RU2255685C2

RU2255685C2 - Ultrasonic surgical device

Info

Publication number: RU2255685C2
Application number: RU2003116806/14A
Authority: RU
Inventors: А.А. Новиков (RU); А.А. Новиков; Я.Б. Шустер (RU); Я.Б. Шустер; Д.А. Негров (RU); Д.А. Негров; Л.Б. Резник (RU); Л.Б. Резник
Original assignee: Новиков Алексей Алексеевич; Шустер Яков Борисович; Негров Дмитрий Анатольевич; Резник Леонид Борисович
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-07-10

Abstract

FIELD: medical engineering.

SUBSTANCE: device has ultrasonic transistor oscillator connected to piezo-ceramic ultrasonic radiator mounted in casing and having waveguide instrument attached to it. The radiator casing has two symmetrically arranged mirror-reflected halves having ring-shaped grooves to enable one to fix additional fan, air diffuser, ring for centering ultrasonic radiator and frontal disk shield manufactured from fluoroplastic material. Vertical double-sided slits are available in frontal part of the casing and half-round grooves are available in the centering ring. The ultrasonic oscillator has output transformer having an additional winding connected to the second rectifying bridge input, an additional power transformer having output winding connected to the first rectifying bridge input. The rectifying bridge inputs are connected in series and connected to fan electromotor.

EFFECT: high specific output power; prolonged uninterrupted operation of the device.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области медицинской техники и предназначено для использования в хирургии и травматологии, в частности для лечения опорно-двигательного аппарата.The present invention relates to the field of medical technology and is intended for use in surgery and traumatology, in particular for the treatment of the musculoskeletal system.

Известны ультразвуковые аппараты для хирургии (1), предназначенные для санации биологических объектов. Подобные аппараты состоят из ультразвукового генератора, акустических узлов, сменных волноводов-инструментов, педали дистанционного управления и кабелей питания. Такого типа аппараты могут использоваться в хирургии для санации полостей и обработки инфицированных ран. Основные их недостатки - малое время непрерывной работы (2-5 мин.), из-за применения неохлаждаемых магнитострикционных ультразвуковых преобразователей и сильное влияние технологической нагрузки на величину амплитуды колебаний рабочего торца волновода-инструмента.Known ultrasound devices for surgery (1), designed for the rehabilitation of biological objects. Such devices consist of an ultrasonic generator, acoustic units, interchangeable waveguide instruments, remote control pedals and power cables. This type of apparatus can be used in surgery to repair cavities and treat infected wounds. Their main disadvantages are the short time of continuous operation (2-5 min.), Due to the use of uncooled magnetostrictive ultrasonic transducers and the strong influence of the process load on the amplitude of oscillations of the working end of the waveguide tool.

Также известны ультразвуковые аппараты (2, 3), имеющие такой же состав, но акустические узлы у которых выполнены на базе пьезоэлектрических колец. Кроме того, корпус акустического узла выполнен в форме пистолета, а в качестве дистанционного управления используется кнопочный пусковой механизм. Такого типа аппарат имеет более высокий коэффициент полезного действия, что позволяет при том же времени непрерывной работы существенно повысить уровень выходной акустической мощности. Использование же кнопки вместо педали позволяет эргономически более эффективно управлять процессом технологического ультразвукового воздействия в ходе операции. Аппараты такого типа также имеют недостатки, препятствующие их широкому применению в медицине. Во-первых, увеличение акустической мощности до технологически необходимого уровня амплитуды колебаний рабочего торца, при наличии нагрузки, вызывает нагрев акустического узла, особенно на холостом ходу. Это неизбежно приводит к необходимости ограничения времени непрерывной работы аппарата уровнем в несколько минут. Во-вторых, необходимо достаточно жесткое крепление акустического узла в корпусе с одной стороны и минимальное механическое воздействие на волноводную систему для снижения акустических потерь с другой стороны, а, кроме того, минимальную передачу колебаний на ручку пистолета для обеспечения максимальной безопасности обслуживающего аппарат персонала от ультразвукового воздействия. Наконец необходима защита акустического узла от попадания влаги, крови и т.п. во время проведения операции.Ultrasonic devices (2, 3) are also known, having the same composition, but the acoustic units in which are made on the basis of piezoelectric rings. In addition, the body of the acoustic unit is made in the form of a gun, and a button trigger is used as a remote control. This type of apparatus has a higher efficiency, which allows at the same time of continuous operation to significantly increase the level of output acoustic power. Using the button instead of the pedal allows you to ergonomically more effectively control the process of technological ultrasonic exposure during the operation. Devices of this type also have drawbacks that prevent their widespread use in medicine. Firstly, an increase in acoustic power to the technologically necessary level of the amplitude of oscillations of the working end, in the presence of a load, causes the acoustic unit to heat, especially at idle. This inevitably leads to the need to limit the time of continuous operation of the device level of several minutes. Secondly, a sufficiently rigid fastening of the acoustic unit in the housing on the one hand and minimal mechanical impact on the waveguide system to reduce acoustic losses on the other hand, and, in addition, the minimum transmission of vibrations to the handle of the gun to ensure maximum safety of the operating personnel from the ultrasound, are necessary. exposure. Finally, it is necessary to protect the acoustic unit from moisture, blood, etc. during the operation.

Целью изобретения является повышение удельной выходной мощности аппарата при наличии технологической нагрузки и увеличение длительности непрерывной работы аппарата.The aim of the invention is to increase the specific output power of the apparatus in the presence of technological load and increase the duration of continuous operation of the apparatus.

Поставленная цель достигается тем что в известном аппарате, содержащем ультразвуковой транзисторный генератор, подключенный к установленному в корпусе пьезокерамическому ультразвуковому излучателю с прикрепленным к нему волноводом-инструментом, корпус излучателя выполнен из двух симметричных, зеркально отраженных половин с кольцевыми проточками для фиксации внутри корпуса дополнительных: вентилятора, вентиляционной решетки, центрирующего ультразвуковой излучатель кольца и дискового фронтального щитка, выполненных из фторопласта, причем в передней части корпуса выполнены вертикальные двухсторонние прорези, а в центрирующем кольце - полукруглые проточки, а ультразвуковой генератор включает выходной трансформатор, содержащий дополнительную обмотку, подключенную ко входу второго выпрямительного моста, дополнительный силовой трансформатор, выходная обмотка которого подсоединена ко входу первого выпрямительного моста, при этом выходы выпрямительных мостов соединены последовательно и подключены к электродвигателю вентилятора.This goal is achieved by the fact that in the known apparatus containing an ultrasonic transistor generator connected to a piezoceramic ultrasonic emitter installed in the housing with a waveguide-tool attached to it, the emitter housing is made of two symmetrical, mirror-reflected halves with annular grooves for fixing additional: fan , ventilation grill, centering ultrasonic emitter of the ring and disk front shield made of ftoroplast and, moreover, vertical two-side slots are made in the front of the case, and semicircular grooves are made in the centering ring, and the ultrasonic generator includes an output transformer containing an additional winding connected to the input of the second rectifier bridge, an additional power transformer, the output winding of which is connected to the input of the first rectifier bridge, while the outputs of the rectifier bridges are connected in series and connected to the fan motor.

Функциональная схема аппарата изображена на фиг.1 и там же показана установка пьезокерамического ультразвукового излучателя, вентилятора и пусковой кнопки в корпусе типа “пистолет”.The functional diagram of the apparatus is shown in Fig. 1 and the installation of a piezoceramic ultrasonic emitter, fan, and trigger button in a “gun” type housing is also shown there.

Аппарат состоит из ультразвукового генератора 1, выходной трансформатор 2 которого содержит дополнительную обмотку 3, которая подключена ко входу второго выпрямительного моста 4. Генератор также содержит дополнительный силовой трансформатор 5 для питания вентилятора 6, выходная обмотка трансформатора 5 подсоединена ко входу первого выпрямительного моста 7. Выходы мостов 4 и 7 соединены последовательно и общее напряжение с выхода двух мостов поступает на питание электродвигателя вентилятора 6. Вентилятор фиксируется с помощью проточки в корпусе типа “пистолет” 8, где также с помощью дополнительных проточек зафиксированы: ультразвуковой пьезокерамический излучатель 9, вентиляционная решетка 10, центрирующее ультразвуковой излучатель в корпусе кольцо 11 и дисковый фронтальный щиток 12.The apparatus consists of an ultrasonic generator 1, the output transformer 2 of which contains an additional winding 3, which is connected to the input of the second rectifier bridge 4. The generator also contains an additional power transformer 5 to power the fan 6, the output winding of the transformer 5 is connected to the input of the first rectifier bridge 7. Outputs bridges 4 and 7 are connected in series and the total voltage from the output of the two bridges is supplied to the power of the fan motor 6. The fan is fixed with a groove in rpuse type "gun" 8, where also additional grooves are fixed: an ultrasonic piezoelectric transducer 9, a ventilation grille 10, centering the ultrasound transducer in the housing ring 11 and the disc wheel guard 12.

Волновод-инструмент 13 крепится к излучателю 9 с помощью резьбового соединения.The waveguide tool 13 is attached to the emitter 9 using a threaded connection.

Описанный аппарат функционирует следующим образом.The described apparatus operates as follows.

В исходном состоянии ультразвуковой генератор 1 подключен к питающей сети, но пока не нажата кнопка “пуск” 5, расположенная на рукоятке корпуса 8 излучателя 9, генератор ультразвуковые колебания не вырабатывает. С момента подачи питающего напряжения на вход генератора начинает работать дополнительный трансформатор питания вентилятора 6. Напряжение, примерно равное половине номинального, поступает на электродвигатель вентилятора с выхода выпрямительного моста 4, определяя охлаждение ультразвукового излучателя в режиме “молчания”. Пользователь, удерживая за ручку корпуса ультразвуковой излучатель, располагает рабочее окончание волновода-инструмента в операционной зоне и нажимает на кнопку “пуск”, расположенную на ручке корпуса. С кнопки “пуск” сигнал поступает в генератор 1. Он начинает генерировать электрические колебания ультразвуковой частоты, поступающие на ультразвуковой пьезокерамический излучатель 9. Часть выходного сигнала с дополнительной обмотки 3 выходного трансформатора 2 поступает на вход выпрямительного моста 7. С выхода моста выпрямленное напряжение, также равное половине номинального для вентилятора, складываясь со второй половиной, имеющейся на выходе моста 4, поступает на питание двигателя вентилятора 6. Таким образом, обеспечивается форсированное охлаждение ультразвукового излучателя во время его работы.In the initial state, the ultrasonic generator 1 is connected to the mains, but until the “start” button 5 located on the handle of the housing 8 of the emitter 9 is pressed, the generator does not generate ultrasonic vibrations. From the moment of supplying the supply voltage to the generator input, an additional fan power transformer 6 starts working. A voltage approximately equal to half the nominal voltage is supplied to the fan motor from the output of the rectifier bridge 4, determining the cooling of the ultrasonic emitter in the silent mode. The user, holding the ultrasonic emitter by the handle of the case, places the working end of the waveguide-tool in the operating area and presses the “start” button located on the handle of the case. From the “start” button, the signal enters the generator 1. It starts to generate ultrasonic frequency electric oscillations supplied to the ultrasonic piezoceramic emitter 9. A part of the output signal from the additional winding 3 of the output transformer 2 is fed to the input of the rectifier bridge 7. The rectified voltage is also output from the bridge equal to half the nominal for the fan, folding with the second half available at the output of the bridge 4, is supplied to the fan motor 6. In this way, the force is provided Bathing cooling ultrasonic transducer during operation.

Выполнение корпуса излучателя типа “пистолет” в виде двух симметричных зеркально отраженных половин позволяет упростить сборку и ремонт излучателя, а кольцевые проточки обеспечивают при сборке одновременно фиксацию внутри корпуса вентилятора, вентиляционной решетки и самого излучателя. Расположение вентилятора и излучателя на одной оси обеспечивает наиболее эффективное проточное охлаждение излучателя со стороны наиболее нагретой его части. Для обеспечения свободного протекания охлаждающего потока в центрирующем кольце предусмотрены дополнительные полукруглые проточки (см. фиг.2), а в передней части корпуса - двухсторонние вертикальные прорези. Наконец, для защиты излучателя от попадания крови во время проведения операции предназначен дисковый фронтальный щиток 11.The execution of the gun emitter body in the form of two symmetrical mirror-reflected halves makes it possible to simplify the assembly and repair of the radiator, and the annular grooves during assembly simultaneously fix inside the fan housing, ventilation grille and the emitter itself. The location of the fan and radiator on the same axis provides the most efficient flow cooling of the radiator from the side of its most heated part. To ensure the free flow of the cooling stream in the centering ring, additional semicircular grooves are provided (see figure 2), and in the front of the case there are double-sided vertical slots. Finally, to protect the emitter from blood during the operation, the disk frontal shield 11 is intended.

Таким образом, предлагаемый ультразвуковой хирургический аппарат обеспечивает эффективное охлаждение ультразвуковой пьезокерамической головки во время ее работы, что позволяет существенно увеличить удельную акустическую мощность на торце волновода-инструмента при увеличении длительности непрерывной работы аппарата и наличии осевой технологической нагрузки.Thus, the proposed ultrasonic surgical apparatus provides effective cooling of the ultrasonic piezoceramic head during its operation, which allows to significantly increase the specific acoustic power at the end of the waveguide-instrument with an increase in the duration of continuous operation of the apparatus and the presence of axial technological load.

ЛитератураLiterature

1. Аппарат хирургический ультразвуковой для санации биологических объектов. УРСК-7Н-22. Паспорт 9ПЗ.293.004 ПС.1. Ultrasonic surgical apparatus for the rehabilitation of biological objects. URSK-7N-22. Passport 9PZ.293.004 PS.

2. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. - М.,: Химия, 1986, с.213.2. Volkov S.S., Chernyak B.Ya. Ultrasonic welding of plastics. - M.,: Chemistry, 1986, p.213.

3. Ультразвуковой хирургический инструмент. Патент WO 2062241 А1, 15.08.2002. (прототип)3. Ultrasonic surgical instrument. Patent WO 2062241 A1, 08/15/2002. (prototype)

Claims

An ultrasound surgical device containing an ultrasonic transistor generator connected to a piezoceramic ultrasonic transducer installed in the housing with an attached waveguide tool, characterized in that the transducer housing is made of two symmetrical, mirrored halves with annular grooves for fixing an additional fan, ventilation, inside a lattice centering an ultrasonic emitter of a ring and a disk frontal shield made of ftoroplast and, moreover, vertical two-side slots are made in the front of the case, and semicircular grooves are made in the centering ring, and the ultrasonic generator includes an output transformer containing an additional winding connected to the input of the second rectifier bridge, an additional power transformer, the output winding of which is connected to the input of the first rectifier bridge, while the outputs of the rectifier bridges are connected in series and connected to the fan motor.