[发明专利]作为手持器具的机械阻抗的函数来驱动超声手持器具的系统和方法

说明书

一种的超声手术工具系统(30)，用于驱使具有顶端(50)的手持器具(34)。向手持器具驱动器(40)施加的电压和频率为流过手持器具的机械部件和顶端的电流的等效电流以及这些部件的频率响应的函数。

技术领域

本发明总体上涉及超声驱动的手术手持器具。更具体而言，本发明涉及将驱动信号作为手持器具的机械部件的阻抗的变化的函数而施加到手持器具。

背景技术

超声手术仪器是用于执行某些医疗和手术流程的有用的手术仪器。通常，超声手术工具包括手持器具，手持器具包含至少一个压电驱动器。顶端(tip)机械耦合到驱动器并且从驱动器设置在的外壳或壳体向前延伸。顶端具有头部。头部具备特征，该特征通常是被规格以完成特定医疗/手术任务的齿部或凹槽(flute)。超声工具系统还包括控制台。控制台向驱动器供应AC驱动信号。一旦向驱动器施加驱动信号，驱动器就周期性地扩张和收缩。驱动器的扩张/收缩诱导顶端的类似运动，更具体而言，诱导顶端的头部的类似运动。当顶端这样运动时，顶端被视为正在振动。紧靠组织来施加顶端的正在振动的头部以执行特定手术或医疗任务。例如，紧靠硬组织来施加一些顶端头部。硬组织的一种形式是骨头。当振动该类型的顶端头部时，顶端头部的来回振动移除、锯开邻近的硬组织。还将其它的顶端头部设计为紧靠软组织而放置。当该顶端头部振动时，齿部通常通过切割动作来移除组织。一些超声工具还通过在组织和周围液体中诱导空化来移除组织。空化作为顶端头部来回运动的结果而发生。具体而言，作为这些振动的结果，小空孔、空腔形成在组织和周围液体中。这些空腔是具有极低压力的非常小的区域。压力差产生于形成组织的细胞的内容物和这些空腔之间。由于该压力差的相对大的大小，细胞壁破裂。这些细胞壁的破裂移除形成组织的细胞、使其脱离。

超声顶端的头部通常相对小。一些头部具有小于1.0cm的直径。超声工具本质上只移除与施加头部处邻近的组织。因此，由于它们的头部的相对小的表面面积，超声手持器具已经被证明是精准移除硬组织和软组织两者的有用的工具。

对于超声手术仪器(有时被称为手持器具或工具)，为了有效地起作用，应该向工具施加具有合适特性的驱动信号。如果驱动信号不具有合适特性，顶端头部可能经历小于最佳振幅的振动和/或可能不尽可能快地振动。如果手持器具在任一状态，手持器具在给定瞬间移除组织的能力可能明显地降低。

确保超声手持器具有效操作的一个方式是向手持器具施加在手持器具的共振频率处的驱动信号。当驱动信号在给定电压或电流处时，施加在共振频率处的驱动信号诱导顶端的振动，与施加在偏共振的频率处的相同电压相比，该振动处于相对大的振幅。

还将其它超声工具系统设计为施加在手持器具的抗共振频率处的驱动信号。抗共振频率可以是手持器具将具有最高阻抗时所处的频率。

申请人的SONOPET超声吸引器(UltraSonic Aspirator)包括控制台，控制台具有被设计为生成可变的驱动信号并且向附接的手持器具施加该可变的驱动信号的部件。共振电路在控制台的内部。在制造控制台时，将该共振电路的电感和电容设定为基于要与控制台一起使用的特定手持器具的阻抗的函数。将由控制台输出的驱动信号的特性设定为跨过此阻抗电路的电压的函数。

对于许多流程，SONOPET控制台(SONOPET Console)输出驱动信号，该驱动信号如果不基本等同于手持器具的机械部件的共振频率，则至少接近于该共振频率。然而，在许多正常使用情形中，超声手持器具可能承受显著的机械负载。例如，当紧靠骨头按压顶端时，该情形可能发生。在此情形中，顶端上放置的机械负载可能使手持器具的机械部件的阻抗显著变化。如果该事件发生，则控制台可能不能够输出在手持器具的机械部件的共振频率附近的频率处的驱动信号。