包括能够同时进行纵向移动和扭转移动并且能够进行实质上扭转振荡的尖端的超声手术工具系统技术方案

一种超声工具系统具有控制台(230)和尖端(142)，所述尖端具有远端，所述远端当被振动时纵向地且扭转地振动。所述控制台将驱动信号施加到驱动器(36)，所述驱动器使所述尖端以纵向机械抵消频率振动。因此，当所述尖端振动时，在所述远端处所述尖端的第一共振模式的纵向分量抵消所述尖端的第二共振模式的纵向分量，因此所述尖端的所述远端参与实质上扭转的且仅最低限度纵向的振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括能够同时进行纵向移动和扭转移动并且能够进行实质上扭转振荡的尖端的超声手术工具系统
本专利技术大体涉及超声驱动手术手持件。更具体地，本专利技术涉及一种具有多个振动模式的超声驱动手持件以及一种驱动所述手持件的方法，使得尖端头部经历为本质上扭转振动的振动。
技术介绍
超声手术器械是用于执行特定医学和手术流程的有用手术器械。通常，超声手术工具包括手持件，该手持件包含至少一个压电驱动器。尖端被机械地耦合到驱动器并从设置有驱动器的壳体或外壳向前延伸。尖端具有头部。头部被提供有通常为齿的特征，其尺寸适于完成特定的医学/手术任务。超声工具系统还包括控制台。控制台向驱动器提供AC驱动信号。在将驱动信号施加到驱动器时，驱动器循环地扩张和收缩。驱动器的扩张/收缩引起沿尖端传播的声波。声波引起尖端(尤其是头部)进入前后运动。当尖端如此移动时，该尖端被认为是振动的。尖端的振动的头部抵靠组织被施加以执行特定的手术或医学任务。例如，一些尖端头部抵靠硬组织被施加。一种形式的硬组织是骨骼。当这种类型的尖端头部被振动时，尖端齿的前后振动锯除相邻的硬组织。还有其他尖端头部被设计成抵靠软组织放置。一些超声工具通过在组织和周围流体中引起空化来移除组织。由于尖端头部以引起空化的速度或超过该速度来回移动而发生空化。空化是在邻近尖端的组织和周围流体中形成小空隙、空腔。这些空腔是极低压力的非常小的区域。跨这些空腔与形成相邻组织的细胞之间的边界有压差。由于该压差的相对较大的幅值，细胞壁爆裂。这些细胞壁的爆裂移除、消融形成该组织的细胞。一些尖端被形成有从尖端头部的侧面横向向外突出的齿。在物理上，许多尖端包括细长轴。轴的近端或后端被连接到手持件。头部(尖端头部)位于远端，即轴的自由端。头部有时从轴的相邻部分向外突出。超声尖端的头部通常相对较小。一些头部的直径小于1.0cm。超声工具移除与施加头部处相邻的组织。由于其头部的表面积相对较小，所以超声手持件已被证明是精确移除硬组织和软组织两者的有用工具。用于选择性地移除组织的其他切割器具是钻头和钻。为使钻头或钻起作用，器具通常是旋转的。这里，“旋转”应被理解为意指重复围绕穿过器具的纵向的360°运动。当与组织的阻力对抗时，该旋转的机械力可以使器具跳出切割的路径。这种旋转的另一不希望的效果是当器具的轴总是压在不打算移除的组织上时，旋转会撕裂或以其他方式损坏组织。对比之下，超声尖端的轴和头部都不旋转。这意味着当在流程中使用这种类型的器具时，基本上消除了由于尖端的旋转而导致组织会损坏的可能性。大多数尖端被设计为当施加驱动信号时，尖端头部主要以单一模式振动。这里，振动模式被理解为尖端头沿其行进的行进路径。大多数尖端被设计为纵向地振动。这意味着头部沿着基本上与沿着尖端的近端到远端纵向轴对齐的轴来回移动。当尖端纵向地振动时会出现一个问题。如上所述的这种类型的尖端被设计成使得当尖端头部的侧面抵靠组织施加并振动时，齿切割、切除组织。备选地，或与切割相组合，齿可促进消融相邻组织的空化。出现该问题是因为有时尖端的轴的远端可以以一定的速度振动，该速度在头部的该端部压迫的组织中引起空化。这种空化可能导致不希望地消融、移除不是移除目标的组织。这种移除发生在尖端头部的远端的这一事实进一步使得通过减少这种不希望的组织移除所带来的挑战变得更加复杂。这个位置通常从从业者的视线是隐藏的。因此，从业者可能难以确定是否由于尖端的放置、是否发生这种不希望的组织消融。可获得以除了纵向模式以外的模式振动的一些尖端。一些尖端被设计成使得它们的头部在被振动时参与扭转振动或旋转振动。这意味着当被激励到振动中时头部围绕尖端纵向轴旋转。还有其他尖端被设计为折曲。该旋转围绕对向小于360°的角度的弧来回运动。这意味着当尖端被激励时，尖端的纵向轴来回弯曲。尖端头部随着尖端的弯曲(即，折曲)而移动。与超声手持件集成的特性是手持件的机械共振频率。这里，手持件应被理解为意指驱动器和耦合到包括尖端的驱动器的手持件的部件两者。机械共振频率是这些部件的频率，当尖端以该频率振动时，尖端头部经历峰值范围的振动运动。对于纵向地振动的尖端，峰值范围被理解为最大的来回距离。对于扭转地振动或折曲振动的尖端，最大范围被理解为振动周期的单个阶段中的最大弧。这里，峰值范围的运动被理解为在幅值上大于在驱动器以稍低于或稍高于共振频率的频率振动时发生的运动的运动。由于它们的结构，一些手持件具有多个机械共振模式。这意味着这种类型的手持件具有多个频率，在所述多个频率处，与相邻频率相比，当手持件被振动时，尖端头部参与峰值范围的移动。每个机械共振频率与机械共振模式中的单个机械共振模式相关联。本申请人的PCT公开号为WO2015/021216A1/美国专利公开号为____的专利公开了一种用于调节驱动信号的频率的单元，使得该信号处于尽可能接近地匹配尖端的机械共振频率的频率，其内容通过引用并入本文。通常，该过程通过确定PCT公开号WO2015/021216A1的以下等式(等式(11))是否测试为真来执行：施加到驱动器的驱动信号的频率用作该比率的前件和后件的变量。PCT公开No.WO2015/021216A1教导了调节驱动信号频率，使得频率处于针对手持件的特定机械共振模式的共振频率。通常，该共振频率用于手持件的机械共振状态，其引起尖端头部的最大峰值范围的运动的振动。如果用于确定上述比率的计算产生肯定结果，则有必要降低驱动信号的频率，以便更接近地匹配其共振频率，从而产生最大期望振动移动。通常，选择被选择用于计算比率的变量来确定驱动信号的频率，该频率将使尖端以共振状态的共振频率振动，其中纵向模式振动和扭转模式振动具有最大幅值。在图1中，频率f1(大约24.45kHz)是与手持件的机械共振模式中的第一机械共振模式相关联的频率。该频率是尖端处于无负载状态时该共振模式的共振频率。当尖端在自由空间中振动时，尖端处于无负载状态。当尖端被施加到组织时，尖端的负载增加到自由空间负载以上。这导致机械共振模式(或多个模式)的共振频率(或多个频率)的变化。尖端的共振频率(或多个频率)也可能由于其他原因而改变。这些原因包括尖端温度的变化或施加到尖端的负载的声学属性的变化。这就是为什么PCT公开NO.WO2015/021216A1教导连续评估等式(1)是否测试为真的原因。由于尖端被施加到组织，所以机械共振模式的共振频率改变。因此，为了确保系统(包括尖端)的有效运行，PCT公开No.WO2015/021216A1教导基于等式(1)连续调节施加到手持件的驱动信号，使得信号处于尽可能接近地匹配相关机械共振模式的实时共振频率的频率。现在可获得一些尖端，其被设计为实质上减少由邻近尖端头部的尖端轴的纵向移动引起的不希望的影响。通常，该尖端被设计为以两个模式同时振动。通常，该尖端被设计为以纵向模式和扭转模式振动。能够以这两个模式同时振动的一个尖端是可从本申请人(密歇根州卡拉马祖的Stryker公司)获得的LongMicroClaw尖端。该尖端的结构被公开在美国专利No.6,955,680(COUPLINGVIBRATIONULTRASONICHANDPIECE)中，其内容通过引用明确地并入。简而言之，这种类型的尖端具有将从驱动器传递的纵向振动分解为两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使超声手术尖端振动的方法，所述方法包括以下步骤：提供手持件(32)，所述手持件具有：至少一个驱动器(36)，所述至少一个驱动器响应于对AC驱动信号的施加而循环地扩张和收缩；以及被连接到所述驱动器的尖端，所述尖端具有相对的近端和远端，所述近端(164)被连接到所述驱动器以便响应于所述至少一个驱动器的所述扩张和收缩而纵向地振动；在所述近端与所述远端之间的特征(154)，其将在所述尖端的所述近端中引起的纵向振动转换成邻近所述尖端的所述远端具有纵向分量和扭转分量的振动；以及在所述远端处的头部(164)，其被配置为在施加所述头部的组织上执行医学流程；将来自电源(232、234、238)的AC驱动信号提供到所述手持件(32)，所述AC驱动信号在频率和电势两者上都变化(344)；确定通过所述手持件(32)的机械部件的电流的目标机械等效值(342)；测量提供到所述手持件的电流和跨所述电源的输出部的电压(346)；基于提供到所述手持件的电流、跨所述电源的电压、所述驱动信号的频率和所述至少一个驱动器的电容，计算通过所述手持件的机械部件的电流的机械等效值(346)；将电流的所述目标机械等效值与计算出的电流的机械等效值进行比较(350)；基于对电流的所述目标机械等效值与计算出的电流的机械等效值的所述比较，选择性地设置由所述电源提供的所述AC驱动信号的电势(352)；基于提供到所述手持件的电流、跨所述电源的电压、所述驱动信号的频率和所述至少一个驱动器的电容，计算通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的比率(356)；并且基于通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的所述比率，设置由所述电源提供的所述AC驱动信号的频率，使得所述频率处于所述手持件(32)的两个相邻机械共振模式的共振频率(f1、f2)之间的频率(fLC)，使得所述至少一个驱动器(36)引起所述尖端(142)中的振动，所述振动使所述尖端以相邻机械共振模式同时振动，使得所述机械共振模式中的第一机械共振模式的尖端头部(164)处的振动的纵向分量至少部分地抵消所述机械共振模式中的第二机械共振模式的所述尖端头部的振动的纵向分量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 US 62/269,5421.一种使超声手术尖端振动的方法，所述方法包括以下步骤：提供手持件(32)，所述手持件具有：至少一个驱动器(36)，所述至少一个驱动器响应于对AC驱动信号的施加而循环地扩张和收缩；以及被连接到所述驱动器的尖端，所述尖端具有相对的近端和远端，所述近端(164)被连接到所述驱动器以便响应于所述至少一个驱动器的所述扩张和收缩而纵向地振动；在所述近端与所述远端之间的特征(154)，其将在所述尖端的所述近端中引起的纵向振动转换成邻近所述尖端的所述远端具有纵向分量和扭转分量的振动；以及在所述远端处的头部(164)，其被配置为在施加所述头部的组织上执行医学流程；将来自电源(232、234、238)的AC驱动信号提供到所述手持件(32)，所述AC驱动信号在频率和电势两者上都变化(344)；确定通过所述手持件(32)的机械部件的电流的目标机械等效值(342)；测量提供到所述手持件的电流和跨所述电源的输出部的电压(346)；基于提供到所述手持件的电流、跨所述电源的电压、所述驱动信号的频率和所述至少一个驱动器的电容，计算通过所述手持件的机械部件的电流的机械等效值(346)；将电流的所述目标机械等效值与计算出的电流的机械等效值进行比较(350)；基于对电流的所述目标机械等效值与计算出的电流的机械等效值的所述比较，选择性地设置由所述电源提供的所述AC驱动信号的电势(352)；基于提供到所述手持件的电流、跨所述电源的电压、所述驱动信号的频率和所述至少一个驱动器的电容，计算通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的比率(356)；并且基于通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的所述比率，设置由所述电源提供的所述AC驱动信号的频率，使得所述频率处于所述手持件(32)的两个相邻机械共振模式的共振频率(f1、f2)之间的频率(fLC)，使得所述至少一个驱动器(36)引起所述尖端(142)中的振动，所述振动使所述尖端以相邻机械共振模式同时振动，使得所述机械共振模式中的第一机械共振模式的尖端头部(164)处的振动的纵向分量至少部分地抵消所述机械共振模式中的第二机械共振模式的所述尖端头部的振动的纵向分量。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：当在将计算出的比率与目标比率进行比较的所述步骤之前首先执行将来自电源(232、234、238)的AC驱动信号提供到所述至少一个驱动器(36)的所述步骤时，将所述AC驱动信号(344)的频率设置为所述手持件的所述两个相邻机械共振模式的共振频率(f1、f2)之间的频率(fLC)，因此所述机械共振模式中的第一机械共振模式的所述尖端头部(164)的振动的所述纵向分量至少部分地抵消所述机械共振模式中的第二机械共振模式的振动的所述纵向分量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，计算通过所述手持件的电流的机械等效值的所述步骤(346)是通过确定提供到所述手持件的电流(iS)与通过所述至少一个驱动器的电流(i0)的差来执行的。4.根据权利要求3所述的方法，其中，当计算通过所述手持件的电流的机械等效值的所述步骤时，根据所述至少一个驱动器(36)的电容(CO)和所述驱动信号的电压(VS)和频率(ω)来计算通过所述至少一个驱动器的电流(i0)。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中：在计算通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的所述比率的所述步骤(356)之后，将所述比率与目标比率进行比较；并且基于对通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的所述比率(356)与所述目标比率的所述比较来执行设置所述AC驱动信号的频率的所述步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其中，当执行将计算出的比率与所述目标比率进行比较的所述步骤时，将计算出的比率与为零的目标比率进行比较。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，所述处理器(266)，其中，至少在对计算通过所述手持件的机械部件的电流的机械等效值的所述步骤和计算通过所述至少一个驱动器的电流与通过所述手持件的所述机械部件的电流的机械等效值之间的比率的所述步骤的初始执行期间，使用从与所述手持件(32)相关联的存储器(56)读取的所述至少一个驱动器的电容(CO)的指示作为输入变量来执行所述计算。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统，其中，在确定通过所述手持件的机械部件的电流的目标机械等效值的所述步骤(342)中，部分地基于表示指示所述手持件的尖端(164)的振动的期望幅值的用户输入命令的信号来计算电流的目标机械分量等效值。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的系统，其中：提供AC驱动信号的所述步骤是利用电源(232)和可变增益放大器(234)来执行的，所述电源输出处于恒定电压的信号，所述可变增益放大器接收由所述电源输出的所述信号并被配置为放大来自所述电源的所述信号以便输出可变电势驱动信号；并且设置所述AC驱动信号的电势的所述步骤(352)是通过改变所述放大器(234)的增益来执行的。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的系统，其中：提供AC驱动信号的所述步骤是利用电源(232)和信号发生器(234)来执行的，所述电源输出处于恒定频率的信号，所述信号为DC信号或AC信号，所述信号发生器接收由所述电源输出的所述信号并被配置为改变来自所述电源的所述信号的频率以便输出可变电势驱动信号；并且设置所述AC驱动信号的频率的所述步骤(352)是通过调节由所述信号发生器(234)输出的所述信号的频率来执行的。11.一种超声手术工具系统(30)，包括：手持件(32)，所述手持件具有：至少一个驱动器(36)，所述至少一个驱动器响应于对AC驱动信号的施加而循环地扩张和收缩；以及尖端(142)，所述尖端具有相对的近端和远端，所述尖端的所述近端被耦合到所述至少一个驱动器，使得所述驱动...

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