DE69730131T2

DE69730131T2 - Vorrichtung zum an- und ab-koppeln von übertragungselementen

Info

Publication number: DE69730131T2
Application number: DE69730131T
Authority: DE
Inventors: Jean Beaupre; Gary Whipple
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2017-12-13
Also published as: ES2226007T3; EP0893972B1; CA2247108C; CA2247108A1; AU721703B2; JP2000506430A; WO1998027875A1; US5776155A; EP0893972A1; AU5602698A; DE69730131D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Erleichtern des Befestigens und Lösens einer ersten Ultraschallübertragungskomponente an/von einer zweiten Ultraschallübertragungskomponente. Insbesondere betrifft sie Einrichtungen zum Begrenzen des Drehmomentes, das angelegt werden kann, wenn eine erste Ultraschallübertragungskomponente mit einer zweiten Ultraschallübertragungskomponente verbunden wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ultraschallübertragungseinrichtungen sind für die Anwendung bei einer Vielzahl von Anwendungen wie beispielsweise chirurgischen Vorgängen und Eingriffen gut bekannt. Diese Übertragungseinrichtungen umfassen üblicherweise einen Wandler, der elektrische Energie in Schwingungsbewegung bei Ultraschallfrequenzen umwandelt. Die Schwingungsbewegung wird üblicherweise durch eine Befestigungseinrichtung übertragen, um ein distales Ende einer Übertragungskomponente, wie beispielsweise ein Arbeitselement, zum Schwingen zu bringen.
Das Arbeitselement ist typischerweise an der Befestigungseinrichtung durch einen schraubenähnlichen Mechanismus angebracht, um eine Verbindung herzustellen. Die Verbindung zwischen dem Arbeitselement und der Befestigungseinrichtung erfordert üblicherweise eine ausreichende axiale Druckkraft, um mechanische Verluste zu verringern, um eine konsistente Leistung der Einrichtung zu erhalten, um Transversalschwingungen zu minimieren und zu verhindern, dass sich das Arbeitselement und die Befestigungseinrichtung während des Betriebs voneinander lösen.
Das Arbeitselement wird üblicherweise an der Befestigungseinrichtung festgemacht unter Verwendung eines Werkzeuges, wie beispielsweise eines Schraubenschlüssels. Die Verwendung eines Schraubenschlüssels kann jedoch dazu führen, dass das Arbeitselement unbeabsichtigterweise übermäßig fest angezogen wird, was dazu führen kann, dass das Arbeitselement und/oder die Befestigungseinrichtung beschädigt wird. Wenn das Arbeitselement übermäßig angezogen wird, kann das Arbeitselement schwer von der Befestigungseinrichtung zu lösen sein. Andererseits kann ein unzureichendes Anziehen des Arbeitselementes an der Befestigungseinrichtung einen unerwünschten Hitzeaufbau an der Verbindung verursachen, die Übertragung von Energie über die Verbindung verringern und eine unerwünschte Transversalbewegung verursachen.
Eine getrennte Drehmoment-begrenzende Einrichtung kann auch verwendet werden, um ein Arbeitselement an einer Befestigungseinrichtung anzuziehen. Siehe z. B. US 5,057,119 , dessen Offenbarungen die Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 bilden. Die Drehmoment-begrenzende Einrichtung wird verwendet, um zu gewährleisten, dass ein vorher bestimmtes minimales Drehmoment erreicht wird und dass ein maximales Drehmoment nicht überschritten wird, wenn das Arbeitselement an der Befestigungseinrichtung festgezogen wird. Bei einer bekannten Technik wird ein Drehmomentschlüssel W, wie in 1 dargestellt, über einem Arbeitselement WM angebracht wird, um das Arbeitselement WM von einer Befestigungseinrichtung M einer Handstückanordnung H einer Ultraschalleinrichtung anzuziehen und zu lösen. Bei dieser Technik wird das Arbeitselement WM an der Befestigungseinrichtung M durch eine Gewindeverbindung angebracht. Wenn das Arbeitselement WM einmal auf der Befestigungseinrichtung M aufgeschraubt ist, wird der Drehmomentschlüssel W dann über das Arbeitselement WM geschoben, um das Arbeitselement WM an der Befestigungseinrichtung M anzuziehen. Der Nasenkonus N kann dann auf das distale Ende der Handstückanordnung H aufgeschraubt werden.
Es kann jedoch für einen Anwender ziemlich schwierig sein, das Arbeitselement mit der Befestigungseinrichtung in einem sterilen Umfeld zu verbinden und davon zu lösen, wenn ein separater Schraubenschlüssel verwendet wird. Darüberhinaus kann es beschwerlich und zeitaufwendig sein, beim Wechseln des Arbeitselementes während einer Operation oder beim Festziehen bestimmter Arbeitselemente an der Befestigungseinrichtung einen separaten Schraubenschlüssel zu verwenden. Zusätzlich kann der Drehmomentschlüssel verlegt werden oder verloren gehen und eine Kalibrierung oder einen Austausch in häufigen Intervallen erforderlich machen, um eine Genauigkeit zu gewährleisten.
Es sind andere Vorrichtungen nach dem Stand der Technik entwickelt worden, um ein Arbeitselement an einer Befestigungseinrichtung einer Handstückanordnung anzubringen.
Zum Beispiel offenbaren die US Patente 5,059,210 und 5,057,119 einen getrennten Drehmomentschlüssel zum Befestigen und Lösen einer Klinge/Kupplung an einer Wandler- oder Befestigungseinrichtung einer Handstückanordnung.
Entsprechend besteht ein Bedarf für verbesserte Vorrichtungen und Verfahren, um eine erste Übertragungskomponente mit einer zweiten Überragungskomponente zu verbinden und davon zu lösen. Derartige Einrichtungen würden weiter nützen, wenn die Übertragungskomponenten leicht ohne die Verwendung eines separaten, das Drehmoment beschränkenden Werkzeuges befestigt und gelöst werden könnten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Lichte des vorstehend Gesagten betrifft die vorliegende Erfindung Einrichtungen zum Erleichtern des Befestigens und des Lösens von Übertragungskomponenten. Die vorliegende Erfindung stellt ein chirurgisches Ultraschallinstrument wie in Anspruch 1 definiert zur Verfügung. Im allgemeinen kann eine erste Übertragungskomponente schnell mit einer zweiten Übertragungskomponente ohne die Verwendung eines getrennten Werkzeuges gekoppelt und von diesem getrennt werden. Die erste Übertragungskomponente kann von der zweiten Übertragungskomponente entfernt werden, um entsorgt zu werden oder um eine Sterilisierung zu erlauben, so dass sie wiederverwendet werden kann.
Die Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind so konfiguriert, dass sie die Größe des angelegten Drehmomentes begrenzen, wenn die erste Übertragungskomponente an der zweiten Übertragungskomponente angebracht wird. Ein integraler Drehmomentmechanismus beschränkt das Anlegen von Drehmoment beim Anziehen der Übertragungskomponenten. Der Drehmomentmechanismus ist in einer Handstückanordnung der chirurgischen Einrichtung oder in eine Büchse oder einen Adapter eines chirurgischen Instrumentes integriert.
Eine chirurgische Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Wandleranordnung, die angepasst ist, um bei einer Ultraschallfrequenz in Reaktion auf elektrische Energie zu schwingen. Eine erste Übertragungskomponente ist angepasst, um Ultraschallschwingung von der Wandleranordnung aufzunehmen und die Ultraschallschwingung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende der ersten Übertragungskomponente zu übertragen. Das erste Ende der ersten Übertragungskomponente ist mit der Wandleranordnung gekoppelt. Eine zweite Übertragungskomponente ist so ausgeführt, dass sie Ultraschallschwingung von der ersten Übertragungskomponente aufnimmt und die Ultraschallschwingung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende der zweiten Übertragungskomponente überträgt. Eine Drehmoment-begrenzende Einrichtung ist integral mit entweder der ersten oder der zweiten Übertragungskomponente gekoppelt, um das Drehmoment zu begrenzen, wenn das zweite Ende des ersten Übertragungsstabes mit dem ersten Ende der zweiten Übertragungskomponente gekoppelt wird.
Ein weiteres chirurgisches Instrument gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Adapter mit einem Innenelement mit einer vorherbestimmten Konfiguration, die von dem Adapter getragen wird. Das Innenelement umfasst eine äußere Oberfläche mit einer komplementären Konfiguration, die ausgeführt ist, um in die innere Oberfläche des Adapters einzugreifen. Ein Arbeitselement erstreckt sich von dem Innenelement und ist angepasst, um Gewebe eines Patienten zu kontaktieren. Der Adapter ist drehbar, um das Innenelement zu einem vorher bestimmten Drehmoment zu drehen. Es soll verstanden werden, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erklärender Natur sind und eine weitere Erklärung der beanspruchten Erfindung bereitstellen sollen.
Die Erfindung, zusammen mit den damit verbundenen Vorteilen, wird am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit dem beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht einer Handstückanordnung einer Ultraschalleinrichtung nach dem Stand der Technik;
2 ist eine Schnittansicht und teilweise Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines chirurgischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schnittansicht eines teilweisen Querschnittes einer Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes des chirurgischen Systems von 2;
4 ist eine Schnittansicht des chirurgischen Instruments von 3 mit einer entfernten Manschette und einer entfernten Übertragungskomponente;
5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes des chirurgischen Systems von 2;
6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 des chirurgischen Instrumentes von 5;
7 ist eine Schnittansicht eines teilweisen Querschnitts eines chirurgischen Instrumentes gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 des chirurgischen Instrumentes von 8;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 des chirurgischen Instrumentes von 10;
12 ist eine fragmentarische Teilquerschnittsansicht einer Ausführungsform eines Ultraschalltransektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine Explosionsquerschnittsansicht einer Schaltklinkenanordnung des Ultraschalltransektors von 12;
14 ist eine Endansicht einer Ausführungsform der Schaltklinkenanordnung von 13;
15 ist eine Endansicht einer alternativen Ausführungsform der Schaltklinkenanordnung von 13;
16 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Handstückanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
17 ist eine Endansicht einer Schaltklinkenanordnung der Handstückanordnung von 16.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben wird, sollte festgestellt werden, dass die Erfindung hinsichtlich ihrer Anwendung oder Verwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnung von Teilen wie in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung dargestellt beschränkt ist, da die veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung in anderen Ausführungsformen, Variationen und Modifikationen implementiert oder enthalten sein und auf verschiedenen Wegen praktiziert oder ausgeführt werden können. Sofern nicht anders angegeben sind die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke zum Zwecke der Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Bequemlichkeit des Lesers und nicht zur Beschränkung der Erfindung ausgewählt worden.
Unter Bezugnahme nun im Detail auf die Figuren zeigt 1 eine fragmentarische perspektivische Explosionsansicht einer Handstückanordnung H einer Ultraschalleinrichtung nach dem Stand der Technik.
Das Arbeitselement WM ist auf die Befestigungseinrichtung M der Handstückanordnung H aufgeschraubt. Ein getrennter Drehmomentschlüssel W wird über das Arbeitselement WM geschoben, um das Arbeitselement WM mit einem erwünschten Drehmoment an der Befestigungseinrichtung M festzuziehen.
Unter Bezugnahme nun auf 2 ist eine derzeit bevorzugte Ausführungsform eines chirurgischen Systems dargestellt. Das chirurgische System 10 umfasst im allgemeinen einen Generator 30, eine Handstückanordnung 50, eine akustische oder Übertragungsanordnung 80 und ein chirurgisches Werkzeug oder Instrument 120. Der Generator 30 sendet ein elektrisches Signal durch ein Kabel 32 mit einer ausgewählten Amplitude, Frequenz und Phase, die durch ein Kontrollsystem des Generators 30 bestimmt sind. Wie weiter beschrieben werden wird verursacht das Signal, dass sich ein oder mehrere piezoelektrische Elemente der akustischen Anordnung 80 expandieren und kontrahieren, wodurch elektrische Energie in mechanische Bewegung umgewandelt wird. Die mechanische Bewegung führt zu Längswellen von Ultraschallenergie, die sich durch die akustische Anordnung 80 in einer akustischen stehenden Welle fortpflanzen, um die akustische Anordnung 80 mit einer ausgewählten Frequenz und Amplitude schwingen zu lassen. Ein Endeffektor 88 am distalen Ende der akustischen Anordnung 80 wird mit Gewebe des Patienten in Kontakt gebracht, um Ultraschallenergie auf das Gewebe zu übertragen. Die Zellen des Gewebes in Kontakt mit dem Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 werden sich mit dem Endeffektor 88 bewegen und schwingen.
Während der Endeffektor 88 mit dem Gewebe koppelt, wird thermische Energie oder Hitze als Ergebnis interner zellulärer Reibung innerhalb des Gewebes erzeugt. Die Hitze ist ausreichend, um Proteinwasserstoffbindungen aufzubrechen, was dazu führt, dass hochstrukturierte Proteine (z. B. Kollagen und Muskelprotein) denaturiert werden (d. h. weniger organisiert werden). Während die Proteine denaturiert werden, formt sich ein klebriges Koagulum, um kleine Blutgefäße zu versiegeln oder zu koagulieren, wenn das Koagulum unter 100°C ist. Tiefenkoagulation von größeren Blutgefäßen ergibt sich, wenn die Wirkung zeitlich verlängert wird.
Die Übertragung der Ultraschallenergie auf das Gewebe verursacht andere Wirkungen, einschließlich mechanischem Zerreißen, Schneiden, Kavitationszellzerstörung und Emulgierung. Der Umfang des Schneidens ebenso wie das Ausmaß an Koagulation, das erhalten wird, schwankt mit der Schwingungsamplitude des Endeffektors 88, der Größe des durch den Anwender angelegten Druckes und der Schärfe des Endeffektors 88. Der Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 in dem chirurgischen System 10 neigt dazu, die Schwingungsenergie des Systems 10 auf Gewebe in Kontakt mit dem Endeffektor 88 zu fokussieren, was die thermische und mechanische Energieabgabe intensiviert und lokalisiert.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Generator 30 ein Kontrollsystem, das im Generator 30 enthalten ist, einen Leistungsschalter 34 und einen Auslösemechanismus 36. Der Leistungsschalter 34 kontrolliert die elektrische Leistung an den Generator 30 und wenn er durch den Auslösemechanismus 36 aktiviert wird, liefert der Generator 30 Energie, um die akustische Anordnung 80 des chirurgischen Systems 10 bei einer vorbestimmten Frequenz anzutreiben, und um den Endeffektor 88 mit einem vorher bestimmten Schwingungsamplitudenausmaß anzutreiben. Der Generator 30 kann die akustische Anordnung 30 bei einer jeglichen geeigneten Resonanzfrequenz der akustischen Anordnung 80 antreiben oder anregen.
Wenn der Generator 30 vermittels des Auslösemechanismus 36 aktiviert wird, wird elektrische Energie kontinuierlich durch den Generator an einer Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 angelegt. Ein Phasensynchronisationskreis in dem Kontrollsystem des Generators 30 überwacht die Rückkopplung von der akustischen Anordnung 80. Der Phasensynchronisationskreis passt die Frequenz der elektrischen Energie, die von dem Generator 30 ausgesendet wird, an, damit sie zu einer vorab ausgewählten harmonischen Frequenz der akustischen Anordnung 80 passt. Zusätzlich hält ein zweiter Kopplungskreis in dem Kontrollsystem den zu der akustischen Anordnung 80 gelieferten elektrischen Strom bei einem vorab ausgewählten konstanten Niveau, um eine im Wesentlichen konstante Schwingungsamplitude am Endeffektor 88 der akustischen Anordnung 80 zu erreichen. Das zu der akustischen Anordnung 80 gelieferte elektrische Signal wird dazu führen, dass das distale Ende im Bereich von, beispielsweise, etwa 20 kHz bis 100 kHz, und bevorzugterweise im Bereich von etwa 54 kHz bis 56 kHz, und am bevorzugtesten bei etwa 55,5 kHz in Längsrichtung schwingt. Die Amplitude der akustischen Schwingungen am Endeffektor 88 kann, beispielsweise, kontrolliert werden, indem die Amplitude des an dem Wandlerabschnitt 90 der akustischen Anordnung 80 durch den Generator 30 angelegte elektrische Signal kontrolliert wird.
Wie oben festgehalten erlaubt der Auslösemechanismus 36 des Generators 30 einem Anwender, den Generator 30 zu aktivieren, so dass elektrische Energie kontinuierlich zu der akustischen Anordnung 80 geführt werden kann. In einer Ausführungsform umfasst der Auslösemechanismus 36 bevorzugterweise einen Fußaktivierungsschalter, der lösbar mit dem Generator 30 gekoppelt oder durch ein Kabel oder eine Schnur daran befestigt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Handschalter in der Handstückanordnung 50 eingebaut sein, um zu erlauben, dass der Generator 30 durch einen Anwender aktiviert wird.
Der Generator 30 weist auch eine Stromleitung 38 zum Einführen in eine elektrochirurgische Einheit oder eine herkömmliche elektrische Steckdose auf. Es wird in Erwägung gezogen, dass der Generator 30 auch durch eine Gleichstrom(DC)-Quelle, wie beispielsweise eine Batterie, angetrieben wird. Der Generator 30 kann irgendein geeigneter Generator sein, wie beispielsweise das Modell Nr. GENO1, erhältlich von Ethicon Endo-Surgery, Inc.
Noch unter Bezugnahme auf 2 umfasst die Handstückanordnung 50 ein mehrstückiges Gehäuse oder eine äußere Ummantelung 52, die ausgeführt ist, um den Betreiber von den Schwingungen der akustischen Anordnung 80 zu isolieren. Das Gehäuse 52 weist bevorzugterweise eine zylindrische Form auf und ist ausgebildet, um von einem Anwender in herkömmlicher Art und Weise gehalten zu werden, kann aber auch eine jegliche geeignete Form und Größe aufweisen, die erlaubt, dass sie vom Anwender ergriffen wird. Während ein mehrstückiges Gehäuse 52 dargestellt ist, kann das Gehäuse 52 eine einzelne oder eine einstückige Komponente umfassen.
Das Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 ist bevorzugterweise aus einem beständigen Kunststoff hergestellt, wie beispielsweise Ultem^®. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass das Gehäuse 52 aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein kann, einschließlich anderer Kunststoffe (z. B. Flüssigkristallpolymer (LCP), Nylon, oder Polycarbonat). Eine geeignete Handstückanordnung 50 ist Modell Nr. HP050, das von Ethicon Endo-Surgery, Inc erhältlich ist.
Noch unter Bezugnahme auf 2 umfasst die Handstückanordnung 50 im Allgemeinen ein proximales Ende 54, ein distales Ende 56 und eine zentral angeordnete axiale Öffnung oder Kavität 58, die sich in Längsrichtung darin erstreckt. Das distale Ende 56 der Handstückanordnung 50 umfasst eine Öffnung 60, die so konfiguriert ist, dass sie erlaubt, dass sich die akustische Anordnung 80 des chirurgischen Systems 10 dadurch hindurch erstreckt, und das proximale Ende 54 der Handstückanordnung 50 ist mit dem Generator 30 durch ein Kabel 32 gekoppelt. Das Kabel 32 kann Durchführungen oder Entlüftungsöffnungen 62 umfassen, um zu erlauben, dass Luft in die Handstückanordnung 50 eingeführt wird, um die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 zu kühlen.
Das chirurgische Instrument 120 des chirurgischen Systems 10 umfasst im Allgemeinen eine Büchse oder einen Adapter 122 und eine integrale Drehmoment-begrenzende Einrichtung, die weiter unten beschrieben ist, um das Drehmoment zu begrenzen, wenn eine Ultraschallübertragungskomponente oder -stab 86 des chirurgischen Instrumentes 120 an einer Ultraschallübertragungskomponente (d. h. einer Befestigungseinrichtung 84) der Handstückanordnung 50 angebracht wird. Das proximale Ende des Adapters 122 des chirurgischen Instrumentes 120 passt bevorzugterweise über das distale Ende 56 der Handstückanordnung 50. Der Adapter 122 des chirurgischen Instrumentes 120 kann eine zylindrische Form aufweisen und weist eine Öffnung nahe seinem distalen Ende auf, um zu erlauben, dass sich die Übertragungskomponente 86 dadurch hindurch erstreckt. Der Adapter 122 kann aus Ultem^® hergestellt sein. Es wird in Erwägung gezogen, dass der Adapter 122 aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Noch unter Bezugnahme auf 2 umfasst die akustische Anordnung 80 des chirurgischen Systems 10 im Allgemeinen einen Wandlerstapel oder Anordnung 82, eine Befestigungseinrichtung 84, ein Arbeitselement oder einen Übertragungsstab 86, der integral mit einem Endeffektor 88 verbunden ist. Die Wandleranordnung 82, die Befestigungseinrichtung 84, der Übertragungsstab 86 und der Endeffektor 88 können akustisch so eingestellt sein, dass die Länge einer jeden Komponente eine ganze Zahl von halben Systemwellenlängen (n λ/2) ist, wobei die Systemwellenlänge λ die Wellenlänge einer vorausgewählten oder Betriebslängsschwingungsfrequenz f der akustischen Anordnung 80 ist. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die akustische Anordnung 80 eine jegliche geeignete Anordnung von akustischen Elemente aufweisen kann. Zum Beispiel kann die akustische Anordnung 80 eine Wandleranordnung und einen Endeffektor umfassen (d. h. die akustische Anordnung 80 kann ohne eine Befestigungseinrichtung und einen Übertragungsstab konfiguriert sein).
Die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80 wandelt das elektrische Signal von dem Generator in mechanische Energie um, was zu Schwingungsbewegung in Längsrichtung am Endeffektor 88 mit Ultraschallfrequenzen führt. Wenn die akustische Anordnung 80 angeregt wird, wird eine stehende Schwingungsbewegungswelle durch die akustische Anordnung 80 erzeugt. Die Amplitude der Schwingungsbewegung an einem jeden Punkt entlang der akustischen Anordnung 80 hängt von der Stelle entlang der akustischen Anordnung 80 ab, bei der die Schwingungsbewegung gemessen wird. Ein Minimum- oder Nulldurchgang in der stehenden Schwingungsbewegungswelle wird allgemein als ein Knoten bezeichnet (d. h. wo die axiale Bewegung üblicherweise minimal und die Radialbewegung üblicherweise gering ist) und ein absolutes Wertemaximum oder Peak in der stehenden Welle wird allgemein als Antiknoten bezeichnet. Die Entfernung zwischen einem Antiknoten und seinem am nächsten gelegenen Knoten ist ¼ Wellenlänge (λ/4).
Wie in 2 gezeigt umfasst die Wandleranordnung 82 der akustischen Anordnung 80, die als ein „Langevin-Stapel" bekannt ist, im Allgemeinen einen Wandlerabschnitt 90, einen ersten Resonator 92 und einen zweiten Resonator 94. Die Wandleranordnung 82 kann eine ganze Zahl von halben Systemwellenlängen (n λ/2) lang sein. Es soll verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung alternativ konfiguriert sein kann, um eine Wandleranordnung zu umfassen, die einen magnetostriktiven, elektromagnetischen oder elektrostatischen Wandler umfasst.
Das distale Ende des ersten Resonators 92 ist mit dem proximalen Ende des Wandlerabschnittes 90 verbunden und das proximale Ende des zweiten Resonators 94 ist mit dem distalen Ende des Wandlerabschnittes 90 verbunden. Der erste und zweite Resonator 92 und 94 sind bevorzugterweise aus Titan, Aluminium, Stahl oder einem anderen geeigneten Material hergestellt. Der erste und der zweite Resonator 92 und 94 weisen eine Länge auf, die durch eine Anzahl von Variablen bestimmt wird, einschließlich der Stärke des Wandlerabschnittes 90, der Dichte und des Elastizitätsmodulus des Materials, das in den Resonatoren 92 und 94 verwendet wird, und der Grundfrequenz der Wandleranordnung 82. Der zweite Resonator 94 kann sich von seinem proximalen Ende zu seinem distalen Ende nach innen verjüngen, um die Ultraschallschwingungsamplitude zu verstärken.
Der Wandlerabschnitt 90 der Wandleranordnung 82 umfasst bevorzugterweise einen piezoelektrischen Abschnitt aus alternierenden positiven Elektroden 96 und negativen Elektroden 98, wobei die piezoelektrischen Elemente 100 zwischen den Elektroden 96 und 98 alternieren. Die piezoelektrischen Elemente 100 können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, wie beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat, Blei-meta-Niobat, Blei-Titanat oder einem anderen keramischen piezoelektrischen Kristallmaterial. Eine jede der positiven Elektroden 96, negativen Elektroden 98 und piezoelektrischen Elementen 100 kann eine Bohrung aufweisen, die sich durch die Mitte erstreckt. Die positiven und negativen Elektroden 96 und 98 sind elektrisch mit den Drähten 102 bzw. 104 gekoppelt. Die Drähte 102 und 104 übertragen das elektrische Signal von dem Generator 30 auf die Elektroden 96 und 98.
Wie in 2 gezeigt werden die piezoelektrischen Elemente zwischen den ersten Resonator 92 und dem zweiten Resonator 94 durch einen Bolzen 106 unter Druck gehalten. Der Bolzen 106 weist bevorzugterweise einen Kopf, einen Schaft und ein mit einem Gewinde versehenes distales Ende auf. Der Bolzen 106 wird von dem proximalen Ende des ersten Resonators 92 durch die Bohrungen des ersten Resonators 92, der Elektroden 96 und 98 und der piezoelektrischen Elemente 100 eingeführt. Das mit einem Schraubgewinde versehene distale Ende des Bolzens 106 wird auf eine mit einem Gewinde versehene Bohrung im proximalen Ende des zweiten Resonators 94 aufgeschraubt.
Die piezoelektrischen Elemente 100 werden in Antwort auf das von dem Generator 30 bereitgestellte elektrische Signal angeregt, um eine akustische stehende Welle in der akustischen Anordnung 80 zu produzieren. Das elektrische Signal verursacht Störungen in den piezoelektrischen Elementen 100 in der Form von wiederholten kleinen Versetzungen, die zu großen Druckkräften innerhalb des Materials führen. Die wiederholten kleinen Versetzungen verursachen, dass die piezoelektrischen Elemente 100 kontinuierlich entlang der Achse des Spannungsgradienten expandieren und kontrahieren, wodurch Hochfrequenzwellen aus Ultraschallenergie in Längsrichtung produziert werden. Die Ultraschallenergie wird durch die akustische Anordnung 80 zu dem Endeffektor 88 übertragen.
Die Befestigungseinrichtung 84 der akustischen Anordnung 80 weist ein proximales Ende und ein distales Ende auf und kann eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich einer ganzen Zahl von Halbsystemwellenlängen ist. Das proximale Ende der Befestigungseinrichtung 84 ist bevorzugterweise axial ausgerichtet und mit dem distalen Ende des zweiten Resonators 84 durch eine mit einem Innengewinde versehenen Verbindung nahe einem Antiknoten (für die Zwecke dieser Anmeldung ist der Begriff „nahe" definiert als „genau an" oder „in unmittelbarer Nähe zu") gekoppelt. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die Befestigungsvorrichtung 84 an dem zweiten Resonator 94 durch irgendein geeignetes Mittel angebracht ist, und dass der zweite Resonator 94 und die Befestigungseinrichtung 84 als eine einzelne oder einstückige Komponente ausgebildet sein können.
Wie in 2 dargestellt ist die Gehäuseeinrichtung 84 mit dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 nahe einem Knoten gekoppelt. Die Befestigungseinrichtung 84 kann auch einen integralen Ring 108 umfassen, der um ihren Umfang herum angeordnet ist. Der integrale Ring 108 ist bevorzugterweise in einer ringförmigen Rille 110 angeordnet, die in dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 ausgebildet ist, um die Befestigungseinrichtung 84 mit dem Gehäuse 58 zu koppeln. Ein nachgiebiges Element oder Material 112, beispielsweise ein Paar aus Silikon-O-Ringen, die durch Distanzstücke befestigt sind, können zwischen der ringförmigen Rille 110 des Gehäuses 52 und dem integralen Ring 108 der Befestigungseinrichtung 84 angeordnet sein, um Ultraschallschwingung zu verringern oder zu verhindern, dass diese von der Befestigungseinrichtung 84 auf das Gehäuse 52 übertragen wird.
Das Befestigungsgehäuse 84 kann in einer zuvor bestimmten axialen Position durch eine Vielzahl von Stiften 114, bevorzugterweise vier, befestigt sein. Die Stifte 114 sind in einer Längsrichtung jeweils um 90° (90) voneinander um den äußeren Umfang der Befestigungseinrichtung 84 räumlich getrennt. Die Stifte 114 sind mit dem Gehäuse 52 der Handstückanordnung 50 gekoppelt und durch Schlitze in dem integralen Ring 180 der Befestigungseinrichtung 84 angeordnet. Die Stifte 114 sind bevorzugterweise aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Die Befestigungseinrichtung 84 kann so konfiguriert sein, dass die Ultraschallschwingungsamplitude verstärkt wird, die durch die akustische Anordnung 80 zu dem distalen Ende des Endeffektors 88 übertragen wird. In einer Ausführungsform kann die Befestigungseinrichtung 84 ein solides, sich verjüngendes Horn umfassen. Während Ultraschallenergie durch die Befestigungseinrichtung 84 übertragen wird, wird die Geschwindigkeit der akustischen Welle, die durch die Befestigungseinrichtung 84 übertragen wird, verstärkt. Es wird ins Auge gefasst, dass die Befestigungseinrichtung 84 irgendeine geeignete Form aufweisen kann, wie beispielsweise ein stufenförmiges Horn, ein konisches Horn, ein exponentielles Horn oder dergleichen.
Das distale Ende der Befestigungseinrichtung 84 ist mit dem proximalen Ende des Übertragungsstabes 86 gekoppelt. Es wird ins Auge gefasst, dass der Übertragungsstab 86 an der Befestigungseinrichtung 84 durch irgendein geeignetes Mittel angebracht ist, wie, beispielsweise, einer Innenschraubengewindeverbindung. Die Befestigungseinrichtung 84 kann mit dem Übertragungsstab 86 nahe einem Antiknoten gekoppelt sein.
Der Übertragungsstab 86 kann eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich einer ganzen Zahl von halben Systemwellenlängen (n λ/2) ist. Der Übertragungsstab 86 kann aus einem soliden Kernschaft hergestellt sein, der aus einem Material konstruiert ist, das Ultraschallenergie wirksam fortpflanzt, wie beispielsweise Titanlegierung (d. h. Ti-6A1-4V) oder eine Aluminiumlegierung. Es wird ins Auge gefasst, dass der Übertragungsstab 86 aus einem jeglichen geeigneten Material hergestellt sein kann. Der Übertragungsstab 86 kann ein Polymermaterial umfassen, das den Übertragungsstab 86 umgibt, um ihn von einem Außenkontakt zu isolieren, und die mechanischen Schwingungen zu verstärken, die durch den Übertragungsstab 86 zu dem Endeffektor 88 übertragen werden, wie in der Technik gut bekannt ist.
Das distale Ende des Übertragungsstabes 86 ist integral an dem proximalen Ende des Endeffektors 88 ausgebildet. Es wird ins Auge gefasst, dass der Endeffektor 88 von dem Übertragungsstab 86 durch eine Innenschraubengewindeverbindung nahe einem Antiknoten gelöst werden kann.
Wie in 2 gezeigt weist der Endeffektor 88 ein kugelförmiges Element an seinem distalen Ende auf. Es wird auch ins Auge gefasst, dass der Endeffektor 88 einen distalen Bereich aufweisen kann, der eine kleinere Querschnittsfläche als ein proximaler Bereich davon aufweisen kann, wodurch eine Schwingungsamplituden hinauf transformierende Verbindung ausgebildet wird. Die hinauf transformierende Verbindung wirkt als Geschwindigkeitswandler, wie in der Technik bekannt, wodurch die Größenordnung der von der proximalen Region zu der distalen Region des Endeffektors 88 übertragenen Ultraschallschwingung erhöht wird.
Der Endeffektor 88 kann eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich einem ganzzahligen Vielfachen von halben Systemwellenlängen (n λ/2) ist. Das distale Ende des Endeffektors 88 ist nahe einem Antiknoten angeordnet, um die maximale Auslenkung in Längsrichtung am distalen Ende zu produzieren. Wenn die Wandleranordnung 82 angeregt wird, ist das distale Ende des Endeffektors 88 so konfiguriert, dass es sich in Längsrichtung im Bereich von, beispielsweise, etwa 10 bis 500 μm von Spitze zu Spitze bewegt und bevorzugterweise im Bereich von etwa 30 bis 100 μm bei einer vorher bestimmten Schwingungsfrequenz und am bevorzugtesten um etwa 90 μm.
Der Endeffektor 88 kann aus einem soliden Kernschaft hergestellt sein, der aus Material konstruiert ist, der Ultraschallenergie fortleitet, beispielsweise Titanlegierung (d. h. Ti-6A1-4V) oder eine Aluminiumlegierung. Es wird ins Auge gefasst, dass der Endeffektor 88 aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein kann. Es wird auch anerkannt werden, dass der Endeffektor 88 eine Oberflächenbehandlung aufweisen kann, um die Abgabe von Energie und den erwünschten Gewebeeffekt zu verbessern. Zum Beispiel kann der Endeffektor 88 mikrooberflächenbehandelt, beschichtet, plattiert, geätzt, grobsandgestrahlt, aufgeraut oder gekerbt sein, um die Koagulation im Gewebe zu erhöhen. Zusätzlich kann der Endeffektor 88 geschärft sein oder geformt sein, um seine Energieübertragungseigenschaften zu erhöhen. Zum Beispiel kann der Endeffektor 88 eine Klingenform aufweisen, eine Hakenform oder eine Kugelform aufweisen.
Unter Bezugnahme nun auf 3 wird eine Schnittansicht einer Ausführungsform des chirurgischen Instrumentes 120 des chirurgischen Systems 10 gezeigt. Das chirurgische Instrument 120 umfasst einen integrierten Drehmoment-begrenzenden Mechanismus 130, der erlaubt, dass ein erster Übertragungsstab mit einem vorher festgelegten Drehmoment an einer zweiten Übertragungskomponente angezogen wird, wie beispielsweise einer Befestigungseinrichtung einer Handstückanordnung. Die Drehmoment-begrenzende Einrichtung 130 verhindert auch, dass der erste Übertragungsstab übermäßig an der zweiten Übertragungskomponente angezogen wird.
Das chirurgische Instrument 120 umfasst bevorzugterweise einen Adapter oder eine Büchse 132, eine Manschette 134 und ein Arbeitselement oder einen Übertragungsstab 135, der integral mit einem Effektor gekoppelt ist. Der Übertragungsstab 135 umfasst bevorzugterweise einen Wellenleiter oder Schaft 136 und der Endeffektor (nicht gezeigt) ist integral mit dem distalen Ende des Übertragungsstabes 135 befestigt. Es wird ins Auge gefasst, dass der Endeffektor irgendeine geeignete Form aufweisen kann, und der Endeffektor von dem Übertragungsstab 135 entfernt werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Wenn der Übertragungsstab 135 des chirurgischen Instrumentes 120 an einer Übertragungskomponente (d. h. Befestigungseinrichtung) der Handstückanordnung angebracht ist, wie in 2 gezeigt, produziert die Verbindung zwischen dem Übertragungsstab 135 und der Befestigungseinrichtung eine vergleichsweise hohe axiale Kompressionskraft, die im Wesentlichen gleichförmig symmetrisch über die Längsachse der mit einem Gewinde versehenen Verbindung der Befestigungseinrichtung und des Übertragungsstabes 135 verteilt ist, um wirksam mechanische oder Ultraschallschwingungen über die Verbindung zu übertragen. Als ein Ergebnis kann die Ultraschallschwingungsbewegung entlang der Längsachse der verbundenen Komponenten mit minimalen Verlusten und minimaler Umwandlung von Längsenergie in Transversalschwingungen wandern.
Weiterhin Bezug nehmend auf 3 ist die Manschette 134 des chirurgischen Instrumentes 120 bevorzugterweise in dem Adapter 132 angeordnet oder darin aufgenommen. Die Manschette 134 kann aus einem Flüssigkristallpolymer (LCP) hergestellt sein. Es wird ins Auge gefasst, dass die Manschette 134 aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein kann.
Die Manschette 134 umfasst allgemein einen Kopf 140 und ein röhrenförmiges Element 142. Das röhrenförmige Element 142 weist bevorzugterweise vier sperrklinkenähnliche oder eingreifbare Elemente 144 auf, die über 360° mit 90°-Intervallen räumlich voneinander getrennt sind. Bevorzugterweise sind die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 auf der Manschette 134 parallel zur Achse des Übertragungsstabes 135 angeordnet und weisen eine Höhe auf, die sich radial nach außen hin erstreckt. Es wird anerkannt werden, dass die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 an irgendeinem geeigneten Teil der Manschette 134 angeordnet sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die Manschette 134 irgendeine Anzahl von sperrklinkenähnlichen Elementen aufweisen kann (d. h. so wenige wie ein und mehr als vier).
Die Manschette 134 des chirurgischen Instrumentes 120 umfasst eine axiale Bohrung 146, um zu erlauben, dass der Übertragungsstab 135 sich dadurch hindurch erstreckt. Der Übertragungsstab 135 ist in der axialen Bohrung 146 der Manschette 134 befestigt, so dass wenn die Manschette 134 gedreht wird, der Übertragungsstab 135 auch gedreht wird. Der Übertragungsstab 135 kann an der Manschette nahe einem Knoten befestigt sein.
Der Adapter 132 des chirurgischen Instrumentes 120 ist bevorzugterweise hergestellt aus Flüssigkristallpolymer (LCP). Der Adapter 132 kann auch aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, einschließlich anderer Kunststoffe, wie beispielsweise Polyetherimid, Nylon oder Polycarbonat. Der Adapter 132 weist im Allgemeinen eine sich axial erstreckende Kammer 148, einen ringförmigen Kanal oder Rille 150 und einen hohlen Bereich 152 auf, der so konfiguriert ist, dass er eine Handstückanordnung aufnimmt. Der hohle Bereich 152 des Adapters 132 ist so konfiguriert, dass er über dem distalen Ende der Handstückanordnung angeordnet ist und der Kanal 150 ist so konfiguriert, dass der Kopf 140 der Manschette 134 in einer festen axialen Position innerhalb des Adapters 132 gehalten wird.
Der Adapter 132 umfasst weiterhin ein oder mehrere zahnähnliche Elemente oder Eingriffselemente 154 wie weiter in 4 gezeigt. Die zahnähnlichen Elemente 154 sind für einen entsprechenden Drehmoment-begrenzenden Eingriff mit den sperrklinkenähnlichen Elementen 144 der Manschette 134 konfiguriert. Es wird anerkannt werden, dass die zahnähnlichen Elemente 154 auf der Innenwand 151 der Kammer 148 parallel zur Achse des Übertragungsstabes 135 angeordnet sind und eine Höhe aufweisen, die sich radial nach innen erstreckt. Die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 können an irgendeinem geeigneten Teil des Adapters 132 für einen Drehmoment-begrenzenden Eingriff mit den sperrklinkenähnlichen Elementen 144 angeordnet sein, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Bevorzugterweise weist der Adapter 132 zwei zahnähnliche Elemente 154 auf, die um 360° in 180°-Intervallen räumlich voneinander getrennt sind. Es wird ins Auge gefasst, dass der Adapter 132 irgendeine Anzahl von eingreiffähigen Elementen aufweist (d. h. so wenige wie ein und mehr als vier).
Die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 sind bevorzugterweise ausgebildet, um jeweils in die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 nach Drehen des Adapters 132 einzugreifen, um einen Drehmoment-begrenzenden oder Schaltklinkenmechanismus auszubilden. Wenn der Adapter 132 gedreht wird, greifen die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 ein und rutschen leicht auf den entsprechenden sperrklinkenähnlichen Elementen 144 hoch, um die Manschette 134 zu drehen. Die Manschette 134 wiederum dreht das Übertragungselement 135, um das Übertragungselement 135 an einer Befestigungseinrichtung oder Übertragungskomponente einer Handstückanordnung festzuziehen.
Die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 und die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 weisen eine ausgewählte Höhe auf. Die zahnähnlichen Elemente 154 und/oder die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 sind bevorzugterweise aus einem Material hergestellt, das eine ausreichende elastische Flexibilität aufweist. Als ein Ergebnis wird die Drehung des Adapters 132 die Manschette 134 drehen, bis der Übertragungsstab 135 gegen die Befestigungseinrichtung mit einem erwünschten und vorher eingestellten Drehmoment angezogen wird. Nachdem der Übertragungsstab 135 mit dem erwünschten Drehmoment angezogen ist, werden die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 auf die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 rutschen oder darüber hinaus gehen, wie weiter unten beschrieben werden wird.
In einer Ausführungsform sind die sperrklinkenähnliche Elemente 144 der Manschette 134 als Rampen oder Keile ausgebildet und die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 sind als Rippen oder Flansche ausgebildet. Die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 und die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 können umgekehrt sein, so dass die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 Rippen oder Flansche und die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters Rampen oder Keile sind. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 integral ausgebildet oder direkt mit dem Umfang des Übertragungsstabes 136 gekoppelt sind.
Die Winkel der Seitenflächen der zahnähnlichen Elemente 154 und der sperrklinkenähnlichen Elemente 154 und ihre Höhe können auch variiert werden, um Ihre Reibungs- oder Greifbeziehung zu erhöhen oder zu verringern, um das Rutschen zwischen der Manschette 134 und dem Adapter 132 zu modifizieren, wodurch das Drehmoment geändert wird, das angelegt werden kann, wenn der Übertragungsstab 135 an der Befestigungseinrichtung der Handstückanordnung festgezogen wird. Es wird ins Auge gefasst, dass die zahnähnlichen Elemente 154 und die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 zusammenwirkende Fortsätze, Keile, Nockenoberflächen, sperrklinkenähnlichen Zähne, Kerbverzahnungen, Keile, Flansche oder dergleichen enthalten können, die zusammenarbeiten, um das an dem Übertragungsstab 135 angelegte Drehmoment zu begrenzen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Um den Übertragungsstab 135 des chirurgischen Instrumentes 120 an einer Handstückanordnung zu befestigen, ist das distale Ende der Befestigungseinrichtung oder der Übertragungskomponente mit einem Gewinde mit dem proximalen Ende des Übertragungsstabes 135 verbunden. Der Adapter 132 des chirurgischen Instrumentes 120 wird dann per Hand in einer herkömmlichen Schraubengewinderichtung gedreht, um die Gewindeverbindung zwischen der Befestigungsvorrichtung und dem Übertragungsstab 135 zu verriegeln. Wenn der Adapter 132 gedreht wird, greifen die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 in die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 ein, um den Übertragungsstab 135 zu drehen.
Wenn der Übertragungsstab 135 mit einem vorher bestimmten Drehmoment auf der Befestigungseinrichtung festgezogen wird, erhöht sich der Widerstand und die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 beginnen, ihren Reibungswiderstand über die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 zu überwinden. Insbesondere bedingen die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132, dass sich die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 durch die angelegte Kraft elastisch biegen oder ablenken.
Bei einem vorher bestimmten Drehmoment rutschen die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 über die sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 in einen benachbarten Schlitz oder ein benachbartes Tal. Ein weiteres Drehen des Adapters 132 wird bedingen, dass ein umfangsmäßiges Schaltklinken zwischen den zahnähnlichen Elementen 154 und den sperrklinkenähnlichen Elementen 144 erfolgt, was eine Relativdrehung zwischen dem Adapter 132 und der Manschette 134 erlaubt. Wenn diese Schaltklinkenwirkung auftritt ist ein angemessenes Drehmoment an dem Adapter 132 des chirurgischen Elementes 120 angelegt worden, um den Übertragungsstab 135 an der Befestigungseinrichtung der Handstückanordnung ausreichend anzuziehen. Bevorzugterweise tritt dies auf, wenn das Drehmoment innerhalb des Bereiches von etwa 0,34 bis 2,26 Nm (etwa 3 bis 20 Zoll pro Pfund), bevorzugterweise 1,35 Nm (12 Zoll pro Pfund) liegt. Es wird auch ins Auge gefasst, dass das Übertragungselement 135 an der Befestigungseinrichtung 135 mit einem beliebigen Drehmoment angebracht werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Der Übertragungsstab 135 weist bevorzugterweise einen zu kleinen Durchmesser auf, um einem Anwender das Anlegen von übermäßigem Drehmoment direkt an dem Übertragungsstab 135 zu erlauben. Deshalb ist es für einen Anwender schwer, die Drehmoment-begrenzende Einrichtung des chirurgischen Werkzeuges 120 zu umgehen oder zu überwinden.
Um das chirurgische Instrument 120 von der Befestigungseinrichtung der Handstückanordnung zu entfernen, wird der Adapter 132 in einer herkömmlichen Abschraubrichtung gedreht. Wenn der Adapter 132 gedreht wird, werden die zahnähnlichen Elemente 154 des Adapters 132 die Seiten der sperrklinkenähnlichen Elemente 144 der Manschette 134 fangen oder in diese eingreifen, um zu erlauben, dass ein vergleichsweise hohes Lösungsdrehmoment angelegt wird, um den Übertragungsstab 135 in der Aufschraubrichtung zu drehen. Als ein Ergebnis lockert sich der Übertragungsstab 135 von der Befestigungseinrichtung. Wenn der Übertragungsstab 135 einmal von der Befestigungseinrichtung entfernt wird, kann das chirurgische Instrument 120 weggeworfen oder für eine erneute Verwendung sterilisiert werden.
Unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 wird eine weitere Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes 160 dargestellt. Das chirurgische Instrument 160 umfasst einen Adapter oder eine Büchse 162, eine Manschette 164 und ein Arbeitselement 165, wie, beispielsweise, einen Übertragungsstab, der integral mit einem Endeffektor gekoppelt ist. Das Arbeitselement 165 kann an einer Befestigungseinrichtung einer Handstückanordnung allgemein in der gleichen Art und Weise wie oben diskutiert befestigt und von dieser gelöst werden. Das Arbeitselement 165 erstreckt sich durch eine Öffnung in der Manschette 164 und kann an der Manschette 164 nahe einem Knoten befestigt sein.
Die Manschette 164 des chirurgischen Instrumentes 160 ist innerhalb des Adapter 162 drehbar angebracht und weist ein oder mehrere sperrklinkenähnliche oder eingreifbare Elemente 166 auf, wie weiter in den 6 bis 7 gezeigt. Die Manschette 164 weist bevorzugterweise vier sperrklinkenähnliche Elemente 166 auf, die um 360° mit 90°-Intervallen voneinander räumlich getrennt sind. Bevorzugterweise sind die sperrklinkenähnlichen Elemente 166 der Manschette 164 radial auf der Manschette 164 angeordnet und weisen eine Höhe auf, die sich parallel zu der Achse des Arbeitselementes 165 erstreckt. Es wird ins Auge gefasst, dass die Manschette 164 eine geeignete Anzahl von sperrklinkenähnlichen Elementen 166 aufweist.
Der Adapter 162 des chirurgischen Elementes 160 weist ein oder mehrere zahnähnlich oder eingreifende Elemente 168 auf, die so konfiguriert sind, dass sie in die sperrklinkenähnlichen Elementen 166 der Manschette 164 eingreifen, um einen Drehmoment- oder Schaltklinkenmechanismus auszubilden. Wie in 6 gezeigt weist der Adapter 162 bevorzugterweise zwei zahnähnliche Elemente 168 auf, die um 360° in 180°-Intervallen voneinander entfernt sind. Bevorzugterweise sind die zahnähnlichen Elemente 168 des Adapters 162 radial auf dem Adapter 162 angeordnet und weisen eine Höhe auf, die sich parallel zur Achse des Arbeitselementes 165 erstreckt.
8 und 9 zeigen eine alternative Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes 180 eines chirurgischen Systems. Das chirurgische System 180 umfasst bevorzugterweise einen Adapter 182, ein Innenelement 184 und ein Arbeitselement 186 oder einen Übertragungsstab, der integral an einem Endeffektor befestigt ist. Der Adapter 182 ist bevorzugterweise aus einem Material hergestellt, das eine geeignete Elastizität oder Flexibilität aufweist, um zu erlauben, dass das Innenelement 184 durch den Adapter 182 gedreht wird, bis ein vorher bestimmtes Drehmoment erreicht ist.
Der Adapter 182 weist bevorzugterweise eine Bohrung 188 auf, die sich dadurch hindurch erstreckt. Die Bohrung 188 weist eine innere Oberfläche mit einer ausgewählten geometrischen Konfiguration auf, wie beispielsweise im Wesentlichen polygonal oder oktagonal geformt (siehe 9), die im Wesentlichen das Innenelement 184 umgibt.
Das Innenelement 184 weist eine Außenoberfläche auf, die eine komplementäre geometrische Konfiguration umfasst, die reibungsmäßig in die innere Oberfläche der Bohrung 188 des Adapters 182 eingreift. Das Innenelement 184 ist aus einem Material mit einer geeigneten Flexibilität hergestellt, um zu erlauben, dass der Adapter 182 bei einem vorher bestimmten Drehmoment über das Innenelement 184 rutscht. Das Innenelement 184 des chirurgischen Instrumentes 180 ist weiter mit dem Arbeitselement 186 gekoppelt, so dass wenn sich das Innenelement 184 dreht, sich das Arbeitselement 186 auch dreht. Bevorzugterweise erstreckt sich das Arbeitselement 186 durch eine Öffnung in den Innenelement 184.
Das Innenelement 184 des chirurgischen Instrumentes 180 kann sich drehen, wenn der Adapter 182 in einer herkömmlichen Schraubengewinderichtung gedreht wird, um das Arbeitselement 186 auf einer Befestigungseinrichtung oder Übertragungskomponente einer Handstückanordnung anzudrehen. Nachdem das Arbeitselement 186 mit einem erwünschten oder vorher bestimmten Drehmoment angedreht ist, wird sich der Adapter 182 weiter drehen, ohne das Innenelement 184 zu drehen. Als ein Ergebnis liefern das Innenelement 184 und der Adapter 182 einen Drehmoment-begrenzenden Mechanismus, um zu verhindern, dass das Arbeitselement 186 an der Befestigungseinrichtung der Handstückanordnung übermäßig angezogen wird.
10 und 11 zeigen eine alternative Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentes 190 eines chirurgischen Systems. Das chirurgische Instrument 190 umfasst bevorzugterweise einen Adapter oder eine Büchse 192, ein Innenelement 194 und ein Arbeitselement 196, wie beispielsweise einen Übertragungsstab, der integral mit einem Endeffektor verbunden ist. Der Adapter 192 ist bevorzugterweise aus einem Material hergestellt, das eine geeignete Elastizität oder Flexibilität aufweist, um zu erlauben, dass das Innenelement 194 durch den Adapter 192 gedreht werden kann, bis ein vorher bestimmtes Drehmoment erreicht ist.
Der Adapter 192 weist bevorzugterweise eine Bohrung 198 auf, die sich dadurch hindurch erstreckt. Die Bohrung 198 weist eine äußere Oberfläche mit einer ausgewählten geometrischen Konfiguration auf, wie beispielsweise, einer im Wesentlichen zylindrischen oder elliptischen Form (siehe 11), die das Innenelement 194 umgibt.
Das Innenelement 194 weist eine Außenoberfläche auf, die eine komplementäre geometrische Konfiguration aufweist, die reibungsmäßig in die Innenoberfläche der Bohrung 198 des Adapters 192 eingreift. Das Innenelement 194 ist aus einem Material hergestellt, das eine ausreichende Elastizität aufweist, um zu erlauben, dass der Adapter 192 über das Innenelement 194 bei einem vorher bestimmten Drehmoment rutscht. Das Innenelement 194 ist bevorzugterweise mit dem Arbeitselement 196 gekoppelt, so dass wenn das Innenelement 194 gedreht wird, das Arbeitselement 196 sich auch dreht. Bevorzugterweise erstreckt sich das Arbeitselement 196 durch eine Öffnung des Innenelementes 194.
Das Innenelement 194 des chirurgischen Instrumentes 180 kann sich drehen, wenn der Adapter 192 in einer üblichen Schraubengewinderichtung gedreht wird, um das Arbeitselement 196 auf der Befestigungseinrichtung einer Handstückanordnung anzuziehen. Nachdem das Arbeitselement 196 mit einem erwünschten oder vorher bestimmten Drehmoment angezogen ist, wird sich der Adapter 192 weiterhin drehen, ohne das Innenelement 194 zu drehen. Somit stellt das Innenelement 194 und der Adapter 192 einen Drehmoment-begrenzenden Mechanismus bereit, um zu verhindern, dass das Arbeitselement 196 übermäßig an der Befestigungseinrichtung der Handstückanordnung angezogen wird.
Unter Bezugnahme nun auf 12 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Ultraschalltransektors 200 dargestellt. Der Transektor 200 umfasst allgemein eine Handstückanordnung 201, einen Scherengriffabschnitt 202, eine Sperrklinkenanordnung 204, eine Hülle 206, einen Übertragungsstab oder Wellenleiter 232, einen Betätigungsstab und eine Klemmanordnung 234. Die Handstückanordnung 201 ist im Wesentlichen ähnlich der Handstückanordnung 50, wie sie oben beschrieben ist. Als solches ist eine weitere Beschreibung der Handstückanordnung 201 für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung unnötig.
In einer Ausführungsform ist das proximale Ende des Übertragungsstabes 232 mit einem Gewinde auf einen Ansatz 249 aufgeschraubt, der von der Handstückanordnung 201 vorsteht. Der Übertragungsstab 232 erstreckt sich durch die Hülle 206 des Transektors 200 und ist mit der Klemmanordnung 234 gekoppelt. Der Übertragungsstab 232 kann einen Durchmesser von, beispielsweise, etwa 0,3 mm aufweisen. Es wird ins Auge gefasst, dass der Übertragungsstab 232 irgendeinen geeigneten Durchmesser aufweist. Der Übertragungsstab 232 kann auch aus irgendeinem geeigneten Material, wie oben beschrieben, hergestellt sein.
Die Klemmanordnung 234 des Transektors 200 umfasst im Allgemeinen ein aktives Ende oder Klinge 236 und einen nichtschwingenden oberen Klemmabschnitt 238 zum Ergreifen von Gewebe, Zusammendrücken von Gewebe oder dergleichen. Die Klemmanordnung 234 ist in 12 in einer offenen Klemmposition veranschaulicht und ist bevorzugterweise schwenkbar an dem Betätigungsstab des Transektors 200 angebracht. Der obere Klemmabschnitt 238 wird schwenkbar in einer Vertiefung am distalen Ende des Übertragungsstabes 232 getragen. Ultraschallschwingungen werden entlang des Übertragungsstabes 232 in einer Längsrichtung übertragen, um das aktive Ende 236 der Klemmanordnung 234 schwingen zu lassen. Das aktive Ende 236 ist bevorzugterweise nicht drehbar.
Der Scherengriffabschnitt 202 des Transektors 200 umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse 212, einen Handgriff 210, einen Nasenkonus oder Adapter 241 und einen Innenmechanismus 214.
Der Innenmechanismus 214 ist in dem Gehäuse 212 zum Bewegen des Übertragungsstabes 232 um eine Längsachse angeordnet und kann um diese Achse drehbar sein. Der Innenmechanismus 214 ist bevorzugterweise mit dem Übertragungsstab 232 gekoppelt oder daran befestigt, um eine Drehbewegung des Scherengriffabschnittes 202 in eine Längsbewegung des Betätigungsstabes zu übersetzen.
Der Nasenkonus 241 des Scherengriffabschnittes 202 umfasst bevorzugterweise ein intern tassenförmiges Gehäuse 251. Das tassenförmige Gehäuse 251 erlaubt, dass sich das distale Ende der Handstückanordnung 201 in das Gehäuse 251 schiebt, um den Transektor 200 am distalen Ende der Handstückanordnung 201 zu unterstützen.
Der Griff 210 des Scherengriffabschnittes 202 umfasst einen Fingergriff oder Griff 218 und einen Daumengriff oder Auslöserarm 216, der an dem Gehäuse 212 durch einen Stift 243 schwenkbar angebracht ist. Der Auslöserarm 216 ist auch mit einer Verbindung 244 fixiert, die eine vorstehende Nase 245 aufweist. Die vorstehende Nase 245 ist in einer ringförmigen Vertiefung oder Rille 257 entlang der Unterseite des Innenmechanismus 214 des Scherengriffabschnittes 202 angeordnet.
Wenn der Auslöserarm 216 zu dem Fingergriff 218 bewegt wird, verschiebt die Verbindung 244 den Innenmechanismus 214 zu der Handstückanordnung 201. Die Bewegung des Innenmechanismus 214 zu der Handstückanordnung 201 versetzt den Betätigungsstab nach rückwärts, um die Klemmanordnung 234 in ihre geschlossene Position zu schwenken. Die Bewegung des Auslöserarms 216 in der entgegengesetzten Richtung verschiebt den Innenmechanismus 214 so, dass der Betätigungsstab in der entgegengesetzten Richtung verschoben wird, d. h. nach vorne, und schwenkt dadurch die Klemmanordnung 234 in ihre offene Position.
Noch Bezug nehmend auf 12 ist die Schaltklinkenanordnung 204 des Transektors 200 drehbar mit dem Gehäuse 212 des Scherengriffabschnittes 202 gekoppelt. Die Schaltklinkenanordnung 204 umfasst eine innere Schaltklinke 220 und eine äußere Schaltklinke 222, wie weiter in 13 bis 15 dargestellt. Die innere Schaltklinke 220 ist bevorzugterweise fest mit der Hülle verbunden und umfasst die Schaltklinkenarme 224, die in die Sägezahnrampen 226 der äußeren Schaltklinke 222 eingreifen. Es wird ins Auge gefasst, dass die innere Schaltklinke 220 und die äußere Schaltklinke 222 aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein können, ohne vom Gedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Die innere Schaltklinke 220 kann eine einstückige Kunststoffkonstruktion sein, wie in 14 dargestellt, oder die innere Schaltklinke 220a kann einen Kunststoffansatz 220a mit metallischen Schaltklinkenarmen 224a aufweisen, um in die Sägezahnrampen 226a der äußeren Schaltklinge 222a einzugreifen, wie in 15 veranschaulicht. Die Schaltklinkenarme 224 und Rampen 226 können irgendeine geeignete Form aufweisen, wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden.
Wenn die äußere Schaltklinke 222 in einer Schraubgewinderichtung gedreht wird, bedingt die äußere Schaltklinke 222, dass die Schaltklinkenarme 224 der inneren Schaltklinke 220 abgelenkt werden, während sie sich auf den Rampen 226 der äußeren Schaltklinke 222 nach oben bewegen. Als ein Ergebnis wird ein Drehmoment von der äußeren Schaltklinke 222 auf die innere Schaltklinke 220 durch die Ablenkung der Schaltklinkenarme 224 der inneren Schaltklinke 220 auf den Rampen 226 der äußeren Schaltklinke 222 übertragen. Die Ablenkung der Schaltklinkenarme 224 erhöht den Kontakt und die Reibungskraft zwischen den Schaltklinkenarmen 224 und den Rampen 226, bis die Schaltklinkenarme 224 der inneren Schaltklinke 220 über die Spitzen der Rampen 226 der äußeren Schaltklinke 222 in das nächste Tal bei einem vorher bestimmten Drehmoment rutschen. Wenn die äußere Schaltklinke 222 in einer das Gewinde aufdrehenden Richtung gedreht wird, greifen die Schaltklinkenarme 224 der inneren Schaltklinke 220 in die Seiten der Rampen 226 der äußeren Schaltklinke 222, so dass ein hohes Entfernungsdrehmoment übertragen werden kann. Es wird auch ins Auge gefasst, dass die innere Schaltklinke 220 Rampen und die äußere Schaltklinke 222 Schaltklinkenarme aufweisen kann.
Unter Bezugnahme nun auf die 16 bis 17 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Handstückanordnung 252 dargestellt. Die Handstückanordnung 252 stellt bevorzugterweise einen Drehmoment-begrenzenden Mechanismus bereit, um die Höhe des angelegten Drehmomentes zu begrenzen, wenn eine Befestigungseinrichtung 266 mit einer Übertragungskomponente oder einem Stab eines chirurgischen Instrumentes 280 befestigt wird.
Die Handstückanordnung 252 ist im Wesentlichen ähnlich der Handstückanordnung 50, die oben beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Gehäuseanordnung 250 bevorzugterweise eine äußere drehbare Büchse oder ein äußeres Schaltklinkenelement 254 umfasst, das über dem Gehäuse 256 angeordnet ist, wie in 16 gezeigt. Das Gehäuse 256 umfasst bevorzugterweise eine oder mehrere Rampen 262, die sich nach außen in einer radialen Richtung erstrecken, wie in 17 gezeigt.
Die Büchse 254 der Handstückanordnung 252 umfasst Arme 260, um in die Rampen 262 des Gehäuses 256 einzugreifen. Das Gehäuse 256 und die Büchse 254 stellen einen Schaltklinkenmechanismus bereit, um die Höhe des Drehmomentes zu begrenzen, wenn der Übertragungsstab des chirurgischen Instrumentes 280 an der Befestigungseinrichtung 266 der Handstückanordnung 252 angezogen wird. Es wird auch ins Auge gefasst, dass das Drehmoment durch ein jegliches geeignetes Mittel begrenzt werden kann, wie beispielsweise Schlupfkupplungen, axiale Anordnungen, radiale Anordnung und dergleichen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Büchse 254 verhindert bevorzugterweise, dass der Anwender das Innengehäuse 256 ergreift, so dass ein übermäßiges Drehmoment nicht angelegt werden kann.
Wenn die Büchse 254 in einer herkömmlichen Schraubgewinderichtung gedreht wird, greifen die Arme 260 der Büchse 254 in die Rampen 262 des Gehäuses 256 ein. Als ein Ergebnis wird ein Drehmoment von der Büchse 254 zu dem Gehäuse 256 durch die Ablenkung der Rampen 262 des Gehäuses 256 an den Armen 260 der Büchse 254 übertragen. Die Ablenkung der Arme 260 erhöht den Kontakt und die Reibungskraft zwischen den Armen 260 und den Rampen 262, bis die Arme 260 der Büchse 254 über die Spitzen der Rampen 262 des Gehäuses 256 in das nächste Tal bei einem vorher bestimmten Drehmoment rutschen. Wenn die Büchse 254 in einer das Gewinde aufdrehenden Richtung gedreht wird, fangen die Rampen 262 des Gehäuses 256 die Seiten der Arme 260 der Büchse 254 oder greifen in diese ein, um zu erlauben, dass ein hohes Entfernungsdrehmoment übertragen wird.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung erlauben, dass eine Übertragungskomponente eines chirurgischen Instrumentes mit einer Übertragungskomponente, wie beispielsweise einer Befestigungseinrichtung, einer Handstückanordnung mit einem vorher bestimmten Drehmoment ohne die Verwendung eines getrennten Instrumentes angezogen wird. Die Übertragungskomponente des chirurgischen Instrumentes kann leicht an der Handstückanordnung angebracht oder davon entfernt werden, was erlaubt, dass eine Vielzahl von Übertragungskomponenten schnell mit der Befestigungseinrichtung der Handstückanordnung während einer Operation verbunden werden können. Ein integraler Drehmomentmechanismus verhindert, dass die Übertragungskomponente des chirurgischen Instrumentes übermäßig fest an der Befestigungsvorrichtung der Handstückanordnung angezogen wird. Der integrale Drehmomentmechanismus kann in die Handstückanordnung oder in das chirurgische Instrument aufgenommen werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail zu Zwecken der Veranschaulichung und als Beispiel angegeben ist, sollte verstanden werden, dass eine große Vielzahl von Änderungen und Modifikationen an den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden kann, ohne in irgendeiner Art und Weise vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind daher in allen Aspekten lediglich als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu betrachten und der Umfang der Erfindung ist deshalb durch die angegebenen Ansprüche und nicht durch die vorhergehende Beschreibung angegeben.

Claims

Chirurgische Ultraschallvorrichtung (120) umfassend: ein Arbeitselement mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das Arbeitselement ausgeführt ist, um Ultraschallschwingung aufzunehmen und die Ultraschallschwingung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Arbeitselementes zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Manschette (134) umfasst, die mit dem Arbeitselement gekoppelt ist, und eine Büchse (132), wobei die Manschette (134) innerhalb der Büchse (132) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (120) einen integrierten Drehmoment begrenzenden Mechanismus (130) umfasst, der erlaubt, dass ein vorher bestimmtes maximales Drehmoment in einer Richtung auf das Arbeitselement vermittels der Büchse (132) angelegt wird.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 1, wobei die Manschette (134) wenigstens eine Schaltklinke oder Sperrklinke (144) aufweist, wobei die wenigstens eine Schaltklinke oder Sperrklinke (144) in wenigstens einen Zahn (154) der Büchse (132) so eingreifen kann, dass sich die Manschette (134) mit der Drehung der Büchse (132) drehen kann und die wenigstens eine Schaltklinke oder Sperrklinke (144) so ausgeführt ist, dass sie sich aus dem Eingriff mit dem wenigstens einen Zahn (154) löst, wenn ein vorher bestimmtes Drehmoment angelegt ist.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 2, wobei sich die Höhe der wenigstens einen Schaltklinke oder Sperrklinke (144) und des wenigstens einen Zahns (154) im Wesentlichen parallel zur Achse des Arbeitselementes erstreckt.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 2, wobei sich die Höhe der wenigstens einen Schaltklinke oder Sperrklinke (144) und des wenigstens einen Zahns (154) in einer im Wesentlichen radialen Richtung erstreckt.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 2, Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die Manschette (134) eine Vielzahl von Schaltklinken oder Sperrklinken (144) umfasst.
Vorrichtung (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Arbeitselement einen Übertragungsstab (135) und einen Endeffektor (88) umfasst.
Vorrichtung (120) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der wenigstens eine Zahn (154) an dem äußeren Umfang der Manschette (134) angeordnet ist und die wenigstens eine Schaltklinke oder Sperrklinke (144) an dem inneren Umfang der Büchse (132) angeordnet ist.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 1, wobei die Manschette (134) wenigstens einen Zahn (154) umfasst und die Büchse (132) wenigstens eine Schaltklinke oder Sperrklinke (144) umfasst.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 1, wobei der integrierte Drehmoment begrenzende Mechanismus (130) eine Bohrung (146) in der Büchse (132) aufweist mit einer inneren Oberfläche, die eine erste nicht-kreisförmige geometrische Konfiguration definiert, und einer äußeren Oberfläche der Manschette (134) mit einer komplementären geometrischen Konfiguration, die durch Reibung in die innere Oberfläche der Bohrung (146) eingreift, wobei die Manschette (134) und/oder die Büchse (132) aus einem Material hergestellt ist/sind, das eine ausreichende Spannkraft aufweist, um zu erlauben, dass die Büchse (132) bei einem vorher bestimmten Drehmoment über die Manschette (134) hinwegrutscht.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 9, wobei die geometrische Konfiguration im Wesentlichen polygonal ist.
Vorrichtung (120) nach Anspruch 9, wobei die geometrische Konfiguration elliptisch ist.