of a 107 steel bolt coaxial to the discs themselves. The coaxial bolt holds the discs between the two metal masses. The front mass, by means of a suitably shaped extension thereof, also forms the truncated conical structure of the acoustic horn type, or horn, 108 of the transducer, including a suitable extension 109 bearing the needle for ophthalmic phacoemulsification operations (not shown here) . The horn 108 structure amplifies the amplitude of both axial and flexural vibrations. The discs drilled in the center are made with piezoelectric ceramic with metallized flat faces. The piezoelectric discs are arranged in pairs and positioned with their polarization directions facing each other. This arrangement ensures that the maximum electric field is applied to the disks (parallel configuration).

La metallizzazione di ciascuna ceramica su una delle due facce piane ? divisa in quattro settori simmetrici 110 111 112 113, ognuno di 90?, cui corrispondono quattro contatti separati da cui si dipartono quattro conduttori 114 115 116 117, o fili, per l?alimentazione a quattro fasi. Le due ceramiche di ciascuna coppia sono in contatto tra loro con la faccia divisa in settori, mentre le altre due facce metallizzate delle due ceramiche 118 119, non divise in settori, sono elettricamente connesse in comune alla massa 120 dell?intero dispositivo. The metallization of each ceramic on one of the two flat faces? divided into four symmetrical sectors 110 111 112 113, each of 90?, which correspond to four separate contacts from which four conductors 114 115 116 117 branch off, or wires, for the four-phase power supply. The two ceramics of each pair are in mutual contact with the face divided into sectors, while the other two metallized faces of the two ceramics 118 119, not divided into sectors, are electrically connected in common to the ground 120 of the entire device.

Un quinto contatto 121 collegato alle masse metalliche si connette al potenziale di riferimento (massa) dell?intera struttura. A fifth contact 121 connected to the metal masses connects to the reference potential (ground) of the whole structure.

Nel caso in cui i quattro conduttori siano riuniti in un unico collegamento si ottiene la classica configurazione del traduttore tipo Langevin, il quale vibra lungo il suo asse in maniera assiale, ovvero longitudinale. If the four conductors are combined in a single connection, the classic configuration of the Langevin-type translator is obtained, which vibrates along its axis in an axial, i.e. longitudinal, manner.

In dettaglio, il collegamento tra i fili e i settori delle ceramiche ? effettuato in due modi alternativi tra loro: 1) una 103 105 delle due ceramiche della coppia ha diametro esterno leggermente superiore all?altra 104106, in modo che rimanga scoperta parte della sua metallizzazione su cui sono realizzati i quattro contatti elettrici sopra menzionati; il contatto a massa 120 ? realizzato con un contatto sull?altra faccia 119 della ceramica con diametro superiore; 2) un foglio o sottile lamina di materiale conduttivo, anch?esso diviso in settori come la metallizzazione delle ceramiche, ? interposto tra le due ceramiche di ciascuna coppia e consente di riportare verso l?esterno tutti i contatti elettrici, mentre il contatto di massa tra due coppie adiacenti ? realizzato anch?esso con foglio o lamina conduttiva. In Figura 2 ? rappresentato, a fini illustrativi, il tipo di collegamento elettrico 1). In detail, the connection between the wires and the ceramics sectors? carried out in two alternative ways: 1) one 103 105 of the two ceramics of the pair has an external diameter slightly larger than the other 104106, so that part of its metallization on which the four aforementioned electric contacts are made remains uncovered; the contact to mass 120 ? made with a contact on the other face 119 of the ceramic with a larger diameter; 2) a sheet or thin sheet of conductive material, also divided into sectors such as the metallization of ceramics, ? interposed between the two ceramics of each pair and allows all the electrical contacts to be brought back towards the outside, while the ground contact between two adjacent pairs is also made with conductive sheet or foil. In Figure 2 ? shown, for illustrative purposes, the type of electrical connection 1).

Il manipolo funziona con le seguenti tre modalit? operative, con riferimento alle Figure 1 e 2: Does the handpiece work in the following three modes? operational, with reference to Figures 1 and 2:

1) Vibrazione precessionale 1) Precessional vibration

Applicando due segnali di tensione sinusoidali vF1(t) e vF3(t) alla stessa pulsazione e ampiezza VF ma con fase 0? e 180? a due (dei quattro) settori contrapposti del disco di ceramica piezoelettrica, o piezoceramica, di diametro maggiore visibile in Figura 1a tramite i relativi conduttori, in esso si genera una deformazione antisimmetrica, dal momento che l'eccitazione elettrica ? antisimmetrica. Applicando una tensione alla pulsazione di eccitazione coincidente con la frequenza di un modo flessionale naturale, una vibrazione flessionale ben sostenuta si genera nel trasduttore tipo Langevin. La Figura 1a mostra l'espansione dello spessore e la trazione della piezoceramica come risultante della prima e terza deformazione modale flessionale della struttura di Langevin. Applicando altri due segnali elettrici sinusoidali vF2(t) e vF4(t) ai due elettrodi rimanenti, con la stessa pulsazione e ampiezza VF, ma con fasi 90? e 270?, si eccita nella struttura una seconda modalit? flessionale, ruotata di 90? nello spazio e nel tempo. Di conseguenza, nel trasduttore tipo Langevin viene generata un'onda flessionale rotante e viaggiante ben sostenuta. Applying two sinusoidal voltage signals vF1(t) and vF3(t) at the same pulse and amplitude VF but with phase 0? and 180? to two (of the four) opposing sectors of the piezoelectric ceramic disc, or piezoceramic, with a larger diameter visible in Figure 1a through the relative conductors, an antisymmetric deformation is generated in it, since the electric excitation ? antisymmetric. By applying a voltage to the excitation pulse coinciding with the frequency of a natural bending mode, a well-sustained bending vibration is generated in the Langevin-type transducer. Figure 1a shows the thickness expansion and tension of the piezoceramic as a result of the first and third flexural modal strains of the Langevin structure. By applying two more sinusoidal electrical signals vF2(t) and vF4(t) to the two remaining electrodes, with the same pulse and VF amplitude, but with phases 90? and 270?, is a second modality excited in the structure? flexural, rotated 90? in space and time. As a result, a well-sustained traveling and rotating flexural wave is generated in the Langevin-type transducer.

Riassumendo, i quattro segnali di eccitazione in tensione applicati sono: In summary, the four voltage excitation signals applied are:

In presenza dell?onda traslo-rotatoria cos? generata, le superfici delle masse terminali descrivono due coni precessionali co-rotanti. La struttura tipo horn 108, terminata dal prolungamento 109 su cui si innesta l?ago, amplifica geometricamente lo spostamento flessionale e si anima di un moto precessionale assai pi? ampio rispetto all?altra estremit? dell?intera struttura. In the presence of the translo-rotatory wave cos? generated, the surfaces of the terminal masses describe two co-rotating precessional cones. The horn-like structure 108, terminated by the extension 109 on which the needle is inserted, geometrically amplifies the flexural movement and is animated by a much more powerful precessional motion. large compared to the other end? of the entire structure.

2) Vibrazione assiale 2) Axial vibration

Eccitando le quattro fasi del manipolo con un segnale identico, o di modo comune, con pulsazione opportuna e ampiezza VL: Exciting the four phases of the handpiece with an identical signal, or common mode, with suitable pulse and VL amplitude:

si eccita una vibrazione assiale, corrispondente al modo vibrazionale assiale della struttura, come mostrato in Figura 1b. an axial vibration is excited, corresponding to the axial vibrational mode of the structure, as shown in Figure 1b.

La struttura horn 108 ed il prolungamento 109 amplificano tale vibrazione, che risulta assai pi? ampia all?estremit? recante l?ago, rispetto all?altra. The horn structure 108 and the extension 109 amplify this vibration, which is much more? wide at? extremity? bearing the needle, with respect to the other.

3) Vibrazione assiale-precessionale 3) Axial-precessional vibration

Sommando l?eccitazione a quattro fasi rotanti, che generano il moto precessionale, e l?eccitazione di modo comune, che produce la vibrazione assiale, la struttura di tipo Langevin ? eccitata a vibrare di un modo sia precessionale, sia assiale. By adding the excitation to four rotating phases, which generate the precessional motion, and the common-mode excitation, which produces the axial vibration, the Langevin-type structure ? excited to vibrate in both a precessional and axial mode.

Miscelando il segnale rotante con quello di modo comune, in proporzioni e tempi opportuni, e modulando le loro ampiezze nel tempo si possono avere diversi modi di funzionamento. Quando il segnale rotante e quello di modo comune sono applicati in mutua esclusione, nella struttura tipo Langevin si alternano momenti di vibrazione puramente precessionale a momenti di vibrazione puramente assiale. Invece, quando il segnale rotante e quello di modo comune sono applicati contemporaneamente, si eccita una composizione delle vibrazioni precessionale e assiale, a seconda delle attivit? previste nell?uso clinico. By mixing the rotary signal with the common mode one, in suitable proportions and times, and by modulating their amplitudes over time, different operating modes can be obtained. When the rotary and common-mode signals are applied in mutual exclusion, moments of purely precessional vibration alternate with moments of purely axial vibration in the Langevin-type structure. Instead, when the rotary and common-mode signals are applied simultaneously, a composition of precessional and axial vibrations is excited, depending on the activity. foreseen in the clinical use.

La novit? assoluta del trovato risiede almeno nei seguenti elementi: The news? absolute of the invention lies at least in the following elements:

1) possibilit? di eccitare sia una vibrazione longitudinale e sia una vibrazione flessionale con le medesime ceramiche, la cui metallizzazione a disco sia divisa in quattro settori uguali; 1) possibility? to excite both a longitudinal vibration and a flexural vibration with the same ceramics, whose disc metallization is divided into four equal sectors;

2) possibilit? di eccitare una vibrazione precessionale mediante l?eccitazione a quattro fasi dei suddetti settori di metallizzazione, come sopra descritto; 2) possibility? to excite a precessional vibration by four-phase excitation of said metallization sectors, as described above;

3) possibilit? di eccitare una vibrazione composta assiale-precessionale mediante l?eccitazione a quattro fasi dei suddetti settori di metallizzazione, come sopra descritto. 3) possibility? to excite a compound axial-precessional vibration by four-phase excitation of the aforementioned metallization sectors, as described above.

d) Descrizione dei disegni d) Description of the drawings

Figura 1 Figure 1

Figura 1a Figure 1a

La Figura 1a mostra una sezione longitudinale dell?elemento a vibrazione assiale-precessionale per manipoli ultrasonici e ne illustra gli elementi costituenti. Figure 1a shows a longitudinal section of the axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces and illustrates its constituent elements.

In particolare, sono mostrati i seguenti elementi: In particular, the following elements are shown:

- massa cilindrica 101 con una struttura tronco-conica di amplificazione 108 e sezione terminale ridotta 109 per l?amplificazione della vibrazione longitudinale e flessionale; - cylindrical mass 101 with an amplifying frusto-conical structure 108 and reduced terminal section 109 for the amplification of the longitudinal and flexural vibration;

- massa cilindrica 102; - cylindrical mass 102;

- dischi di ceramica piezoelettrica 103104 105 106 con collegamenti elettrici; - piezoelectric ceramic discs 103104 105 106 with electrical connections;

- bullone in acciaio 107 coassiale ai dischi stessi con lo scopo di stringere tra le due masse metalliche i dischi di ceramica piezoelettrica; - 107 steel bolt coaxial to the discs themselves with the aim of tightening the piezoelectric ceramic discs between the two metal masses;

- connessione a massa 121 degli elementi metallici sopra detti. - ground connection 121 of the above metal elements.

- direzione del campo elettrico applicato alle ceramiche per ottenere la vibrazione flessionale, mediante l?applicazione della tensione a quattro fasi ai quattro i settori di metallizzazione delle ceramiche. - direction of the electric field applied to the ceramics to obtain the flexural vibration, through the application of the four-phase voltage to the four metallization sectors of the ceramics.

Figura 1b Figure 1b

La Figura 1b mostra la stessa sezione longitudinale di Figura 1a dell?elemento a vibrazione assialeprecessionale per manipoli ultrasonici con indicata la direzione del campo elettrico applicato alle ceramiche per ottenere la vibrazione assiale mediante l?applicazione della stesa tensione a tutte e quattro i settori di metallizzazione delle ceramiche. Figure 1b shows the same longitudinal section of Figure 1a of the axial-precessional vibration element for ultrasonic handpieces with indicated the direction of the electric field applied to the ceramics to obtain the axial vibration by applying the same voltage to all four metallization sectors of ceramics.

Figura 2 Figure 2

La Figura 2 mostra le viste frontali dei lati con metallizzazione divisa in quattro settori, con collegamenti elettrici 114 115 116 117 della ceramica avente diametro maggiore e dei settori di metallizzazione 110111 112 113 della ceramica avente diametro minore. Mostra successivamente la stessa ceramica di diametro inferiore capovolta a coprire la ceramica di diametro maggiore in modo che le stesse ceramiche siano disposte coassialmente, con la faccia intera metallizzata 118 della ceramica pi? piccola esposta. Figure 2 shows the front views of the sides with metallization divided into four sectors, with electrical connections 114 115 116 117 of the ceramic having a larger diameter and of the metallization sectors 110111 112 113 of the ceramic having a smaller diameter. Subsequently shows the same smaller diameter ceramic turned upside down to cover the larger diameter ceramic so that the same ceramics are arranged coaxially, with the entire metallized face 118 of the larger ceramic. small exposed.

La Figura 2 mostra inoltre la sezione trasversale dell?arrangiamento delle due ceramiche 103 e 104 con i collegamenti a massa 120. Figure 2 also shows the cross section of the arrangement of the two ceramics 103 and 104 with the ground connections 120.

e) Modo di attuazione dell?invenzione e) Implementation method of the invention

L?invenzione ? attuata realizzando e assemblando, con tutte le accortezze note nell?arte, l?elemento a vibrazione assiale-precessionale per manipoli ultrasonici, e alimentando opportunatamente i quattro collegamenti elettrici al fine di ottenere la vibrazione assiale, precessionale o assiale-precessionale a seconda della necessit? d?uso. The invention? implemented by making and assembling, with all the precautions known in the art, the axial-precessional vibration element for ultrasonic handpieces, and suitably powering the four electrical connections in order to obtain the axial, precessional or axial-precessional vibration according to the need ? of use.

f) Usi industriale dell?invenzione f) Industrial use of the invention

L?elemento a vibrazione assiale-precessionale per manipoli ultrasonici oggetto della presente invenzione ? utilizzato sostituendo l?elemento vibrante assiale dei manipoli tradizionali utilizzati per la facoemulsificazione del cristallino umano negli interventi di sostituzione del cristallino, al fine di ottenere la facoemulsificazione con maggiore efficacia. The axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces object of the present invention ? used by replacing the axial vibrating element of the traditional handpieces used for the phacoemulsification of the human lens in lens replacement operations, in order to obtain the phacoemulsification more effectively.

Claims

CLAIMS of the invention having for TITLE: ?Element with axial-precessional vibration for ultrasonic handpieces?, Claims

1. An axial-precessional vibration element for ultrasonic ophthalmic phacoemulsification handpieces comprising:

a) a stack of piezoelectric ceramic discs 103104 105 106 polarized in the direction of their thickness and drilled in the centre;

b) two cylindrical masses of metal 101102;

c) a coaxial metal bolt 107 clamping said stack of ceramic discs 103104 105 106 between the two said cylindrical metal masses 101102;

d) a frusto-conical metal element 108, forming an acoustic horn, connected to the external flat face of the mass 101 with its own face having a larger diameter;

e) a metal element 109 having a cylindrical section, connected to the flat face having a smaller diameter than the frusto-conical element 108;

f) four electric contacts 114115 116 117 for each pair of facing sectors;

characterized by the fact that:

g) the piezoelectric ceramic discs 103104 105 106 are arranged in two pairs formed by the discs 103 104 and 105106, respectively;

h) the discs of each said pair face each other with the direction of their own alternating polarization;

i) the metallization of the inner face in each said pair of piezoceramic discs ? divided into four sectors 110111 112 113, about 90 wide? each;

j) the metallization of the outer face of each pair of piezoceramic discs? whole and ? connected via the electric contact 120 to the reference potential and to the electric ground 121 of the metal structure of the axial-precessional vibrating element;

k) the discs 103105 have a larger diameter than the discs 104106;

l) said electric contacts 114 115 116 117 of each pair of piezoelectric discs are made on the exposed surface of the sectors of the piezoelectric ceramic discs of larger diameter 103105; m) said four electrical contacts 114 115 116 117 for each pair of facing sectors are brought out in electrical parallel with the homologous sectors of the other pair;

n) the four electrical contacts between the homologous and facing sectors 110111 112 113 of the two piezoelectric ceramic discs of each pair of ceramics are made by direct contact without the interposition of metal foils or other conductors.

2. An axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces for ophthalmic phacoemulsification according to claim 1, characterized by the connection of the four electrical connections 114115116 117 to a single sinusoidal voltage source having a pulsation equal to the resonance one of a natural axial mode of the axial-precessional vibrating element.

An axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces for ophthalmic phacoemulsification according to claim 1, characterized by the connection of the four electrical connections 114115 116 117 to a four-phase sinusoidal voltage source, each with phase 0?, 90?, 180 ? and 270?, respectively, having pulsation equal to the resonance pulsation of a natural flexural mode of the axial-precessional vibrating element.

4) An axial-precessional vibrating element for ultrasonic handpieces for ophthalmic phacoemulsification according to claim 1, characterized by the connection of the four electrical connections 114115 116 117 to a four-phase sinusoidal voltage source, each with phase 0?, 90?, 180 ? and 270?, respectively, having a pulsation equal to the resonance pulsation of a natural flexural mode of the structure of the vibrating element, electrically connected in series to a sinusoidal voltage source, the latter having a pulsation equal to the natural pulsation of a vibration mode axial of the axial-precessional vibrating element.