[发明专利]工作长度增加的折叠超声端部执行器

说明书

背景技术

包括空芯器械和实芯器械在内的超声器械用于安全有效地治疗许多医疗病症。超声器械(尤其是包括接触超声元件的超声器械)是有利的，因为它们可以用于以在超声频率下传输到外科端部执行器的机械振动形式的能量切割和/或凝结组织。利用接触超声元件的超声器械尤其有利，因为超声能量可以从超声换能器通过超声传输部件或波导传输到外科端部执行器。此类器械可用于开放性或微创外科手术操作，例如内窥镜外科手术或腹腔镜外科手术，其中端部操纵装置穿过套管针到达外科手术部位。

超声频率下激活或激发此类器械的单元件或多元件端部操纵装置相对于传输部件产生纵向、横向或扭转振动运动，所述运动在相邻组织内产生局部热量，既有助于切割又有助于凝结。由于超声器械的该特性，因此特定的超声致动的端部执行器可以被设计用于执行许多功能。当使用合适的端部执行器将超声振动以合适的能级传输到有机组织时，超声振动可用于切割、解剖、分离、抬起、横切、升高、凝结或烧灼组织，或者在夹紧组件的帮助下或者在没有夹紧组件的帮助下将肌肉组织与骨头分离或者从骨头上刮掉肌肉组织。

例如，通过电激励换能器在外科端部执行器中引发超声振动。换能器可由位于器械手柄内的一个或多个压电元件或磁致伸缩元件构成。换能器部分产生的振动经由从换能器部分延伸至外科端部执行器的诸如波导的超声传输部件传输至外科端部执行器。波导和端部执行器最优选地被设计为与换能器以相同的频率共振。因此，当端部执行器连接到换能器时，整个系统的频率与换能器自身的频率相同。

端部执行器在顶端处的纵向超声振动的零至峰振幅d表现为共振频率的简单正弦曲线，用以下公式表示：

d＝A(x)sin(ωt)        (1)

其中：

ω为2п乘以循环频率f的角频率；并且

A(x)为零至峰幅值，是沿着超声刀的位置x的函数。

将纵向偏移定义为峰到峰(p-t-p)幅值，其恰好为正弦波幅值的两倍或为2A。A(x)随着驻波图形而变化，被称为位移曲线。在位移波节处，A(x)等于零，没有超声偏移。在波腹处，A(x)为局部极值，要么是极大值，要么是极小值(极小值称为负极大值)。

声学组件可包括射声器，该射声器几何上形成为放大、衰减或传输由压电或磁致伸缩致动器产生的振动的振幅。传统的射声器一般具有两个不同的横截面积，这两个横截面积之间通常呈锥形，其中较大区域或输入区域面对致动层叠件。传统的射声器能够在输入区域和输出区域之间直接过渡。放大射声器(如前罩(fore-bell))被构造为锥体，其较大直径端(如输入区域)适于与换能器直接连接，其顶端处的较小直径端(如输出区域)适于与端部执行器连接。射声器的锥形横截面积放大换能器所产生的有限位移。在声频至超声频率下工作的振动致动器一般包括三个主要的部件。这些部件包括射声器、压电或磁致伸缩元件的层叠件(如换能器、致动器层叠件)和背衬材料(如端罩(end-bell))。压电元件的层叠件被将背衬材料与射声器连接的应力螺栓压紧固定。面积变化用于放大由层叠件引起的有限位移。

实芯超声器械可分为两类：单元件端部执行器装置和多元件端部执行器装置。单元件端部执行器装置包括诸如超声刀、解剖刀、钩或球形凝结器的器械。多元件端部执行器包括单元件端部执行器，该单元件端部执行器与紧靠其按压或夹紧组织的机构结合。多元件端部执行器包括夹紧解剖刀、夹紧凝结器或夹紧组件与单元件端部执行器的任意组合，这些组合通常被称为夹具凝结器。当可能需要大量压力来有效地将超声能量耦合到组织时，可利用多元件端部执行器。这种端部执行器将压缩力或偏置力施加于组织，以促使组织(尤其是松弛且无支撑的组织)更快的切割和凝结。

在“Novel Horn Designs for Ultrasonic/Sonic CleaningWelding，Soldering，Cutting and Drilling”(Proc.SPIE SmartStructures Conference，Vol.4701，Paper No.34，San Diego，CA，2002.3)中论述了振动放大器(如，射声器)的各种设计实例。在标题为“Folded Horns for Vibration Actuator”的美国专利申请公布US20040047485A1中论述了另外的射声器设计实例。第一篇文献论述了一种折叠射声器，该折叠射声器与超声换能器或致动器连接，另一端与工件(如超声刀或者与超声刀连接的超声传输部件或波导)接触。然而，该文献中所述的折叠射声器的“远端”与工件不接触。