CN101500492B - 医疗超声系统和手持件及其制造和调节方法 - Google Patents
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Abstract
描述了医疗超声手持件的一些实施方式,每个都包括医疗超声换能器组件。描述了医疗超声系统的实施方式,其中医疗超声系统包括具有医疗超声换能器组件的医疗超声手持件并包括能够连接到换能器组件的远端上的可超声振动的治疗器械。描述了医疗超声系统的实施方式,其中医疗超声系统具有包括医疗超声换能器组件的手持件并包括围绕所述换能器组件的壳体或壳体部件。用于调节医疗超声手持件的方法包括至少加工换能器组件的器械安装柱螺栓的远侧无螺纹部分,以使测量的基频与期望的基频在预定的限制范围内相匹配。用于制造医疗超声换能器组件的方法确定了用于换能器组件的各个增益级的可接受增益。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年10月14日提交的美国临时专利申请No.60/726,625的优先权。
技术领域
本发明整体上涉及一种医疗器械,更具体而言,涉及一种具有医疗超声换能器组件的医疗超声手持件、一种用于调节手持件的方法、一种用于制造换能器组件的方法以及一种包括手持件和可超声振动的治疗器械的医疗超声系统,该可超声振动的治疗器械能够连接到手持件的换能器组件的远端部分上。
背景技术
已知的医疗超声系统包括具有医疗超声换能器组件的医疗超声手持件,并包括连接到手持件的换能器组件的远端部分上的可超声振动的治疗器械。这种器械的示例包括超声振动手术刀并包括超声夹钳,超声夹钳具有作为超声振动刀的第一夹钳臂并具有不振动的第二夹钳臂。在一种已知的应用中,手术刀/刀以基频(也就是沿着器械纵向轴线移动的共振频率)振动。
通过使用尺寸相对较大的换能器组件,传统的医疗超声系统为器械提供了所需的较大位移(也就是较大的振动幅度),但是这导致手持件的尺寸较大,在准确和精细的外科手术中这不适于医生握持和使用。
科学家和工程师仍然在探寻具有医疗超声换能器组件的改进的医疗超声手持件以及改进的系统和与其相关的方法。
发明内容
本发明第一实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,其包括医疗超声换能器组件。所述换能器组件包括连续的第一和第二半波部分,所述第一半波部分包括第一节点,所述第二半波部分包括第二节点。所述第一半波部分包括基本上以所述第一节点为中心的第一压电换能器盘,所述第二半波部分包括基本上以所述第二节点为中心的第二压电换能器盘。所述换能器组件包括布置在所述第一压电换能器盘和所述第二压电换能器盘之间的增益级。
本发明第二实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,其包括医疗超声换能器组件。所述换能器组件包括连续的第一和第二半波部分,所述第一半波部分包括第一节点,所述第二半波部分包括第二节点。所述第一半波部分包括基本上以所述第一节点为中心的多个压电换能器盘的第一堆叠,所述第二半波部分包括基本上以所述第二节点为中心的多个压电换能器盘的第二堆叠。所述换能器组件包括布置在所述多个压电换能器盘的第一堆叠和所述第二堆叠之间的增益级。
本发明第二实施方式的第二种表现形式是一种医疗超声手持件,其包括 -波医疗超声换能器组件。所述换能器组件包括连续的第一、第二半波部分和最远侧的第三半波部分,所述第一半波部分包括第一节点,所述第二半波部分包括第二节点,所述第三半波部分包括第三节点。所述第一半波部分包括基本上以所述第一节点为中心的多个压电换能器盘的第一堆叠,所述第二半波部分包括基本上以所述第二节点为中心的多个压电换能器盘的第二堆叠。所述换能器组件包括第一、第二和第三增益级。所述第一增益级设置在所述第一半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第一堆叠的远侧。所述第二增益级设置在所述第二半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第二堆叠的远侧。所述第三增益级从第三节点的所近侧向远侧延伸。
本发明第三实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件, 其包括1-波医疗超声换能器组件。所述换能器组件包括连续的第一半波部分和最远侧的第二半波部分,其中所述第一半波部分包括第一节点,所述第二半波部分包括第二节点。所述第一半波部分包括多个压电换能器盘的第一堆叠,所述第二半波部分包括多个压电换能器盘的第二堆叠。所述换能器组件包括第一和第二增益级,所述第一增益级布置在所述第一半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第一堆叠的远侧,所述第二增益级布置在所述第二半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第二堆叠的远侧。
本发明第四实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,包括1/2-波医疗超声换能器组件。所述换能器组件包括近侧腹点、远侧腹点和位于所述近侧腹点和远侧腹点之间的节点。所述换能器组件包括布置在所述节点近侧的多个压电换能器盘的第一堆叠、布置在所述节点远侧的多个压电换能器盘的第二堆叠、以及布置在所述多个压电换能器盘的第二堆叠远侧的增益级。
本发明第五实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声系统,包括医疗超声换能器组件和可超声振动的治疗器械。换能器组件具有整体增益并具有远端部分。治疗器械能够连接到所述换能器组件的远端部分上并具有至少一个增益级。
本发明第六实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声系统,包括医疗超声换能器组件和可超声振动的治疗器械。该换能器组件具有远端部分。该治疗器械能够连接到所述换能器组件的远端部分上。所述换能器组件和所连接的治疗器械一起具有操作波长。所述换能器组件单独具有至少等于所述操作波长的1/4并小于所述操作波长的1/2的长度。所述换能器组件和所连接的治疗器械一起具有与所述操作波长的1/2的N倍相等的长度,其中,N为非零的正整数。
本发明第七实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,其包括医疗超声换能器组件。所述换能器组件具有第一节点和第二节点。所述换能器组件具有用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件,所述第一安装部件布置在所述第一节点的近侧,所述换 能器组件还具有用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件,所述第二安装部件布置在所述第二节点的近侧。所述换能器组件没有用于将换能器组件安装到壳体上的任何其它的安装部件。
本发明第八实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,其包括医疗超声换能器组件和环形的连接器组件。医疗超声换能器组件包括金属的端部质量部件、压电换能器盘和电极。所述压电换能器盘布置在所述端部质量部件的远侧并与所述电极电接触。连接器组件围绕所述换能器组件,与所述电极电接触并能够电连接到超声电发生器上。
本发明第八实施方式的第二种表现形式是一种医疗超声手持件,其包括医疗超声换能器组件和环形的连接器组件。医疗超声换能器组件包括金属的端部质量部件、堆叠的多个压电换能器盘和多个电极。所述堆叠的多个压电换能器盘布置在所述端部质量部件的远侧。每个所述压电换能器盘与相应的电极电接触。连接器组件围绕所述换能器组件,与所述电极电接触,并能够电连接到能够与超声电发生器电连接的线缆接线座上。
本发明第九实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,包括医疗超声换能器组件、内侧导体环和外侧导体环。换能器组件能够与超声电发生器电连接,具有纵向轴线,并能够与可超声振动的治疗器械连接,所述治疗器械包括具有打开位置和闭合位置的开关。内侧导体环与所述纵向轴线基本上共轴对准,沿周向围绕所述换能器组件并具有面向远侧的第一环形表面。外侧导体环与所述纵向轴线基本上共轴对准,沿周向围绕所述换能器组件并具有面向远侧的第二环形表面。所述外侧导体环与所述内侧导体环电隔离。当所连接器械的开关处于闭合位置时所述第一和第二环形表面与所述开关电接触。所述内侧导体环和所述外侧导体环能够与所述发生器电连接,并且所连接器械的开关控制所连接的发生器。
本发明第十实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,包括医疗超声换能器组件、壳体、安装件和环形缓冲单元。壳体围 绕所述换能器组件。安装件能够将所述换能器组件枢转连接到所述壳体上。缓冲单元连接到所述壳体上并包括多个间隔开的向内突出的缓冲器。当所述换能器组件未处于枢转载荷下时,所述缓冲器都不与所述换能器组件接触。当所述换能器组件处于枢转载荷下时,所述缓冲器中的至少一个与所述换能器组件接触。
本发明第十一实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件,包括医疗超声换能器组件、至少一个安装构件和第一壳体部件。医疗超声换能器组件具有纵向轴线并具有基本上共轴对准的圆周表面槽。至少一个安装构件至少部分是环形的并具有设置在所述表面槽中的内侧部分。第一壳体部件围绕所述换能器组件并具有远端部分,所述远端部分包括带有凹入基座的面向纵向的环形表面。所述至少一个安装构件至少具有设置在所述基座中的近侧部分。
从本发明实施方案的一个或多个表现方式可以获得若干益处和优点。在一个示例中,本发明的实施方式的一个或多个或所有表现方式有助于实现相对较小尺寸的医疗超声换能器组件,以使安装的可超声振动的治疗器械具有所需的大位移(也就是大的振动幅度),从而形成在准确和精细的外科手术中适于医生握持和使用的尺寸相对较小的手持件。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的示意性侧视图,其示出了医疗超声手持件的医疗超声换能器组件的连续的第一和第二半波部分,其中,第一压电换能器盘基本上以第一半波部分的第一节点为中心,第二压电换能器盘基本上以第二半波部分的第二节点为中心;
图2是本发明第二实施方式的立体图,示出组装好的医疗超声手持件,其包括手持件的 -波医疗超声换能器组件的暴露的柱螺栓(stud);
图3是图2的手持件的一部分的分解图,示出图2的手持件的医疗超声换能器组件、缓冲组件、壳体和头锥组件;
图4是图3的换能器组件、缓冲组件和头锥组件的视图,其中,缓冲组件和头锥组件被示出为连接到换能器组件上;
图5是图4的换能器组件的示意性透视图,示出多个压电换能器盘的第一堆叠和第二堆叠基本上分别以第一和第二节点为中心;
图6是图5的换能器组件的分解图;
图7是图2的换能器组件的柱螺栓的透视图,其中可超声振动的治疗器械连接到该柱螺栓上,器械以局部剖视示出,其中器械是可超声振动的手术刀;
图8是图4的换能器组件的一部分和头锥组件的远端透视图;
图9是图8的换能器组件和头锥组件的剖视图;
图10是图4的换能器组件的一部分的视图,缓冲组件连接在其上;
图11是图10的缓冲组件的剖视图;
图12是图9的换能器组件的一部分、绝缘的多凸耳环、绝缘垫圈以及头锥组件的第一O形环密封件的透视图;
图13是图12的换能器组件的透视图;
图14是手持件的替代实施方式的示意性侧视图,其中换能器组件具有第一和第二增益级,每个增益级具有堆叠的多个压电换能器盘;
图15是本发明第三实施方式的示意性侧视图,示出医疗超声手持件的1-波医疗超声换能器组件,并示出能够安装到换能器组件的柱螺栓上的可超声振动的治疗器械;
图16是本发明第四实施方式的示意性侧视图,示出医疗超声手持件的1/2一波医疗超声换能器组件,并示出能够安装到换能器组件的柱螺栓上的可超声振动的治疗器械;
图17是本发明第五实施方式的透视图,示出包括医疗超声换能器组件和可超声振动的治疗器械的医疗超声系统,该换能器组件具有整体增益,该治疗器械具有四个增益级;
图18是本发明第六实施方式的示意性侧视图,示出了包括医疗 超声换能器组件和可超声振动的治疗器械的医疗超声系统,该换能器组件和治疗器械一起具有操作波长,换能器组件单独具有比操作波长的1/2小的长度;
图19和20是图18的系统的替代实施方式的示意性侧视图;
图21是本发明第七实施方式的示意性侧视图,示出了包括医疗超声换能器组件和壳体的医疗超声手持件,其中换能器组件具有用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件并具有用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件,第一安装部件布置在换能器组件的近侧节点的近侧,第二安装部件布置在换能器组件的远侧节点的近侧;
图22至25是图21的手持件的换能器组件的替代实施方式的示意性侧视图;
图26是本发明第八实施方式的示意性侧视图,示出了与超声电发生器相连的医疗超声手持件,其中手持件的端盖和壳体以剖视示出;
图27是图26的手持件的环形连接器组件和一部分医疗超声换能器组件的放大的侧视图;
图28是图26的手持件的端盖、线缆接线座、环形连接器组件和医疗超声换能器组件的透视图;
图29是图28的组件装配体的分解图;
图30是本发明的第九实施方式的示意图,示出了连接到超声电发生器上的医疗超声手持件,其中手持件的一部分以剖视示出;
图31是图30的手持件的换能器组件沿着图30的线31-31所取的剖视图;
图32是图30的手持件的远端部分的透视图,该远端部分与可超声振动的治疗器械的近端部分相连,该治疗器械包括控制发生器的开关;
图33是本发明的第十实施方式的透视图,示出医疗超声手持件, 其包括壳体(以剖视示出)、医疗超声换能器组件、将换能器组件 枢转连接到壳体上的安装件(以剖视示出)和与壳体相连的缓冲单元;
图34是当安装件未处于枢转载荷下时图33的换能器组件和缓冲单元的近端视图;
图35是当安装件处于枢转载荷下时图33的换能器组件和缓冲单元的近端视图;
图36是本发明第十一实施方式的立体图,示出了医疗超声手持件;
图37是图36的手持件的分解图,示出了图36的手持件的医疗超声换能器组件(其被示意性地示出)、至少一个安装构件、第一壳体部件和第二壳体部件;
图38至40为示出了组装图37的部件以生产图36所示组装好的手持件的中间过程的立体图;
图41是图36的手持件的远侧部分的剖视图;以及
图42是图37的第一壳体部件的远端视图。
具体实施方式
在具体解释本发明的多种实施方式之前,应当注意的是,各种实施方式并不局限于在附图和说明书中所列举之部件的构造和布置的细节的应用或使用。本发明的示例性实施例可以在其它实施例、变化和改进中被实现或被结合,并且可以以各种方式实施或执行。此外,除非另外指出,在此使用的术语和表达被选择成为了方便读者而描述本发明的示例性实施例,并不是为了限制本发明。
应当理解,下述表现方式、实施方式、示例等中的任何一个或多个可以与其他下述表现方式、实施方式、示例等中的任何一个或多个结合。
图1示出了本发明的第一实施方式。图1所示实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件10,其包括医疗超声换能器组件12。换能器组件12包括连续的第一和第二半波部分14和16,其中, 第一半波部分14包括第一节点18,第二半波部分16包括第二节点20。第一半波部分14包括基本上以第一节点18为中心的第一压电换能器盘22,第二半波部分16包括基本上以第二节点20为中心的第二压电换能器盘24。换能器组件12包括设置在第一和第二压电换能器盘22和24之间的增益级26。
为了描述本发明的各种实施方式,应当注意,其中医疗超声换能器组件是能够使可超声振动的治疗器械(例如但不作为限制的超声手术刀或者超声夹钳)在超声下振动的换能器组件,在该可超声振动的治疗器械连接到换能器组件上时,其处于以基频(也就是基础的共振频率)进行振动的模式下,其中节点是指振动的节点(也就是振动幅度为零的位置),腹点是指振动幅度最大的位置。振动模式的示例包括但不限于纵向的振动模式、扭转的振动模式、弯曲的振动模式以及膨胀的振动模式,其中换能器组件不限于以一种振动模式来操作,如本领域技术人员所公知的那样。此外,术语“增益级”指正的增益级,并且作为换能器组件的纵向延伸部分,其将导致振动幅度增加。可以通过使换能器组件的一部分具有减小的直径(如一些附图中所示的那样)、(恒定或不定的)斜度或者具有不同的材料等方式中的至少一种方式来提供增益级,如本领域技术人员所公知的那样。应当指出的是,压电换能器盘不限于那些外周具有圆形的结构,而是可以包括外周为其他形状(例如但不限于椭圆形)的那些。
图2至13示出了本发明的第二实施方式。图2至13的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件28,其包括医疗超声换能器组件30。换能器组件30包括连续的第一和第二半波部分32和34,其中,第一半波部分32包括第一节点36,第二半波部分34包括第二节点38。第一半波部分32包括基本上以第一节点36为中心的由多个压电换能器盘42形成的第一堆叠40,第二半波部分34包括基本上以第二节点38为中心的由多个压电换能器盘42形成的第二堆叠44。换能器组件30包括设置在多个压电换能器盘42的第一 堆叠40和第二堆叠44之间的增益级46(也称作第一增益级)。
应当注意,在一个示例中,电极设置在堆叠的多个压电换能器盘中相邻的压电换能器盘之间,以为盘供能,如本领域所公知的那样。
在一种替代实施方式中,如图14所示,手持件48包括换能器组件50,其中换能器组件50的增益级52(也称作第一增益级)包括由多个压电换能器盘42’形成的堆叠54。应当注意,增益级52的压电换能器盘42’的直径小于第一堆叠40的压电换能器盘42的直径。还应当注意,节点处的直径减小使得增益级的增益最大化,并且腹点远侧附近的直径增大使得能够完全保持增益级的增益。
图2至13的实施方式的第二种表现形式是一种医疗超声手持件28,其包括 -波医疗超声换能器组件30’。换能器组件30’包括连续的第一、第二和最远侧的第三半波部分32、34和56,其中,第一半波部分32包括第一节点36,第二半波部分34包括第二节点38,第三半波部分56包括第三节点58。第一半波部分32包括基本上以第一节点36为中心的由多个压电换能器盘42形成的第一堆叠40,第二半波部分34包括基本上以第二节点38为中心的由多个压电换能器盘42形成的第二堆叠44。换能器组件30包括第一、第二和第三增益级46、60和62。第一增益级46设置在第一半波部分32中并位于多个压电换能器盘42的第一堆叠40远侧。第二增益级60设置在第二半波部分34中并位于多个压电换能器盘42的第二堆叠44远侧。第三增益级62从第三节点58的近侧向远侧延伸。
应当注意, -波换能器组件是其近端到远端的长度为其基频的大致 波长的换能器组件。还应当注意, -波换能器组件在其近端(第一半波部分的近端)处具有近侧腹点,具有第一和第二半波部分的共同腹点,具有第二和第三半波部分的共同腹点,并在其远端(第三半波部分的远端)处具有远侧腹点。
在图2至13的实施方式的第二种表现形式的一种实现方式中, 第一增益级46具有近端64和远端65,近端64从远侧与多个压电换能器盘42的第一堆叠40间隔开,远端65设置在第一和第二半波部分32和34的共同腹点66的近侧。在一种变型中,第二增益级60具有近端68和远端70,近端68从远侧与多个压电换能器盘42的第二堆叠44间隔开,远端70设置在第二和第三半波部分34和56的共同腹点72的近侧。在一种变化中,第三半波部分56的远侧以柱螺栓74终止,柱螺栓74可连接到可超声振动的治疗器械76上。在一个示例中,柱螺栓74包括近侧螺纹部分78,并包括邻接近侧螺纹部分78的远侧无螺纹部分80,并且近侧螺纹部分78可螺纹连接到器械76上。本领域技术人员也可以想到柱螺栓和/或螺纹连接以外的其他示例。
在一种替代实施方式中,如图14所示,第一增益级52包括多个压电换能器盘42’的堆叠54,第二增益级82包括多个压电换能器盘42’的堆叠84。在一种变型中,第三半波部分86包括多个压电换能器盘42’的堆叠88,该堆叠88具有近端90和远端96,近端90从远侧与第二和第三半波部分94和86的共同腹点92间隔开,远端96设置在第三节点98的近侧。
用于调节医疗超声手持件28(其中手持件28包括柱螺栓74)的方法包括步骤a)至步骤c)。步骤a)包括测量换能器组件30’的基频。步骤b)包括确定换能器组件30’期望的基频,其中期望的基频大于测量的基频。步骤c)包括至少加工远侧的无螺纹部分80,以在预定的限制范围内使测量的基频与期望的基频相匹配。在一种变型中,步骤c)的加工使得无螺纹部分80缩短。在一种变化中,步骤c)还包括加工近侧螺纹部分78。应当注意,该方法不限于 波换能器组件。
用于制造医疗超声手持件28的换能器组件30’的示例的方法包括步骤a)至g)。在该方法和示例中,具有第一、第二和第三增益级46、60和62,第一、第二和第三增益级46、60和62以及器械76每个都具有增益,并且换能器组件30’具有设计直径。步骤a)包 括获得驱动电路的机电要求的至少一个机电方程,以用安装的器械76来驱动换能器组件30’,这取决于设计直径以及第一、第二和第三增益级46、60和62。步骤b)包括获得所安装器械76的稳定动态行为的声学要求的至少一个声学方程,这取决于设计直径、第一、第二和第三增益级46、60和62以及器械增益。步骤c)包括预先确定用于各个机电要求的可接受范围。步骤d)包括预先确定用于各个声学要求的可接受范围。步骤e)包括预先选择设计直径和器械增益。步骤f)包括使用所述至少一个机电方程和所述至少一个声学方程来确定用于第一增益级46的可接受的第一增益、用于第二增益级60的可接受的第二增益、以及用于第三增益级62的可接受的第三增益,所述至少一个机电方程和所述至少一个声学方程将各个机电要求置于针对该机电要求的可接受范围内,并将各个声学要求置于针对该声学要求的可接受范围内。步骤g)包括用具有确定的可接受第一增益的第一增益级46、具有确定的可接受第二增益的第二增益级60和具有确定的可接受第三增益的第三增益级62来构造换能器组件30,。应当注意,设计直径是换能器组件的基本直径,而不反映增益级的任何直径、部件上的任何加扭平面(torquing flat)、换能器组件对壳体的任何安装凸缘、与器械接合的柱螺栓的任何位置以及这种柱螺栓的无螺纹部分的任何直径。还应当注意,该方法不限于 -波换能器组件和/或三个增益级和/或特定的部件组成。
在用于制造换能器组件30’的方法的一种实现方式中,所安装的器械76具有基频。在该方式中,步骤a)获取所安装器械76的相位容限方程、换能器组件30’的功率消耗的方程、所安装器械76的位移(根据振动模式而发生的线性或角)位移方程、换能器组件30’的阻抗方程、由所安装器械76传递到患者组织的功率(组织功率)的方程、以及所安装器械76的被加载的最大相位的方程。应当注意,所用的术语相位容限、功率消耗、位移、组织功率、阻抗以及加载的最大相位仅是机电要求的示例,针对超声电发生器中的驱动电路,它们每个具有可接受的范围,以用所安装的器械76来驱动换能器组 件30’。在该方式中,步骤b)获取紧接在基频之下的第一共振频率(Sn-1)的方程,获取紧接在基频之上的第二共振频率(Sn+1)的方程,并获取第一和第二共振频率的频率范围(Span-1)的方程。应当注意,Sn-1、Sn+1以及S pan-1是声学要求的示例,针对所安装器械76的稳定动态行为,每个具有可接受的范围。
用于换能器组件30’的一组所述至少一个机电方程的示例如下:
相位容限=4284.8+72.71*DD-422.6*TG-2488.5*HG-505.74*MG+513.4*(HG)2+26.1*(MG)2-62.8*(DD*HG)+7.44*(DD*MG)+188.9*(TG*HG)+75.3*(HG*MG);
功率消耗=21.22-0.905*DD-0.784*TG-12.3*HG-5.7*MG+2.1*(HG)2+0.11*(MG)2+0.021*(DD*HG)+0.37*(DD*MG)+0.75*(TG*HG)+1.75*(HG*MG);
位移=70.62-7.15*DD-0.382*TG-26.44*HG-14.12*MG+2.29*(HG)2-0.12*(MG)2+1.48*(DD*HG)+1.47*(DD*MG)+1.42*(TG*HG)+4.90*(HG*MG);
组织功率=253.1+19.49*DD-17.6*TG-108.93*HG-40.8*MG+21.9*(HG)2+4.5*(MG)2-6.44*(DD*HG)-2.7*(DD*MG)+6.7*(TG*HG)+5.7*(HG*MG);
阻抗=194.82-8.31*DD-7.2*TG-112.78*HG-52.1*MG+18.98*(HG)2+0.97*(MG)2+0.19*(DD*HG)+3.4*(DD*MG)+6.84*(TG*HG)+16.1*(HG*MG);以及
加载的最大相位=268.9+1.225*DD-6.5*TG-157.5*HG-38.7*MG+29.9*(HG)2+3.23*(MG)2。
用于换能器组件30’的一组所述至少一个声学方程的示例如下:
Sn-1=163.5*DD+228.5*I G+4001.6*TG+2149.6*HG+860.3*MG+500.5*(IG)2-1037.9*(IG*TG)-454.1*(IG*HG)-231.3*(IG*MG)-9125.7;
Sn+1=2805.6*DD-1590.3*I G+34.4*TG+1465.6*HG+2652.4*MG-168.1*(DD)2+447.9*(I G)2-138.2*(MG)2-229.6*(IG*MG)-437.8*(HG* MG)-15212.6;以及
Span-1=3713.9*DD-2906.9*IG+2757.1*TG+274.7*HG+3160.6*MG-214.6*(DD)2+976.2*(IG)2-190*(MG)2-672.5*(IG*TG)-460.9*(IG*MG)-19879.9。
在以上的九个方程中,设计直径DD是端部质量部件100的直径(单位是毫米)(其等于多个压电换能器盘42的第一和第二堆叠40和44的压电换能器盘42的外径),IG是器械增益,过渡增益(transgain)TG是第一增益,喇叭增益(horn gain)HG是第二增益,安装增益MG是第三增益。应当理解,设计直径也是换能器组件30’的基本直径,如图5所示。相位容限的单位是赫兹,功率消耗的单位是瓦,位移的单位是微米(峰值对峰值),组织功率的单位是瓦,阻抗的单位是欧姆,加载的最大相位的单位是度,Sn-1的单位是赫兹,Sn+1的单位是赫兹,Spa n-1的单位是赫兹。用以上的九个方程作为换能器组件30’的特定示例,其中特定换能器组件的一些特性的讨论如下。特定的换能器组件30’以振动的纵向模式操作,并包括基本上由不锈钢制成的金属的端部质量部件100、基本上由钛制成的金属的换能器喇叭部件102、以及基本上由钛制成的金属的喇叭安装部件104。该特定的换能器组件包括八个PZT(压电换能器),每个堆叠中包括八类材料盘(PZT盘的尺寸为:外径(方程中的DD);内径为4.2mm,厚度为2.34mm)。PZT内径与金属部件沿径向隔开0.5mm(毫米)。柱螺栓具有6-32USC螺纹。每个半波部分被调整到接近55.5KH z(千赫兹)的纵向基频。使用上述的九个方程,申请人成功地构建并测试了其中DD被选择为8mm的特定换能器组件。
以下将描述用于开发用于不同换能器组件的类似的一组九个方程的一种技术,该不同的换能器组件包括例如但不限于不同的部件构成和/或不同的振动模式(或混合模式)和/或具有非圆形外周的压电换能器盘和/或具有不同数量个半波部分的换能器组件和/或具有不同数量个增益级的换能器组件等。通过选择诸如实验的箱式图(Box-Behnken)设计之类的统计学设计开始,其中(1)因素(也 就是独立变量)是换能器组件的设计直径、换能器组件的增益级和器械增益;(2)对于声学(动态)性能的响应(也就是声学性能独立变量)是Sn+1、Sn-1和Span-1;以及(3)对于机电性能的响应(也就是机电独立变量)是阻抗、相位容限、组织功率、功率消耗、位移和加载的最大相位。通过选择因素的范围来建立该实验。使用诸如Abaqus、IDEAS等商用有限元分析软件来解决用于换能器组件的有限元模型的实验中的情况。使用诸如Minitab之类的商用统计软件来分析数据,以得到与对因素的响应相关的方程。对方程联立求解来调节增益级的大小,用于以特定的安装的器械来传输所需的声学性能,并用特定的连接的发生器来传输所需的机电性能。使用该方法,对于例如包括任何感兴趣的基本振动模式(纵向、扭转、弯曲、膨胀等)、任何设计横截面(包括非圆形横截面)、任何PZT类型、用于金属部件的任何金属等的任何换能器组件,本领域技术人员能够得到方程而无需不适当的实验。应当注意,在具体的应用中,可以使用或者也可以不使用该组九个方程中的所有方程,且/或可以包括至少一个不同的声学性能方程和/或不同的机电性能方程。本领域技术人员可以使用不同的因素以及对机电性能和/或声学性能的不同响应。
在图2至13的实施方式的第二种表现形式的第一设计中,医疗超声手持件28包括金属的端部质量部件100、金属的换能器喇叭部件102和金属的喇叭安装部件104。多个压电换能器盘42的第一和第二堆叠40和44中的压电换能器盘42是环形盘,并且换能器喇叭部件102具有近侧部分106和远侧部分108。多个压电换能器盘42的第一堆叠40中的压电换能器盘42围绕换能器喇叭部件102的近侧部分106,多个压电换能器盘42的第二堆叠44中的压电换能器盘42围绕换能器喇叭部件102的远侧部分108。
在第一设计的一种变型中,换能器喇叭部件102具有中间部分110。中间部分110包括第一增益级46,并包括限制第一增益级46的近侧和远侧基座部分112和114。端部质量部件100设置在多个压 电换能器盘42的第一堆叠40的近侧。端部质量部件100螺纹连接到换能器喇叭部件102的近侧部分106上,将多个压电换能器盘42的第一堆叠40挤靠在近侧基座部分112上。在一种构造中,端部质量部件100和换能器喇叭部件102上的加扭平面辅助这种挤压。
在第一设计的一种变化中,喇叭安装部件104布置在多个压电换能器盘42的第二堆叠44的远侧。喇叭安装部件104螺纹连接到换能器喇叭部件102的远侧部分108上,将多个压电换能器盘42的第二堆叠44挤靠在远侧基座部分114上。在一种构造中,喇叭安装部件104和换能器喇叭部件102上的加扭平面辅助这种挤压。在一个示例中,喇叭安装部件104具有近侧部分116和远侧部分118,近侧部分116包括第二增益级(0,远侧部分118包括第三增益级62。
在图2至13的实施方式的第二种表现形式的一种实现方式中,医疗超声手持件28包括壳体120(也称作中间壳体),其中壳体120围绕换能器组件30’。在一种变型中,医疗超声手持件28包括环形缓冲组件122,环形缓冲组件122具有多个间隔开并向内突出的缓冲器124。缓冲组件122围绕多个压电换能器盘42的第一堆叠40,其中缓冲器124与多个压电换能器盘42的第一堆叠40在第一节点36的近侧接触,壳体120围绕缓冲组件122并与其接触。
在图2至13的实施方式的第二种表现形式的一种布置中,换能器组件30’具有纵向轴线126,壳体120具有多凸耳内凸缘128,喇叭安装部件104具有多凸耳外凸缘130,外凸缘130设置在第三节点58的近侧(在首先对准凸耳用于穿过,然后相对转动使其不能穿过之后,外凸缘130还位于多凸耳内凸缘128的远侧)。在该布置中,手持件28包括头锥组件132,该头锥组件132具有绝缘的多凸耳环134(例如但不限于压缩的软弹性材料的、隔振的多凸耳环),多凸耳环134沿纵向设置在多凸耳内凸缘128和多凸耳外凸缘130之间(在首先对准凸耳用于穿过,然后相对转动使其不能穿过之后)并与多凸耳内凸缘128和多凸耳外凸缘130接触,并且该头锥组件132覆盖并接触多凸耳外凸缘130。在该布置中,壳体120围绕多凸耳环 134并与其接触。
在一个示例中,头锥组件132包括从远侧抵靠多凸耳外凸缘130的沿纵向压缩的绝缘垫圈136(例如但不限于弹性垫圈),并包括从远侧抵靠垫圈136的环状头锥138。在该示例中,壳体120围绕头锥138并与其接触。在一种变型中,头锥组件132包括第一和第二0形环密封件140和142,如图3和9所示。在一种变化中,头锥组件132包括内侧和外侧导体(导电)环144和146,环144和146通过环形的绝缘构件148隔开,如图9所示。
在相同的示例中,外侧导体环146接触壳体120并且是接地(电接地)环,内侧导体环144是能够电连接(部分通过导线150)至超声电发生器(未示出)的低AC输出的热(电热)环。器械76具有开关(未示出),当器械76连接到柱螺栓74上时,开关电连接到内侧和外侧导体环144和146上。开关控制超声电发生器。在其他的布置中(未示出),内侧和外侧导体环144和146被省略,并且超声电发生器具有机载开关或者手持件具有开关。
在相同的示例中,发生器具有能够电连接(部分通过导线152和跳线154)到布置在相邻的压电换能器盘42之间的电极156上的正和负高AC输出。多个压电换能器盘42的第一堆叠40的压电换能器盘42通过第一绝缘圆筒158而与换能器喇叭部件102径向向内电隔离。多个压电换能器盘42的第二堆叠44的压电换能器盘42通过第二绝缘圆筒160而与换能器喇叭部件102径向向内电隔离。应当注意,柱螺栓74向头锥组件132的远侧延伸,并且头锥138的近端部分布置在壳体120的远端部分的内侧并压配合到该远端部分中。
在相同的示例中,缓冲组件122包括销162,导线152从销162延伸到电极156/跳线154,以为压电换能器盘42供电。在一种变型中,手持件28包括具有销(未示出)的环形端盖164,当端盖164的远端部分布置在壳体120的近端部分的外侧并与其压配合时,该销与缓冲组件122的销162接合。这使得缓冲组件122被沿纵向紧固在壳体120的内侧环形基座(未示出)和端盖164的内侧环形基 座(未示出)之间。
在相同的示例中,手持件28包括包含导线150和导线152的线缆166。线缆166从端盖164的近端部分延伸到近侧插塞168。插塞168可以电连接到超声电发生器(未示出)。
图15示出了本发明的第三实施方式。图15的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件210,其包括1-波医疗超声换能器组件212。换能器组件212包括连续的第一半波部分214和最远侧的第二半波部分216,其中,第一半波部分214包括第一节点218,第二半波部分216包括第二节点220。第一半波部分214包括多个压电换能器盘224的第一堆叠222,第二半波部分216包括多个压电换能器盘224的第二堆叠226。换能器组件212包括第一增益级228和第二增益级230,其中第一增益级228位于第一半波部分214中并位于多个压电换能器盘224的第一堆叠222的远侧,第二增益级230位于第二半波部分216中并位于多个压电换能器盘224的第二堆叠226的远侧。
在图15所示实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,第二半波部分216的远侧以柱螺栓232终止,柱螺栓232可连接到可超声振动的治疗器械234上。在一种变型中,柱螺栓232包括近侧螺纹部分242,并包括邻接近侧螺纹部分242的远侧无螺纹部分244,并且近侧螺纹部分242可螺纹连接到器械234上。本领域技术人员也可以想到柱螺栓和/或螺纹连接以外的其他示例。用于调节手持件210的方法与上述用于调节手持件28的方法相同。
在图15所示实施方式的第一种表现形式的一种布置中,多个压电换能器盘224的第一堆叠222基本上以第一节点218为中心,多个压电换能器盘224的第二堆叠226布置在第二节点220近侧。在一种变型中,第一增益级228具有近端236和远端238,近端236从远侧与多个压电换能器盘224的第一堆叠222间隔开,远端238布置在第一和第二半波部分214和216的共同腹点240的近侧。在一个示例中,第一增益级228包括多个压电换能器盘224’的堆叠 246。在另一种示例中(未示出),第一增益级没有任何压电换能器盘。应当注意,操作手持件210将在换能器组件212的近端处具有近侧腹点,并在换能器组件212的远端处具有远侧腹点。
图16示出了本发明的第四实施方式。图16的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件310,其包括1/2-波医疗超声换能器组件312。换能器组件312包括近侧腹点314、远侧腹点316以及位于近侧腹点314和远侧腹点316之间的节点318。换能器组件312包括位于节点318近侧的多个压电换能器盘322的第一堆叠320、位于节点318远侧的多个压电换能器盘322’的第二堆叠324、以及位于多个压电换能器盘322’的第二堆叠324远侧的增益级326。
在图16所示实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,换能器组件312的远侧以柱螺栓328终止,柱螺栓328可连接到可超声振动的治疗器械330上。在一种变型中,柱螺栓328包括近侧螺纹部分332,并包括邻接近侧螺纹部分332的远侧无螺纹部分334,并且近侧螺纹部分332可螺纹连接到器械330上。本领域技术人员也可以想到柱螺栓和/或螺纹连接以外的其他示例。用于调节手持件310的方法与上述用于调节手持件28的方法相同。
图17示出了本发明的第五实施方式。图17的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声系统410,其包括医疗超声换能器组件412和可超声振动的治疗器械414。换能器组件412具有整体增益并具有远端部分418。器械414可连接(并且在一个示例中是连接)到换能器组件412的远端部分418上,并具有至少一个增益级420、422、424和426。
在图17所示实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,所述至少一个增益级420、422、424和426包括多个增益级420、422、424和426。在一种变型中,每个增益级420、422、424和426具有近端428和远端432,近端428布置在器械414的相应节点430的近侧,远端432布置在器械的相应腹点434的近侧,以使得器械414的远端436处的位移最大化。在图17的实施方式的一种执行方式中, 换能器组件412包括多个压电换能器盘440的堆叠438。在一个示例中,(整体增益)换能器组件412应当比高增益换能器组件具有更少的静态功耗和热量,并且应当比高增益换能器组件提供更好的密封(由于较少的节点振动)。在相同或不同的示例中,(整体增益)换能器组件412应当提供较小的手持件412,并且应当为器械414(例如手术刀)与手持件412提供潜在的快速连接。
图18示出了本发明的第六实施方式。图18的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声系统442,其包括医疗超声换能器组件444和可超声振动的治疗器械446。换能器组件444具有远端部分450。器械446可连接(并且在一个示例中是连接)到换能器组件444的远端部分450上。换能器组件444和安装的器械446一起具有操作波长。换能器组件444单独具有至少等于操作波长的1/4并小于操作波长的1/2的长度。换能器组件444和安装的器械446一起具有与操作波长的1/2的N倍相等的长度,其中N是非零的正整数。
在图18所示实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,N等于1。在一种变型中,换能器组件444和安装的器械446一起具有节点452,并且换能器组件444包括节点452。在一种变化中,换能器组件444包括多个压电换能器盘456的堆叠454。在一个示例中,换能器组件444包括布置在节点452近侧的凸缘458。在第一种构造中,凸缘458布置在节点452的近侧,其中器械446连接到凸缘458上,并且多个压电换能器盘456的堆叠454布置在凸缘458的近侧并与其抵靠。
在第二种构造中,如图19的替代实施方式所示,换能器组件462的凸缘460布置在节点464的远侧,器械466连接到凸缘460上,并且多个压电换能器盘470的堆叠468布置在凸缘460的近侧并与其抵靠。在第三种构造中,如图20的替代实施方式所示,换能器组件474的凸缘472基本上以节点476为中心,器械478连接到凸缘472上,多个压电换能器盘482的堆叠480布置在凸缘472的近侧并与其抵靠,多个压电换能器盘482的另外的堆叠484布置在凸缘472 的远侧并与其抵靠。
图21示出了本发明的第七实施方式。图21的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件510,其包括医疗超声换能器组件512。换能器组件512具有近侧和远侧节点514和516。换能器组件512具有布置在近侧节点514近侧的用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件512和布置在远侧节点516近侧的用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件520。换能器组件512没有用于将换能器组件安装到壳体上的另外的安装部件。
在图21的实施方式的第一种表现方式的一种实现方式中,手持件510包括壳体522,壳体522具有开口524并围绕换能器组件512,其中换能器组件512可以通过开口524插入到壳体522中。在一种变型中,换能器组件512包括多个压电换能器盘528的堆叠526。在第一示例中,用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件518是换能器组件512的第一外凸缘,用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件520是换能器组件512的第二外凸缘,其中第一外凸缘比第二外凸缘突出更多(或更少)。
在第二示例中,如图22的替代实施方式所示,用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件530是换能器组件532的外凸缘,用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件534是换能器组件532的O形环槽。外凸缘比布置在O形环槽中的O形环(未示出)突出更多(或更少)。
在第三示例中,如图23的替代实施方式所示,用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件536是换能器组件538的O形环槽,用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件540是换能器组件538的外凸缘。布置在O形环槽中的O形环(未示出)比外凸缘突出更多(或更少)。
在第四示例中,如图24的替代实施方式所示,用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件542是换能器组件544的第一O形环槽,用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件546是换能 器组件544的第二O形环槽。布置在第一O形环槽中的第一O形环(未示出)比布置在第二O形环槽中的第二O形环(未示出)突出更多(或更少)。
在第五示例中,如图25的替代实施方式所示,用于将换能器组件安装到壳体上的第一安装部件548是换能器组件550的第一对O形环的限制外凸缘,用于将换能器组件安装到壳体上的第二安装部件552是换能器组件550的第二对O形环的限制外凸缘。由第一对O形环的限制外凸缘所限制的第一O形环(未示出)比由第二对O形环的限制外凸缘所限制的第二O形环(未示出)突出更多(或更少)。
图26至29示出本发明的第八实施方式。图26至29的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件610,其包括医疗超声换能器组件612和环形连接器组件614(其也被称作环形缓冲组件)。换能器组件612包括金属的端部质量部件616、压电换能器盘618和电极620。压电换能器盘618位于端部质量部件616的远侧并且与电极620电接触。连接器组件614围绕换能器组件612,与电极620电接触(例如至少部分通过导线623),并可以电连接到超声电发生器622上。
在图26至29的实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,医疗超声手持件610包括线缆624和线缆接线座626,其中线缆624具有可电连接到超声电发生器622上的近端628,并具有可与线缆接线座626电连接的远端630,其中端部质量部件616可布置在线缆接线座626中。在一种变型中,线缆接线座626具有连接器销632,连接器组件614具有连接器销634,连接器销634与线缆接线座626的连接器销632接合。在一种变化中,手持件610包括端盖636,其中线缆接线座626可布置在端盖636中。在一种示例中,手持件610包括壳体638,其中壳体638围绕连接器组件614并具有近端部分640,其中端盖636具有远端部分642,远端部分642可以压配合连接到壳体638的近端部分640中。
图26至29的实施方式的第二种表现形式是一种医疗超声手持 件610,其包括医疗超声换能器组件612和环形连接器组件614。换能器组件612包括金属的端部质量部件616、多个压电换能器盘618的堆叠644和电极620。多个压电换能器盘618的堆叠644位于端部质量部件616的远侧。每个压电换能器盘618与相应的电极620电接触。连接器组件614围绕换能器组件612,与电极620电接触(例如至少部分通过导线623),并可以电连接到线缆接线座626上,线缆接线座626可电连接到超声电发生器622上。
应当注意,在图27中,所示两个压电换能器盘618中最左侧的一个与所示两个电极620中最左侧的一个(而不是最右侧的)电接触,所示两个压电换能器盘618中最右侧的一个与所示两个电极620中最右侧的一个(而不是最左侧的)电接触。
在图26至29的实施方式的第二种表现形式的一种实现方式中,医疗超声手持件610包括线缆624,其中线缆624具有可电连接到发生器622上的近端628,并具有可与线缆接线座626电连接的远端630,其中端部质量部件616可布置在线缆接线座626中。在一种变型中,线缆接线座626具有连接器销632,连接器组件614具有连接器销634,连接器销634与线缆接线座626的连接器销632接合。在一种变化中,手持件610包括端盖636,其中线缆接线座626可布置在端盖636中。在一种示例中,手持件610包括壳体638,其中壳体638围绕连接器组件614并具有近端部分640,其中端盖636具有远端部分642,远端部分642可以压配合连接到壳体638的近端部分640中。
图30至32示出本发明的第九实施方式。图30至32的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件710,其包括医疗超声换能器组件712、内侧导体环714和外侧导体环716。换能器组件712可以电连接到超声电发生器718上,具有纵向轴线720,并可连接到具有开关744的可超声振动的治疗器械722上,开关744具有打开位置和闭合位置。内侧导体环714与纵向轴线720基本上共轴对准,围绕换能器组件712并具有面向远侧的第一环形表面746。外侧导体 环716与纵向轴线720基本上共轴对准,围绕换能器组件712并具有面向远侧的第二环形表面748。外侧导体环716与内侧导体环714电绝缘。当开关744处于闭合位置时,第一和第二环形表面746和748与所安装器械722的开关744电接触。内侧和外侧导体环714和716可电连接到发生器718上,并且所安装器械722的开关744控制所连接的发生器718。
在图30至32的实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,换能器组件712连接到器械722上。在一种变型中,换能器组件712的远侧以柱螺栓750终止,柱螺栓750可连接到器械722上。在一种变化中,柱螺栓750可螺纹连接到器械722上。
在图30至32的实施方式的第一种表现形式的一种执行方式中,手持件710包括环形的绝缘构件758,其中内侧和外侧导体环714和716通过绝缘构件758隔离开。在一种示例中,内侧和外侧导体环714和716与发生器718电连接。在一种变型中,线缆752从手持件710延伸到可与发生器718连接的近侧插塞754,导线756从手持件710中的线缆752延伸到换能器组件712,延伸到内侧导体环714,并延伸到外侧导体环716。在一种替代的变型中(未示出),导线不是直接从线缆延伸到外侧导体环,而是延伸到与外侧导体环电接触的壳体,其中壳体电接地。在一个示例中,换能器组件712连接到器械722。
在图30至32的实施方式的第一种表现形式的一种构造中,闭合开关744使得第一开关销760电接触内侧导体环714,并使第二开关销762电接触外侧导体环716。在相同或不同的构造中,手持件710包括壳体764和头锥组件766,其中头锥组件766连接到壳体764并包括内侧导体环714、外侧导体环716和绝缘构件758。在一种变换中,布置在换能器组件712的节点处的安装件768紧固壳体764内的换能器组件712并将其紧固到壳体764上,其中安装件768具有允许导线756从线缆752延伸到内侧和外侧导体环714和716的开口。
在图30至32的实施方式的第一种表现形式的一种应用中,器械722具有可超声振动的部分770,可超声振动的部分770连接到柱螺栓750上并具有环绕的不可振动部分772。不可振动部分772围绕振动部分770并包括开关744。在一种变型中,开关744是双按钮开关(例如美国专利申请公开2004/0147947和2002/0057541中所描述的)。在其他变型中(未示出),开关是单按钮开关。本领域技术人员可以想到开关的其他设计以及开关对发生器进行控制的模式。
图33至35示出了本发明的第十实施方式。图33至35的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件810,其包括医疗超声换能器组件812、壳体814、安装件816和环形缓冲单元818。壳体814围绕换能器组件812。安装件816将换能器组件812可枢转地连接到壳体814上。缓冲单元818连接到壳体814上并包括多个间隔开且向内突出的缓冲器820。当换能器组件812未处于枢转载荷(如图34所示)下时,各缓冲器820都不与换能器组件812接触。当换能器组件812处于枢转载荷(如图35所示)下时,至少一个缓冲器820与换能器组件812接触。
枢转载荷是使换能器组件812相对于壳体814绕安装件816进行枢转的载荷。在一种应用中,换能器组件812的远侧以柱螺栓822终止,并且可超声振动的治疗器械(未示出)可连接到柱螺栓822上。在一个示例中,当医生握持壳体814并用所安装器械的远端向下压患者组织时,产生枢转载荷,这使得换能器组件812相对于壳体814绕安装件816枢转,并使安装件816近侧的换能器组件812接触至少一个缓冲器820,如图35所示。应当注意,换能器组件812与缓冲器820的小面积接触将减少振动和功率损耗。
在图33至35的实施方式的第一种表现形式的一种构造中,安装件816包括弹性环。本领域技术人员可以想到安装件的其他构造和类型。
在图33至35的实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中, 换能器组件812具有最远侧的节点826,安装件816与换能器组件812在最远侧节点826的近侧接触。在一种变型中,换能器组件812具有最近侧节点828,缓冲单元818布置在最近侧节点828的近侧。在一个示例中,缓冲单元818压配合连接到壳体814上。在一个示例中,换能器组件812是 -波换能器组件。
图36至42示出了本发明的第十一实施方式。图36至42的实施方式的第一种表现形式是一种医疗超声手持件910,其包括医疗超声换能器组件912、至少一个安装构件914和第一壳体部件916。换能器组件912具有纵向轴线918,并具有基本上共轴对齐的圆周表面槽920。所述至少一个安装构件914至少部分是环形的,并且具有位于表面槽920中的内侧部分922。第一壳体部件916围绕换能器组件912,并具有包括环形的面向纵向的表面926的远端部分924,表面926上具有凹入的基座928。所述至少一个安装构件914至少具有位于基座928中的近侧部分930。
在图36至42的实施方式的第一种表现形式的第一构造中,所述至少一个安装构件914是部分环形的单个安装构件。在第二构造(未示出)中,所述至少一个安装构件包括以部分环形的阵列布置的多个(例如两个)安装构件。在材料的一种选择中,所述至少一个安装构件914是电介质(或者至少近侧部分922是电介质或者涂有电介质材料),以使第一壳体部件916的远端部分924与换能器组件912的表面槽920电绝缘。在一个示例中,所述至少一个安装构件914是弹性的。在一种应用中,当所述至少一个安装构件914具有部分环形的构造时,间隙允许导线(未示出)的穿过。本领域技术人员可以想到其他的构造,包括完整环形的构造。
在图36至42的实施方式的第一种表现形式的一种实现方式中,手持件910包括围绕换能器组件912的第二壳体部件932,第二壳体部件932具有围绕第一壳体部件916的远端部分924并与其相连的近端部分934。在一种变型中,第二壳体部件932的近端部分934包括内部的环形突起936,该环形突起936座靠所述至少一个安装构 件914的远侧部分938。在一种变型中,第二壳体部件932的近端部分934压配合连接到第一壳体部件916的远端部分924中。在一个示例中,换能器组件912具有最远侧节点940,并且表面槽920布置在最远侧节点940的近侧。
在图36至42的实施方式的第一种表现形式的一种使用中,第一壳体部件916被称作壳体,第二壳体部件932被称作头锥。应当注意,在图37所示的示意图中,换能器组件912被示出具有跳线942,其中跳线已经在之前的一种或多种实施方式中进行了讨论。
在手持件910的组件的第一种方法中,换能器组件912的近端(图37中的左端)不是像传统地那样插入到第一壳体部件916的远端开口(图37中的右端开口)中,其中在换能器组件912的多个压电换能器盘(未示出)的堆叠(或多个堆叠)处的突出的跳线942和导线(未示出)必须穿过窄的远端开口。相反,通过使至少一个安装构件914是与换能器组件912分开的部件(或多个分离的部件),并作为传统的换能器组件安装凸缘,换能器组件912的远端(图37中的右端)插入到第一壳体部件916的近端开口(图37中的左端开口)中,并被推到图38所示的位置,在该位置,使得换能器组件912的表面槽920超过第一壳体部件916的远端(图38中的右端)而露出。
随着组装的继续,所述至少一个安装构件914被安装在表面槽920中,如图39所示。然后,换能器组件912在第一壳体部件916中向近侧移动,以使至少一个安装构件914的近侧部分930位于第一壳体部件916的远端部分924的面向纵向的表面926的凹入基座928中,如图40所示。然后,第二壳体部件932的近端部分934压配合连接到第一壳体部件916的远端部分924,如图36所示。
在图36至42的实施方式的第一种表现形式的一种布置中,所述至少一个安装构件914具有至少一个外周平面944,其与第一壳体部件916的远端部分924的面向纵向的表面926的凹入基座928上的相应的至少一个外周平面946接合。这防止了至少一个安装构件 914的旋转。在相同或不同的布置中,所述至少一个安装构件914是柔性的(即可以通过具有平均力量的成人来弯曲)以辅助安装。
从本发明实施方案的一种或多种表现方式可以获得若干益处和优点。在一个示例中,本发明的实施方式的一种或多种或所有表现方式有助于实现相对较小尺寸的医疗超声换能器组件,以使安装的可超声振动的治疗器械具有所需的高位移(也就是大的振动幅度),从而形成适于医生握持并在准确和精细手术中使用的相对较小尺寸的手持件。
尽管已经通过一些表现方式、实施方式和示例等的描述示出了本发明,但是这并不意味申请人将所附权利要求的精神和范围限制或者局限在这些细节。本领域技术人员可以想到各种其他的变型、变化和替代,而不脱离本发明的范围。应当理解,前述仅是作为示例而被提供的,本发明技术人员可以想到其他的修改而不脱离所附权利要求的精神和范围。
Claims (22)
1.一种医疗超声手持件,其包括波医疗超声换能器组件,其中,所述换能器组件包括连续的第一、第二半波部分和最远侧的第三半波部分,所述第一半波部分包括第一节点,所述第二半波部分包括第二节点,所述第三半波部分包括第三节点,所述第一半波部分包括基本上以所述第一节点为中心的多个压电换能器盘的第一堆叠,所述第二半波部分包括基本上以所述第二节点为中心的多个压电换能器盘的第二堆叠,所述换能器组件包括第一、第二和第三增益级,其中所述第一增益级设置在所述第一半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第一堆叠的远侧,所述第二增益级设置在所述第二半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第二堆叠的远侧,所述第三增益级从第三节点的近侧向远侧延伸,其中,所述第一增益级具有第一增益级近端和第一增益级远端,所述第一增益级近端从远侧与所述多个压电换能器盘的第一堆叠间隔开,所述第一增益级远端布置在所述第一和第二半波部分的共同腹点的近侧。
2.根据权利要求1所述的医疗超声手持件,其中,所述第二增益级具有第二增益级近端和第二增益级远端,所述第二增益级近端从远侧与所述多个压电换能器盘的第二堆叠间隔开,所述第二增益级远端布置在所述第二和第三半波部分的共同腹点的近侧。
3.根据权利要求2所述的医疗超声手持件,其中,所述第三半波部分的远侧以柱螺栓终止,所述柱螺栓能够连接到可超声振动的治疗器械上。
4.根据权利要求3所述的医疗超声手持件,其中,所述柱螺栓包括近侧螺纹部分和与所述近侧螺纹部分相邻的远侧无螺纹部分,其中所述近侧螺纹部分能够螺纹连接到所述可超声振动的治疗器械上。
5.根据权利要求2所述的医疗超声手持件,其中,所述第一增益级包括第一增益级的堆叠的多个压电换能器盘,所述第二增益级包括第二增益级的堆叠的多个压电换能器盘。
6.根据权利要求5所述的医疗超声手持件,其中,所述第三半波部分包括第三半波部分的堆叠的多个压电换能器盘,所述第三半波部分的堆叠的多个压电换能器盘具有近端和远端,所述第三半波部分的堆叠的多个压电换能器盘的近端从远侧与所述第二和第三半波部分的共同腹点间隔开,所述第三半波部分的堆叠的多个压电换能器盘的远端设置在所述第三节点的近侧。
7.根据权利要求1所述的医疗超声手持件,还包括金属的端部质量部件、金属的换能器喇叭部件和金属的喇叭安装部件,其中,所述多个压电换能器盘的第一堆叠和第二堆叠中的所述压电换能器盘是环形盘,所述换能器喇叭部件具有近侧部分和远侧部分,所述多个压电换能器盘的第一堆叠中的压电换能器盘围绕所述换能器喇叭部件的近侧部分,所述多个压电换能器盘的第二堆叠中的压电换能器盘围绕所述换能器喇叭部件的远侧部分。
8.根据权利要求7所述的医疗超声手持件,其中,所述换能器喇叭部件具有中间部分,所述中间部分包括所述第一增益级并包括限制所述第一增益级的近侧基座部分和远侧基座部分,其中,所述端部质量部件布置在所述多个压电换能器盘的第一堆叠的近侧,并螺纹连接到所述换能器喇叭部件的近侧部分上,将多个压电换能器盘的第一堆叠挤靠在近侧基座部分上。
9.根据权利要求8所述的医疗超声手持件,其中,所述喇叭安装部件布置在所述多个压电换能器盘的第二堆叠的远侧,并螺纹连接到所述换能器喇叭部件的远侧部分上,将多个压电换能器盘的第二堆叠挤靠在远侧基座部分上。
10.根据权利要求9所述的医疗超声手持件,其中,所述喇叭安装部件具有近侧部分和远侧部分,所述喇叭安装部件的近侧部分包括所述第二增益级,所述喇叭安装部件的远侧部分包括所述第三增益级。
11.根据权利要求10所述的医疗超声手持件,还包括壳体,其中,所述壳体围绕所述换能器组件。
12.根据权利要求11所述的医疗超声手持件,还包括环形缓冲组件,所述环形缓冲组件具有多个间隔开并向内突出的缓冲器,所述缓冲组件围绕所述多个压电换能器盘的第一堆叠,其中所述缓冲器与所述多个压电换能器盘的第一堆叠在所述第一节点的近侧接触,所述壳体围绕所述缓冲组件并与其接触。
13.根据权利要求12所述的医疗超声手持件,其中,所述换能器组件具有纵向轴线,所述壳体具有多凸耳内凸缘,所述喇叭安装部件具有布置在所述第三节点近侧的多凸耳外凸缘,所述换能器组件还包括头锥组件,所述头锥组件具有沿纵向布置在所述多凸耳内凸缘和所述多凸耳外凸缘之间并与所述多凸耳内凸缘和所述多凸耳外凸缘接触的绝缘的多凸耳环,所述头锥组件覆盖并接触所述多凸耳外凸缘,并且其中所述壳体围绕所述多凸耳环并与其接触。
14.根据权利要求13所述的医疗超声手持件,其中,所述头锥组件包括从远侧抵靠所述多凸耳外凸缘的沿纵向压缩的绝缘的垫圈,并包括从远侧抵靠所述垫圈的环形头锥,其中,所述壳体围绕所述头锥并与其接触。
15.一种用于调节如权利要求4所述的医疗超声手持件的方法,包括:
a)测量换能器组件的基频;
b)确定换能器组件的期望的基频,其中所述期望的基频大于所述测量的基频;以及
c)至少加工所述远侧无螺纹部分,以使所述测量的基频与所述期望的基频在预定的限制范围内相匹配。
16.一种用于制造如权利要求3所述的医疗超声手持件的换能器组件的方法,其中所述第一、第二和第三增益级以及所述可超声振动的治疗器械每个都具有增益,所述换能器组件具有设计直径,所述方法包括:
a)获取驱动电路的机电要求的至少一个机电方程以用所述可超声振动的治疗器械来驱动所述换能器组件,这取决于所述设计直径以及所述第一、第二和第三增益级;
b)获取所述可超声振动的治疗器械的稳定动态行为的声学要求的至少一个声学方程,这取决于所述设计直径、所述第一、第二和第三增益级、以及所述可超声振动的治疗器械增益;
c)预先确定用于各个机电要求的可接受范围;
d)预先确定用于各个声学要求的可接受范围;
e)预先选择所述设计直径和所述可超声振动的治疗器械增益;
f)使用所述至少一个机电方程和所述至少一个声学方程来确定用于所述第一增益级的可接受的第一增益、用于所述第二增益级的可接受的第二增益和用于所述第三增益级的可接受的第三增益,其中,所述至少一个机电方程和所述至少一个声学方程将各个机电要求置于用于所述机电要求的可接受范围内,并将各个声学要求置于用于所述声学要求的可接受范围内;以及
g)用具有所确定的可接受的第一增益的所述第一增益级、具有所确定的可接受的第二增益的所述第二增益级、以及具有所确定的可接受的第三增益的所述第三增益级来构造所述换能器组件。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,所述可超声振动的治疗器械具有基频,其中在所述步骤a)中获取驱动电路的机电要求的至少一个机电方程包括获取所述可超声振动的治疗器械的相位容限的方程、所述换能器组件的功率消耗的方程、所述可超声振动的治疗器械的位移的方程、所述换能器组件的阻抗的方程、通过所述可超声振动的治疗器械传递到患者组织的功率的方程以及所述可超声振动的治疗器械的加载的最大相位的方程,并且在所述步骤b)中获取所述可超声振动的治疗器械的稳定动态行为的声学要求的至少一个声学方程包括获取紧接在所述基频之下的第一共振频率的方程,获取紧接在所述基频之上的第二共振频率的方程,并获取所述第一共振频率和所述第二共振频率的频率范围的方程。
18.一种医疗超声手持件,其包括1-波医疗超声换能器组件,其中,所述换能器组件包括连续的第一半波部分和最远侧的第二半波部分,其中所述第一半波部分包括第一节点,所述第二半波部分包括第二节点,所述第一半波部分包括多个压电换能器盘的第一堆叠,所述第二半波部分包括多个压电换能器盘的第二堆叠,所述换能器组件包括第一和第二增益级,所述第一增益级布置在所述第一半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第一堆叠的远侧,所述第二增益级布置在所述第二半波部分中并位于所述多个压电换能器盘的第二堆叠的远侧,其中,所述第一增益级具有近端和远端,所述近端从远侧与所述多个压电换能器盘的第一堆叠间隔开,所述远端布置在所述第一和第二半波部分的共同腹点的近侧。
19.根据权利要求18所述的医疗超声手持件,其中,所述第二半波部分的远侧以柱螺栓终止,所述柱螺栓能够连接到可超声振动的治疗器械上,其中所述柱螺栓包括近侧螺纹部分并包括与所述近侧螺纹部分相邻的远侧无螺纹部分,其中所述近侧螺纹部分能够螺纹连接到所述可超声振动的治疗器械上。
20.根据权利要求18所述的医疗超声手持件,其中,所述多个压电换能器盘的第一堆叠基本上以所述第一节点为中心,所述多个压电换能器盘的第二堆叠布置在所述第二节点的近侧。
21.根据权利要求18所述的医疗超声手持件,其中,所述第一增益级包括堆叠的多个压电换能器盘。
22.一种用于调节如权利要求19所述的医疗超声手持件的方法,包括:
a)测量换能器组件的基频,确定所述换能器组件的期望的基频,其中所述期望的基频大于所述测量的基频;以及
b)至少加工所述远侧无螺纹部分,以使所述测量的基频与所述期望的基频在预定的限制范围内相匹配。
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