RU2783732C2 - Ultrasound system - Google Patents
Ultrasound system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783732C2 RU2783732C2 RU2020138623A RU2020138623A RU2783732C2 RU 2783732 C2 RU2783732 C2 RU 2783732C2 RU 2020138623 A RU2020138623 A RU 2020138623A RU 2020138623 A RU2020138623 A RU 2020138623A RU 2783732 C2 RU2783732 C2 RU 2783732C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- working element
- waveguide means
- plane
- axis
- Prior art date
Links
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 95
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 claims description 15
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 claims description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 claims description 6
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 6
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 6
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 11
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 9
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 8
- 210000000214 Mouth Anatomy 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000003534 oscillatory Effects 0.000 description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 5
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 5
- 210000001847 Jaw Anatomy 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 208000006558 Dental Calculus Diseases 0.000 description 3
- 210000003128 Head Anatomy 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 210000004204 Blood Vessels Anatomy 0.000 description 2
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 2
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 2
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 210000001138 Tears Anatomy 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 210000004874 lower jaw Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 238000004023 plastic welding Methods 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 210000004873 upper jaw Anatomy 0.000 description 1
- 230000000989 vascularization Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к ультразвуковой системе, которая находит определенное и преимущественное применение в области хирургии, в области стоматологии или имплантологии, но которая также применима в промышленной области и в строительстве в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения.The present invention relates to an ultrasonic system which finds particular and advantageous use in the field of surgery, in the field of dentistry or implantology, but which is also applicable in the industrial field and in construction, in accordance with other embodiments of the invention.
Более конкретно, такая система может быть использована в секторах, где необходимо выполнять удаление или сверление материала, например, минерализованного, но не только.More specifically, such a system can be used in sectors where it is necessary to carry out the removal or drilling of material, for example, mineralized, but not only.
Уровень техникиState of the art
В соответствии с существующим уровнем техники выполнение отверстий или удаление материала выполняют посредством инструментов, соединенных со шпинделями, приводимыми во вращение, возможно, миниатюрными моторами (микромоторами).In accordance with the prior art, making holes or removing material is done by means of tools connected to spindles driven, possibly by miniature motors (micromotors).
Основные недостатки известных систем сверления или удаления связаны с: i) выделением тепла в материале, с которым они работают, поскольку трение об инструмент и нагрев (микромотора) вызывают нагрев; ii) неэффективным удалением остатков материала, что затрудняет дальнейшее удаление материала в виде осколков; iii) доступным для оператора пространством, который может быть стеснен пространственно.The main disadvantages of the known drilling or removal systems are related to: i) the generation of heat in the material with which they work, since friction against the tool and heat (of the micromotor) cause heat; ii) inefficient removal of residual material, making it difficult to further remove the material in the form of fragments; iii) operator-accessible space, which may be space-constrained.
В настоящее время ультразвуковые колебания, создаваемые пьезоэлектрическим способом или магнитострикцией в твердых, жидких и многофазных средах, находят применение в различных областях промышленности и медицины. Волны давления низкой интенсивности, генерируемые на частотах выше 1 МГц, используют для получения информации о конструкциях (промышленных, гражданских и военных) и внутренних органах человеческого тела (медицинская диагностика). В то время как волны высокой интенсивности на частотах от 20 кГц до 100 кГц возбуждают в резонансных устройствах, вызывая постоянные изменения в различных средствах применения. Этот последний тип волны, широко известный как мощный ультразвук, используют в обрабатывающей промышленности, например, для создания межсоединений в интегральных схемах или сварки термопластичных материалов, а также в пищевой промышленности для резки сладостей и других продуктов питания.Currently, ultrasonic vibrations generated by the piezoelectric method or magnetostriction in solid, liquid and multiphase media are used in various fields of industry and medicine. Low intensity pressure waves generated at frequencies above 1 MHz are used to obtain information about structures (industrial, civil and military) and internal organs of the human body (medical diagnostics). While high intensity waves at frequencies from 20 kHz to 100 kHz excite in resonant devices, causing permanent changes in various applications. This last type of wave, commonly known as high-power ultrasound, is used in the manufacturing industry, for example, for making interconnects in integrated circuits or welding thermoplastic materials, and in the food industry for cutting sweets and other foods.
В области медицины, и особенно в области хирургии, мощный ультразвук применяют для рассечения твердых тканей (костей) и мягких тканей, прижигания кровеносных сосудов, а также в стоматологии для удаления зубного камня.In the field of medicine, and especially in the field of surgery, powerful ultrasound is used to cut hard tissues (bones) and soft tissues, cauterize blood vessels, and also in dentistry to remove tartar.
Применительно к области имплантологии исключительно в качестве примера, места для введения винтов или других фиксирующих систем в кость подготавливают с использованием вращающихся инструментов вышеупомянутого типа, которые, однако, имеют серьезные ограничения: во время операции для оператора, а в послеоперационном периоде – для пациента.With regard to the field of implantology, by way of example only, sites for the insertion of screws or other fixation systems into the bone are prepared using rotary instruments of the type mentioned above, which, however, have serious limitations: during the operation for the operator, and in the postoperative period for the patient.
Если упомянуть лишь несколько, обычные инструменты являются проблематичными в случае вмешательства на операционных участках при наличии сложных анатомических структур с затрудненным или ограниченным хирургическим доступом или в непосредственной близости от тонких анатомических структур, таких как нервы и кровеносные сосуды.To name just a few, conventional instruments are problematic when intervening in surgical sites in the presence of complex anatomical structures with difficult or limited surgical access or in close proximity to delicate anatomical structures such as nerves and blood vessels.
Большое количество механической энергии, производимой вращением, и значительное давление, которое оператор должен приложить к инструменту, ответственны за возможное повреждение неминерализованных структур, выделение значительного количества тепла, потери вследствие трения, с последующим перегревом минерализованных тканей, утомлением оператора в ущерб точности и необходимому контролю во время операции.The large amount of mechanical energy produced by rotation and the considerable pressure that the operator must apply to the instrument are responsible for possible damage to non-mineralized structures, generation of significant amounts of heat, loss due to friction, with subsequent overheating of mineralized tissues, fatigue of the operator at the expense of accuracy and the necessary control during operation time.
Повышение температуры на месте также вызвано возможным недостаточным удалением минерализованных осколков с места вмешательства, результатом сверления, как на уровне режущих элементов упомянутых инструментов, так и на уровне стенок операционного поля, с последующим образованием слоя осколков, который блокирует каналы нормальной васкуляризации области, ответственной за процесс остеорегенерации.An increase in temperature at the site is also caused by the possible insufficient removal of mineralized fragments from the intervention site, the result of drilling, both at the level of the cutting elements of the mentioned instruments, and at the level of the walls of the surgical field, followed by the formation of a layer of fragments that blocks the channels of normal vascularization of the area responsible for the process osteoregeneration.
Настоящее изобретение относится к ультразвуковым силовым системам, предназначенным для использования в медицине и стоматологии, например, в челюстно-лицевой имплантологии, на которую мы, главным образом, ссылаемся для иллюстрации преимуществ и изобретательских аспектов предлагаемых конфигураций. Однако это изобретение в равной степени применимо в других областях медицины и промышленности.The present invention relates to ultrasonic force systems intended for use in medicine and dentistry, for example in maxillofacial implantology, to which we mainly refer to illustrate the advantages and inventive aspects of the proposed configurations. However, this invention is equally applicable to other areas of medicine and industry.
Работа большинства ультразвуковых силовых систем основана на передаче продольных волн в применяемые средства. Эти волны генерируются пьезоэлектрическими преобразователями и передаются в среде через концентраторы или волноводы, называемые ультразвуковыми рупорами.The operation of most ultrasonic power systems is based on the transmission of longitudinal waves to the means used. These waves are generated by piezoelectric transducers and transmitted in the medium through concentrators or waveguides called ultrasonic horns.
Однако есть приложения, в которых используют изгибные, крутильные или сложные колебания. В стоматологии, например, продольные колебания, возбуждаемые в ультразвуковых преобразователях, преобразуют в изгибные колебания через соединение со вставками или насадками асимметричной формы. Включение одного или нескольких изгибов в профиль вставки преследует двойную цель: обеспечить хороший доступ внутрь полости рта и преобразовать продольное движение преобразователя в линейную вибрацию изгиба вблизи рабочей части вставки.However, there are applications that use bending, torsional or complex vibrations. In dentistry, for example, longitudinal vibrations excited in ultrasonic transducers are converted into bending vibrations through connection with asymmetrically shaped inserts or tips. The inclusion of one or more flexures in the profile of the insert serves the dual purpose of providing good access to the interior of the mouth and converting the transducer's longitudinal motion into a linear flexural vibration near the working portion of the insert.
В ультразвуковых инструментах для удаления зубного камня сгибание вставок с крючками обычно используют для удаления кальцинированных отложений (зубного камня) с зубов. В ультразвуковых скальпелях (таких как "Пьезохирургическое устройство" от Mectron spa) поперечное движение, создаваемое серповидными вставками, используют для точного рассечения костей челюсти и других минерализованных тканей.In ultrasonic scalers, bending hook inserts is commonly used to remove calcified deposits (tartar) from teeth. In ultrasonic scalpels (such as the "Piezo Surgical Device" from Mectron spa), the transverse motion generated by sickle-shaped inserts is used to accurately cut jaw bones and other mineralized tissues.
Существуют также ультразвуковые инструменты для удаления зубного камня, которые удаляют зубной камень посредством как линейных, так и эллиптических колебаний, как описано, например, в DE102005044074A1 или EP2057960B1. В этих системах колебательные движения, имеющие двунаправленные компоненты, создаются во вставках посредством изгибных колебаний преобразователя в ортогональных плоскостях, см., в частности, EP2057960B1. Конфигурации этих изгибаемых преобразователей основаны на ранее раскрытой концепции, в которой поперечные колебания вызываются соседними пьезоэлектрическими объемами, вставленными в радиальном и осевом направлении с противоположными поляризациями [см. Mori, Е. et al., New Bolt Clamped Flexural Mode Ultrasonic High Power Transducer with One-Dimensional Construction”, Ultrasonics International 89 Conference Proceedings”; Watanabe, Y. et al., “A Study on a New Flexural-mode Transducer-solid Horn System and its Application to Ultrasonic Plastic Welding”, Ultrasonics Vol. 34, 1996, pp. 235-238; Yun, C-H. et al., “A High Power Ultrasonic Linear Motor using a Longitudinal and Bending Hybrid Bolt-Clamped Langevin Type Transducer”, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 40, 2001, pp. 3773-3776].There are also ultrasonic scaling instruments that remove tartar by both linear and elliptical vibrations, as described in DE102005044074A1 or EP2057960B1, for example. In these systems, oscillatory motions having bidirectional components are generated in the inserts by transducer bending vibrations in orthogonal planes, see in particular EP2057960B1. The configurations of these bendable transducers are based on a previously disclosed concept in which transverse vibrations are induced by adjacent piezoelectric volumes inserted in the radial and axial directions with opposite polarizations [cf. Mori, E. et al., New Bolt Clamped Flexural Mode Ultrasonic High Power Transducer with One-Dimensional Construction”, Ultrasonics International 89 Conference Proceedings”; Watanabe, Y. et al., “A Study on a New Flexural-mode Transducer-solid Horn System and its Application to Ultrasonic Plastic Welding”, Ultrasonics Vol. 34, 1996, pp. 235-238; Yun, C-H. et al., “A High Power Ultrasonic Linear Motor using a Longitudinal and Bending Hybrid Bolt-Clamped Langevin Type Transducer”, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 40, 2001, pp. 3773-3776].
В процедурах челюстно-лицевой хирургии ультразвуковые колебания вставок обычно используют для разрезания костной ткани. На сегодняшний день не существует ультразвукового устройства, способного проткнуть челюсть с такой же эффективностью, с которой можно резать челюсть. По этой причине такие процедуры, как подготовка ложа имплантата, по-прежнему выполняют почти исключительно с использованием фрез с приводом от микромоторов.In maxillofacial surgery procedures, ultrasonic vibrations of inserts are commonly used to cut bone tissue. To date, there is no ultrasonic device capable of piercing the jaw with the same efficiency as cutting the jaw. For this reason, procedures such as implant site preparation are still performed almost exclusively with micromotor driven drills.
В соответствии с протоколом зубной имплантации, после того, как сделано первое отверстие уменьшенных размеров, его постепенно расширяют с помощью вращающихся буров с увеличивающимся сечением, пока оно не достигнет диаметра, соответствующего имплантату.According to the protocol of dental implantation, after the first hole of reduced dimensions is made, it is gradually enlarged using rotating drills with increasing section until it reaches the diameter corresponding to the implant.
Вставки, обычно используемые в ультразвуковых системах для операций, проводимых в полости рта, имеют недостаточную амплитуду колебаний для выполнения всех этапов подготовки ложа имплантата. Это ограничение заложено в конструкции этих устройств, в которых для одной и той же насадки чем больше поперечное сечение насадок, тем меньше амплитуда создаваемых колебаний. Эта обратная зависимость между сечением и колебанием вставок представляет собой предел применимости технологии, особенно в оральной имплантологии, где необходимо получить отверстия диаметром в несколько миллиметров.The inserts commonly used in ultrasound systems for oral surgery do not have enough vibration amplitude to perform all stages of implant site preparation. This limitation is inherent in the design of these devices, in which, for the same nozzle, the larger the cross section of the nozzles, the smaller the amplitude of the generated oscillations. This inverse relationship between the cross-section and oscillation of the inserts represents the limit of the applicability of the technology, especially in oral implantology, where it is necessary to obtain holes with a diameter of several millimeters.
Существует еще одна проблема, связанная с линейной вибрацией вставок, которая не позволяет проколоть ткань челюсти, если не используют применение дополнительно с этим ручного наклона наконечника. Это вспомогательное движение, безусловно, трудно выполнить оператору внутри рта, и в любом случае оно не очень совместимо с требованиями точности, которые сегодня предъявляют в имплантологической практике.There is another problem associated with the linear vibration of the inserts, which does not allow piercing of the jaw tissue, unless used in addition to this manual tip tilt. This assisted movement is certainly difficult for the operator to perform inside the mouth, and in any case is not very compatible with the precision requirements that are placed in today's implant practice.
Ультразвуковые устройства, способные рассекать биологические ткани путем возбуждения ультразвуковых крутильных или комбинированных крутильных и продольных колебаний, известны из US7374552B2, US6402769B1, US2009/236938A1, US2011/0278988A1. Общей чертой этих устройств является то, что все они имеют единую геометрическую ось, будучи по существу осесимметричными системами. В челюстно-лицевых применениях, таких как зубная имплантология, колеблющиеся вставки, используемые в полости рта, имеют заметно асимметричную конструкцию относительно оси преобразователя. Следовательно, в этих областях невозможно создать крутильные или продольные и крутильные колебания в рабочих частях вставок в соответствии с требованиями упомянутых изобретений (справедливо только для систем, в которых преобразователи и рабочие части коаксиальны).Ultrasonic devices capable of dissecting biological tissues by excitation of ultrasonic torsional or combined torsional and longitudinal vibrations are known from US7374552B2, US6402769B1, US2009/236938A1, US2011/0278988A1. A common feature of these devices is that they all have a single geometric axis, being essentially axisymmetric systems. In maxillofacial applications such as dental implantology, oscillating inserts used in the oral cavity have a markedly asymmetrical design with respect to the axis of the transducer. Therefore, in these areas it is impossible to create torsional or longitudinal and torsional vibrations in the working parts of the inserts in accordance with the requirements of the mentioned inventions (valid only for systems in which the transducers and working parts are coaxial).
Слипженко (Slipszenko) (US2013/0253559A1) разработал конфигурации ультразвуковых систем, в которых попеременно создают крутильные, изгибные или продольные колебания в ультразвуковых скальпелях для обработки мягких тканей с осью, перпендикулярной оси преобразователя. В соответствии с этим решением поперечная вибрация пьезоэлектрического преобразователя может быть преобразована в крутильные, изгибные или продольные колебания путем включения ультразвукового или волноводного рупора, установленного эксцентрично относительно оси преобразователя. Для правильной передачи вибрации диаметр задней части рупора должен быть больше, чем у преобразователя. Хотя возможно создание чередующихся вибрационных семейств на ортогональных плоскостях, требования к компактности, эргономичности и удельному весу стоматологических и челюстно-лицевых устройств не могут быть достигнуты с помощью решения Слипженко. Большие размеры и эксцентричная установка ультразвукового рупора существенно ограничивают видимость внутри ротовой полости. Кроме того, в решении Слипженко один или несколько волноводов вставляют между скальпелем и вибрационным передающим/преобразующим рупором для передачи соответствующих вибраций. Даже сокращая количество этих компонентов до минимума, общая длина устройства все равно будет непригодна для применения внутри ротовой полости.Slipszenko (US2013/0253559A1) has developed ultrasonic system configurations that alternately generate torsional, flexural, or longitudinal vibrations in ultrasonic soft tissue scalpels with an axis perpendicular to that of the transducer. In accordance with this solution, the transverse vibration of the piezoelectric transducer can be converted into torsional, bending or longitudinal vibrations by switching on an ultrasonic or waveguide horn mounted eccentrically with respect to the axis of the transducer. For proper vibration transmission, the diameter of the back of the horn must be larger than that of the transducer. Although it is possible to create alternating vibrational families on orthogonal planes, the requirements for compactness, ergonomics, and specific gravity of dental and maxillofacial devices cannot be achieved using the Slipzhenko solution. The large size and eccentric installation of the ultrasonic horn significantly limit the visibility inside the oral cavity. In addition, in Slipzhenko's solution, one or more waveguides are inserted between the scalpel and the vibration transmitting/converting horn to transmit the respective vibrations. Even by reducing the number of these components to a minimum, the overall length of the device would still be unsuitable for intraoral use.
Миширо (Mishiro) (JPH0373207A) предложил ультразвуковую систему для удаления материала, которая теоретически может найти применение в стоматологии. Предлагаемое решение основано на принципе действия, типичном для ультразвуковых двигателей, в котором эллиптическая вибрация, создаваемая в соединении, образованном ультразвуковым преобразователем, соединенным с волноводом, вызывает вращение рабочего элемента (инструмента), находящегося в контакте с концом волновода. В конфигурациях, показанных в JPH0373207A, рабочий элемент, ось симметрии которого может быть перпендикулярна или параллельна оси симметрии преобразователя, помимо вращения, совершает ультразвуковые колебания, тем самым позволяя удалять материал. Точка контакта между рабочим элементом и волноводом, через которую передают колебательное движение, создаваемое вращением, соответствует пучности продольных и поперечных колебаний, возникающих в месте соединения преобразователь-волновод. В соответствии с конфигурациями, описанными в этом решении, рабочий элемент поддерживают двумя подшипниками, расположенными на одинаковом количестве неподвижных узлов, расположенных вдоль колебательного элемента. Это решение выглядит сложным по своей конструкции и не подходит для применений, в которых рабочие элементы (вставки) необходимо последовательно использовать и заменять, как в зубной имплантологии.Mishiro (JPH0373207A) proposed an ultrasonic material removal system that could theoretically be used in dentistry. The proposed solution is based on the operating principle typical of ultrasonic motors, in which the elliptical vibration created in the joint formed by the ultrasonic transducer connected to the waveguide causes rotation of the working element (tool) in contact with the end of the waveguide. In the configurations shown in JPH0373207A, the working element, whose axis of symmetry may be perpendicular or parallel to the axis of symmetry of the transducer, in addition to rotation, performs ultrasonic vibrations, thereby allowing material to be removed. The point of contact between the working element and the waveguide, through which the oscillatory motion generated by rotation is transmitted, corresponds to the antinode of the longitudinal and transverse vibrations that occur at the junction of the converter-waveguide. In accordance with the configurations described in this solution, the working element is supported by two bearings located on the same number of fixed nodes located along the oscillating element. This solution looks complicated in its design and is not suitable for applications where the working elements (inserts) need to be consistently used and replaced, as in dental implantology.
РешениеSolution
Настоящее изобретение предлагает альтернативные конфигурации соединения преобразователя/вставки, которые позволяют создавать изгибные, крутильные или комбинированные продольные и крутильные колебания подходящей амплитуды для подготовки ложа имплантата и выполнения других приложений.The present invention provides alternative transducer/insert connection configurations that allow bending, torsional, or combined longitudinal and torsional vibrations of suitable amplitude for implant site preparation and other applications.
Изобретение относится к внедрению новых конфигураций систем преобразователь/вставка, пригодных для выполнения операций в полости рта. С помощью описанных ниже решений можно создать изгибные, крутильные или комбинированные крутильные и продольные ультразвуковые колебания в рабочей части вставок с достаточно высокими амплитудами для подготовки ложа имплантата. Оси вставок и сопряженного изгибного преобразователя могут быть наклонными, ортогональными и копланарными.The invention relates to the implementation of new transducer/insert system configurations suitable for performing operations in the oral cavity. Using the solutions described below, it is possible to create bending, torsional or combined torsional and longitudinal ultrasonic vibrations in the working part of the inserts with sufficiently high amplitudes to prepare the implant site. The axes of the inserts and the associated bending transducer can be inclined, orthogonal, and coplanar.
В частности, комбинированные изгибные или крутильные и продольные колебания могут быть использованы для создания первого отверстия в ходе процедуры имплантации; в то время как крутильные или крутильные и продольные колебания, генерируемые во вставках соответствующей конфигурации, позволяют выполнить последующие этапы по расширению начального отверстия.In particular, combined bending or torsional and longitudinal vibrations can be used to create the first hole during the implantation procedure; while torsional or torsional and longitudinal vibrations generated in the inserts of the appropriate configuration, allow you to perform subsequent steps to expand the initial hole.
В каждой конфигурации, описанной и проиллюстрированной ниже, соединение между вставками и преобразователем происходит через изгибающий узел.In each configuration described and illustrated below, the connection between the inserts and the transducer is through a bending assembly.
Ультразвуковая система содержит: средство генерации ультразвуковых микроколебаний; волноводное средство, соединенное со средством генерации и проходящее от него так, чтобы по меньшей мере частично изгибаться; рабочий элемент, соединенный со стационарным узлом изгиба волноводного средства так, чтобы изгибные микроколебания передавались волноводным средством на рабочий элемент в виде знакопеременных крутильных или изгибных микроколебаний; указанное средство генерации содержит по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, расположенный соосно с преобладающим направлением волноводного средства, при этом дистальный участок указанного волноводного средства вытянут вдоль направления волноводного средства, определяющего ось волноводного средства; указанный рабочий элемент, присоединенный к стационарному узлу изгиба волноводного средства, вытянут вдоль направления, определяющего вторичную или третичную ось; указанная ось волноводного средства и указанная вторичная или третичная ось по существу являются перпендикулярными и пересекающимися и определяют единственную плоскость; указанная ось волноводного средства и указанная вторичная или третичная ось пересекаются друг с другом и образуют угол от 85 градусов до 125 градусов, предпочтительно 90 градусов; и указанные оси рабочего элемента, средства генерации и волноводного средства находятся в одной плоскости.The ultrasonic system contains: means for generating ultrasonic microoscillations; waveguide means connected to and extending from the generation means so as to be at least partially bent; a working element connected to a stationary bending unit of the waveguide means so that bending microoscillations are transmitted by the waveguide means to the working element in the form of alternating torsional or bending microoscillations; said generating means comprises at least one ultrasonic transducer located coaxially with the predominant direction of the waveguide means, wherein the distal portion of said waveguide means is extended along the direction of the waveguide means defining the axis of the waveguide means; the specified work item attached to the stationary node bending of the waveguide means, extended along the direction that defines the secondary or tertiary axis; said axis of the waveguide means and said secondary or tertiary axis are substantially perpendicular and intersecting and define a single plane; said axis of the waveguide means and said secondary or tertiary axis intersect each other and form an angle of 85 degrees to 125 degrees, preferably 90 degrees; and said axes of the work item, generation means and waveguide means are in the same plane.
В одном из вариантов системы, средство генерации выполнено с возможностью изгибать волноводное средство в единственной плоскости колебаний посредством стационарных ультразвуковых микроколебаний; и/или указанная ось волноводного средства и указанная вторичная или третичная ось являются перпендикулярными друг к другу и пересекающимися в указанном стационарном узле изгиба волноводного средства.In one of the variants of the system, the generating means is configured to bend the waveguide means in a single oscillation plane by means of stationary ultrasonic microoscillations; and/or said axis of the waveguide means and said secondary or tertiary axis are perpendicular to each other and intersect at said stationary bending node of the waveguide means.
Рабочий элемент может быть сформирован за пределами плоскости колебаний, так что изгибные микроколебания передаются в указанный элемент в виде крутильных микроколебаний; и/или указанное волноводное средство по меньшей мере частично изгибается в плоскости колебаний; и указанная ось волноводного средства и указанная вторичная ось по существу являются перпендикулярными и пересекающимися друг с другом и определяют единственную плоскость, перпендикулярную указанной плоскости колебаний.The working element can be formed outside the oscillation plane, so that the bending micro-oscillations are transmitted to the specified element in the form of torsional micro-oscillations; and/or said waveguide means is at least partially bent in the plane of oscillation; and said waveguide means axis and said secondary axis are substantially perpendicular and intersecting with each other and define a single plane perpendicular to said oscillation plane.
Рабочий элемент также может быть сформирован в плоскости, которая по существу параллельна плоскости колебаний или совпадает с плоскостью колебаний, так что изгибные микроколебания передаются в указанный рабочий элемент в виде изгибных микроколебаний; и/или указанное волноводное средство по меньшей мере частично изгибается в плоскости колебаний; и указанная ось волноводного средства и указанная третичная ось по существу являются перпендикулярными и пересекающимися друг с другом и определяют единственную плоскость, совпадающую с указанной плоскостью колебаний.The working element can also be formed in a plane that is essentially parallel to the vibration plane or coincides with the vibration plane, so that the bending micro-vibrations are transmitted to the specified working element in the form of bending micro-vibrations; and/or said waveguide means is at least partially bent in the plane of oscillation; and said waveguide means axis and said tertiary axis are substantially perpendicular and intersecting with each other and define a single plane coinciding with said oscillation plane.
В одном из вариантов системы средство генерации и волноводное средство лежат по существу полностью в плоскости колебаний и выровнены вдоль преобладающего направления волноводного средства; и/или указанное волноводное средство или его волноводный корпус содержит наклонную секцию, которая вытянута вдоль наклонного направления, с предварительно заданным углом наклона относительно преобладающего направления; и/или указанный угол наклона составляет от 5 градусов до 45 градусов, предпочтительно 30 градусов; и/или в указанном волноводном средстве или волноводном корпусе указанная наклонная секция соединена в точке, соответствующей стационарному узлу изгиба волноводного средства или волноводного корпуса.In one embodiment of the system, the generation means and the waveguide means lie substantially entirely in the plane of oscillation and are aligned along the predominant direction of the waveguide means; and/or said waveguide means or its waveguide housing comprises an inclined section that extends along an oblique direction with a predetermined angle of inclination relative to the predominant direction; and/or said angle of inclination is between 5 degrees and 45 degrees, preferably 30 degrees; and/or in said waveguide means or waveguide housing, said inclined section is connected at a point corresponding to a stationary bending point of the waveguide means or waveguide housing.
В одном из вариантов средство генерации выполнено с возможностью генерировать продольные микроколебания, передаваемые вдоль волноводного средства в преобладающем направлении; или средство генерации содержит по меньшей мере два пьезоэлектрических элемента, которые повернуты на 90° друг относительно друга вокруг преобладающего направления/оси, при этом рабочий элемент соединен с волноводом в стационарном узле изгиба, причем ось средства генерации или волновода перпендикулярна оси рабочего элемента.In one embodiment, the generating means is configured to generate longitudinal micro-oscillations transmitted along the waveguide means in the predominant direction; or the generating means comprises at least two piezoelectric elements that are rotated by 90° relative to each other around the predominant direction/axis, while the working element is connected to the waveguide in a stationary bend node, and the axis of the generating means or waveguide is perpendicular to the axis of the working element.
В частном варианте волноводное средство дистально содержит корпус-несущий элемент, соединенный с рабочим элементом, и по меньшей мере одну направляющую петлю, которая разворачивается радиально относительно указанного преобладающего направления, выполненное с возможностью преобразовывать продольные микроколебания в крутильные микроколебания рабочего элемента.In a particular variant, the waveguide means distally comprises a body-bearing element connected to the working element, and at least one guide loop, which unfolds radially relative to the specified predominant direction, made with the ability to convert longitudinal microoscillations into torsional microoscillations of the working element.
Предпочтительно, рабочий элемент жестко соединен с корпусом волноводного средства в стационарном узле изгиба.Preferably, the working element is rigidly connected to the body of the waveguide means in a stationary bending unit.
Рабочий элемент (6) может представлять собой деталь, отделенную от корпуса волноводного средства; и/или рабочий элемент соединен с корпусом волноводного средства с возможностью отсоединения в указанном стационарном узле изгиба волноводного средства.The working element (6) may be a part separated from the body of the waveguide means; and/or the working element is connected to the body of the waveguide means with the possibility of detachment in the specified stationary node bending of the waveguide means.
В вариантах системы рабочий элемент может быть вытянут вдоль вторичного направления, пересекающего или по существу перпендикулярного плоскости колебаний, причем указанное вторичное направление образует ось симметрии указанного рабочего элемента; илиIn embodiments of the system, the operating element may be extended along a secondary direction intersecting or substantially perpendicular to the vibration plane, said secondary direction forming an axis of symmetry of said operating element; or
рабочий элемент проходит по меньшей мере частично в третичном направлении, которое по существу параллельно плоскости колебаний, в частности, лежит в плоскости колебаний, причем указанное третичное направление образует ось симметрии указанного рабочего элемента.the operating element extends at least partially in a tertiary direction which is essentially parallel to the oscillation plane, in particular lies in the oscillation plane, said tertiary direction forming an axis of symmetry of said operating element.
В вариантах системы рабочий элемент соединен с волноводным средством или корпусом указанного средства через по меньшей мере один передающий корпус, интегрированный в рабочий элемент или прикрепленный к рабочему элементу, причем указанный передающий корпус выполнен с возможностью усиления или гашения микроколебаний и/или настроен для усиления или гашения микроколебаний, получаемых от средства генерации.In system variants, the working element is connected to the waveguide means or the housing of the said means through at least one transmitting housing integrated into the working element or attached to the working element, wherein said transmitting housing is configured to amplify or damp micro-oscillations and/or is configured to amplify or dampen microoscillations obtained from the means of generation.
В предпочтительных вариантах, рабочий элемент проходит от волноводного средства, или рабочий элемент и передающий корпус проходят от волноводного средства, на длину, находящуюся в окрестности четверти длины волны λ крутильных или изгибных микроколебаний, создаваемых в рабочем элементе, или ее кратного целого числа (n), причем указанная окрестность меньше или равна λ/10; и/или In preferred embodiments, the working element extends from the waveguide means, or the working element and the transmitting body extend from the waveguide means, for a length in the vicinity of a quarter of the wavelength λ of the torsional or bending microoscillations generated in the working element, or its multiple of an integer (n) , and the indicated neighborhood is less than or equal to λ/10; and/or
рабочий элемент проходит от волноводного средства, или рабочий элемент и передающий корпус проходят от волноводного средства, на длину, находящуюся в окрестности четверти длины волны λ крутильных или изгибных микроколебаний, создаваемых в рабочем элементе, или ее кратного целого числа (n), причем указанная окрестность меньше или равна λ/40.the working element passes from the waveguide means, or the working element and the transmitting body extend from the waveguide means, for a length located in the vicinity of a quarter of the wavelength λ of the torsional or bending microoscillations created in the working element, or its multiple of an integer (n), and the specified neighborhood less than or equal to λ/40.
В частном варианте системы рабочий элемент содержит винтовой шток, который проходит по спирали вдоль вторичного направления, пересекающего плоскость колебаний или по существу перпендикулярного плоскости колебаний, так что дистальный участок рабочего элемента чувствителен к колебаниям при соударениях, с продольной компонентой движения, в дополнение к крутильным колебаниям, возвратно-поступательной вдоль указанного вторичного направления.In a particular variant of the system, the operating element comprises a helical rod which extends in a spiral along a secondary direction intersecting the oscillation plane or substantially perpendicular to the oscillation plane, so that the distal portion of the operating element is sensitive to impact vibrations, with a longitudinal motion component, in addition to torsional vibrations. , reciprocating along the specified secondary direction.
Предпочтительно, средство генерации содержит по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезоэлектрические элементы, расположенные в электрическом контакте по меньшей мере с одной парой контактных электродов, причем каждый пьезоэлектрический элемент содержит пару полуэлементов с взаимно противоположными направлениями поляризации, расположенных бок о бок в плоскости колебаний, так что при подаче переменного электрического напряжения на контактные электроды, попеременно один полуэлемент расширяется, а другой полуэлемент пары сжимается, чтобы генерировать изгибные микроколебания в средстве генерации и в волноводном средстве.Preferably, the generating means comprises at least one ultrasonic transducer, containing piezoelectric elements located in electrical contact with at least one pair of contact electrodes, each piezoelectric element contains a pair of half-elements with mutually opposite polarization directions, located side by side in the oscillation plane, so that when an alternating electrical voltage is applied to the contact electrodes, alternately one half-element expands and the other half-element of the pair contracts to generate bending microoscillations in the generating means and in the waveguide means.
В предпочтительном варианте системы дистальный конец волноводного средства ограничивает одно или более радиальных соединительных гнезд для присоединения рабочего элемента; или волноводное средство ограничивает два радиальных соединительных гнезда, ориентированных таким образом, что третичное направление рабочего элемента в гнезде является наклонным или по существу ортогональным относительно вторичного направления рабочего элемента, установленного в другом гнезде; и/или каждое соединительное гнездо выполнено с возможностью разъемного присоединения независимого рабочего элемента к ультразвуковой системе.In a preferred embodiment of the system, the distal end of the waveguide means defines one or more radial connection sockets for attaching the operating element; or the waveguide means defines two radial connection sockets oriented so that the tertiary direction of the working element in the socket is oblique or substantially orthogonal with respect to the secondary direction of the working element installed in the other socket; and/or each connection socket is configured to releasably attach an independent operating element to the ultrasound system.
В частных вариантах одно или более соединительных гнезд содержат полость гнезда, которая проходит внутрь волноводного корпуса, в которой расположено сопряженное резьбовое соединение.In private embodiments, one or more connection sockets contain a socket cavity that extends into the waveguide body, in which the mating threaded connection is located.
Рабочий элемент содержит буровую головку, резак для удаления материала, (полу)сферический элемент, расширитель или режущий элемент.The working element comprises a drill head, a material removal cutter, a (semi)spherical element, an expander or a cutting element.
Предпочтительно, средство управления средством генерации выполнено с возможностью управления частотой ультразвуковых микроколебаний указанного средства, устанавливая такие значения, чтобы микроколебания рабочего элемента находились в диапазоне частот от 20 до 60 кГц, например, от 20 до 36 кГц, чтобы выборочно удалять по меньшей мере часть минерализованных структур, например, зубов или костей, сохраняя целостность тканей, имеющих более низкую плотность, например, мягких тканей.Preferably, the generating means control means is configured to control the frequency of ultrasonic micro-oscillations of said means, setting such values that the micro-vibrations of the working element are in the frequency range from 20 to 60 kHz, for example, from 20 to 36 kHz, in order to selectively remove at least part of the mineralized structures, such as teeth or bones, while preserving the integrity of lower density tissues, such as soft tissues.
Вторым объектом изобретения является устройство для челюстно-лицевой, и/или стоматологической, и/или костной хирургии, содержащее вышеуказанную ультразвуковую систему, являющуюся первым объектом изобретения. The second object of the invention is a device for maxillofacial and/or dental and/or bone surgery, containing the above ultrasound system, which is the first object of the invention.
Некоторые из основных преимуществ этого изобретения следующие:Some of the main advantages of this invention are as follows:
i) достижение высоких вибраций рабочих частей вставок, необходимых для проведения операций в ограниченных пространствах доступа;i) achievement of high vibrations of the working parts of the inserts necessary for operations in limited access spaces;
ii) уменьшенные размеры (небольшие вставки);ii) reduced dimensions (small inserts);
iii) большая универсальность конструкции вставок;iii) greater versatility in insert design;
iv) модальные параметры и электромеханическая эффективность преобразователя практически не изменились, несмотря на соединение с различными вставками;iv) the modal parameters and the electromechanical efficiency of the transducer remained practically unchanged despite being connected to different inserts;
v) возможность проведения подготовки ложа имплантата с использованием одного преобразователя в сочетании с набором вставок с определенными геометрическими и колебательными характеристиками.v) the possibility of carrying out the preparation of the implant bed using a single transducer in combination with a set of inserts with certain geometric and vibrational characteristics.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает универсальное решение, применимое как в челюстно-лицевой хирургии, так и в других секторах медицины и промышленности.Thus, the present invention provides a universal solution applicable both in maxillofacial surgery and in other sectors of medicine and industry.
Настоящее изобретение подпадает под вышеупомянутый контекст, предлагая ультразвуковую систему, которая работает в соответствии с динамикой, отличной от обычного вращения в одном направлении, и которая благодаря описанному инновационному переменному движению позволяет получать результаты, выгодные в отношении уменьшенного перегрева, выгодные с точки зрения лучшего удаления осколков с места использования, выгодные с точки зрения уменьшенных габаритных размеров.The present invention falls within the aforementioned context by providing an ultrasonic system which operates according to a dynamic other than conventional rotation in one direction and which, thanks to the innovative variable motion described, achieves results advantageous in terms of reduced superheat, advantageous in terms of better fragment removal. from the place of use, advantageous in terms of reduced overall dimensions.
Эту цель достигают с помощью ультразвуковой системы по п.1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают предпочтительные или выгодные варианты осуществления изобретения.This goal is achieved using an ultrasonic system according to
Описание чертежейDescription of drawings
Теперь будет подробно описан объект настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The object of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which:
- на фиг. 1A, 1B приведены виды в перспективе ультразвуковой системы в соответствии с настоящим изобретением в соответствии с первым возможным вариантом, в нерабочей конфигурации и в рабочей (или резонансной) конфигурации, соответственно, причем последняя рассчитана с помощью анализа методом конечных элементов;- in Fig. 1A, 1B are perspective views of an ultrasonic system in accordance with the present invention in accordance with the first embodiment, in an inoperative configuration and in an operational (or resonant) configuration, respectively, the latter calculated using finite element analysis;
- на фиг. 2A, 2B, 2C приведены увеличенные виды дистальной области, то есть рабочего элемента ультразвуковой системы, показанной соответственно на фиг. 1A, 1B, тогда как на фиг. 2B, 2C показано два последовательных рабочих момента в цикле резонансных колебаний, эти моменты, в частности, сдвинуты по фазе примерно на 180°;- in Fig. 2A, 2B, 2C are enlarged views of the distal region, ie the operating element of the ultrasound system shown in FIGS. 1A, 1B, while in FIG. 2B, 2C show two consecutive operating moments in a resonant oscillation cycle, these moments, in particular, are out of phase by about 180°;
- на фиг. 3 показан вид в перспективе в нерабочей конфигурации ультразвуковой системы в соответствии с настоящим изобретением в соответствии со вторым возможным вариантом;- in Fig. 3 is a perspective view in non-operational configuration of the ultrasound system according to the present invention according to the second possible embodiment;
- на фиг. 4, 6 показаны два продольных вида в разрезе ультразвуковой системы в соответствии с другим вариантом в два последовательных рабочих момента в цикле резонансных колебаний, причем эти моменты, в частности, сдвинуты по фазе примерно на 180°;- in Fig. 4, 6 show two longitudinal sectional views of an ultrasonic system according to another embodiment at two successive operating moments in a resonant oscillation cycle, these moments in particular being out of phase by about 180°;
- на фиг. 5, 7 показаны две схемы модальных форм, относящихся к волноводному средству и к рабочему элементу в момент, показанный на фиг. 4 и на фиг. 6, соответственно, при наличии рабочего элемента;- in Fig. 5, 7 show two diagrams of modal shapes related to the waveguide means and to the operating element at the time shown in FIG. 4 and in FIG. 6, respectively, in the presence of a work item;
- на фиг. 8 в увеличенном масштабе показан возможный вариант генераторного средства в области пьезоэлементов, в которых генерируют колебания;- in Fig. 8 shows on an enlarged scale a possible variant of the generator means in the region of the piezoelectric elements in which oscillations are generated;
- на фиг. 9, 10 показаны виды в перспективе ультразвуковых систем, являющихся предметом настоящего изобретения, в соответствии с другими возможными вариантами;- in Fig. 9, 10 show perspective views of the ultrasonic systems of the present invention, in accordance with other possible options;
- на фиг. 11 показан вид в продольном разрезе возможной конфигурации рабочего элемента;- in Fig. 11 shows a longitudinal sectional view of a possible configuration of the operating element;
- на фиг. 12, 13 представлены два вида в перспективе, с разнесенными деталями, возможных конфигураций дистальной части волноводного средства, соответственно выполненных с возможностью присоединения одного рабочего элемента или для присоединения рабочего элемента в двух различных положениях;- in Fig. 12, 13 are two exploded perspective views of possible configurations of the distal portion of the waveguide means, respectively configured to attach a single operating element or to attach an operating element in two different positions;
- на фиг. 14, 16 показаны два продольных вида в разрезе ультразвуковой системы в соответствии с вариантом, показанным на фиг. 9, в два последовательных рабочих момента в цикле резонансных колебаний, причем эти моменты, в частности, сдвинуты по фазе примерно на 180°;- in Fig. 14, 16 show two longitudinal sectional views of the ultrasound system according to the embodiment shown in FIG. 9, at two successive operating moments in the resonant oscillation cycle, these moments being in particular out of phase by about 180°;
- на фиг. 15, 17 показаны две схемы модальных форм, относящихся к волноводному средству и к рабочему элементу в момент, показанный на фиг. 14 и на фиг. 16, соответственно;- in Fig. 15, 17 show two diagrams of modal shapes related to the waveguide means and the operating element at the time shown in FIG. 14 and in FIG. 16, respectively;
- на фиг. 18, 20 показаны два продольных вида в разрезе ультразвуковой системы в соответствии с вариантом, показанным на фиг. 10, в два последовательных рабочих момента в цикле резонансных колебаний, причем эти моменты, в частности, сдвинуты по фазе примерно на 180°;- in Fig. 18, 20 are two longitudinal sectional views of the ultrasound system according to the embodiment shown in FIG. 10, at two successive operating moments in the resonant oscillation cycle, these moments being in particular out of phase by about 180°;
- на фиг. 19, 21 показаны две схемы модальных форм, относящихся к волноводному средству и к рабочему элементу в момент, показанный на фиг. 18 и на фиг. 20, соответственно;- in Fig. 19, 21 show two diagrams of modal shapes related to the waveguide means and the operating element at the time shown in FIG. 18 and in FIG. 20, respectively;
- на фиг. 22, 23, 24 показан вид в перспективе ультразвуковой системы, являющейся предметом настоящего изобретения, в соответствии с другим возможным вариантом, и два увеличенных вида дистальной области, то есть на рабочем элементе ультразвуковой системы, показанной на фиг. 22, тогда как на фиг. 23, 24 показаны два последовательных рабочих момента в резонансном колебательном цикле, причем эти моменты, в частности, сдвинуты по фазе примерно на 180° вдоль взаимно различных осей;- in Fig. 22, 23, 24 show a perspective view of the ultrasound system of the present invention according to another possible embodiment, and two enlarged views of the distal region, i.e. the working element of the ultrasound system shown in FIG. 22, while in FIG. 23, 24 show two successive operating moments in a resonant oscillatory cycle, these moments, in particular, being phase-shifted by about 180° along mutually different axes;
- на фиг. 25 приведен вид в перспективе ультразвуковой системы в соответствии с настоящим изобретением в соответствии с первым возможным вариантом, в котором выделены плоскости P колебаний направляющего корпуса и плоскость S элемента, в которой колеблется рабочий элемент, где выделена колебательная деформация изгибного ультразвукового преобразователя и волноводных средств, а также крутильная деформация, индуцированная в рабочем элементе, в момент максимальных колебаний;- in Fig. 25 is a perspective view of the ultrasonic system according to the present invention according to the first possible embodiment, in which vibration planes P of the guide body and element plane S in which the operating element oscillates are highlighted, where vibrational deformation of the flexural ultrasonic transducer and waveguide means is highlighted, and also the torsional deformation induced in the working element at the moment of maximum vibrations;
- на фиг. 26 приведен вид в перспективе детали решения, представленного на фиг. 25, на котором выделена деформация ультразвуковой системы в момент работы в колебательном резонансном цикле;- in Fig. 26 is a perspective view of a detail of the solution shown in FIG. 25, which highlights the deformation of the ultrasonic system at the time of operation in an oscillatory resonant cycle;
- на фиг. 27 представлен вид в перспективе ультразвуковой системы, являющейся предметом настоящего изобретения, в соответствии с дополнительным вариантом, в котором рабочий элемент находится в плоскости P колебаний изгибного ультразвукового преобразователя, и в котором колебательная деформация изгибного ультразвукового преобразователя и волноводного средства и деформация изгиба, вызванная в рабочем элементе, выделены в момент максимальных колебаний;- in Fig. 27 is a perspective view of the ultrasonic system of the present invention, according to a further embodiment, in which the operating member is in the vibrational plane P of the flexural ultrasonic transducer, and in which the vibrational deformation of the flexural ultrasonic transducer and the waveguide means and the bending deformation caused in the working element, highlighted at the time of maximum fluctuations;
- на фиг. 28 приведен вид в перспективе детали решения, представленного на фиг. 27, на котором выделена деформация ультразвуковой системы в момент работы в колебательном резонансном цикле.- in Fig. 28 is a perspective view of a detail of the solution shown in FIG. 27, which highlights the deformation of the ultrasonic system at the time of operation in an oscillatory resonant cycle.
Описание некоторых предпочтительных вариантов Description of some preferred options
На вышеуказанных чертежах ссылочная позиция 1 обозначает ультразвуковую систему 1 в целом, содержащую средство 2 генерации ультразвуковых микроколебаний, волноводное средство 4, соединенное со средством 2 генерации, и по меньшей мере один рабочий элемент 6.In the above drawings, the
Термин "волновод" означает корпус или часть корпуса, который, благодаря своей геометрии и расположению, то есть также его соединению с упомянутым средством 2 генерации, концентрирует и/или усиливает колебания изгиба средства 2 генерации. Такой компонент или часть ультразвуковой системы 1 также называют "концентратором", потому что он концентрирует (и предпочтительно, но не обязательно усиливает) изгибные колебания средства 2 генерации, например, за счет меньшего поперечного сечения по крайней мере в одной своей дистальной части. Этот компонент или часть ультразвуковой системы 1 также называют ультразвуковым рупором.The term "waveguide" means a body or a part of the body which, due to its geometry and arrangement, ie also its connection to said generation means 2, concentrates and/or amplifies the bending vibrations of the generation means 2. Such a component or part of the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения упомянутый волновод 4 находится на одной оси или коаксиален с упомянутым средством 2 генерации.According to an embodiment of the invention, said
В соответствии с вариантом осуществления изобретения упомянутое средство 2 генерации содержит несколько пьезоэлектрических элементов 18, отделенных друг от друга массивным корпусом 42 и связанных проксимально с массивным корпусом 40 или тюнером, а дистально – с дополнительным массивным корпусом 44. Эти массивные корпуса 40, 42 и 44 за счет их предварительно заданной массы позволяют откалибровать рабочую частоту или частоты средства 2 генерации.In accordance with an embodiment of the invention, said generating means 2 comprises several
Например, эта ультразвуковая система 1 представляет собой хирургический инструмент, например костную дрель или стоматологический инструмент. В соответствии с другими вариантами настоящая система 1 представляет собой промышленный инструмент или может использоваться в области строительства, например, как фреза, сверло или режущий инструмент.For example, this
В соответствии с различными вариантами рабочий элемент 6 содержит буровую головку 34, резак 36 для удаления материала, (полусферический) элемент, расширитель или режущий элемент (варианты не показаны).In various embodiments, the working
В соответствии с вариантом (например, см. вариант на фиг. 10) средство 2 генерации содержит по меньшей мере один продольный ультразвуковой преобразователь 74 (как определено ниже), в частности типа Langevin®.According to a variant (for example, see the variant in Fig. 10), the generation means 2 comprises at least one longitudinal ultrasonic transducer 74 (as defined below), in particular of the Langevin® type.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения средство 2 генерации содержит по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь 16, 74, содержащий один или несколько пьезоэлектрических элементов 18, находящихся в электрическом контакте по меньшей мере с одной парой контактных электродов 20, 22.In accordance with an embodiment of the invention, the generating means 2 comprises at least one
В соответствии с вариантом осуществления изобретения ультразвуковой преобразователь 16, например, также типа Langevin, является изгибным.According to an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения ультразвуковой преобразователь 16, 74 содержит несколько пьезоэлектрических элементов 18, размещенных рядом друг с другом, например, вдоль направления Z' сборки.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения ультразвуковой преобразователь 16, 74 расположен или установлен коаксиально по отношению к преобладающему направлению Z волноводного средства 4.According to an embodiment of the invention, the
Следует отметить, что в этом описании выражения "осевой", "радиальный", "поперечный", "продольный" всегда относятся к преобладающему направлению Z, если не указано иное.It should be noted that in this description, the expressions "axial", "radial", "transverse", "longitudinal" always refer to the predominant Z direction, unless otherwise indicated.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения вышеупомянутое направление Z' сборки по существу параллельно или совпадает с преобладающим направлением Z.According to an embodiment of the invention, the aforementioned assembly direction Z' is substantially parallel or coincident with the predominant Z direction.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент 18 расположен в пучности 58 изгибного микроколебания, в частности в ультразвуковом преобразователе 16 изгибного типа.In accordance with one embodiment of the invention, at least one
В соответствии с вариантом осуществления изобретения ультразвуковой преобразователь 16 содержит по меньшей мере одну пару массивных корпусов 40, 42, 44, которые в осевом направлении окружают по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент 18.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения один или несколько массивных корпусов 40, 42, 44 (например, все) изготовлены из металлического материала.In accordance with an embodiment of the invention, one or more
В соответствии с вариантом осуществления изобретения пьезоэлектрический элемент 18, контактные электроды 20, 22 и необязательные массивные корпуса 40, 42, 44 имеют независимо кольцевую или трубчатую форму и установлены коаксиально друг другу относительно направления Z' сборки.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения пьезоэлектрический элемент 18, контактные электроды 20, 22 и необязательные массивные корпуса 40, 42, 44 могут иметь поперечное сечение – относительно преобладающего направления Z или относительно оси сборки Z' – круглой или многоугольной формы (например, квадратной или прямоугольной).In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения пьезоэлектрический элемент 18, контактные электроды 20, 22 и необязательные массивные корпуса 40, 42, 44 установлены на соединительном стержне 46 (или внутреннем стержне), который проходит через них в осевом направлении (в частности: относительно направления Z' сборки).In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения массивные корпуса 40, 42, 44 ультразвукового преобразователя 16 обеспечивают элементы осевого сжатия пьезоэлектрического элемента 18 и контактных электродов 20, 22 или нескольких пьезоэлектрических элементов 18 и контактных электродов 20, 22.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения массивные корпуса 40, 44 ультразвукового преобразователя 16, 74, расположенные на концах в осевом направлении, могут содержать первую резьбу 48, 50, выполненную с возможностью соединения со второй резьбой 52, 54, ограниченной соединительным стержнем 46, например одна из которых находится на конце, а другая – в промежуточном или центральном положении.In accordance with an embodiment of the invention, the
- В соответствии с вариантом осуществления изобретения один или несколько пьезоэлектрических элементов 18 ультразвукового преобразователя 16, каждый, содержит пару полуэлементов 24, 26 (или частей 24, 26 элемента) с взаимно противоположными направлениями поляризации и бок о бок в плоскости P колебаний. Таким образом, при подаче переменного электрического напряжения к контактным электродам 20, 22, полуэлемент (24 или 26) попеременно расширяется, в то время как другой полуэлемент (26 или 24) пары сжимается, создавая изгибные микроколебания в средстве 2 генерации и в волноводном средстве 4.- In accordance with an embodiment of the invention, one or more
Это явление сжатия/расширения хорошо видно, например, в вариантах на фиг. 4, 6 или 8.This contraction/expansion phenomenon is clearly seen, for example, in the embodiments of FIG. 4, 6 or 8.
Взяв в качестве примера момент на фиг. 4, можно отметить, что в первой паре левых полуэлементов – в соответствии с ориентацией этой фигуры – верхний полуэлемент 24 (который находится в расширенном состоянии) имеет осевую толщину немного больше, чем у другого полуэлемента 26 пары, расположенного ниже, который находится в сжатом состоянии и поэтому имеет меньшую толщину, чем противоположный элемент. Тем не менее, в то же время другая пара полуэлементов 24', 26', расположенных справа, имеет противоположное состояние из-за электрического напряжения, подаваемого на другую пару.Taking as an example the moment in Fig. 4, it can be noted that in the first pair of left half-elements - in accordance with the orientation of this figure - the upper half-element 24 (which is in the expanded state) has an axial thickness slightly greater than that of the other half-
Более конкретно, пары полуэлементов имеют такое положение и способ колебаний при изгибе, которые преимущественно позволяют ультразвуковой системе 1 резонировать.More specifically, the pairs of half-elements have such a position and mode of oscillation in bending, which advantageously allow the
Что касается момента до или после показанного на фиг. 4, на фиг. 6 показана противоположная конфигурация, в которой расширенное или сжатое состояния обсуждаемых полуэлементов поменялись местами, создавая периодические колебания волноводного средства 4.With respect to the moment before or after that shown in FIG. 4 in FIG. 6 shows the opposite configuration, in which the expanded or contracted states of the discussed half-elements are reversed, creating periodic oscillations of the waveguide means 4.
В соответствии с вариантом осуществления настоящая система содержит средство 90 управления электрическим напряжением, подаваемым на средство 2 генерации.According to an embodiment, the present system comprises means 90 for controlling the electrical voltage supplied to generating
В соответствии с вариантом осуществления средство 90 управления выполнено так, что электрическое напряжение, подаваемое на пару пьезоэлектрических элементов (например, пару соседних элементов), имеет один и то же модуль и одну и ту же фазу.According to an embodiment, the control means 90 is configured such that the electrical voltage applied to a pair of piezoelectric elements (eg, a pair of adjacent elements) has the same modulus and the same phase.
В соответствии с вариантом осуществления ультразвуковой преобразователь 16, 74 содержит по меньшей мере одну пару пьезоэлектрических элементов 18, размещенных рядом друг с другом вдоль оси, например, вдоль направления Z' сборки.In accordance with an embodiment, the
В соответствии с вариантом осуществления в этой паре пьезоэлектрических элементов 18 (например, содержащихся в ультразвуковом преобразователе 16) полуэлемент 24, 26 с определенным направлением поляризации расположен бок о бок в радиальном направлении и в осевом направлении с полуэлементами, обладающими противоположным направлением поляризации.In accordance with an embodiment, in this pair of piezoelectric elements 18 (for example, contained in the ultrasonic transducer 16), half-
Более конкретно, в паре соседних пьезоэлектрических элементов направления поляризации между соседними в радиальном направлении полуэлементами (в частности, расположенными симметрично относительно направления Z' сборки) являются противоположными, и направления поляризации между соседними полуэлементами в направлении Z' сборки также являются противоположными (более конкретно, расположенными на одной стороне вдоль такого направления Z' сборки).More specifically, in a pair of adjacent piezoelectric elements, the polarization directions between radially adjacent half-elements (in particular, located symmetrically with respect to the Z' direction of the assembly) are opposite, and the polarization directions between adjacent half-elements in the Z' direction of the assembly are also opposite (more specifically, located on one side along such assembly direction Z').
В соответствии с вариантом осуществления полуэлементы 24, 26 разделены промежуточными пространством 56, которое проходит в по существу перпендикулярной плоскости относительно плоскости P колебаний.According to an embodiment, the half-
В соответствии с вариантом осуществления полуэлементы 24, 26 выполнены в виде круглого или (полу-) кольцевого сектора, например, в виде полумесяца.In accordance with an embodiment, the half-
В соответствии с другим вариантом осуществления пьезоэлектрический элемент 18 (например, ультразвукового преобразователя 16) или несколько таких элементов выполнены в виде кольца, содержащего два участка элемента, имеющих взаимно противоположные направления поляризации (в частности, расположенные симметрично относительно направления Z' сборки) и промежуточный участок без поляризации.In accordance with another embodiment, the piezoelectric element 18 (for example, the ultrasonic transducer 16) or several such elements are made in the form of a ring containing two sections of the element having mutually opposite directions of polarization (in particular, located symmetrically with respect to the Z' direction of the assembly) and an intermediate section without polarization.
Что касается признаков продольного ультразвукового преобразователя 74, такой преобразователь не выполнен с возможностью вибрировать в одной плоскости, как в только что обсуждавшемся варианте. Наоборот, такой преобразователь 74 выполнен с возможностью генерировать продольные микроколебания (т.е. вдоль направления Z' сборки и/или вдоль преобладающего направления Z; например, см. направление стрелок на фиг. 19 или 21, на которых имеется основной продольный компонент в преобладающем направлении Z) и чередовать, так что их передают на волноводное средство 4.With respect to the features of the longitudinal
В соответствии с вариантом осуществления пьезоэлектрические элементы 18 (например, ультразвукового преобразователя 74 продольного типа) выполнены в виде кольца или трубки.In accordance with an embodiment, the piezoelectric elements 18 (for example, the
В соответствии с вариантом осуществления ультразвуковой преобразователь 74 содержит по меньшей мере одну пару пьезоэлектрических элементов 18 с взаимно противоположными направлениями поляризации и параллельных направлению Z' сборки.In accordance with an embodiment, the
Волноводное средство 4 соединено со средством 2 генерации и проходит от него так, чтобы по меньшей мере частично изгибаться (и преимущественно резонировать).The waveguide means 4 is connected to and extends from the generation means 2 so as to at least partially bend (and predominantly resonate).
Следует отметить, что выражение "по меньшей мере частично" означает такое изгибание, которое относится по существу ко всему волноводному средству 4 (как, например, схематично показано на фиг. 4-7 или 14-17), или изгибание, касающееся только части такого средства (см., например, ссылочную позицию 28 на фиг. 19 или 21).It should be noted that the expression "at least partially" means a bending that relates essentially to the entire waveguide means 4 (as, for example, schematically shown in Fig. 4-7 or 14-17), or a bending that concerns only a part of such means (see, for example,
В соответствии с вариантом осуществления средство 2 генерации выполнено с возможностью изгибать волноводное средство 4 в одной плоскости P колебаний посредством стационарных ультразвуковых микроколебаний.According to an embodiment, the generation means 2 is configured to bend the waveguide means 4 in one vibration plane P by means of stationary ultrasonic micro-vibrations.
Другими словами, в соответствии с этим вариантом осуществления волноводное средство 4 может изгибаться под действием микроколебаний, генерируемых средством 2 генерации (и преимущественно резонировать под действием этих микроколебаний), так что колебания волноводного средства 4 являются стационарными по меньшей мере с одним стационарным узлом 8 изгиба.In other words, according to this embodiment, the waveguide means 4 can bend under the action of micro-oscillations generated by the generation means 2 (and predominantly resonate under the action of these micro-oscillations), so that the vibrations of the waveguide means 4 are stationary with at least one
Следует отметить, что в данном описании выражение "стационарный узел" означает, по меньшей мере, один ортогональный сегмент (относительно преобладающего направления Z) волноводного средства 4, характеризующийся отсутствием микроколебаний или микровибрации.It should be noted that in this description, the expression "stationary node" means at least one orthogonal segment (with respect to the predominant Z direction) of the waveguide means 4, characterized by the absence of microoscillations or microvibrations.
В частности, изгибная вибрация, описанная выше, имеет место на частоте, соответствующей изгибной частоте средства генерации, например, на частоте изгибного резонанса, причем такую частоту можно, например, установить с помощью средства 90 управления (например, электронного) средства 2 генерации.In particular, the bending vibration described above occurs at a frequency corresponding to the bending frequency of the generating means, for example, at a bending resonance frequency, and such a frequency can, for example, be set using the control means 90 (for example, electronic) of the generating means 2.
Рабочий элемент 6 соединен со стационарным узлом 8 изгиба, так что изгибные микроколебания передаются волноводным средством 4 на рабочий элемент 6 в виде попеременных крутильных или изгибных микроколебаний.The working
Другими словами, изгибы, вызванные средством 2 генерации, передают на рабочий элемент 6, так что последний колеблется попеременно/возвратно-поступательно, крутильным или изгибным образом.In other words, the bends caused by the generation means 2 are transmitted to the working
В соответствии с вариантом осуществления, см., например, фиг. 2A, фиг. 3 или фиг. 10, рабочий элемент 6 проходит за пределами плоскости P колебаний, так что изгибные микроколебаний передаются в виде чередующихся крутильных микроколебаний элемента 6.According to an embodiment, see, for example, FIG. 2A, FIG. 3 or fig. 10, the working
В соответствии с вариантом осуществления, см., например, фиг. 9, рабочий элемент 6 проходит в по существу параллельной, как вариант, совпадающей плоскости относительно плоскости P колебаний, так что изгибные микроколебаний передаются в виде чередующихся изгибных микроколебаний элемента 6.According to an embodiment, see, for example, FIG. 9, the working
В соответствии с вариантом осуществления средство 2 генерации выполнено с возможностью генерировать продольные микроколебания, передаваемые вдоль волноводного средства 4 в преобладающем направлении Z.According to an embodiment, the generation means 2 is configured to generate longitudinal micro-oscillations transmitted along the waveguide means 4 in the predominant Z direction.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения волноводное средство 4 дистально содержит корпус-несущий элемент 72, соединенный с рабочим элементом 6 (например с его основанием 62), и по меньшей мере, одну направляющую петлю 28, которая проходит радиально относительно упомянутого преобладающего направления Z. Таким образом, корпус-несущий элемент 72 и направляющая петля 28 выполнены с возможностью преобразования продольных микроколебаний в крутильные микроколебания рабочего элемента 6.In accordance with an embodiment of the invention, the waveguide means 4 distally comprises a body-bearing
Другими словами, направляющая петля 28 приводит к преобразованию продольных микроколебаний средства 2 генерации в изгибные микроколебания, которые соответствующим образом преобразуются в чередующиеся крутильные микроколебания корпуса-несущего элемента 72.In other words, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения корпус-несущий элемент 72 определяет стационарный узел 8 изгиба.In accordance with an embodiment of the invention, the body-bearing
В соответствии с вариантом осуществления изобретения направляющая петля 28 соединена (например, жестко) на первом конце 76 с направляющим корпусом 10, в дальнейшем также называемым волноводным корпусом 10, волноводного средства 4, а на противоположном втором конце 78 – с корпусом-несущим элементом 72.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения направляющий корпус 10 содержит проксимальную часть 82 и дистальную часть 84, соединенные друг с другом с возможностью отсоединения.According to an embodiment of the invention, the
Следует отметить, что в настоящем описании термин "дистальный" означает компоненты, расположенные на рабочем элементе 6 или обращенные к нему; с другой стороны, термин "проксимальный" означает компоненты, расположенные на противоположной стороне по отношению к элементу 6, в частности в направлении к массивному корпусу 40, расположенному на осевом конце преобразователя 16, 74.It should be noted that in the present description, the term "distal" means components located on the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения разъемное соединение между проксимальной частью 82 и дистальной частью 84 реализовано с помощью байонетного соединения или, например, как схематично показано на фиг. 18 или 20, с помощью резьбового соединения 86.In accordance with an embodiment of the invention, the releasable connection between the
В соответствии с вариантом осуществления проксимальная часть 82 и дистальная часть 84 геометрически связаны, например, с помощью муфты "папа-мама".According to an embodiment, the
В соответствии с вариантом осуществления дистальная часть 84 ограничивает охватывающую часть, в которую по меньшей мере частично вставлена проксимальная охватываемая часть 82.According to an embodiment, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения дистальная часть 84, направляющая петля 28 и, как вариант, корпус-несущий элемент 72 выполнены в виде единой детали.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения (не показан) стационарный узел изгиба находится в преобладающем направлении Z (в частности, когда средство 2 генерации находится в нерабочем состоянии).According to an embodiment of the invention (not shown), the stationary bending assembly is in the predominant Z direction (particularly when the generation means 2 is in a non-operating state).
В соответствии с вариантом осуществления изобретения стационарный узел 8 изгиба смещен в радиальном направлении по отношению к преобладающему направлению Z (в частности, когда средство 2 генерации находится в нерабочем состоянии).According to an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения средство 2 генерации и волноводное средство 4 по существу полностью размещены в плоскости P колебаний.In accordance with an embodiment of the invention, the generation means 2 and the waveguide means 4 are essentially completely placed in the oscillation plane P.
В соответствии с вариантом осуществления средство 2 генерации и волноводное средство 4 выровнены вдоль преобладающего направления Z прохождения волноводного средства 4.According to an embodiment, the generating means 2 and the waveguide means 4 are aligned along the predominant Z direction of passage of the waveguide means 4.
В соответствии с вариантом осуществления направляющее корпус 10 представляет собой продолжение (в частности, осевое продолжение) соединительного стержня 46.According to an embodiment, the
В соответствии с вариантом осуществления волноводное средство 4 способно по меньшей мере частично изгибаться или резонировать вместе со средством 2 генерации.According to an embodiment, the waveguide means 4 is capable of at least partially bending or resonating together with the generation means 2.
Рабочий элемент 6 соединен со стационарным узлом 8 изгиба, так что изгибные микроколебания передаются волноводным средством 4 на рабочий элемент 6 в виде переменных крутильных или изгибных микроколебаний.The working
В частности, передача изгибных микроколебаний от волноводного средства 4 к рабочему элементу 6 происходит посредством динамического крутящего момента, параллельного плоскости P колебаний (как вариант, принимаемого в этой плоскости P) и с точкой опоры в стационарном узле изгиба, воздействуя на основание 62 рабочего элемента 6, чтобы создавать крутильные или изгибные микроколебания.In particular, the transmission of bending micro-oscillations from the waveguide means 4 to the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения такая передача происходит без влияния микроколебаний рабочего элемента 6 на микроколебания средства 2 генерации и/или волноводного средства 4, и наоборот, путем изменения формы или амплитуды.In accordance with an embodiment of the invention, such transmission takes place without the influence of the microoscillations of the working
Отсюда следует, что изгибные микроколебания волноводного средства 4 могут быть трансформированы в чередующиеся крутильные микроколебания или в чередующиеся изгибные микроколебания. Например, различное крутильное/изгибное преобразование может зависеть от различных посадочных мест 30, 32, 80 соединения, определяемых волноводным средством 4, сцепленным с рабочим элементом 6.It follows that the bending micro-oscillations of the waveguide means 4 can be transformed into alternating torsional micro-oscillations or into alternating bending micro-oscillations. For example, a different torsional/flexural transformation may depend on
В соответствии с вариантом осуществления изобретения волноводное средство 4 содержит по меньшей мере один направляющий корпус 10, например, по существу, трубчатой или цилиндрической формы.According to an embodiment of the invention, the waveguide means 4 comprises at least one guiding
В соответствии с вариантом осуществления изобретения направляющий корпус 10 имеет по существу постоянное поперечное сечение по всей своей длине.According to an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения направляющий корпус 10 имеет по меньшей мере одно сужающееся поперечное сечение в дистальном направлении. Например, дистальная часть 84 может быть сужена дистально.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения направляющий корпус 10 имеет переменное поперечное сечение, например, увеличивающееся или уменьшающееся от средства 2 генерации, например, для усиления или гашения микроколебаний, проходящих через корпус 10, в зависимости от потребностей.According to another embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения направляющий корпус 10 имеет по существу круглое поперечное сечение.According to an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 жестко соединен с корпусом 10, 72 волноводного средства 4 в стационарном узле 8 изгиба.In accordance with an embodiment of the invention, the working
Следует отметить, что в настоящем описании выражение "корпус 10, 72" означает "направляющий корпус 10" или "корпус-несущий элемент 72" в соответствии с вариантами осуществления изобретения, которые требуют использования одного или другого из упомянутых корпусов.It should be noted that in the present description, the expression "
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 соединен с возможностью отсоединения с корпусом 10, 72 волноводного средства 4.In accordance with an embodiment of the invention, the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения разъемное соединение между рабочим элементом 6 и направляющим корпусом 10 осуществляют с использованием сопряженной соединительной резьбы 12, расположенной на элементе 6 и на корпусе 10.In accordance with an embodiment of the invention, the detachable connection between the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения разъемное соединение между рабочим элементом 6 и направляющим корпусом 10 может содержать вышеупомянутое разъемное соединение между проксимальной частью 82 и дистальной частью 84.In accordance with an embodiment of the invention, the releasable connection between the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения разъемное соединение между рабочим элементом 6 и направляющим корпусом 10 осуществляют с помощью фиксирующего элемента 60, например, штифта, соединенного с направляющим корпусом 10 (возможно, посредством сопряженной соединительной резьбы 68, 70).In accordance with an embodiment of the invention, the releasable connection between the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения направляющий корпус 10 может ограничивать по меньшей мере одно гнездо 66 для элемента, чтобы по меньшей мере частично вмещать (например, полностью) фиксирующий элемент 60.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения фиксирующий элемент 60 или штифт действует, прижимаясь к опорной поверхности 64, ограниченной рабочим элементом 6, в частности, ограниченной его основанием 62.In accordance with an embodiment of the invention, the fixing
В соответствии с вариантом осуществления изобретения опорная поверхность 64 является по существу плоской или вогнутой.In accordance with an embodiment of the invention, the bearing
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 проходит вдоль вторичного направления Y, наклонного или по существу перпендикулярного относительно плоскости P колебаний.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения вторичное направление Y представляет собой ось симметрии рабочего элемента 6.In accordance with an embodiment of the invention, the secondary direction Y is the axis of symmetry of the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения вторичное направление Y пересекает плоскость P колебаний в неподвижном узле 8 изгиба.According to an embodiment of the invention, the secondary direction Y intersects the oscillation plane P at the fixed
В соответствии с вариантом осуществления изобретения вторичное направление Y лежит в плоскости S элемента, ортогональной плоскости P колебаний.According to an embodiment of the invention, the secondary direction Y lies in the plane S of the element orthogonal to the vibration plane P.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 проходит по меньшей мере частично в третичном направлении X, по существу, параллельно, как вариант - в плоскости P колебаний.According to an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения третичное направление X представляет собой ось симметрии рабочего элемента 6.According to an embodiment of the invention, the tertiary direction X represents the axis of symmetry of the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 соединен с волноводным средством 4 или с корпусом 10, 72 упомянутого средства 4 по меньшей мере через один передающий корпус 14, например, интегрированный в рабочий элемент 6 или прикрепленный к нему.According to an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения передающий корпус 14 может быть выполнен как одно целое с рабочим элементом 6.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления передающий корпус 14 может быть установлен на рабочий элемент 6, например, с возможностью отсоединения.According to an embodiment, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения передающий корпус 14 спроектирован так, чтобы просто передавать микроколебания от средства 2 генерации к рабочему элементу 6, не изменяя при этом каким-либо образом частоты таких микроколебаний.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения передающий корпус 14 сконфигурирован и/или настроен так, чтобы усиливать или, наоборот, гасить микроколебания, принимаемые от средства 2 генерации.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 проходит, или рабочий элемент 6 и передающий корпус 14 проходят от волноводного средства 4 на длину L (см., например, фиг. 11), содержащуюся в окрестности I четверти, или кратного целого числа n от λ крутильных или изгибных микроколебаний, создаваемых в рабочем элементе 6 (упомянутая окрестность I меньше или равна n*λ/10, предпочтительно λ/10 и даже более предпочтительно λ/40).In accordance with an embodiment of the invention, the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения длину L измеряют вдоль вторичного направления Y или вдоль третичного направления X.According to an embodiment of the invention, the length L is measured along the secondary Y direction or along the tertiary X direction.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения волноводное средство 4 (или его направляющий корпус 10) содержит дистально асимметричный участок 92 (например, загнутый или наклонный участок) относительно преобладающего направления Z, при этом стационарный узел 8 изгиба расположен в таком асимметричном участке 92.In accordance with an embodiment of the invention, the waveguide means 4 (or its guiding body 10) comprises a distally asymmetric section 92 (for example, a folded or inclined section) with respect to the predominant Z direction, while the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, волноводное средство 4 (или его направляющий корпус 10) содержит наклонную секцию 94, которая проходит вдоль наклонного направления D относительно преобладающего направления Z с предварительно заданным углом α наклона.According to an embodiment of the invention, the waveguide means 4 (or its guiding body 10) comprises an
В соответствии с вариантом осуществления изобретения угол α наклона представляет собой острый угол.According to an embodiment of the invention, the inclination angle α is an acute angle.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения дистальный конец 4' волноводного средства 4 ограничивает одно или несколько радиальных соединительных гнезд 30, 32 для присоединения рабочего элемента 6.In accordance with an embodiment of the invention, the distal end 4' of the waveguide means 4 defines one or more
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, волноводное средство 4 ограничивает два радиальных соединительных гнезда 30, 32, ориентированных так, что третичное направление рабочего элемента 6 в гнезде 30 наклонно или по существу ортогонально относительно вторичного направления Y рабочего элемента 6, установленного в другом гнезде 32.In accordance with an embodiment of the invention, the waveguide means 4 defines two radial connecting
Точнее, каждое соединительное гнездо 30, 32 выполнено с возможностью присоединения (например, разъемного присоединения) независимого рабочего элемента 6 к ультразвуковой системе 1.More precisely, each
В соответствии с вариантом осуществления изобретения дополнительные соединительные резьбы 12 могут быть расположены на радиальном соединительном гнезде 30, 32.According to an embodiment of the invention,
Например, одно или несколько соединительных гнезд могут содержать полость 88 гнезда, которая проходит внутрь направляющего корпуса 10 (то есть, по меньшей мере, частично на толщину такого корпуса 10), в которой расположены упомянутые сопряженные резьбовые соединения 12.For example, one or more connection sockets may comprise a
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочий элемент 6 содержит винтовой шток 38, который проходит по спирали вдоль вторичного направления Y, так что дистальная часть 6' рабочего элемента 6 чувствительна к колебаниям при соударениях с продольной и переменной компонентой вдоль вторичного направления Y.In accordance with an embodiment of the invention, the
Другими словами, этот вариант предусматривает, что крутильные микроколебаний, приложенные к асимметрии винтового штока 38, создают микроколебаний вдоль вторичного направления Y.In other words, this option provides that torsional micro-vibrations applied to the asymmetry of the
Другими словами, дистальная часть 6' рабочего элемента 6 в соответствии с этим вариантом способна в дополнение к крутильным колебаниям получать дополнительные ударные колебания с продольной и переменной компонентой вдоль вторичного направления Y.In other words, the distal part 6' of the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения ультразвуковая система 1 содержит средство 90 управления средством 2 генерации, выполненное с возможностью управлять частотой ультразвуковых микроколебаний средства 2 при таких значениях, чтобы микроколебания рабочего элемента 6 находились в диапазоне частот от 20 до 60 кГц, например 20-36 кГц. Таким образом, часть минерализованных структур (например, зубы или кости) может быть выборочно удалена (или проколота) при сохранении целостности тканей с более низкой плотностью (например, мягких тканей).In accordance with an embodiment of the invention, the
Инновационно, ультразвуковая система, являющаяся объектом настоящего изобретения, позволяет блестяще преодолеть недостатки, связанные с предшествующим уровнем техники.Innovatively, the ultrasonic system that is the object of the present invention allows brilliantly to overcome the shortcomings associated with the prior art.
Точнее, настоящее изобретение позволяет обеспечить рабочее действие, например сверление, посредством возвратно-поступательного крутильного или изгибного движения рабочего элемента, отказавшись от простого вращательного действия, типичного для инструментов, используемых в предшествующем уровне техники, с очевидным рабочим и, возможно, клиническим преимуществом.More specifically, the present invention allows an operating action, such as drilling, to be achieved through a reciprocating twisting or bending movement of the working element, avoiding the simple rotary action typical of prior art instruments with a clear operating and possibly clinical advantage.
Преимущественно, в отличие от обычных устройств, настоящая ультразвуковая система не использует микродвигатели, которые связаны с макроскопическими колебаниями.Advantageously, unlike conventional devices, the present ultrasonic system does not use micromotors that are associated with macroscopic vibrations.
Преимущественно настоящая ультразвуковая система обеспечивает высокую универсальность использования, поскольку рабочий элемент может независимо выполнять операции сверления или удаления в зависимости от ориентации гнезда, соединяемого с этим элементом.Advantageously, the present ultrasonic system provides a high versatility of use, since the working element can independently perform drilling or removal operations depending on the orientation of the socket connected to this element.
Преимущественно настоящая ультразвуковая система обеспечивает высокую гибкость использования благодаря геометрии и особенностям выбранной рабочей части.Advantageously, the present ultrasonic system provides high flexibility of use due to the geometry and features of the selected working part.
Преимущественно настоящая ультразвуковая система позволяет получить большую тактильную чувствительность и большую точность во время работы, поскольку прилагаемые усилия, требуемые оператором, существенно ниже.Advantageously, the present ultrasonic system makes it possible to obtain greater tactile sensitivity and greater accuracy during operation, since the applied forces required by the operator are substantially lower.
Преимущественно настоящая ультразвуковая система использует ультразвуковые микроколебаний рабочего элемента, которые создают отверстия или удаляют материал в процессе очень тонкого измельчения удаляемого материала или ткани, которые затем немедленно удаляются механическим действием возможной присутствующей ирригационной жидкости.Advantageously, the present ultrasonic system uses ultrasonic micro-vibrations of the working element which create holes or remove material in a process of very fine grinding of the removed material or tissue, which is then immediately removed by the mechanical action of any irrigation fluid present.
В любом случае, описанное возвратно-поступательное движение благоприятно способствует удалению или естественному высвобождению осколков материала.In any case, the reciprocating motion described favorably contributes to the removal or natural release of material fragments.
Преимущественно, в настоящей ультразвуковой системе эффекты центробежного перегрева менее значительны, чем (или даже минимизированы по отношению к ним) эффекты, создаваемым макровибрациями, генерируемыми вращением обычных насадок/фрез.Advantageously, in the present ultrasonic system, the effects of centrifugal superheat are less significant than (or even minimized in relation to) the effects created by macrovibrations generated by the rotation of conventional nozzles/mills.
Преимущественно настоящая ультразвуковая система позволяет достичь повышенной стабильности рабочего элемента в начале сверления или удаления материала.Advantageously, the present ultrasonic system makes it possible to achieve increased stability of the working element at the start of drilling or removal of material.
Преимущественно настоящая ультразвуковая система позволяет получить заметно более высокую рабочую точность, чем обычные вращающиеся инструменты (например, в отношении буровых насадок); последние фактически нестабильны в начале сверления из-за центробежного компонента, который заставляет инструмент отклоняться от требуемой оси сверления. Фактически, в соответствии с предшествующим уровнем техники и, в частности, в области имплантационной хирургии, вначале используют наконечник специальной формы для зацепления с просверливаемой поверхностью кости (наиболее распространенный вариант, известный как наконечник с розеткой и ланцетный резак).Advantageously, the present ultrasonic system makes it possible to obtain a markedly higher working accuracy than conventional rotary tools (for example, in relation to drilling nozzles); the latter are actually unstable at the start of drilling due to the centrifugal component which causes the tool to deviate from the desired drilling axis. In fact, according to the prior art, and in particular in the field of implant surgery, a specially shaped tip is first used to engage the surface of the bone to be drilled (the most common variant known as the rosette tip and lancet cutter).
Напротив, в сочетании с его микровибрационным действием конкретная конфигурация рабочего элемента в соответствии с изобретением позволяет придать большую стабильность не только из-за существенного исключения какого-либо центробежного компонента для запуска инструмента.On the contrary, in combination with its micro-vibratory action, the specific configuration of the working element according to the invention makes it possible to impart greater stability, not only due to the significant elimination of any centrifugal component for starting the tool.
Преимущественно в настоящей ультразвуковой системе можно добиться большей очистки поверхности раздела между рабочим элементом и подложкой и возможного улучшения остеорегенеративных процессов (для вариантов, которые предусматривают хирургическое, имплантационное или стоматологическое использование системы, описанной в этом документе).Advantageously, in the present ultrasound system, greater cleaning of the interface between the working element and the substrate can be achieved and a possible improvement in osteoregenerative processes (for options that involve surgical, implant or dental use of the system described in this document).
Преимущественно ультразвуковые микроколебаний, воздействующие на рабочий элемент, вызывают кавитацию любых жидкостей, которые могут присутствовать (например, ирригационной жидкости), позволяют удалять костные осколки с боковых стенок отверстия, выполненного этим элементом, оставляя вышеупомянутую поверхность раздела чистой за счет промывки стенок отверстия ультразвуковой системой. Таким образом, не образуется традиционный смазанный слой кости, создаваемый спиралевидными наконечниками и обычными сверлами, что способствует остеорегенеративным процессам.Advantageously, ultrasonic micro-oscillations acting on the working element cause cavitation of any liquids that may be present (for example, irrigation fluid), allow the removal of bone fragments from the side walls of the hole made by this element, leaving the aforementioned interface clean due to washing the walls of the hole with an ultrasonic system. Thus, the traditional lubricated bone layer created by spiral tips and conventional drills is not formed, which contributes to osteoregenerative processes.
Преимущественно, в настоящей ультразвуковой системе выборочное сверление костных тканей достигается за счет использования низкочастотных колебаний. Фактически, вибрации с выбранной частотой оказываются чрезвычайно полезными для сверления или удаления минерализованных структур, например костей или зубов, но они неэффективны при воздействии на мягкие ткани.Preferably, in the present ultrasound system, selective drilling of bone tissue is achieved through the use of low frequency vibrations. In fact, selected frequency vibrations are extremely useful for drilling or removing mineralized structures such as bones or teeth, but they are ineffective when applied to soft tissues.
Следовательно, предпочтительно, случайный контакт с мягкими тканями, имеющими более низкую плотность, не вызывает никаких повреждений или разрывов, а только кратковременное и ограниченное выделение тепла.Therefore, preferably, accidental contact with lower density soft tissue does not cause any damage or tear, but only a short and limited heat release.
Преимущественно динамические характеристики средства генерации и волноводного средства лишь незначительно зависят от характера рабочего элемента (например, массы, геометрии и/или его продольной и/или поперечной нагрузки), поскольку такой элемент закреплен на стационарном узле, и поэтому такое основное свойство по существу не связано с созданием и поддержанием микровибрационного движения.The predominantly dynamic characteristics of the generation means and the waveguide means only slightly depend on the nature of the working element (for example, mass, geometry and/or its longitudinal and/or transverse load), since such an element is fixed on a stationary node, and therefore such a main property is essentially not related with the creation and maintenance of microvibration motion.
Кроме того, характер и динамические характеристики средства генерации и волноводного средства (например, масса, геометрия и/или продольная и/или поперечная нагрузка на волноводное средство и/или средство генерации) не влияют, или лишь незначительно влияют на колебания рабочего элемента, за исключением передачи требуемых микроколебаний.In addition, the nature and dynamic characteristics of the generation means and waveguide means (for example, mass, geometry and/or longitudinal and/or transverse load on the waveguide and/or generation means) do not affect, or only slightly affect, the vibrations of the working element, with the exception of transmission of the required micro-oscillations.
Это обстоятельство, следовательно, делает настоящую ультразвуковую систему особенно универсальной в конструкции и использовании рабочих элементов, которые могут быть связаны с настоящей системой.This circumstance, therefore, makes the present ultrasonic system particularly versatile in the design and use of operating elements that can be associated with the present system.
Преимущественно настоящая система была разработана для работы на фиксированной частоте, чтобы генерировать заранее определенные стационарные узлы изгиба, всегда расположенные в одном и том же осевом положении средства генерации и волноводного средства.Advantageously, the present system has been designed to operate at a fixed frequency in order to generate predetermined stationary bend nodes always located in the same axial position of the generation means and the waveguide means.
В соответствии с дополнительным предпочтительным аспектом, хотя частота фиксированного средства генерации остается, конфигурация рабочего элемента (например, длина L, сечение, материал или тому подобное) может быть отрегулирована в соответствии с потребностями, в частности путем регулировки на этапе проектирования признаков этого элемента, настраивая его на соответствующую гармонику микроколебаний.According to a further preferred aspect, although the frequency of the fixed generation means remains, the configuration of the operating element (for example, length L, section, material, or the like) can be adjusted according to needs, in particular by adjusting at the design stage the characteristics of this element, adjusting it to the corresponding harmonic of microoscillations.
В качестве примера, если бы было необходимо или выгодно разработать рабочий элемент очень малых размеров, то можно было бы получить очень большие амплитуды его микроколебаний, задавая длину L рабочего элемента, равной примерно четверти длины волны возбуждаемых микроколебаний.As an example, if it were necessary or advantageous to develop a working element of very small dimensions, then very large amplitudes of its micro-oscillations could be obtained by setting the length L of the working element to be approximately a quarter of the wavelength of the excited micro-oscillations.
Преимущественно часть рабочего элемента может выступать в качестве усилителя или гасителя микроколебаний.Advantageously, a part of the working element can act as an amplifier or damper of micro-oscillations.
Преимущественно вибрационные или резонансные характеристики рабочего элемента могут быть изменены даже после реализации самого элемента, например, для усиления или гашения микроколебаний.Predominantly, the vibration or resonant characteristics of the working element can be changed even after the implementation of the element itself, for example, to amplify or dampen micro-oscillations.
Преимущественно настоящее средство генерации было разработано для генерации и передачи колебаний, способных изгибать волноводное средство в одной плоскости колебаний, надежным, непрерывным образом и с техническими устройствами, которые просты в реализации.Advantageously, the present generation means has been designed to generate and transmit vibrations capable of bending the waveguide means in one vibration plane, in a reliable, continuous manner and with technical devices that are easy to implement.
Преимущественно настоящее средство генерации было спроектировано так, чтобы легко вмещать все необходимые компоненты с усилием (предварительного) сжатия, которое может быть определено в соответствии с потребностями.Advantageously, the present generating means has been designed to easily accommodate all the necessary components with a (pre)compression force that can be determined according to needs.
Преимущественно настоящая система была разработана для обеспечения возможности вибрации рабочих элементов различной формы, поскольку стационарный узел представляет собой место, характеризующееся отсутствием движения в направлении генерации изгибных колебаний.Advantageously, the present system has been designed to allow various shapes of workpieces to vibrate, since the stationary assembly is a location characterized by no movement in the direction of generation of bending vibrations.
Это последнее обстоятельство делает настоящую систему особенно инновационной в том смысле, что, в отличие от чрезвычайно широко распространенного технического предубеждения, рабочий элемент размещают возле того места (стационарного узла), в котором не происходит никакого движения.This last circumstance makes the present system particularly innovative in the sense that, contrary to an extremely widespread technical prejudice, the work item is placed near a location (stationary node) where no movement takes place.
Другими словами, хотя стационарный узел имеет неподвижную точку или линию, его окружение имеет минимальное движение, но все же достаточное, чтобы обеспечить требуемое возбуждение микроколебаний.In other words, although the stationary node has a fixed point or line, its environment has minimal movement, but still sufficient to provide the required excitation of microoscillations.
Преимущественно рабочие элементы, которые можно использовать в настоящем изобретении, чрезвычайно малы, в основном из-за длин волн, обсуждаемых выше.Advantageously, the working elements that can be used in the present invention are extremely small, mainly due to the wavelengths discussed above.
Преимущественно система, являющаяся объектом настоящего изобретения, позволяет оказывать микроперкуссионное действие, которое облегчает проникновение рабочего элемента в просверливаемую ткань.Advantageously, the system of the present invention allows for a micropercussion action that facilitates penetration of the working element into the tissue to be drilled.
Для удовлетворения конкретных потребностей в вариантах осуществления вышеупомянутой системы специалист в данной области техники может внести несколько изменений или замен элементов на другие функционально эквивалентные элементы.Several changes or replacements of elements with other functionally equivalent elements may be made by one skilled in the art to meet specific needs in embodiments of the aforementioned system.
Также такие варианты входят в объем защиты, заданный приведенной ниже формулой изобретения.Also, such options are included in the scope of protection given by the following claims.
Более того, каждый вариант, описанный как относящийся к возможному варианту осуществления изобретения, может быть реализован независимо от других описанных вариантов.Moreover, each option described as referring to an exemplary embodiment of the invention may be implemented independently of the other options described.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, начиная с варианта, в котором преобразование изгибных колебаний в крутильные колебания происходит за счет соединения в неподвижном узле изгиба, можно предложить варианты пьезоэлектрического преобразователя. В соответствии с вариантом осуществления изобретения преобразователь полностью представлен на фиг. 1 и 9, который по форме, размеру и расположению пьезокерамики представляет собой преобразователь, способный создавать колебания изгиба в волноводном средстве 4 (или волноводном корпусе 10). В качестве альтернативы, изгибная вибрация может быть получена путем "вырождения" продольной вибрации посредством волновода 4, обладающего асимметрией относительно продольной оси Z самого преобразователя. В соответствии с вариантом осуществления, на фиг. 10 представлен продольный преобразователь (ланжевеновского типа, 74), состоящий из пьезоэлектрических полуэлементов 24, 26, массивного корпуса или опорной массы или тюнера, 40, волновода или рупора или концентратора 4, с направляющим корпусом 10, с которым соединен преобразователь колебаний (в данном случае петля 28) с помощью резьбы (резьбового соединения 86), в котором находится корпус-несущий элемент 72, и совпадающее со стационарным узлом 8, посадочное гнездо 80 для рабочего элемента 6.In accordance with an embodiment of the invention, starting from a variant in which the conversion of bending vibrations into torsional vibrations occurs due to the connection in a fixed bending unit, variants of the piezoelectric transducer can be proposed. In accordance with an embodiment of the invention, the converter is shown in full in FIG. 1 and 9 which, in terms of the shape, size and arrangement of the piezoceramic, is a transducer capable of generating bending vibrations in the waveguide means 4 (or waveguide housing 10). Alternatively, the bending vibration can be obtained by "degenerating" the longitudinal vibration by means of a
Также в этом варианте осуществления изобретения стационарный узел изгиба находится на преобладающей оси Z средства генерации, обеспечивая соединение со стационарным узлом рабочего элемента 6 и ортогональность между плоскостью узла (плоскостью P колебаний) и осью Y симметрии самого рабочего элемента.Also in this embodiment, the stationary bending node is located on the predominant Z axis of the generating means, providing connection with the stationary node of the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения преобладающее направление Z и ось рабочего элемента 6 являются наклонными, по существу, ортогональными, то есть расположены под углом от 85 до 125 градусов, предпочтительно 90 градусов, и принадлежат одной плоскости (т.е. без эксцентриситета).In accordance with an embodiment of the invention, the predominant Z direction and the axis of the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения улучшенные характеристики (амплитуда вибрации) в дистальной части рабочего элемента 6 достигают, когда диаметр d' волновода 4 больше диаметра d штока рабочего элемента 6, и предпочтительно, если диаметр d' волновода 4 больше или равен половине d/2 диаметра штока рабочего элемента 6.According to an embodiment of the invention, improved characteristics (vibration amplitude) in the distal part of the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, со ссылкой на фиг. 24 и 25, диаметр штока d соответствует диаметру цилиндрического рабочего элемента 6, тогда как на фиг. 9, 10, 11, 12, 13 диаметр d соответствует диаметру передающего корпуса 14. Основание рабочего элемента 62 служит, например, даже если не только для этого, для присоединения, например привинчивания, рабочего элемента 6 к дистальной части волновода 4.In accordance with an embodiment of the invention, with reference to FIG. 24 and 25, the rod diameter d corresponds to the diameter of the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения предложено решение для увеличения интраоперационной видимости в области ротовой полости, которая включает в себя первый и второй коренной зуб (как на уровне нижней челюсти, так и на уровне верхней челюсти), видимость которой ограничена из-за размера рта и различий между каждым пациентом в отношении открывания рта.In accordance with an embodiment of the invention, a solution is provided to increase intraoperative visibility in the oral cavity, which includes the first and second molar (both at the level of the lower jaw and at the level of the upper jaw), the visibility of which is limited due to the size of the mouth and differences between each patient regarding mouth opening.
Для преодоления этой проблемы в настоящее время используют микродвигатели, снабженные противоположной частью (то есть частью спирального сверла, к которой подсоединен рабочий элемент), при этом дистальная часть отклонена относительно основной продольной оси самой противоположной части. Угол наклона дистальной части обычно составляет 120° (30°, если рассматривать острый угол по отношению к преобладающему направлению).To overcome this problem, micromotors are currently used provided with an opposite part (i.e., part of the twist drill to which the working element is connected), while the distal part is deflected relative to the main longitudinal axis of the most opposite part. The angle of inclination of the distal part is usually 120° (30° if we consider an acute angle with respect to the prevailing direction).
В соответствии с вариантом осуществления изобретения дистальная часть волноводного средства 4 (или волноводного корпуса 10) наклонена по отношению к преобладающему направлению Z, при этом этот вариант не влияет на передачу и преобразование колебаний на уровне рабочего элемента 6 (т.е. таким образом, что чисто изгибную вибрацию средства 2 генерации и волноводного средства 4 преобразуют или передают в рабочем элементе 6, соединенном со стационарным узлом, в крутильные колебания или в изгибные колебания, полностью лежащие в плоскости P, соответственно).According to an embodiment of the invention, the distal part of the waveguide means 4 (or the waveguide housing 10) is inclined with respect to the predominant Z direction, this variant does not affect the transmission and transformation of vibrations at the level of the working element 6 (i.e. in such a way that the purely bending vibration of the generation means 2 and the waveguide means 4 is converted or transmitted in the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, чтобы обеспечить требуемый наклон дистальной части волноводного средства 4 или волноводного корпуса 10 без ущерба для передачи/преобразования колебаний в рабочем элементе 6, предложен волноводный корпус 10, проходящий, например, в двух направлениях, которые определены проксимально и дистально относительно средства 2 генерации. Проксимальное направление коаксиально преобладающему направлению Z, тогда как дистальная часть наклонена по отношению к самому преобладающему направлению Z (направлению D) на угол α от 5 до 45°, предпочтительно 30°. Для сохранения инновационных характеристик предлагаемой ультразвуковой системы 1 два направления (Z и D) также падают в точку, соответствующую стационарному узлу изгиба волноводного средства 4 или волноводного корпуса 10. Ось D дистальной части волноводного средства 4 и ось (Y или X) рабочего элемента 6 продолжают образовывать угол от 85 до 125 градусов, предпочтительно 90 градусов.In accordance with an embodiment of the invention, in order to provide the required inclination of the distal part of the waveguide means 4 or the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, чтобы иметь значительную амплитуду колебаний в дистальной части рабочего элемента 6, рабочий элемент 6 должен иметь диаметр d, меньший, чем диаметр d' волновода 4, и предпочтительно d ≤ 1/2 d'. Со ссылкой, например, на фиг. 11, диаметр d рабочего элемента соответствует диаметру передающего корпуса 14 рабочего элемента, в то время как на фиг. 25-28 эти элементы представлены упрощенно (в виде цилиндрических тел) для облегчения понимания изобретения.In accordance with an embodiment of the invention, in order to have a significant oscillation amplitude in the distal part of the working
Важно понимать, что использование стационарного узла (изгиба) в качестве точки соединения между двумя вибрирующими элементами для передачи/преобразования колебаний первого элемента во второй (от волновода к рабочему элементу) существенно отличается от передачи колебательного движения путем соединения вибрирующих элементов через точку/участок пучности (как, например, сделано в предшествующем уровне техники). Использование пучности является обычным решением, принятым в ультразвуковых энергетических системах, в котором точку максимального колебания резонансного компонента (фактически пучность) используют в качестве источника возбуждения для второго резонансного компонента, соединенного с ним, который, в свою очередь, будет демонстрировать пучность вибраций в точке/участке соединения. Поскольку стационарный узел представляет собой точку минимальных колебаний, в предшествующем уровне техники (например, в ультразвуковых силовых системах) его используют в качестве точки/участка соединения/закрепления для изоляции вибраций колебательного элемента/устройства по отношению к прикрепленной к нему конструкции (например, наконечника или корпуса любого типа, соединенного с вибрирующей ультразвуковой системой через фланцы, размещенные в узловых частях), которая не должна колебаться. С другой стороны, в ультразвуковых силовых системах использование пучностей, а не узлов, для передачи колебаний от одного колебательного элемента к другому является единственным предлагаемым решением.It is important to understand that the use of a stationary node (bend) as a connection point between two vibrating elements for transmitting/converting the vibrations of the first element to the second (from the waveguide to the working element) differs significantly from the transmission of oscillatory motion by connecting the vibrating elements through an antinode point/section ( as, for example, done in the prior art). The use of an antinode is a common solution adopted in ultrasonic energy systems, in which the point of maximum vibration of the resonant component (actually the antinode) is used as the excitation source for the second resonant component connected to it, which in turn will exhibit the vibration antinode at the point / connection area. Since the stationary node is the point of minimum vibration, in the prior art (e.g., ultrasonic power systems) it is used as a connection/attachment point/site to isolate vibrations of the oscillating element/device with respect to the attached structure (e.g., handpiece or housing of any type, connected to a vibrating ultrasonic system through flanges placed in the nodal parts), which should not oscillate. On the other hand, in ultrasonic power systems, the use of antinodes, rather than knots, to transmit vibrations from one vibrating element to another is the only proposed solution.
С другой стороны, благодаря признакам настоящего изобретения, в котором соответствующим образом выбраны семейства мод, гармоник и граничных условий, стационарный узел может быть использован в качестве точки/участка для преобразования/передачи колебаний значительной амплитуды в дистальную часть рабочего элемента, соединенного с волноводом.On the other hand, due to the features of the present invention, in which the families of modes, harmonics and boundary conditions are appropriately selected, the stationary node can be used as a point/site for converting/transmitting vibrations of significant amplitude to the distal part of the working element connected to the waveguide.
Преимущества, вытекающие из предложенных конфигураций, заключаются в следующем: высокая вибрация рабочих частей, пригодная для проведения операций в ограниченном доступном пространстве; уменьшенные габаритные размеры (длина рабочего элемента пропорциональна λ/4, а не только λ/2, как в известных ультразвуковых системах); практически отсутствует влияние рабочего элемента 6 на частоту и колебательную (модальную) форму сочленения система/генератор колебаний; большая геометрическая универсальность конструкции рабочего элемента; возможность использования единственного соединения средства 2 генерации и волновода 4 для вибрационной активации набора (множества) рабочих элементов 6, каждый из которых имеет определенные геометрические и колебательные характеристики, без соединения с такими рабочими элементами, изменяющими электродинамическую эффективность системы.The advantages arising from the proposed configurations are as follows: high vibration of the working parts, suitable for operations in limited available space; reduced overall dimensions (the length of the working element is proportional to λ/4, and not just λ/2, as in known ultrasonic systems); there is practically no influence of the working
Аналогичное пояснение следует сделать в отношении использования вибрирующих рабочих элементов 6 с длиной, близкой к четверти (или кратной ей) длины волны крутильного/изгибного колебания, генерируемого в элементе. Обычно в ультразвуковых силовых системах длина колеблющихся компонентов составляет половину (или кратное) длины волны генерируемой вибрации. В противном случае, благодаря конкретным конфигурациям, предложенным в этом изобретении, а также выбранным семействам мод, гармоник и граничных условий, можно задействовать рабочие элементы 6, длина которых близка к четверти (или ее кратному) длины волны генерируемого крутильного/изгибного колебания (в элементе), обеспечивая вышеупомянутые преимущества, в частности, высокие вибрации и уменьшенные размеры.A similar explanation should be made regarding the use of vibrating working
Благодаря настоящему изобретению можно получить передачу/преобразование изгибных колебаний, создаваемых средством 2 генерации и передаваемых по волноводу 4, в крутильные (или крутильно-продольные) или изгибные колебания рабочего элемента 6, ось которого проходит под углом и ортогональна или почти ортогональна к оси волновода 4 и/или средства 2 генерации.Thanks to the present invention, it is possible to obtain the transmission / conversion of bending vibrations created by the generation means 2 and transmitted through the
Оси рабочего элемента, средства генерации и волновода могут быть копланарными (поэтому нет необходимости выполнять эксцентриковый узел для требуемого преобразования/передачи колебаний).The axes of the working element, generator and waveguide can be coplanar (therefore, it is not necessary to perform an eccentric assembly for the required transformation/transmission of vibrations).
Кроме того, передача/преобразование колебаний происходит посредством механического присоединения рабочего элемента 6 в изгибающем узле (а не через пучность, как в предшествующем уровне техники) волновода 4.In addition, the transmission/transformation of vibrations occurs by means of mechanical attachment of the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения волновод 4 отсутствует, а соединение рабочего элемента 6 выполняют в узле изгиба непосредственно со средством 2 генерации.In accordance with an embodiment of the invention, the
В соответствии с вариантом осуществления изобретения оси средства 2 генерации и волновода 4 расположены под углом и не совпадают. Рабочий элемент 6 предлагаемого изобретения функционально позволяет следующее: (i) не устанавливать эксцентрично по отношению к волноводу 4 (или к средству 2 генерации, если волновод 4 отсутствует); (ii) иметь поперечное сечение (диаметр d) меньше диаметра d' волновода 4; (iii) иметь длину, пропорциональную λ/4, а не только λ/2, как у всех компонентов резонансной системы предшествующего уровня техники.According to an embodiment of the invention, the axes of the generating means 2 and the
В этом описании упоминаются плоскости колебаний системы, относящиеся к плоскостям, содержащим оси рабочего элемента 6 и средства 2 генерации и/или волновода 4, поясняя, что соединение между колеблющимися элементами не является эксцентричным, как предложено в уровне предшествующем техники.This description mentions the oscillation planes of the system referring to the planes containing the axes of the working
В соответствии с вариантом осуществления изобретения средство 2 генерации содержит два пьезоэлектрических элемента, повернутых друг относительно друга на 90° вокруг преобладающего направления/оси Z, и в которых присоединение рабочего элемента 6 происходит в стационарном узле изгиба, и обеспечена ортогональность оси генератора 2 и/или волновода 4 и самого рабочего элемента 6. Благодаря этой конфигурации можно передавать изгибные колебания, генерируемые в преобразователе (или средстве 2 генерации) и в волноводе 4, на рабочий элемент 6 в виде крутильных или изгибных колебаний, в зависимости от возбуждаемого пьезоэлектрического элемента, что позволяет исключить двойное соединительное гнездо для рабочей вставки 6, как показано на фиг. 13.In accordance with an embodiment of the invention, the generating means 2 comprises two piezoelectric elements rotated relative to each other by 90° around the predominant Z direction/axis, and in which the attachment of the working
Список ссылочных позицийList of reference positions
1 ультразвуковая система1 ultrasound system
2 средство генерации2 generation tool
4 волноводное средство4 waveguide means
4' дистальный конец4' distal end
6 рабочий элемент6 work item
6' дистальный участок рабочего элемента6' distal portion of working element
8 стационарный узел изгиба8 stationary bending unit
10 направляющий корпус или волноводный корпус10 guide housing or waveguide housing
12 сопряженное резьбовое соединение12 mating threaded connection
14 передающий корпус14 transmission body
16 изгибной ультразвуковой преобразователь16 bending ultrasonic transducer
18 пьезоэлектрический элемент18 piezoelectric element
20 контактный электрод20 contact electrode
22 контактный электрод22 pin electrode
24 полуэлемент или часть элемента24 half element or part of element
24' полуэлемент или часть элемента24' half element or part of element
26 полуэлемент или часть элемента26 half element or part of element
26' полуэлемент или часть элемента26' half element or part of element
28 направляющая петля28 guide loop
30 радиальное соединительное гнездо30 radial connection socket
32 радиальное соединительное гнездо32 radial connection socket
34 буровая головка34 drill head
36 резак для удаления материала36 material removal cutter
38 винтовой шток38 screw rod
40 массивный корпус40 massive body
42 массивный корпус42 massive body
44 массивный корпус44 massive body
46 соединительный стержень или внутренний стержень46 connecting rod or inner rod
48 первая резьба48 first thread
50 первая резьбаϕ50 first threadϕ
52 вторая резьба52 second thread
54 вторая резьба54 second thread
56 промежуточное пространство56 intermediate space
58 пучность58 antinode
60 блокирующий элемент60 blocking element
62 основание рабочего элемента62 working element base
64 опорная поверхность64 bearing surface
66 гнездо элемента66 element socket
68 соединительная резьба68 connecting thread
70 соединительная резьба70 connecting thread
72 корпус-несущий элемент 72 body-bearing element
74 продольный ультразвуковой преобразователь74 longitudinal ultrasonic transducer
76 первый конец76 first end
78 второй конец78 second end
80 соединительное гнездо80 connection socket
82 проксимальный участок82 proximal section
84 дистальный участок84 distal site
86 резьбовое соединение86 threaded connection
88 полость гнезда88 socket cavity
90 средство управления90 control
92 асимметричный участок92 asymmetrical plot
94 наклонная секция94 inclined section
α угол наклонаα tilt angle
λ длина волныλ wavelength
D наклонное направление, определяющее наклонную осьD oblique direction defining the oblique axis
L длинаL length
S плоскость элементаS element plane
P плоскость колебанийP plane of oscillation
X третичное направление, определяющее третичную осьX tertiary direction defining the tertiary axis
Y вторичное направление, определяющее вторичную осьY secondary direction defining the secondary axis
Z преобладающее направление, определяющее преобладающую осьZ dominant direction, defining the dominant axis
Z1 направление волноводного средства, определяющее ось волноводного средстваZ1 direction of the waveguide means defining the axis of the waveguide means
Z' направление сборкиZ' assembly direction
d диаметр штокаd stem diameter
d' диаметр волновода.d' is the diameter of the waveguide.
Claims (45)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT102018000004895 | 2018-04-26 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020138623A RU2020138623A (en) | 2022-05-26 |
RU2783732C2 true RU2783732C2 (en) | 2022-11-16 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5906625A (en) * | 1992-06-04 | 1999-05-25 | Olympus Optical Co., Ltd. | Tissue-fixing surgical instrument, tissue-fixing device, and method of fixing tissue |
WO1999035982A1 (en) * | 1998-01-19 | 1999-07-22 | Michael John Radley Young | Ultrasonic cutting tool |
JP3073207B2 (en) * | 1989-08-02 | 2000-08-07 | 沖電気工業株式会社 | Plasma processing method |
WO2009141616A1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-11-26 | Sra Developments Limited | Ultrasonic tissue dissector |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3073207B2 (en) * | 1989-08-02 | 2000-08-07 | 沖電気工業株式会社 | Plasma processing method |
US5906625A (en) * | 1992-06-04 | 1999-05-25 | Olympus Optical Co., Ltd. | Tissue-fixing surgical instrument, tissue-fixing device, and method of fixing tissue |
WO1999035982A1 (en) * | 1998-01-19 | 1999-07-22 | Michael John Radley Young | Ultrasonic cutting tool |
WO2009141616A1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-11-26 | Sra Developments Limited | Ultrasonic tissue dissector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5450107B2 (en) | Surgical tools | |
US8395299B2 (en) | Ultrasonic torsional mode and longitudinal-torsional mode transducer system | |
US6551337B1 (en) | Ultrasonic medical device operating in a transverse mode | |
CA1258021A (en) | Angulated ultrasonic surgical handpieces and method for their production | |
JP5096380B2 (en) | Mechanical vibration deflection | |
JP6534996B2 (en) | Ultrasonic apparatus and method of manufacturing the same | |
JP2003190180A (en) | Compound vibration ultrasonic hand piece | |
JP2000510751A (en) | Method and apparatus for enhancing the ultrasonic effect | |
JP2007521880A (en) | Torsional incision tip | |
EP2146660B1 (en) | Ultrasound frequency resonant dipole for medical use | |
US11864777B2 (en) | Ultrasonic system | |
RU2783732C2 (en) | Ultrasound system | |
RU2020138623A (en) | ULTRASONIC SYSTEM | |
EP1500373A2 (en) | Ultrasonic medical device operating in a transverse mode |