RU2053717C1

RU2053717C1 - Ultrasonic surgical instrument

Info

Publication number: RU2053717C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Богомолов; Александр Васильевич Замула; Сергей Николаевич Исаков; Евгений Семенович Кириллов; Эдуард Альфредович Симсон; Михаил Михайлович Смирнов
Original assignee: Эдуард Альфредович Симсон
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has frontal wave guide with central suction duct and back wave guide between which an active member of ultrasonic oscillation source is clamped by means of threaded pin. To carry out suction and sanitation of operation cavity, suction tube is attached to the suction duct on the instrument by means of intermediate bushing in the ultrasonic oscillation amplitude node. The frontal and back wave guides have special shape being a combination of conic and cylindric surfaces. EFFECT: elongated working part; reduced mass and size. 4 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, предназначенной для механического воздействия на биологические ткани инструментом, рабочий конец которого совершает низкочастотные ультразвуковые колебания. The invention relates to medical equipment intended for mechanical action on biological tissues with an instrument, the working end of which performs low-frequency ultrasonic vibrations.

Известно устройство для ультразвукового механического воздействия на биологическую ткань, состоящие из тела волновода, рабочей части, отсасывающего канала. Однако известный инструмент дает возможность разрушать биологическую ткань непосредственным механическим воздействие рабочего конца инструмента. A device for ultrasonic mechanical impact on biological tissue, consisting of the body of the waveguide, the working part, the suction channel. However, the known tool makes it possible to destroy biological tissue by direct mechanical action of the working end of the tool.

Наиболее близким к изобретению является хирургический ручной инструмент для разрушения онкологических тканей, содержащий ультразвуковой вибровозбудитель и аспиратор-апликатор. Система в целом колеблется по второй резонансной форме колебаний. Однако эти инструменты дают возможность разрушить биологические ткани небольшой плотности и вязкости. Для разрушения биологических тканей большей плотности и вязкости требуется повышение амплитуд колебаний. Но это повлечет за собой увеличение габаритных и весовых характеристик, что во многих случаях приводит к ухудшению качества операции, увеличению ее травматичности, повышению времени проведения операции. Closest to the invention is a surgical hand tool for the destruction of oncological tissues, containing an ultrasonic vibration exciter and an aspirator applicator. The system as a whole oscillates in a second resonant mode of oscillation. However, these tools make it possible to destroy biological tissues of low density and viscosity. To destroy biological tissues of higher density and viscosity, an increase in vibration amplitudes is required. But this will entail an increase in overall and weight characteristics, which in many cases leads to a deterioration in the quality of the operation, an increase in its invasiveness, and an increase in the time for the operation.

Закон изменения площади переднего и заднего волновода имеет большое влияние на многие эксплуатационные показатели инструмента. К ним относятся резонансная частота, коэффициент усиления, внутренние потери ультразвуковой энергии в волноводе, максимальные циклические напряжения, длина переднего волновода при заданной резонансной частоте. The law of changing the area of the front and rear waveguides has a great influence on many instrument performance. These include the resonant frequency, gain, internal loss of ultrasonic energy in the waveguide, maximum cyclic voltage, the length of the front waveguide at a given resonant frequency.

Цель изобретения проведение хирургических и нейрохирургических операций в глубоких полостях малой площади для резекции мягких тканей патологических и опухолевых образований инструментом, имеющим минимально возможные массу и габариты по толщине и максимально возможную длину рабочей части. The purpose of the invention, conducting surgical and neurosurgical operations in deep cavities of a small area for resection of soft tissues of pathological and tumor formations with an instrument having the smallest possible weight and dimensions in thickness and the maximum possible length of the working part.

Для этого предлагается ультразвуковой хирургический инструмент, содержащий передний волновод с центральным отсасывающим каналом, соединенный через шайбу с задним волноводом, между которыми с помощью резьбовой шпильки зажат активный элемент источника ультразвуковых колебаний, состоящий из четного количества поляризованных по толщине пьезоэлектрических колец с контактными прокладками. К отсасывающему каналу с помощью промежуточной втулки присоединена трубка отсоса. An ultrasonic surgical instrument is proposed for this purpose, comprising a front waveguide with a central suction channel, connected through a washer to the rear waveguide, between which, using a threaded rod, the active element of the ultrasonic oscillation source is clamped, consisting of an even number of piezoelectric rings polarized across the thickness with contact gaskets. A suction tube is connected to the suction channel using an intermediate sleeve.

Закрепление трубки отсоса через промежуточную втулку позволяет повысить герметичность, статическую и усталостную прочность соединения, так как трубка с втулкой, изготовленные из нержавеющей стали, соединены сваркой, например аргонно-дуговой. Fastening the suction tube through the intermediate sleeve allows to increase the tightness, static and fatigue strength of the connection, since the pipe with the sleeve made of stainless steel are connected by welding, for example argon-arc.

Для выведения эксплуатационных показателей на заданную частоту, коэффициент усиления, минимум максимальных циклических напряжений и минимум абсолютных потерь энергии ультразвуковых колебаний, профиль переднего волновода образован шестью конусными и двумя цилиндрическими поверхностями, а профиль заднего волновода образован одной конусной и двумя цилиндрическими поверхностями. To derive performance indicators at a given frequency, gain, minimum maximum cyclic stresses and minimum absolute energy loss of ultrasonic vibrations, the front waveguide profile is formed by six conical and two cylindrical surfaces, and the rear waveguide profile is formed by one conical and two cylindrical surfaces.

На фиг. 1 изображено профильное сечение ультразвукового хирургического инструмента; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 характерные размеры переднего волновода; на фиг. 4 характерные размеры заднего волновода. In FIG. 1 shows a profile section of an ultrasonic surgical instrument; in FIG. 2 node I in FIG. 1; in FIG. 3 characteristic dimensions of the front waveguide; in FIG. 4 characteristic dimensions of the rear waveguide.

Инструмент содержит передний волновод 1 с центральным отсасывающим каналом, соединенный через шайбу 2 с задним волноводом 3, между которыми с помощью резьбовой шпильки 4 зажат активный элемент источника ультразвуковых колебаний, состоящий из четного количества поляризованных по толщине пьезоэлектрических колец 5 с контактными прокладками 6. The tool contains a front waveguide 1 with a central suction channel connected through a washer 2 to the rear waveguide 3, between which an ultrasonic vibrations source element is clamped using a threaded rod 4, consisting of an even number of piezoelectric rings 5 polarized across the thickness 5 with contact pads 6.

Для аспирации и санации операционной полости на инструменте к отсасывающему каналу в узле амплитуды ультразвуковых колебаний с помощью промежуточной втулки 7 присоединяется трубка 8 отсоса. For aspiration and sanitation of the operating cavity on the instrument, a suction tube 8 is connected to the suction channel in the node of the amplitude of ultrasonic vibrations using the intermediate sleeve 7.

Для выведения эксплуатационных показателей на заданную частоту (коэффициент усиления, минимум максимальных циклических напряжений и минимум абсолютных потерь энергии ультразвуковых колебаний) профиль переднего волновода образован шестью конусными и двумя цилиндрическими поверхностями, а профиль заднего волновода одной конусной и двумя цилиндрическими поверхностями. To derive performance indicators at a given frequency (gain, minimum maximum cyclic stresses and minimum absolute energy loss of ultrasonic vibrations), the profile of the front waveguide is formed by six conical and two cylindrical surfaces, and the profile of the rear waveguide is one conical and two cylindrical surfaces.

Диаметр пьезоэлектрического кольца d₁ выбирается в пределах от 12 до 20 мм, диаметр d₈ волновода на рабочем конце в пределах 3-5 мм, диаметр отсасывающего канала 2-3 мм, длина первого участка l₁ вычисляется из условия:
d₁/l₁ 1,3-1,5;
Диаметр d₂ второго участка d₁/d₂ 1,1-1,3;
Длина второго участка l₂ d₁/l₂ 3,2-3,5;
Диаметр d₃ третьего участка d₂/d₃ 1,3-1,5;
Длина третьего участка l₃ d₃/l₃ 2-2,2;
Диаметр d₄ четвертого участка d₃/l₄ 1,2-1,4;
Длина четвертого участка l₄ d₄/l₄ 1,0-1,4;
Диаметр d₅ пятого участка d₄/d₅ 1,4-1,6;
Длина пятого участка l₅ d₅/l₅ 1,0-1,4;
Диаметр d₆ шестого участка d₅/d₆ 1,4-1,6;
Длина шестого участка l₆ d₆/l₆ 0,1-0,2;
Диаметр d₇ седьмого участка d₇ d₈;
Длина седьмого участка l₇ d₇/l₇ 0,13-0,16;
Длина восьмого участка l₈ доводится экспериментально из условия получения частоты резонанса равной заданной, например 22 кГц, а на заднем волноводе:
Диаметр d₁' первого участка d₁' d₁;
Длина первого участка l₁' d₁/l₁' 2,3-2,6;
Диаметр d₂' второго участка d₁'/d₂'/ 1,5-1,7;
Длина второго участка l₂' d₂'/l₂' 1,9-2,2
Длина третьего участка l₃' d₂'/l₃' 0,8-0,9.The diameter of the piezoelectric ring d ₁ is selected in the range from 12 to 20 mm, the diameter d _{8 of the} waveguide at the working end is within 3-5 mm, the diameter of the suction channel is 2-3 mm, the length of the first section l _{1 is} calculated from the condition:
d ₁ / l ₁ 1.3-1.5;
The diameter d _{2 of the} second section d ₁ / d ₂ 1,1-1,3;
The length of the second section l ₂ d ₁ / l ₂ 3,2-3,5;
Diameter d _{3 of the} third section d ₂ / d ₃ 1.3-1.5;
The length of the third section l ₃ d ₃ / l ₃ 2-2,2;
The diameter d _{4 of the} fourth section d ₃ / l ₄ 1,2-1,4;
The length of the fourth section l ₄ d ₄ / l ₄ 1,0-1,4;
Diameter d _{5 of the} fifth section d ₄ / d ₅ 1.4-1.6;
The length of the fifth section l ₅ d ₅ / l ₅ 1,0-1,4;
The diameter d _{6 of the} sixth section d ₅ / d ₆ 1.4-1.6;
The length of the sixth section l ₆ d ₆ / l ₆ 0,1-0,2;
Diameter d _{7 of the} seventh portion d ₇ d ₈ ;
The length of the seventh section is l ₇ d ₇ / l ₇ 0.13-0.16;
The length of the eighth section l ₈ is experimentally adjusted from the condition of obtaining a resonance frequency equal to a given one, for example, 22 kHz, and on the rear waveguide:
Diameter d ₁ 'of the first portion d ₁ ' d ₁ ;
The length of the first section l ₁ 'd ₁ / l ₁ '2,3-2,6;
Diameter d ₂ ′ of the second portion d ₁ ′ / d ₂ ′ / 1.5-1.7;
The length of the second section l ₂ 'd ₂ ' / l ₂ '1.9-2.2
The length of the third section l ₃ 'd ₂ ' / l ₃ '0,8-0,9.

Инструмент работает следующим образом: от ультразвукового генератора (не показан) к контактным прокладкам 6 подводится электрическое переменное напряжение с частотой, равной первой резонансной частоте инструмента. Возникающие при этом колебания усиливаются с помощью переднего волновода 1, достигая значения 100-150 мкм на рабочем конце. При контакте инструмента с жидкостью, подаваемой асистентом хирурга в рабочее пространство, создается кавитационная область, которая разрушает окружающие биоткани. Причем амплитуда колебаний, а значить и энергия кавитации подбирается такой, что разрушение происходит избирательно, например, сосудистая ткань остается неповрежденной. Продукты разрушения, находящиеся в мелкодисперсном состоянии, легко удаляются через отсасывающий канал и трубку отсоса 8, к которой подсоединяется вакуумный хирургический насос, например типа ОХ-10. The tool works as follows: from an ultrasonic generator (not shown) to the contact pads 6 is supplied an alternating electric voltage with a frequency equal to the first resonant frequency of the instrument. The vibrations arising from this are amplified by the front waveguide 1, reaching a value of 100-150 μm at the working end. Upon contact of the instrument with the fluid supplied by the surgeon's assistant to the workspace, a cavitation area is created that destroys the surrounding biological tissues. Moreover, the amplitude of the oscillations, and therefore the cavitation energy, is selected such that the destruction occurs selectively, for example, the vascular tissue remains intact. The products of destruction in a finely dispersed state are easily removed through the suction channel and the suction tube 8, to which a vacuum surgical pump, for example, type OX-10, is connected.

По сравнению с изделиями аналогичного типа, изготовленный по разработанным рекомендациям инструмент нового профиля имеет на 20-30% меньшие габариты по толщине, потребляемая мощность снижается также на 20-30% Кроме этого длину переднего волновода удается увеличить не менее, чем на 1/3. Compared to products of a similar type, a new profile tool manufactured according to the developed recommendations has 20-30% smaller dimensions in thickness, power consumption is also reduced by 20-30%. In addition, the length of the front waveguide can be increased by at least 1/3.

Закрепление трубки отсоса через промежуточную втулку позволяет повысить герметичность, запасы по статической и динамической прочности соединения не менее, чем на 40% так как трубка отсоса с промежуточной втулкой, изготовленные из нержавеющей стали, соединены сваркой, например, аргонно-дуговой. Fixing the suction tube through the intermediate sleeve allows to increase the tightness, the static and dynamic strength of the joint is not less than 40%, since the suction tube and the intermediate sleeve made of stainless steel are connected by welding, for example, argon-arc.

Claims

ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT, comprising a front waveguide with a central suction channel and a rear waveguide, between which an active element of an ultrasonic oscillation source is clamped by means of a pin, consisting of an even number of piezoelectric rings polarized across the thickness with contact gaskets, while the surface of the front waveguide is formed by two cones and surfaces, and the surface of the rear waveguide is formed by a cylindrical surface, characterized in that the bottom waveguide is supplemented by four conical surfaces, while the conical surfaces are placed between the cylindrical, the rear waveguide is supplemented by a second cylindrical and conical surfaces, and the suction tube is fixed by an intermediate sleeve at the outlet of the central suction channel.