專利名稱：具有調(diào)制器的超聲外科器械的制作方法
具有調(diào)制器的超聲外科器械
背景技術(shù)：
包括空心和實(shí)心器械在內(nèi)的超聲器械被用來安全有效地治療許多病癥。超聲器械
尤其是實(shí)心超聲器械具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兛梢岳靡猿曨l率傳輸?shù)酵饪剖中g(shù)端部執(zhí)行器的機(jī)械振動(dòng)形式的能量來切割和/或凝固組織。以合適的能級(jí)并使用合適的端部執(zhí)行器將超聲振動(dòng)傳輸至有機(jī)組織時(shí)，超聲振動(dòng)可以用于切割、解剖、提拉或凝固組織或?qū)⒓〗M織從骨骼上分離。利用實(shí)芯技術(shù)的超聲器械尤其有利，是因?yàn)槌暷芰康牧靠梢詮某晸Q能器通過超聲傳輸波導(dǎo)管傳輸?shù)酵饪剖中g(shù)端部執(zhí)行器。此類器械可以用于開放式手術(shù)或微創(chuàng)手術(shù)，例如內(nèi)窺鏡或腹腔鏡手術(shù)，其中端部執(zhí)行器穿過套針到達(dá)外科手術(shù)部位。 以超聲頻率激活或激勵(lì)此類裝置的端部執(zhí)行器可引發(fā)縱向振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而可在相鄰的組織內(nèi)產(chǎn)生局部熱量，有助于進(jìn)行切割和凝固。由于超聲器械的性質(zhì)，可以將具體的超聲激活的端部執(zhí)行器設(shè)計(jì)為可執(zhí)行多種功能，包括(例如)切割、夾緊和凝固。
通過(例如)電激勵(lì)換能器，可以在外科手術(shù)端部執(zhí)行器內(nèi)引發(fā)超聲振動(dòng)。換能器可由器械手把內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)壓電元件或磁致伸縮元件構(gòu)成。換能器部分產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)由從換能器部分延伸至外科手術(shù)端部執(zhí)行器的超聲波導(dǎo)管傳輸至外科手術(shù)端部執(zhí)行器。將波導(dǎo)管和端部執(zhí)行器設(shè)計(jì)成以與換能器相同的頻率進(jìn)行共振。當(dāng)端部執(zhí)行器連接到換能器上時(shí)，系統(tǒng)整體的頻率可能與換能器本身的頻率相同。 換能器和端部執(zhí)行器可設(shè)計(jì)成在兩個(gè)不同的頻率共振，當(dāng)接合或連接到一起時(shí)，可以第三個(gè)頻率共振。端部執(zhí)行器在頂端處的縱向超聲振動(dòng)的零_峰振幅d表現(xiàn)為共振頻率的簡(jiǎn)單正弦曲線，用以下公式表示
d = As in (cot)
其中"=角頻率，它等于循環(huán)頻率f的2倍；并且
A =零至峰振幅。 縱向偏移被定義為峰至峰(p-t-p)振幅，它剛好是正弦波振幅的兩倍或2A。
實(shí)芯超聲手術(shù)器械可分為兩類單元件端部執(zhí)行器和多元件端部執(zhí)行器。單元件端部執(zhí)行器包括諸如解剖刀(例如刀片、利鉤刀片、解剖鉤刀片、彎刀片)和球形凝固器等器械。當(dāng)組織較軟或支撐結(jié)構(gòu)松散時(shí)，單元件端部執(zhí)行器器械在施加刀片至組織的壓力方面能力有限。要有效地將超聲能量作用到組織上，必須提供較大壓力。單元件端部執(zhí)行器無法抓住組織導(dǎo)致施加超聲能量時(shí)更加無法接合組織表面，造成凝固和組織接合低于預(yù)期。多元件端部執(zhí)行器(例如夾緊凝固器)包括可將組織壓在超聲刀片上的機(jī)構(gòu)，可以克服這些缺點(diǎn)。 超聲夾緊凝固器為改善的用于切割/凝固組織(尤其是松散和無支撐組織)的超聲外科器械，其中超聲刀片與對(duì)組織施加壓力或偏置力的夾具一起使用，使得組織的凝固和切割更快并且刀片的運(yùn)動(dòng)衰減較少。 端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端，或者更具體地講刀片，切割或凝固組織時(shí)與液體接觸。液體可以包括沖洗液、血液、組織微粒和/或它們的任意組合。當(dāng)超聲致動(dòng)的端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端與液體接觸時(shí)，刀片的遠(yuǎn)端會(huì)散發(fā)出液體微粒擴(kuò)散流形式的細(xì)霧。細(xì)霧流會(huì)破壞外科手術(shù)部位的能見度，因此通常是不可取的。希望提供這樣一種超聲器械當(dāng)以超聲頻率的能量激活該超聲器械時(shí)，端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端散發(fā)出的細(xì)霧流減少。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，外科器械包括配置為可沿縱向軸線產(chǎn)生預(yù)定頻率的振動(dòng)的換能器。端部執(zhí)行器適于連接到換能器并且沿縱向軸線延伸。端部執(zhí)行器包括具有近端和遠(yuǎn)端的主體。所述遠(yuǎn)端可由所述換能器產(chǎn)生的振動(dòng)相對(duì)于所述縱向軸線運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)模塊連接到換能器以產(chǎn)生調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端可響應(yīng)由換能器響應(yīng)調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)所產(chǎn)生的振動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。


多個(gè)實(shí)施例的新型特征在所附權(quán)利要求書中詳細(xì)示出。然而，通過結(jié)合下列附圖
以及下文的詳述，才能最好地理解多個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造和操作方法。 圖1A示出包括單元件端部執(zhí)行器的超聲系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。 圖1B示出包括多元件端部執(zhí)行器的超聲系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。 圖2示出用于超聲器械的連接件/接頭的一個(gè)實(shí)施例。 圖3A示出可與圖1A所示超聲系統(tǒng)連接的單元件端部執(zhí)行器超聲手術(shù)器械的一個(gè)實(shí)施例的分解透視圖。 圖3B示出包括圖1B所示的多元件端部執(zhí)行器的夾緊凝固器的一個(gè)實(shí)施例。 圖3C示出圖1B和3B中所示的多元件端部執(zhí)行器的透視圖。 圖4A示出用于驅(qū)動(dòng)超聲換能器的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)實(shí)施例。 圖4B示出圖4A所示的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 圖5示出通過由基本上恒定的振幅"A"和恒定的頻率"f"的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的超聲
致動(dòng)端部執(zhí)行器所產(chǎn)生的細(xì)霧流。 圖6A示出具有調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)實(shí)施例。 圖6B示出圖6A所示的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 圖7示出由圖6A所示的具有調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生
的調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端所散發(fā)出的細(xì)霧流。 圖8示出具有相位調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)闡述多個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)該指出的是，這些實(shí)施例的應(yīng)用或使用并不局限于附圖和具體實(shí)施方式
中詳細(xì)示出的部件的構(gòu)造和布置。示例性實(shí)施例可以單獨(dú)實(shí)施，也可以與其他實(shí)施例、變更形式和修改形式結(jié)合在一起實(shí)施，并可以通過多種方式實(shí)施或執(zhí)行。例如，下文公開的外科器械和刀片構(gòu)型僅是示例性的，并不旨在限制其范圍或應(yīng)用。此外，除非另外指明，本文所用的術(shù)語和表達(dá)是為了方便向讀者描述示例性實(shí)施例的目的而選擇的，并不是為了限制其范圍。
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在一個(gè)一般性方面，多個(gè)實(shí)施例涉及具有調(diào)制器電路的外科器械以減少超聲端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端的細(xì)霧。外科器械包括配置為可沿縱向軸線產(chǎn)生預(yù)定頻率的振動(dòng)的換能器。超聲刀片沿縱向延伸并連接到換能器。超聲刀片包括具有近端和遠(yuǎn)端的主體。遠(yuǎn)端可由換能器產(chǎn)生的振動(dòng)相對(duì)于縱向軸線運(yùn)動(dòng)。主體包括從近端延伸到遠(yuǎn)端的治療區(qū)域。主體包括從近端突出、適于連接到換能器的頸部。調(diào)制器電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，降低或減少細(xì)霧。
多個(gè)實(shí)施例通常涉及超聲發(fā)生器和/或調(diào)制器電路，以控制從超聲致動(dòng)的端部執(zhí)行器散發(fā)出的細(xì)霧流。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲發(fā)生器和/或調(diào)制器電路產(chǎn)生能夠減少超聲致動(dòng)的端部執(zhí)行器(例如刀片)的遠(yuǎn)端散發(fā)出的細(xì)霧流的調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)減少細(xì)霧流，從而改善手術(shù)期間手術(shù)部位的能見度。調(diào)制器電路配置為可調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如電流或電壓)的振幅、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率或者它們的任意組合。施加到端部執(zhí)行器的調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制與端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端接觸的液滴顆粒受到的輻射壓。調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)以不同的相對(duì)速率驅(qū)動(dòng)距離端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端不同的許多霧滴。霧滴間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的差異使得霧滴很有可能互相碰撞并且使得霧滴聚結(jié)或球形化。霧滴聚結(jié)或球形至一定的尺寸時(shí)，重力將使得較大的霧滴從細(xì)霧流中掉下。從而降低細(xì)霧流的尺寸并提高外科手術(shù)部位的能見度。
超聲手術(shù)器械的例子在美國專利No. 5， 322， 055和5， 954， 736中有所公開，超聲刀片和手術(shù)器械的組合在例如美國專利No. 6， 309， 400B2、6， 278， 218B1、6， 283， 981B1和6，325，811B1中有所公開，全文以引用方式并入本文中。這些參考文獻(xiàn)中公開的超聲外科器械和刀片構(gòu)造是激發(fā)刀片的縱向模式。由于其不對(duì)稱性，這些刀片還可表現(xiàn)出橫向和/或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中非縱向運(yùn)動(dòng)的特征性"波長(zhǎng)"一般小于刀片及其延伸部分整體縱向運(yùn)動(dòng)的"波長(zhǎng)"。因此，這種非縱向運(yùn)動(dòng)的波形將沿著組織執(zhí)行器具有橫向/扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的波節(jié)位置，而工作的刀片沿其組織執(zhí)行器的凈運(yùn)動(dòng)不是零(即，將至少具有沿著從其遠(yuǎn)端(縱向運(yùn)動(dòng)的波腹)延伸至縱向運(yùn)動(dòng)的第一波節(jié)位置(鄰近組織執(zhí)行器部分)的長(zhǎng)度的縱向運(yùn)動(dòng))。
現(xiàn)在將描述一些實(shí)施例來提供對(duì)本文公開的所述裝置和方法的結(jié)構(gòu)、功能、制造和使用原理的綜合理解。這些實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，本文特別描述和在附圖中示出的器械和方法為非限制性的示例實(shí)施例，并且不同實(shí)施例的范圍僅由權(quán)利要求書限定。結(jié)合一個(gè)示例性實(shí)施例示出或描述的特征可以與其它實(shí)施例的特征組合。這種修改形式和變化形式旨在包括在權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。 圖1A示出包括單元件端部執(zhí)行器的超聲系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例。超聲系統(tǒng)10和一個(gè)實(shí)施例包括連接到超聲換能器14的超聲信號(hào)發(fā)生器12、包括器械手把室16的器械手把組件60以及超聲致動(dòng)的單元件端部執(zhí)行器或超聲致動(dòng)的刀片50。超聲換能器14又稱為"Langevin疊堆"，通常包括換能器部分18、第一共振器部分或鐘形后部20以及第二共振器部分或鐘形前部22，以及輔助元件。整體構(gòu)造形成共振器。超聲換能器14的長(zhǎng)度優(yōu)選地為波長(zhǎng)二分之一的倍數(shù)(n入/2，其中"n"為任意正整數(shù)，例如n = 1， 2， 3...)，本文將詳細(xì)描述。聲波組件24包括超聲換能器14、前端錐體26、速度變換器28和表面30。
應(yīng)當(dāng)理解，本文使用的術(shù)語"近端"和"遠(yuǎn)端"是以臨床醫(yī)師手持器械手把組件60為參照的。因此相對(duì)于更近端的手把組件60而言，刀片50是遠(yuǎn)端。還應(yīng)當(dāng)理解，為了簡(jiǎn)潔明了 ，本文使用的諸如"頂部"和"底部"等空間術(shù)語也是相對(duì)于臨床醫(yī)師手持器械手把組件60而言。然而，手術(shù)器械的使用方向和位置多種多樣，這些術(shù)語非旨在限制和絕對(duì)化。
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鐘形后部20的遠(yuǎn)端連接到換能部分18的近端，而鐘形前部22的近端連接到換能部分18的遠(yuǎn)端。鐘形前部22和鐘形后部20的長(zhǎng)度由換能部分18的厚度、制造鐘形后部20和鐘形前部22的材料密度和彈性模量以及超聲換能器14的共振頻率等一些變量決定。鐘形前部22可像速度變換器28 —樣，從其近端到其遠(yuǎn)端向內(nèi)成錐形以放大超聲振幅，也可以沒有放大作用。合適的振動(dòng)頻率范圍可從約20Hz至120Hz，而最適合的振動(dòng)頻率范圍可為約30-100kHz。在一個(gè)實(shí)例中，工作振動(dòng)頻率可為大約55. 5Hz。 壓電元件32可以用任何合適的材料制成，例如鋯-鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇或其他壓電陶瓷材料。每一個(gè)正電極34、負(fù)電極36和壓電元件32都有從中心延伸的腔體。正電極34和負(fù)電極36分別與導(dǎo)線38和40電連接。導(dǎo)線38和40包在電纜42內(nèi)，并與超聲系統(tǒng)10的超聲信號(hào)發(fā)生器12電連接。具有調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600可以位于超聲信號(hào)發(fā)生器12內(nèi)或是器械手把組件60內(nèi)。實(shí)施例并非僅限于此。
聲波組件24的超聲換能器14將來自超聲信號(hào)發(fā)生器12的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，該機(jī)械能主要致使超聲換能器24和刀片50出現(xiàn)以超聲頻率縱向振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的聲學(xué)駐波。合適的發(fā)生器為得自Ethicon Endo-Surgery， Inc. (Cincinnati, Ohio)的GEN04型發(fā)生器。當(dāng)聲波組件24通電時(shí)，聲波組件24產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)駐波。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在共振下運(yùn)行，使得產(chǎn)生振幅的聲學(xué)駐波樣式。沿著聲波組件24的任何點(diǎn)處的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)振幅取決于沿著聲波組件24測(cè)量振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的位置。振動(dòng)運(yùn)動(dòng)駐波的最小值或零交點(diǎn)通常稱為波節(jié)(即運(yùn)動(dòng)最小的位置)，駐波的最大絕對(duì)值或峰值通常稱為波腹(即運(yùn)動(dòng)最大的位置)。波腹與距其最近的波節(jié)之間的距離為四分之一波長(zhǎng)(入/4)。 導(dǎo)線38和40從超聲信號(hào)發(fā)生器12將電信號(hào)傳輸?shù)秸姌O34和負(fù)電極36。由響應(yīng)(例如腳踏開關(guān)44等)激活元件或其他致動(dòng)器的超聲信號(hào)發(fā)生器12提供電信號(hào)為壓電元件32供電，在聲波組件24中產(chǎn)生聲學(xué)駐波。該電信號(hào)使壓電元件32產(chǎn)生反復(fù)小位移形式的擾動(dòng)，在材料中導(dǎo)致大的交替壓縮和張力。該反復(fù)小位移引起壓電元件32沿電壓梯度的軸以連續(xù)的方式伸展和收縮，產(chǎn)生超聲能量的縱波。經(jīng)由超聲傳輸波導(dǎo)管104，超聲能量通過聲波組件24傳輸至刀片50。 為了使聲波組件24遞送能量到刀片50，聲波組件24的所有元件必須與刀片50聲波連接。超聲換能器14的遠(yuǎn)端可使用諸如雙頭螺栓48等螺紋連接與超聲傳輸波導(dǎo)管104的近端在表面30處聲波連接。 聲波組件24的元件經(jīng)過優(yōu)選地調(diào)音，使得任何組件的長(zhǎng)度均為二分之一波長(zhǎng)(n入/2)的倍數(shù)，其中波長(zhǎng)A是聲波組件24的預(yù)選或運(yùn)行的縱向振動(dòng)驅(qū)動(dòng)頻率fd的波長(zhǎng)。還可構(gòu)思聲波組件24可整合任何合適構(gòu)造的聲波元件?？沙曋聞?dòng)的刀片50的長(zhǎng)度可基本上等同于二分之一系統(tǒng)波長(zhǎng)(n入/2)的倍數(shù)。 超聲刀片50的遠(yuǎn)端52可設(shè)置在波腹附近，以便提供遠(yuǎn)端的最大縱向偏移。當(dāng)換能器組件通電時(shí)，超聲刀片50的遠(yuǎn)端52可配置為以例如55. 5kHz的預(yù)定振動(dòng)頻率在例如大約10至500微米峰到峰的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選地在約30至150微米的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
超聲刀片50可連接到超聲傳輸波導(dǎo)管104。如圖所示的超聲刀片50和超聲傳輸波導(dǎo)管104使用例如Ti6A14V( —種含鋁和釩的鈦合金)、鋁、不銹鋼、其他已知材料等適合超聲能量傳輸?shù)牟牧闲纬蓡误w構(gòu)造。超聲刀片50也可以與超聲傳輸波導(dǎo)管104分開并且使用不同的組合物，通過(例如)雙頭螺栓、焊接、粘合劑、快速連接或其他合適的已知方法
8連接這兩個(gè)組件。超聲刀片50可以包括單元件(例如，解剖刀或者球形凝固器)或者包括 多元件(例如夾緊凝固器)。超聲傳輸波導(dǎo)管104的長(zhǎng)度可基本上等同于例如二分之一系 統(tǒng)波長(zhǎng)(nA/2)的倍數(shù)。超聲傳輸波導(dǎo)管104可優(yōu)選地由使用例如鈦合金(即Ti6A14V) 或鋁合金等適合高效傳輸超聲能量的材料制造的實(shí)芯軸加工而成。 超聲傳輸波導(dǎo)管104包括縱向凸出的近端54，其通過任何合適的連接手段連接到 超聲波傳輸導(dǎo)管104的表面30。在不同的實(shí)施例中，超聲傳輸波導(dǎo)管104的近端54可以通 過由雙頭螺栓、焊接、粘合劑、快速連接或其他合適的已知方法形成的連接/聯(lián)合接頭連接 到表面30。在圖1A所示的實(shí)施例中，超聲傳輸波導(dǎo)管104的近端54可通過螺紋連接(例 如雙頭螺栓48)連接到表面30。超聲傳輸波導(dǎo)管104包括位于多個(gè)波節(jié)上的多個(gè)穩(wěn)定硅膠 環(huán)或適形的支撐56。硅膠環(huán)56抑制不可取的振動(dòng)并將超聲能量與可移除的護(hù)套58隔離， 以確保縱向的超聲能量流以最大的效率到達(dá)刀片50的遠(yuǎn)端52。 如圖1A所示，外護(hù)套58保護(hù)用戶以及患者不受超聲傳輸波導(dǎo)管104超聲振動(dòng)的 影響。護(hù)套58通常包括套節(jié)62和細(xì)長(zhǎng)的管狀構(gòu)件64。管狀構(gòu)件64連接到套節(jié)62上并且 具有縱向延伸的開口。護(hù)套58螺紋連接到外殼16的遠(yuǎn)端。超聲傳輸波導(dǎo)管104經(jīng)過管狀 構(gòu)件64的開口延伸，而硅膠環(huán)56將超聲傳輸波導(dǎo)管104與外護(hù)套58隔離。外護(hù)套58可 使用隔離銷軸112連接到超聲傳輸波導(dǎo)管104。超聲傳輸波導(dǎo)管104中的孔可以名義上靠 近位移波節(jié)。超聲傳輸波導(dǎo)管104借助雙頭螺栓48螺紋連接到器械手把組件60上。形成 于套節(jié)62上的平坦部位使得手把組件60能夠扭轉(zhuǎn)到所需水平。 護(hù)套58的套節(jié)62優(yōu)選地使用塑料制造，而管狀構(gòu)件64使用不銹鋼制成。作為另 外一種選擇，超聲傳輸波導(dǎo)管104可包括環(huán)繞在其周圍的聚合材料，避免其與外部接觸。
在圖1A所示的實(shí)施例中，超聲傳輸波導(dǎo)管104的遠(yuǎn)端包括形成為一體式部件的刀 片50。在其他實(shí)施例中，超聲傳輸波導(dǎo)管104的遠(yuǎn)端可通過內(nèi)部螺紋連接可拆卸地連接到 刀片50的近端，優(yōu)選地位于或靠近波腹。在該實(shí)施例中，可構(gòu)思刀片50通過諸如焊接接頭 或類似方法等任何合適的手段連接到超聲傳輸波導(dǎo)管104上。然而，實(shí)施例并不僅限于此。
圖1B示出包括多元件端部執(zhí)行器的超聲系統(tǒng)1000的一個(gè)實(shí)施例。超聲系統(tǒng)1000 的一個(gè)實(shí)施例包括與圖1A描述的超聲換能器14連接的超聲發(fā)生器12。超聲換能器14連 接到包括器械外殼1004的夾緊凝固刀頭1002。聲波組件18向多元件器械的多元件端部組 件1008的端部執(zhí)行器1016(圖3B)輸送能量。為了使聲波組件18將能量輸送到多元件端 部執(zhí)行器或多元件端部組件1008，聲波組件18的所有元件必須與夾緊凝固刀頭1002的超 聲激活部分聲波連接。因此，超聲換能器14的遠(yuǎn)端可使用螺紋連接的雙頭螺栓48與超聲 傳輸波導(dǎo)管104的近端在表面30處聲波連接。 正如前面結(jié)合圖1A所示的超聲系統(tǒng)10所討論的那樣，聲波組件18的元件經(jīng)過優(yōu) 選地調(diào)音，使得任何組件的長(zhǎng)度是二分之一波長(zhǎng)(n入/2)的倍數(shù)，其中波長(zhǎng)A是聲波組件 18的預(yù)選或運(yùn)行的縱向振動(dòng)驅(qū)動(dòng)頻率fd的波長(zhǎng)。聲波組件18可整合任何合適構(gòu)造的聲波 元件。 圖2示出超聲器械的連接接頭70的一個(gè)實(shí)施例。連接接頭70可在超聲傳輸波導(dǎo) 管104的近端54和位于聲波組件24遠(yuǎn)端的速度變換器28的表面30之間形成。超聲傳輸 波導(dǎo)管104的近端54包括接納部分螺紋雙頭螺栓48的近似圓柱形的內(nèi)螺紋表面66。速度 變換器28的遠(yuǎn)端還可包括接納部分螺紋雙頭螺栓40的近似圓柱形的內(nèi)螺紋表面68。表面66和68為近似圓形并縱向?qū)R。 圖3A示出單元件端部執(zhí)行器超聲手術(shù)器械100的一個(gè)實(shí)施例的分解透視圖。超聲 手術(shù)器械100可與圖1A所示的超聲系統(tǒng)10—起使用。然而，如本文所述，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，能夠想到本文公開的超聲手術(shù)器械的多 個(gè)實(shí)施例及其任何等效結(jié)構(gòu)與其他已知的超聲手術(shù)器械有效地聯(lián)用。因此，對(duì)本文所公開 的多個(gè)超聲手術(shù)刀片實(shí)施例進(jìn)行保護(hù)的范圍不應(yīng)僅限于與上述示例性超聲手術(shù)器械聯(lián)用。
在圖3A示出的實(shí)施例中，細(xì)長(zhǎng)的傳輸元件顯示為超聲波導(dǎo)管104，端部執(zhí)行器顯 示為適合切割和/或凝固組織的單元件端部執(zhí)行器或刀片50。刀片50可以為對(duì)稱的或非 對(duì)稱的。 刀片50的長(zhǎng)度可基本上等同于二分之一系統(tǒng)波長(zhǎng)(n A /2)的倍數(shù)。刀片50的遠(yuǎn) 端52可設(shè)置在波腹附近，以提供遠(yuǎn)端52的最大縱向偏移。當(dāng)換能器組件通電時(shí)，刀片50 的遠(yuǎn)端52可配置為以預(yù)定的振動(dòng)頻率例如在大約10至500微米峰到峰的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并 且優(yōu)選地在約30至150微米的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 刀片50可連接到超聲傳輸波導(dǎo)管104。如圖所示的刀片50和超聲傳輸波導(dǎo)管104 使用例如Ti6A14V( —種含鋁和釩的鈦合金)、鋁、不銹鋼、其他已知材料或它們的組合等適 合超聲能量傳輸?shù)牟牧闲纬蓡误w構(gòu)造。刀片50也可以與超聲傳輸波導(dǎo)管104分開并且使用 不同的組合物，通過(例如)雙頭螺栓、焊接、粘合劑、快速連接或其他合適的已知方法連接 這兩個(gè)組件。超聲傳輸波導(dǎo)管104的長(zhǎng)度可基本上等同于例如二分之一系統(tǒng)波長(zhǎng)(n入/2) 的倍數(shù)。超聲傳輸波導(dǎo)管104還可優(yōu)選地由使用例如鈦合金(例如Ti6A14V)或鋁合金等 適合高效傳播超聲能量的材料制造的實(shí)芯軸加工而成。超聲傳輸波導(dǎo)管104也可由類似材 料制造的空芯軸加工而成。超聲傳輸波導(dǎo)管104還可以使用實(shí)芯/空芯軸組合加工而成， 例如使用在軸長(zhǎng)度方向的多個(gè)位置有空腔的實(shí)芯軸。 在圖3A所示的實(shí)施例中，超聲傳輸波導(dǎo)管104通過固定性0形環(huán)108和密封環(huán) 110設(shè)置在外護(hù)套58中。在其他實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加避震器或支撐構(gòu)件(未示出) 也可以與超聲傳輸波導(dǎo)管104 —起包括在內(nèi)。超聲傳輸波導(dǎo)管104通過穿過外護(hù)套58中 的安裝孔114和超聲傳輸波導(dǎo)管104中的安裝孔116的固定銷軸112附連到外護(hù)套58上。
圖3B示出包括在圖1B所示的多元件端部執(zhí)行器內(nèi)的夾緊凝固刀頭1002的一個(gè) 實(shí)施例。圖3C示出圖1B和3B中所示的多元件端部執(zhí)行器的透視圖。結(jié)合圖1B、3B和3C， 夾緊凝固刀頭1002可優(yōu)選地連接到聲波組件18上形成單體并可從上面拆下。夾緊凝固刀 頭1002的遠(yuǎn)端優(yōu)選地與聲波組件18的遠(yuǎn)端表面30聲波連接。夾緊凝固刀頭1002可使用 任何合適的裝置連接到聲波組件18上。 夾緊凝固刀頭1002優(yōu)選地包括器械外殼1004和細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件1006。細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件1006可 選擇性地相對(duì)于器械外殼1004旋轉(zhuǎn)。器械外殼1004包括樞轉(zhuǎn)柄部1028和固定柄部1029。
在器械外殼1004的腔體設(shè)置有轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)(未示出)。轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)優(yōu)選地附連或連接 到內(nèi)管1014，將樞轉(zhuǎn)柄部1028的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)管1014的線性運(yùn)動(dòng)，以打開和關(guān)閉多元件端 部執(zhí)行器1008。當(dāng)樞轉(zhuǎn)柄部1028移向固定柄部1029時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)將內(nèi)管1014向后滑動(dòng)， 將多元件端部執(zhí)行器1008繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)到關(guān)閉位置。樞轉(zhuǎn)柄部1028的反向運(yùn)動(dòng)使轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 滑動(dòng)，向相反方向(即向前)轉(zhuǎn)移內(nèi)管1014，從而按圖3B所示的箭頭1020方向?qū)⒍嘣?部執(zhí)行器1008繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)到打開位置。
樞轉(zhuǎn)柄部1028包括拇指套環(huán)1030。樞軸銷1032穿過樞轉(zhuǎn)柄部1028的第一孔洞，以便可以按圖3B中箭頭1034所示進(jìn)行樞轉(zhuǎn)。當(dāng)樞轉(zhuǎn)柄部1028的拇指套環(huán)1030移到遠(yuǎn)離器械外殼1004的箭頭1034方向，內(nèi)管1014向后滑動(dòng)，將多元件端部執(zhí)行器1008繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)到關(guān)閉位置。 夾緊凝固刀頭1002的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件1006從器械外殼1004向外延伸。細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件1006優(yōu)選地包括外管1012的外部構(gòu)件、內(nèi)管1014的內(nèi)部構(gòu)件和傳輸部件或超聲傳輸波導(dǎo)管104。
多元件端部執(zhí)行器或多元件端部夾臂組件1008包括夾臂組件1018、組織墊1036和超聲刀片1016。夾臂組件1018繞樞軸銷(未示出)樞轉(zhuǎn)地安裝，以便按箭頭1038所示的方向旋轉(zhuǎn)。超聲刀片1016包括向內(nèi)延伸到刀片主體的錐形凹表面1040。
超聲手術(shù)器械IOO和夾緊凝固刀頭1002可以按本領(lǐng)域已知的方法消毒，例如伽瑪射線消毒、環(huán)氧乙烷處理、高壓滅菌法、在消毒液中浸泡或者其他已知方法。在圖1A和3A示出的實(shí)施例中，手術(shù)器械100的超聲傳輸組件102包括連接到超聲傳輸波導(dǎo)管104的單元件超聲致動(dòng)端部執(zhí)行器或刀片50。刀片50和超聲傳輸波導(dǎo)管104示出為單體構(gòu)造，使用前文討論過的適合超聲能量傳輸?shù)牟牧?例如Ti6A14V、鋁、不銹鋼或其他已知材料)制成。刀片50也可以與超聲傳輸波導(dǎo)管104分開并且使用不同的組合物，通過(例如)雙頭螺栓、焊接、粘合劑、快速連接或其他已知方法連接這兩個(gè)組件。在圖1B和3B所示的實(shí)施例中，夾緊凝固刀頭1002的超聲傳輸組件1024包括連接到超聲傳輸波導(dǎo)管104的多元件端部執(zhí)行器1008。超聲傳輸波導(dǎo)管104的長(zhǎng)度可基本上等同于例如二分之一系統(tǒng)波長(zhǎng)(n A /2)的倍數(shù)。超聲傳輸波導(dǎo)管104可優(yōu)選地由使用例如鈦合金(即Ti6A14V)或鋁合金等適合高效傳輸超聲能量的材料制造的實(shí)芯軸加工而成。 圖4A示出用于驅(qū)動(dòng)超聲換能器14的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊400的一個(gè)實(shí)施例。由超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊400的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)404如圖4B所示。參照?qǐng)D4A和圖4B，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊400可為超聲信號(hào)產(chǎn)生器12的部件。超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊400的電流控制回路402控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)404的調(diào)制，驅(qū)動(dòng)信號(hào)404連接到換能器14上?？刂苹芈?02為鎖相環(huán)路(PLL)，使加載到阻性負(fù)載(即換能器14)上的電流(i)和電壓(v)偏移為0度。驅(qū)動(dòng)信號(hào)404改變換能器14的振幅從而改變刀片50的遠(yuǎn)端52的縱向偏移。電流控制回路402中的加法器模塊406執(zhí)行加法功能并且產(chǎn)生誤差信號(hào)408，該信號(hào)代表傳輸?shù)綋Q能器14、由電流測(cè)量模塊412 (例如，均方根或者RMS)測(cè)得的電流410與由電流設(shè)定點(diǎn)模塊416設(shè)定的所需設(shè)定點(diǎn)電流414之間的差異。控制器418監(jiān)控誤差信號(hào)408以增加或者減少傳輸?shù)椒糯笃?20的輸入電壓419。放大器420增加或者減少驅(qū)動(dòng)信號(hào)404的電壓，以驅(qū)動(dòng)誤差信號(hào)408為零。 在沒有調(diào)制的情況下，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊400產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)404具有基本恒定的振幅"A"。控制回路402基于選擇的為約0至100%的功率水平，使驅(qū)動(dòng)電流410振巾畐"A，，維持為恒定電流(例如，得自EthiconEndo-Surgery， Inc. (Cincinnati, Ohio)的GEN04)。因此，即使當(dāng)?shù)镀舛顺惺芙M織的"重負(fù)荷"，刀片50的遠(yuǎn)端52的速度仍然保持為幾乎恒定，從而輻射壓保持恒定。同樣地，即使刀片50的遠(yuǎn)端52升溫時(shí)，頻率"f"可能略微下降，但是頻率"f"仍然保持相對(duì)恒定。這就意味著霧滴602的尺寸"d"也保持不變。因此，霧滴經(jīng)受基本上相同的輻射和聲壓以及相同的慣性力和流體拉力。因此，霧滴以相同的動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，不太容易互相碰撞和聚結(jié)。
11
圖5示出由基本恒定的振幅"A"和恒定的頻率"f"的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的超聲致動(dòng)的端部執(zhí)行器產(chǎn)生的細(xì)霧流500。如上所述，當(dāng)超聲外科器械100的刀片50的遠(yuǎn)端52與液體接觸時(shí)，細(xì)霧流500從刀片50的遠(yuǎn)端52散發(fā)出。細(xì)霧流500由以基本恒定速率503進(jìn)行運(yùn)動(dòng)并且各自相對(duì)均勻的霧滴502形成。細(xì)霧流500限制外科醫(yī)生清楚地觀察最關(guān)注的區(qū)域。當(dāng)超聲刀片50被激活以凝固和橫切組織時(shí)，產(chǎn)生細(xì)霧流500。因此，細(xì)霧流500就產(chǎn)生于手術(shù)部位?？梢酝ㄟ^降低刀片50的遠(yuǎn)端52的振動(dòng)振幅來減少細(xì)霧流500。但是，這樣并不會(huì)消除細(xì)霧流500，并且多種應(yīng)用可能要求更高的振幅。因此，對(duì)于超聲外科手術(shù)端部執(zhí)行器50來說，仍然無法消除細(xì)霧流500。 當(dāng)由常規(guī)超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，超聲刀片50產(chǎn)生類似于圖5所示形狀的細(xì)霧流500?？梢酝ㄟ^改變超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)而將形成細(xì)霧流500的霧滴502凝聚起來，從而改變細(xì)霧流500的形狀。凝聚是指霧滴502由于濕氣、靜電荷或者化學(xué)或機(jī)械粘合的作用粘附為一小團(tuán)。霧滴502凝聚是這樣一個(gè)過程較小的霧滴502互相碰撞或接觸，聚結(jié)成更大更重的液滴，然后霧滴502沉淀。過去(大約20世紀(jì)50年代)所做的工作已經(jīng)表明采用超聲能量通過凝聚處理對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道進(jìn)行除霧的方法是可行的。這類大型系統(tǒng)的實(shí)際操作不太可能，因?yàn)閳?zhí)行該方法需要很大的能量以及必須數(shù)量和尺寸的超聲警報(bào)器。根據(jù)霧滴凝聚的原理，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊400可配置為產(chǎn)生超聲能量，減少從超聲刀片50的遠(yuǎn)端52發(fā)出的細(xì)霧流500。 超聲刀片50的遠(yuǎn)端52被超聲信號(hào)發(fā)生器12激活時(shí)會(huì)產(chǎn)生輻射壓。由于材料的非線性，輻射壓是超聲振動(dòng)在氣體和液體中產(chǎn)生的靜壓。理想氣體中的輻射壓取決于介質(zhì)中的平均能量，表示為〈E〉。平均能量〈E〉與遠(yuǎn)端介質(zhì)中的速度的平方成比例。輻射壓Pr與〈E〉的關(guān)系可用下列等式(1) 、 (2)和(3)公式化地表示 〈 <formula>formula see original document page 12</formula>
v = w d (3) 可根據(jù)以下物理行為模型來定義形成細(xì)霧流500的霧滴502的尺寸。雖然形成霧(即，液體的霧化)有著相當(dāng)復(fù)雜的物理知識(shí)，但是在大多數(shù)規(guī)律中，液滴的平均直徑"d"可根據(jù)等式(4)來公式化地定義。rf = 0.34
<formula>formula see original document page 12</formula>
(4) 其中，T為表面張力，P。為液體(流體)的密度，"f"為振動(dòng)頻率。根據(jù)等式(4)，霧滴的粒徑"d"與頻率"f"的2/3次方成反比。這意味著，隨著頻率"f"增大，霧滴502的粒徑"d"減小。存在關(guān)于上述等式(4)給出的平均尺寸的霧滴粒徑的分布。但是該分布比較緊密，所以分布中的霧滴502的粒徑"d"幾乎一致。 細(xì)霧流500中的霧滴502的粒徑在較大的范圍內(nèi)分布并且潛在地分層。當(dāng)振動(dòng)源(例如超聲驅(qū)動(dòng)刀片50)產(chǎn)生的場(chǎng)穿透細(xì)霧流500時(shí)，不同粒徑的霧滴不同地響應(yīng)振動(dòng)場(chǎng)。由于霧滴502在振動(dòng)場(chǎng)內(nèi)的位置及其粒徑，借助慣性力和流體拉力，霧滴502以不同的速率沿不同方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致霧滴顆粒502相互碰撞和潛在聚結(jié)。達(dá)到一定程度后，霧滴502增大的粒徑足以使較大較重的霧滴由于增大的重力而"掉下"。 圖6A示出具有調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600的一個(gè)實(shí)施例。圖6B示出超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)604。參照?qǐng)D6A和圖6B，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600可為超聲信號(hào)產(chǎn)生器12的一個(gè)實(shí)施例的元件。超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600的電流控制回路402控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的調(diào)制，驅(qū)動(dòng)信號(hào)604連接到換能器14。超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)604并且將總"RMS"電流410傳輸?shù)綋Q能器14。隨著負(fù)載的增加，電流控制回路402加大驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的電壓。驅(qū)動(dòng)換能器14的驅(qū)動(dòng)信號(hào)604保持與振幅"A"—樣的正弦曲線，電流控制回路402將RMS電流維持為等同于設(shè)定點(diǎn)模塊416設(shè)定的電流設(shè)定點(diǎn)信號(hào)414。 調(diào)制器608將調(diào)制波形606 (在圖6B中以虛線示出，重疊于調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)604上)調(diào)制到電流設(shè)定點(diǎn)信號(hào)414上。調(diào)制波形606 "S/可表示為
<formula>formula see original document page 13</formula> 調(diào)制波形606 "Sm"包括調(diào)幅分量"Am"和調(diào)頻分量"fm"。在圖6A所示的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)換能器14的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)604為變化振幅正弦波信號(hào)。調(diào)制器608將緩慢變化的振幅分量施加到正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)604上。將調(diào)制器608的調(diào)制信號(hào)610提供至加法器模塊406的輸入端?？刂苹芈?02迫使RMS電流等于由設(shè)定點(diǎn)電流414分量和調(diào)制波形606分量形成的調(diào)制信號(hào)610?？蛇x擇響應(yīng)控制回路402的頻率以跟蹤負(fù)載(例如換能器14)的變化，該頻率應(yīng)該大于調(diào)頻"fm"。 施加到驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的調(diào)制波形606會(huì)調(diào)制換能器14的振動(dòng)從而調(diào)制刀片50的縱向偏移。調(diào)制波形606的形狀影響形成從刀片50的遠(yuǎn)端52散發(fā)出的細(xì)霧流500的霧滴502的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。施加到驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的調(diào)制波形606可以采用緩慢變化的交流電(AC)信號(hào)的形式來緩慢改變電流設(shè)定點(diǎn)模塊416施加的設(shè)定點(diǎn)電流414?？梢赃x擇調(diào)制波形606的頻率使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超聲換能器14的共振頻率"f"并且比電流控制回路402相關(guān)的時(shí)間常數(shù)更慢。對(duì)于控制回路402，調(diào)制波形606應(yīng)為電流設(shè)定點(diǎn)模塊416產(chǎn)生的變化設(shè)定點(diǎn)信號(hào)而非需要糾正的誤差信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制波形606可以采用正弦信號(hào)的形式。但在其他實(shí)施例中，調(diào)制波形606可以采用鋸齒波、方波或者任何合適波形的形式。
調(diào)制波形606的形狀影響形成細(xì)霧流500的霧滴502之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在沒有調(diào)制的情況下其由恒定振幅"A"和恒定頻率"f "的驅(qū)動(dòng)信號(hào)404產(chǎn)生。在沒有調(diào)制波形施加到驅(qū)動(dòng)信號(hào)404時(shí)，霧滴502的尺寸基本相同。霧滴502的尺寸基本一致是因?yàn)殪F滴以相同的輻射壓和由此產(chǎn)生的相同相對(duì)速率或相對(duì)運(yùn)動(dòng)從刀片50的遠(yuǎn)端52散發(fā)出。具有高波峰因數(shù)的調(diào)制波形會(huì)對(duì)細(xì)霧流500的霧滴502的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同和更明顯的影響。但是會(huì)達(dá)到平衡，因?yàn)椴煌愋偷恼{(diào)制波形可能具有干擾控制回路402運(yùn)行的更高頻率分量。
圖7示出圖6A所示的具有調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)604驅(qū)動(dòng)刀片50的遠(yuǎn)端52散發(fā)出的細(xì)霧流70。細(xì)霧流700示出調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)404、604施加到刀片50的遠(yuǎn)端52上對(duì)霧滴702a—。產(chǎn)生的效果；其中，n為表示細(xì)霧流700中霧滴總數(shù)的整數(shù)。為了方便明了地示出，霧滴702a—n的粒徑大小有差異而非基本上一致，與未經(jīng)調(diào)制的、形成細(xì)霧流500(圖5)的霧滴502不同。由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的調(diào)制
作用，霧滴7023—J皮703a—n表示輻射壓以不同速率推出，因此導(dǎo)致現(xiàn)在尺寸不一致。因此，借
助施加到驅(qū)動(dòng)信號(hào)404、604的調(diào)制，霧滴702a—n的運(yùn)動(dòng)不一致，使得各個(gè)霧滴702a—n相互碰撞和聚結(jié)，從而形成較大的霧滴702b和702e，以各自不同的速率703b和703e運(yùn)動(dòng)。隨著霧滴7023—n尺寸增大，受重力的影響，較大的霧滴702e在重力705的作用下從細(xì)霧流700中掉下。 減小輻射力可很大程度上"減少"霧的產(chǎn)生。例如，對(duì)于比其他超聲器械低70%振幅運(yùn)行的超聲器械來說，輻射壓接近于其他超聲器械輻射壓的一半。較低的輻射壓使用一半輻射力將霧滴推出。因此，細(xì)霧流的體積將顯著減小。由于頻率"f"設(shè)計(jì)為固定的額定頻率55. 5kHz，并且只在刀片50(例如刀片)升溫時(shí)略微降低，因此此類系統(tǒng)產(chǎn)生的霧滴502的粒徑"d"對(duì)于所有端部執(zhí)行器50(例如刀片)來說都是相等的。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過調(diào)制波形606調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)604，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600修正驅(qū)動(dòng)信號(hào)604以減小細(xì)霧流500 (圖5)并且產(chǎn)生細(xì)霧流700 (圖7)。這可包括調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)604以改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的振幅"A"、驅(qū)動(dòng)信號(hào)604的頻率"f "或它們的任意組合。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600改變刀片50的遠(yuǎn)端52的輻射壓，使得與遠(yuǎn)端52相距不同的霧滴702a—n以不同的相對(duì)速率從遠(yuǎn)端52移出。霧滴702a—n之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)增大相互碰撞和聚結(jié)的可能性。隨著更多的霧滴702『n聚結(jié)，霧滴502的粒徑范圍不斷擴(kuò)大，形成更多的相互碰撞和更大的霧滴，例如702b和702e。霧滴702e的粒徑達(dá)到一定程度后，受重力的影響，較大的霧滴702。從細(xì)霧流中掉下。 在一個(gè)實(shí)施例中，超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊600也可用來改變由刀片50的遠(yuǎn)端52產(chǎn)生的霧滴702a—n的粒徑。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，霧滴702a—n的粒徑只取決于調(diào)頻"fm"(對(duì)于給定的液體)而不取決于振幅"A"。因此霧滴502的粒徑可根據(jù)調(diào)頻"f/而變化?？紤]到超聲外科器械100為高"Q"裝置，因此調(diào)頻"fm"的變化僅有幾赫茲。故意地以低占空比、另一共振短暫地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是可能的。但是該方法可能不實(shí)用并且可能導(dǎo)致其他不良影響。然而，該特性可結(jié)合到其他實(shí)施例中并被視為隨附的權(quán)利要求范圍的一部分。
圖8示出具有相位調(diào)制功能的超聲換能器驅(qū)動(dòng)模塊800的一個(gè)實(shí)施例。采用相位調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)828驅(qū)動(dòng)換能器14。模塊800可為超聲信號(hào)發(fā)生器12的一個(gè)實(shí)施例的元件。電壓測(cè)量模塊804測(cè)量換能器14的電壓并且將具有相位(pv的電壓測(cè)量信號(hào)808提供到檢相器812。電流測(cè)量模塊806測(cè)量通過換能器14的電流并且將具有相位(pi的電流測(cè)量信號(hào)810提供到檢相器812。檢相器812確定電壓測(cè)量信號(hào)808和電流測(cè)量信號(hào)810之間的相位差并且提供與此相位差成比例的相對(duì)相位信號(hào)814。由于換能器14通常由實(shí)際功率驅(qū)動(dòng)，所以相位信號(hào)814在零上下小幅變化。相位設(shè)定點(diǎn)模塊824產(chǎn)生相位調(diào)制波形816 "Sm"，該波形改變調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)828的相位，使其在額定設(shè)定點(diǎn)(通常為零相位)上下變化。相位調(diào)制波形816和相對(duì)相位信號(hào)814被饋送至加法器模塊406的輸入端。加法器模塊406執(zhí)行加法功能并且生成與相位調(diào)制波形816和相對(duì)相位信號(hào)814之間的差異成比例的誤差信號(hào)818。控制器820監(jiān)控誤差信號(hào)818并且將頻率控制信號(hào)830提供到信號(hào)生成器822。信號(hào)生成器822生成具有額定頻率的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)826。頻率控制信號(hào)830與誤差信號(hào)818成比例地調(diào)整正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)826的頻率。功率放大器420對(duì)正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)826進(jìn)行放大，產(chǎn)生相位調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)828驅(qū)動(dòng)換能器14。 在數(shù)字實(shí)施中，模塊根據(jù)完善的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，確定各個(gè)數(shù)字信號(hào)之間定時(shí)的相對(duì)差異，而不是確定各個(gè)信號(hào)之間的相對(duì)相位差。例如，當(dāng)電壓測(cè)量模塊804和電流測(cè)量模塊806使用數(shù)字模塊實(shí)施時(shí)，可采用合適的數(shù)字電路模塊取代檢相器812，以確定每個(gè)信號(hào)分量之間的相對(duì)時(shí)間延遲或時(shí)間差。同樣地，在數(shù)字域中，控制器820調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā) 生器822的時(shí)鐘和定時(shí)，而非產(chǎn)生頻率控制信號(hào)830。
相位調(diào)制波形816 "S，"可表示為
<formula>formula see original document page 15</formula>(6) 相位調(diào)制波形816 " Sm(p "包括調(diào)制相位分量"(K"和調(diào)頻分量"/mp "。如上所述， 由于換能器14通常由實(shí)際功率驅(qū)動(dòng)，所以相位調(diào)制波形816 "S，"在"O"上下變化，因此， 名義上除了相位設(shè)定點(diǎn)模塊824引起的相位(或者頻率)變化，電壓測(cè)量信號(hào)808和電流 測(cè)量模塊810之間不存在相位差。在圖8所示的實(shí)施例中，功率放大器420對(duì)正弦驅(qū)動(dòng)信 號(hào)826進(jìn)行放大，產(chǎn)生相位調(diào)制波形816相位或頻率變化的驅(qū)動(dòng)信號(hào)828。這樣，緩慢變化 的相位分量或頻率分量施加到正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)828上。在相對(duì)較輕的組織負(fù)載下，頻率變化 大約為幾赫茲。由于Q較低，在相對(duì)較重的組織負(fù)載下，頻率變化大約為數(shù)十赫茲。相位或
頻率的變化相對(duì)較小。根據(jù)等式(4)，霧滴的粒徑"d"與頻率"f"的2/3次方成反比(即y，
)。因此，隨著頻率"f"增大，霧滴的粒徑"d"減小。存在關(guān)于上述等式(4)給出的平均尺 寸的霧滴粒徑的分布。但是該分布比較緊密，所以分布中的霧滴的粒徑"d"幾乎一致。由 于相位或頻率變化引入正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)826，因此由相位調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)828驅(qū)動(dòng)的超聲刀片 50作用于霧滴上，產(chǎn)生如細(xì)霧流700 (圖7)所示的不一致的粒徑。粒徑不一致有助于霧滴 702a—n聚結(jié)并且在重力705的作用下從細(xì)霧流700中掉下。 本文所公開的器械可被設(shè)計(jì)為單次使用后丟棄，或者它們可被設(shè)計(jì)為可使用多 次。無論是哪種情況，該裝置至少使用一次后經(jīng)過修理后可再使用。修復(fù)可包括以下步驟的 任何組合拆卸器械，然后清洗或更換特定零件，以及重新組裝。具體地講，可拆卸該器械， 并且可按照任何組合選擇性地更換或拆下器械的任何數(shù)量的特定零件或部件。清洗和/或 更換特定部件后，可在緊接外科手術(shù)之前在修復(fù)設(shè)備上或由外科手術(shù)團(tuán)隊(duì)將器械重新組裝 好，以供后續(xù)使用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道，修復(fù)器械時(shí)可利用多種技術(shù)進(jìn)行拆卸、清 洗/更換和重新組裝。這種技術(shù)的使用以及所得的修復(fù)器械均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，本文所述的多個(gè)實(shí)施例將在手術(shù)之前進(jìn)行。首先，獲取新的或用過的器 械，并根據(jù)需要進(jìn)行清洗。然后對(duì)器械進(jìn)行消毒。在一種消毒技術(shù)中，將該器械置于閉合并 密封的容器中，例如塑料或TYVE1^袋中。然后將容器和器械置于可穿透該容器的輻射場(chǎng)， 例如Y輻射、X射線或高能電子。輻射將殺死器械上和容器中的細(xì)菌。然后可將消毒后的 器械保存在消毒容器中。該密封容器將器械保持在無菌狀態(tài)，直到在醫(yī)療設(shè)備中打開該容 器。 器械優(yōu)選地經(jīng)過消毒。這可以通過任意數(shù)目的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式來進(jìn) 行，包括13輻射、Y輻射、環(huán)氧乙烷、蒸汽。 雖然本文已經(jīng)描述了多個(gè)實(shí)施例，但可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行許多修改和變型。例 如，可以采用不同類型的端部執(zhí)行器。此外，可使用所述實(shí)施例的組合。例如，端部執(zhí)行器 可適于涂覆有"疏血(hemophobic)"材料的凹型刀片尖端。上述具體實(shí)施方式
和以下權(quán)利 要求旨在涵蓋所有這類修改形式和變型形式。
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談到以引用方式全文或部分并入本文的任何專利、出版物或其他公開材料，只能在下列前提下并入本文即被并入的材料不與本公開提出的現(xiàn)有定義、陳述或其他公開材料相沖突。就這點(diǎn)而論，必要時(shí)，本文明確提出的公開內(nèi)容將取代以引用方式并入本文中的任何相沖突的材料。對(duì)于談到以引用方式并入本文但又與本文提出的現(xiàn)有定義、陳述或其他公開材料相沖突的任何材料或其部分，將只能在被并入的材料與現(xiàn)有公開材料不沖突的情況下并入本文。
權(quán)利要求
一種外科器械，包括換能器，所述換能器能夠沿著縱向軸線以預(yù)定頻率產(chǎn)生振動(dòng)；端部執(zhí)行器，所述端部執(zhí)行器能夠連接到沿著所述縱向軸線延伸的所述換能器，所述端部執(zhí)行器包括具有近端和遠(yuǎn)端的主體，所述遠(yuǎn)端能夠通過所述換能器產(chǎn)生的振動(dòng)相對(duì)于所述縱向軸線運(yùn)動(dòng)；和驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊連接到所述換能器以產(chǎn)生調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中所述端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端能夠響應(yīng)由所述換能器響應(yīng)所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)所產(chǎn)生的振動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科器械，其中所述驅(qū)動(dòng)模塊包括調(diào)制器，所述調(diào)制器包括用于接收電流設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的第一輸入端和接收調(diào)制波形的第 二輸入端，所述調(diào)制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)；禾口電流控制回路，所述電流控制回路耦合到所述調(diào)制器以接收所述調(diào)制信號(hào)以及控制耦 合到所述換能器的所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科器械，其中所述調(diào)制波形為時(shí)變信號(hào)， 所述時(shí)變信號(hào)包括調(diào)幅(AJ分量和調(diào)頻(fm)分量；其中所述調(diào)制波形由以下關(guān)系限定 Sm = 1+Am sin (2 Ji fm t)
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的外科器械，其中所述調(diào)制波形包括時(shí)變調(diào)幅(AJ分量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的外科器械，其中所述調(diào)制波形包括時(shí)變調(diào)頻(fj分量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的外科器械，其中所述調(diào)制波形包括時(shí)變調(diào)幅(Am)分量和時(shí)變 調(diào)頻(fm)分量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科器械，其中響應(yīng)于所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 所述端部執(zhí)行器的所述遠(yuǎn)端能夠?qū)⑴c所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)成比例的輻射壓力施加到與所述端部執(zhí)行器的所述遠(yuǎn)端接觸的液滴上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科器械，其中所述驅(qū)動(dòng)模塊包括加法器，所述加法器包括接收相對(duì)相位信號(hào)的第一輸入端和接收相位調(diào)制波形的第二 輸入端，所述加法器用于產(chǎn)生相位調(diào)制信號(hào)，其中所述調(diào)制波形為相變信號(hào)，所述相變信號(hào) 包括相位調(diào)制(小J分量和調(diào)頻(/^)分量；其中所述調(diào)制波形由以下關(guān)系限定
9. 一種方法，包括 獲得權(quán)利要求1所述的外科器械； 對(duì)所述外科器械進(jìn)行消毒；以及 將所述外科器械儲(chǔ)存在消毒容器中。
10. —種超聲信號(hào)發(fā)生器，包括驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊用于產(chǎn)生調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)以耦合到換能器，其中所述換能器連接到具有遠(yuǎn)端的端部執(zhí)行器，所述遠(yuǎn)端能夠響應(yīng)由所述換能器響應(yīng) 所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)所產(chǎn)生的振動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中所述驅(qū)動(dòng)模塊包括調(diào)制器，所述調(diào)制器包括用于接收電流設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的第一輸入端和接收調(diào)制波形的第 二輸入端，所述調(diào)制器用于產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)；禾口電流控制回路，所述電流控制回路耦合到所述調(diào)制器以接收所述調(diào)制信號(hào)以及控制耦 合到所述換能器的所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中所述調(diào)制波形為時(shí)變信號(hào)，所述時(shí) 變信號(hào)包括調(diào)幅(AJ分量和調(diào)頻(fm)分量；其中所述調(diào)制波形由以下關(guān)系限定 Sm = 1+Am sin (2 Ji fm t)
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中所述調(diào)制波形包括時(shí)變調(diào)幅(Am)分
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中所述調(diào)制波形包括時(shí)變調(diào)頻(fm)分
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中所述調(diào)制波形包括時(shí)變調(diào)幅(Am)分 量和時(shí)變調(diào)頻(fm)分量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中響應(yīng)于所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述端 部執(zhí)行器的所述遠(yuǎn)端能夠?qū)⑴c所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)成比例的輻射壓力施加到與所述端部執(zhí) 行器的所述遠(yuǎn)端接觸的液滴上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲信號(hào)發(fā)生器，其中所述驅(qū)動(dòng)模塊包括 加法器，所述加法器包括接收相對(duì)相位信號(hào)的第一輸入端和接收相位調(diào)制波形的第二輸入端，所述加法器用于產(chǎn)生相位調(diào)制信號(hào)，其中所述調(diào)制波形為相變信號(hào)，包括 相位調(diào)制(小J分量和調(diào)頻(/，)分量；其中所述調(diào)制波形由以下關(guān)系限定<formula>formula see original document page 3</formula>
18. —種方法，包括 采用驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及將所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到換能器，其中所述換能器連接到具有遠(yuǎn)端的端部執(zhí)行器； 其中所述遠(yuǎn)端能夠響應(yīng)由所述換能器響應(yīng)調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)所產(chǎn)生的振動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括 在調(diào)制器的第一輸入端處接收電流設(shè)定點(diǎn)信號(hào)； 在所述調(diào)制器的第二輸入端處接收調(diào)制波形；通過采用所述調(diào)制波形調(diào)制所述電流設(shè)定點(diǎn)信號(hào)來產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)； 以及將所述調(diào)制信號(hào)與電流控制回路耦合以控制耦合到所述換能器的所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括接收包括調(diào)幅(AJ分量和調(diào)頻(fj分量的調(diào)制波形；其中所述調(diào)制波形由以下關(guān)系限定Sm = 1+Am sin (2 Ji fm t)
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括 接收包括時(shí)變調(diào)幅(AJ分量的調(diào)制波形。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括接收包括時(shí)變調(diào)頻(fj分量的調(diào)制波形。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括接收包括時(shí)變調(diào)幅(AJ分量和時(shí)變調(diào)頻(fm)分量的調(diào)制波形。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括響應(yīng)所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將與所述調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)成比例的輻射壓力施加到與所述端部 執(zhí)行器的所述遠(yuǎn)端接觸的液滴上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種外科器械，該外科器械包括配置成沿著縱向軸線以預(yù)定頻率產(chǎn)生振動(dòng)的換能器(14)。端部執(zhí)行器(50)適于連接到該換能器并沿著該縱向軸線延伸。該端部執(zhí)行器包括具有近端和遠(yuǎn)端的主體。該遠(yuǎn)端可由該換能器產(chǎn)生的振動(dòng)相對(duì)于該縱向軸線運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)模塊(600)連接到該換能器以產(chǎn)生調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該端部執(zhí)行器的遠(yuǎn)端可響應(yīng)由換能器響應(yīng)調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)所產(chǎn)生的振動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)A61B17/22GK101772326SQ200880101526
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者F·B·斯圖倫 申請(qǐng)人:伊西康內(nèi)外科公司