一种用于例如在手术工具中生成扭转模式超声波振动的装置(20)包括超声换能器(27)，其通常产生纵向模式超声波振动，其中长的中空圆柱形模式转换器(29，59)同轴安装到其远端(13)。穿过模式转换器(29，59)的壁(16)形成多个孔(11，61)。这些孔(11，61)布置在沿着圆柱形模式转换器(29，59)并围绕圆柱形模式转换器(29，59)延伸的多个平行的螺旋排(7)中。与排(7)之间的间隔相比，同一排(7)内的孔(11，61)相对紧密地间隔开。在孔直径(d)、排间距(W)、同一行中的孔之间的间距(1)、相邻行中各个孔之间的间距(L)和模式转换器(D)的总直径之间建立了关系。在优选形式中，与第一模式转换器(29)中的圆柱形孔(11)不同，穿过第二模式转换器(59)的壁(16)的孔(61)向内逐渐变细。
Torsional ultrasonic generator for plastic surgery
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于整形外科手术的扭转超声波发生器
本专利技术涉及用于生成扭转模式超声波振动的装置，用于激活诸如手术工具的超声波振动工具。更具体但非排他地，本专利技术涉及用于生成扭转模式超声波振动的装置，其适于结合到手术工具(尤其是用于整形外科手术的手术工具)的手持件中。
技术介绍
已知在先进的整形外科修正器械中使用扭转模式超声波，并且用于专科创伤植入物移除。与使用纵向模式超声波振动或甚至冲击驱动的切割工具的早期技术相比，采用扭转模式振动的装置的设计提供了增强的安全性，同时显著降低了损坏骨骼开窗的风险(参见Young等人的国际专利申请No.WO2015/198005和美国专利No.8836200)。在一些情况下，在波导周围需要保护罩，其将超声波生成换能器连接到工具的末端效应器。然而，在可以安全地部署工具而没有这种保护罩的情况下，通过使用组合的纵向和扭转模式可以显著提高振荡系统的效率。实现该目的的若干技术实例是已知的，诸如Wuchinich等人在美国专利申请No.US2001/0047166，Boukhny等人在美国专利申请No.US2005/0277869和Easley等人在美国专利申请No.US2006/0004396中公开的那些技术。在每个示例中，产生从纵向模式到扭转模式的比例模式转换的基本物理特征，即横截面不均匀性，涉及在工具的波导或喇叭的选定区域中加工螺旋槽。然而，为了创造声学有效的系统，在工具的钛合金中加工这些特征是困难的，这限制了该技术的使用。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供产生扭转模式超声波振动的装置，特别是适于激励可超声激活的整形外科手术工具的装置，其消除了现有系统的缺点，但提供了如上所述的可比较的益处。根据本专利技术的第一方面，提供了一种适于产生扭转模式超声波振动的装置，包括同轴对准的压电陶瓷元件阵列，其具有从阵列的远端延伸的中空细长转换元件，其中多个孔延伸穿过中空细长转换元件的壁，所述多个孔布置成形成一排或多排孔，其中所述一排或每排孔沿着转换元件并围绕转换元件螺旋地延伸。优选地，每个所述孔彼此相同。有利地，每个所述孔具有中心线，该中心线与中空细长转换元件的纵向中心线相交。优选地，存在围绕转换元件螺旋地延伸的多个所述多排孔。有利地，每排孔平行于彼此延伸。每排孔可以相隔其他排孔间隔开恒定距离。优选地，每个所述孔朝向中空细长转换元件的内部逐渐变细。有利地，每个所述孔还是圆锥形的或截头圆锥形的。可替代地，每个所述孔是圆柱形的。可替代地，每个所述孔具有椭圆形横截面。可替代地，每个所述孔具有大致方形的横截面。优选地，中空细长转换元件是圆柱形的。有利地，细长转换元件的中空内部包括沿细长转换元件的纵向轴线延伸的细长内腔。中空细长转换元件沿其长度可具有恒定的横截面轮廓。中空细长转换元件可具有始终具有恒定厚度的壁部件。优选地，转换元件的外直径(D)与相邻多排孔的有效间隔(W-d)的第一比率大于4：1。有利地，转换元件的外直径(D)与相邻多排孔的有效间隔(W-d)的第一比率大于6：1。转换元件的外直径(D)与相邻多排孔的有效间隔(W-d)的第一比率有利地小于15：1。转换元件(D)的外直径与相邻多排孔的有效间隔(W-d)的第一比率可小于10：1。优选地，相邻多排孔的有效间隔(W-d)与同一排中的孔之间的距离l的第二比率大于1.5：1。有利地，相邻多排孔的有效间隔(W-d)与同一排中的孔之间的距离l的第二比率大于1.7：1。相邻多排孔的有效间隔(W-d)与同一排中的孔之间的距离l的第二比率有利地小于5：1。相邻多排孔的有效间隔(W-d)与同一排中的孔之间的距离l的第二比率可小于3.75：1。根据本专利技术的第二方面，提供了一种通过扭转模式超声波振动激活的手术工具，包括如上述第一方面所述的装置，其中细长波导部件适于发送从中空细长转换元件的远端同轴延伸的超声波振动，以及位于波导部件的远端或附近的手术工具的效应元件。附图说明现在将通过示例并参考附图更具体地描述本专利技术的实施例，在附图中：图1是用于产生扭转模式超声波振动的已知装置的透视图；图2是包括用于产生体现本专利技术的扭转模式超声波振动的装置的手术工具的透视图；图3是与图2的装置隔离的第一转换元件的透视图；图3a是图3的第一转换元件的一部分的放大的局部透视图；图4是图2的手术工具的侧视图；图4a是沿着手术工具的长度的扭转振动的位移幅度的曲线图，其与图4对齐；图5a和图5b是体现本专利技术的第二转换元件的侧视图；以及图6是沿着虚线VI-VI截取的图5a和图5b的第二转换元件的壁的示意性局部横截面。具体实施方式现在参考附图并且特别是图1，示出了用于产生扭转模式超声波振动的已知装置50，特别是Boukhny在US2005/0277869中公开的装置。这包括传统形式的换能器41，其包括在喇叭42的近端46处连接到阶梯式转换喇叭42的PZT陶瓷环的堆叠。换能器41适于在施加合适的电信号时经由在堆叠的PZT环之间交错的电极产生纵向模式超声波振动。转换器喇叭42包括四分之一波长长度的第一近端部分40，其中已切割出一系列平行的螺旋槽47，以及在喇叭42的远端45处终止的直径较小，也是四分之一波长长度的平的第二远端部分44。在该远端45处，由换能器41生成并通过转换器喇叭42发送的超声波振动的位移已变成扭转和纵向模式的组合，如分别如箭头48和49所示。现有技术的该示例说明了如何在轴向/纵向激励的杆系统(其中四分之一波长长度的杆区段加工有一系列平行的螺旋槽)中发生纵向扭转振动的转换。然而，这些槽的间距和深度严重影响产生的扭转纵向位移的比例。(应该注意，图1中所示的装置被认为具有上述介绍性段落中讨论的已知系统的缺点)。已经发现精确地切割这种螺旋槽是一个困难的过程，在大多数情况下，这种装置50主要由钛组成。在图2中，示出了替代的振荡杆系统，其体现了本专利技术并提供了将纵向模式超声波振动部分或全部转换为扭转模式振动的改进部件。该系统体现在手术工具20中，该手术工具20包括换能器27、第一中空截面模式转换器29，以及设计用于移除矫形骨水泥18的器械。这里的换能器27是传统的轴向模式Langevin换能器设计，其由同轴布置、与环形电极交错并夹在背板24和前板14之间的多个压电陶瓷(PZT)环22组成。前板14示出可选的步骤26，以在其远端/输出端13处产生适当的振动特性(详见下文)。隔离凸缘25可选地位于前板14和换能器堆叠22之间，在其中生成的超声波振动的波节处。隔离凸缘25允许手持件的壳体围绕换能器22和第一模式转换器29安装，与超声波振动隔离。换能器27的远端13通过螺纹安装(不可见)附接到第一中空截面模式转换器29(在下面的图3中更详细地示出)。第一模式转换器29设置有布置在一系列平行延伸的螺旋7中的多个径向钻孔11，每个孔11完全穿过第一中空模式转换器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适于产生扭转模式超声波振动的装置，包括同轴对准的压电陶瓷元件阵列，所述压电陶瓷元件阵列具有从所述阵列的远端延伸的中空细长转换元件，其中，多个孔延伸穿过所述中空细长转换元件的壁，所述多个孔布置成形成一排或多排孔，其中，所述一排孔或每排孔沿着所述转换元件并围绕所述转换元件螺旋地延伸。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170117 GB 1700826.91.一种适于产生扭转模式超声波振动的装置，包括同轴对准的压电陶瓷元件阵列，所述压电陶瓷元件阵列具有从所述阵列的远端延伸的中空细长转换元件，其中，多个孔延伸穿过所述中空细长转换元件的壁，所述多个孔布置成形成一排或多排孔，其中，所述一排孔或每排孔沿着所述转换元件并围绕所述转换元件螺旋地延伸。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述孔彼此相同。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，由每个所述孔限定的中心轴线与所述中空细长转换元件的纵向轴线相交。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述中空细长转换元件包括多个所述多排孔，每排孔围绕所述转换元件螺旋地延伸。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，每个所述一排孔彼此平行地延伸。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，每排孔与每个相邻的一排孔间隔开恒定距离。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，一排内的每个孔与所述排内的相邻孔间隔开恒定距离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，每个所述孔朝向所述中空细长转换元件的内部逐渐变细。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，每个所述孔是圆柱形的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·巴科特，S·M·R·杨，M·J·R·杨，
申请(专利权)人：雷德利科学有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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