作为手持器具的机械阻抗的函数来驱动超声手持器具的系统和方法技术方案

一种的超声手术工具系统(30)，用于驱使具有顶端(50)的手持器具(34)。向手持器具驱动器(40)施加的电压和频率为流过手持器具的机械部件和顶端的电流的等效电流以及这些部件的频率响应的函数。

System and method for driving ultrasonic handheld devices as a function of mechanical impedance of handheld appliances

An ultrasonic surgical tool system (30) is used to drive a handheld appliance (34) with a top (50). The voltage and frequency applied to the hand-held device driver (40) is a function of the equivalent current of the mechanical components and the current at the top of the hand-held device and the frequency response of the components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为手持器具的机械阻抗的函数来驱动超声手持器具的系统和方法
本专利技术总体上涉及超声驱动的手术手持器具。更具体而言，本专利技术涉及将驱动信号作为手持器具的机械部件的阻抗的变化的函数而施加到手持器具。
技术介绍
超声手术仪器是用于执行某些医疗和手术流程的有用的手术仪器。通常，超声手术工具包括手持器具，手持器具包含至少一个压电驱动器。顶端(tip)机械耦合到驱动器并且从驱动器设置在的外壳或壳体向前延伸。顶端具有头部。头部具备特征，该特征通常是被规格以完成特定医疗/手术任务的齿部或凹槽(flute)。超声工具系统还包括控制台。控制台向驱动器供应AC驱动信号。一旦向驱动器施加驱动信号，驱动器就周期性地扩张和收缩。驱动器的扩张/收缩诱导顶端的类似运动，更具体而言，诱导顶端的头部的类似运动。当顶端这样运动时，顶端被视为正在振动。紧靠组织来施加顶端的正在振动的头部以执行特定手术或医疗任务。例如，紧靠硬组织来施加一些顶端头部。硬组织的一种形式是骨头。当振动该类型的顶端头部时，顶端头部的来回振动移除、锯开邻近的硬组织。还将其它的顶端头部设计为紧靠软组织而放置。当该顶端头部振动时，齿部通常通过切割动作来移除组织。一些超声工具还通过在组织和周围液体中诱导空化来移除组织。空化作为顶端头部来回运动的结果而发生。具体而言，作为这些振动的结果，小空孔、空腔形成在组织和周围液体中。这些空腔是具有极低压力的非常小的区域。压力差产生于形成组织的细胞的内容物和这些空腔之间。由于该压力差的相对大的大小，细胞壁破裂。这些细胞壁的破裂移除形成组织的细胞、使其脱离。超声顶端的头部通常相对小。一些头部具有小于1.0cm的直径。超声工具本质上只移除与施加头部处邻近的组织。因此，由于它们的头部的相对小的表面面积，超声手持器具已经被证明是精准移除硬组织和软组织两者的有用的工具。对于超声手术仪器(有时被称为手持器具或工具)，为了有效地起作用，应该向工具施加具有合适特性的驱动信号。如果驱动信号不具有合适特性，顶端头部可能经历小于最佳振幅的振动和/或可能不尽可能快地振动。如果手持器具在任一状态，手持器具在给定瞬间移除组织的能力可能明显地降低。确保超声手持器具有效操作的一个方式是向手持器具施加在手持器具的共振频率处的驱动信号。当驱动信号在给定电压或电流处时，施加在共振频率处的驱动信号诱导顶端的振动，与施加在偏共振的频率处的相同电压相比，该振动处于相对大的振幅。还将其它超声工具系统设计为施加在手持器具的抗共振频率处的驱动信号。抗共振频率可以是手持器具将具有最高阻抗时所处的频率。申请人的SONOPET超声吸引器(UltraSonicAspirator)包括控制台，控制台具有被设计为生成可变的驱动信号并且向附接的手持器具施加该可变的驱动信号的部件。共振电路在控制台的内部。在制造控制台时，将该共振电路的电感和电容设定为基于要与控制台一起使用的特定手持器具的阻抗的函数。将由控制台输出的驱动信号的特性设定为跨过此阻抗电路的电压的函数。对于许多流程，SONOPET控制台(SONOPETConsole)输出驱动信号，该驱动信号如果不基本等同于手持器具的机械部件的共振频率，则至少接近于该共振频率。然而，在许多正常使用情形中，超声手持器具可能承受显著的机械负载。例如，当紧靠骨头按压顶端时，该情形可能发生。在此情形中，顶端上放置的机械负载可能使手持器具的机械部件的阻抗显著变化。如果该事件发生，则控制台可能不能够输出在手持器具的机械部件的共振频率附近的频率处的驱动信号。此外，在现有技术的控制台内部的阻抗电路典型地具有作为将与控制台一起使用的特定手持器具的函数而设定的电感和电容。如果将具有不同的内部电感、电容和电阻的手持器具附接到控制台，则以下具有可观的可能性：由控制台输出的驱动信号将不具有便于手持器具的有效操作的特性。这使得难以(如果不是不可能)将设计为与一个手持器具仪器一起使用的控制台用作向另一个手持器具提供驱动信号的电源。
技术实现思路
本专利技术涉及新的并且有用的超声手术工具系统。本专利技术的工具系统被设计为在设计限制内确保：向系统手持器具施加的驱动信号诱导手持器具顶端的振动，该振动具有合适的振幅。更具体而言，该系统能够在不同的手持器具附接到控制台时设定驱动信号。当手持器具的阻抗特性作为手持器具的使用的结果而变化时，系统还调整驱动信号的特性。本专利技术的系统包括手持器具附接到的控制台。控制台生成驱动信号并且向手持器具提供该驱动信号。控制台设定驱动信号的频率和向手持器具提供的电流。通过调节驱动信号的电压来设定所提供的电流。将驱动信号的这些特性设定为两个变量和常量的函数。这些变量的其中之一是驱动信号的电压。第二变量是通过手持器具的电流，驱动信号的电流。常量是手持器具内部的一个或多个压电驱动器的电容。基于这三个输入，控制台设定驱动信号的频率和电压水平。将驱动信号的频率设定为尽可能接近地与目标频率匹配。这是为了确保顶端头部的振动在它们最有效的频率处。将电压设定为提供对顶端头部振动的振幅的控制。在本专利技术的一些版本中，调整驱动信号以调节向手持器具的机械部件施加的电流的等效电流。可以调整驱动信号的频率以确保：信号处于与手持器具的机械部件的共振和/或抗共振频有关的目标频率处。通过控制台内部的电路来测量驱动信号的电压和电流。因为对于驱动信号的许多逐次调整，驱动器电容保持不变，所以该电容被视为常量。在本专利技术的一些版本中，由从与控制台所附接的手持器具集成的存储器中读取的数据来获得驱动器电容。替代地，基于询问信号组，控制台可以周期性地确定驱动器电容。手持器具的目标频率部分地为手持器具的机械部件的函数。目标频率还是向这些部件施加的变化的负载的函数。目标频率可以是手持器具的机械部件的共振频率。在本专利技术的一些版本中，目标频率是手持器具的机械部件的抗共振频率。在本专利技术的其它版本中，目标频率是手持器具的机械部件的共振和抗共振频率之间的频率。在本专利技术的其它版本中，目标频率在共振和抗共振频率之间的带之外。因此，本专利技术的系统的特征是控制台选择性地调整驱动信号。当向手持器具施加的负载导致目标频率的变化时，调整驱动信号以使其保持在目标频率处或在目标频率附近。本专利技术的额外特征是，控制台可以向具有电容不同的驱动器的手持器具提供驱动信号。同样地，不要求本专利技术的手持器具只连接到单个特定控制台。在本专利技术的一些替代版本中，只设定驱动信号的频率。调节该频率以确保：驱动信号产生向手持器具的机械部件施加的电流的等效电流并且该信号在与这些部件的期望目标频率接近的频率处。附图说明在权利要求中，用特殊性来指出本专利技术。根据结合以下附图的以下具体实施方式，来理解本专利技术的以上和另外的特征和优点。在附图中：图1描绘了包括本专利技术的特征的超声工具系统的基本部件；图2是系统的工具(手持器具)的机械部件的示意性绘图；图3是本专利技术的系统的控制台和手持器具部件两者的电气部件的框图；图4A和图4B是流过手持器具的电流和手持器具的不同部件的阻抗的表示。图5描绘了手持器具内部的存储器中存储的数据的类型；图6A和图6B，当被组装在一起时，形成本专利技术的系统的操作的流程图；图7描绘了当手持器具承受机械负载时，由手持器具内部的部件形成的阻抗电路可以如何被视为改变形式；图8表示了手持器具驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于振动超声手持器具(32)的顶端(50)的系统，所述手持器具具有至少一个驱动器(40)，AC驱动信号施加到所述至少一个驱动器以振动所述顶端，所述系统包括：用于生成可变AC驱动信号的组件(68、70、72)，所述可变AC驱动信号施加到具有至少一个驱动器(40)的所述手持器具；用于测量所述AC驱动信号的电压的组件(80、86)，其输出代表驱动信号电压的信号；用于测量所述AC驱动信号的电流的组件(90、92)，其输出代表驱动信号电流的信号；以及处理器(96)，其被配置为接收所述代表驱动信号电压的信号和所述代表驱动信号电流的信号，并且基于所述代表驱动信号电压的信号、所述代表驱动信号电流的信号和所述至少一个驱动器的电容，调节生成所述AC驱动信号的组件(68、70、72)以建立所述AC驱动信号的特性，其中，所述处理器被配置为：确定目标电流(148)，所述目标电流为将要向所述手持器具的机械部件施加的电流的等效电流；基于所述代表驱动信号电压的信号、所述代表驱动信号电流的信号、所述驱动信号的频率以及所述至少一个驱动器(40)的电容，计算向所述手持器具的机械部件施加的电流的等效电流(155)；将所述目标电流与所计算的向所述手持器具的所述机械部件施加的电流的等效电流进行比较(158)；基于所述电流的比较，设定由生成所述AC驱动信号的组件(68、70、72)输出的所述AC驱动信号的电势(160)；基于所述代表驱动信号电压的信号、所述代表驱动信号电流的信号、所述驱动信号的频率以及压电驱动器的电容，计算向所述至少一个驱动器施加的电流与向所述手持器具的所述机械部件施加的电流的等效电流之间的比率(164)；并且基于所计算的比率，设定由生成所述AC驱动信号的组件(68、70、72)输出的所述AC驱动信号的频率(166)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.07 US 61/863,1521.一种用于振动超声手持器具(32)的顶端(50)的系统，所述手持器具具有至少一个驱动器(40)，AC驱动信号施加到所述至少一个驱动器以振动所述顶端，所述系统包括：用于生成可变AC驱动信号的组件(68、70、72)，所述可变AC驱动信号施加到具有至少一个驱动器(40)的所述手持器具；用于测量所述AC驱动信号的电压的组件(80、86)，其输出代表驱动信号电压的信号；用于测量所述AC驱动信号的电流的组件(90、92)，其输出代表驱动信号电流的信号；以及处理器(96)，其被配置为接收所述代表驱动信号电压的信号和所述代表驱动信号电流的信号，并且基于所述代表驱动信号电压的信号、所述代表驱动信号电流的信号和所述至少一个驱动器的电容，调节生成所述AC驱动信号的组件(68、70、72)以建立所述AC驱动信号的特性，其中，所述处理器被配置为：确定目标电流(148)，所述目标电流为将要向所述手持器具的机械部件施加的电流的等效电流；基于所述代表驱动信号电压的信号、所述代表驱动信号电流的信号、所述驱动信号的频率以及所述至少一个驱动器(40)的电容，计算向所述手持器具的机械部件施加的电流的等效电流(155)；将所述目标电流与所计算的向所述手持器具的所述机械部件施加的电流的等效电流进行比较(158)；基于所述电流的比较，设定由生成所述AC驱动信号的组件(68、70、72)输出的所述AC驱动信号的电势(160)；基于所述代表驱动信号电压的信号、所述代表驱动信号电流的信号、所述驱动信号的频率以及压电驱动器的电容，计算向所述至少一个驱动器施加的电流与向所述手持器具的所述机械部件施加的电流的等效电流之间的比率(164)；并且基于所计算的比率，设定由生成所述AC驱动信号的组件(68、70、72)输出的所述AC驱动信号的频率(166)。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为：通过确定所述AC驱动信号的电流与流过所述至少一个驱动器的电流的差，计算向所述手持器具的所述机械部件施加的电流的等效电流。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理器被配置为：将所述流过所述至少一个驱动器的电流确定为所述至少一个驱动器的电容以及所述AC驱动信号的电压和频率的函数。4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述处理器被配置为：确定所计算的向所述至少一个驱动器(40)施加的电流与所述向所述手持器具的所述机械部件施加的电流的等效电流之间的比率是否指示驱动频率基本等于目标比率，所述目标比率基于用于所述手持器具的所述机械部件的振动的目标频率；并且如果所述确定指示所计算的比率不是基本等于所述目标比率，则调整所述驱动信号的频率。5.根据权利要求4所述的系统，其中，用于所述手持器具的所述机械部件的振动的所述目标频率是以下的其中之一：所述手持器具的所述机械部件的振动的共振频率；所述手持器具的所述机械部件的振动的抗共振频率；或者所述手持器具的所述机械部件的振动的共振频率和抗共振频率之间的频...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·唐尼，M·欧文，
申请(专利权)人：史赛克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US