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1. WO1991007917 - ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Medizinisches Ultraschall-Operationsgerät

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zum Zerstören und Entfernen von biologischem Gewebe, insbesondere von Tumor-Gewebe, verwendbares medizinisches Ultraschall-Operationsgerät mit einem für eine Frequenz von a x 24 kHz ausgelegten Konverter mit 0 , 8 _***-_. a _=: 2 , der einen Hohlbolzen mit einem zwischen einer Mutter und einer Über-tragungssäule eingespannten Piezopaket aufweist, einem die Amplitude der abzugebenden Schallenergie vervielfachenden, einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden und mit einer koaxialen Absaugleitung der lichten Weite D. versehenen Hörn, wobei das Hörn drei Abschnitte, nämlich einen zylin-drischen Abschnitt der Dicke D1 , einen sich von der Dicke D. auf die Dicke D_ stetig verjüngenden Abschnitt und einen rohrförmigen Abschnitt der Dicke D_ aufweist.

Stand der Technik und Darstellung der Erfindung

Derartige Geräte sind an sich bekannt. Sie weisen jedoch wesentliche Nachteile auf:

Bei den bekannten Geräten mit einer Absaug-Leitung wie z. B. beim Gerät nach der DE-Al 3 625 749, ist diese
Leitung im vordersten Teil des einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Horns untergebracht, sie wird aber seitlich aus dem Hörn hinausgeführt, wodurch das Operationsgerät für den Chirurgen deswegen unhandlich wird, weil er stets durch den Absaugschlauch behindert oder doch gestört wird. Bei den bis jetzt bekannten Geräten war ein Unterbringen der Absaugleitung innerhalb des den Konverter umgebenden Gehäuses deswegen nicht möglich, weil der durch den Durchmesser des Konverter bedingte Gehäusedurchmesser ohnehin schon die Grenze des Brauchbaren erreichte. Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung weist nun diesen Nachteil nicht auf. Dies wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 erreicht.

Die bekannten Geräte haben entweder eine kleine
Schwingungsamplitude an der Hornspitze oder sie haben eine kurze Standzeit der Hörner, also eine kurze Lebensdauer, wodurch der Betrieb entsprechend teuer wird. Jeder dieser beiden Nachteile lässt sich nun, wie eingehende Versuche bewiesen haben, dadurch vermeiden, dass das Hörn gemäss den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 genannten Merkmalen ausgestaltet wird, wobei als Material z.B. eine Ti-Legierung mit 6 Gew% AI und 4 Gew% V verwendet werden kann. Mit der erfindungsgemässen Form ergibt sich eine Verstärkung der Schwingungsamplitude um den Faktor 16, so dass sich bei der Verwendung eines Materials, das eine

Dichte q von 4400 kg/m 3 und einen E-Modul von 106 . 109 Pa, also eine Schallgeschwindigkeit von c = 4908 m/s aufweist, eine Ausgangsamplitude an der Hornspitze von ca. 0,3 mm erreichen lässt und dies ohne übermässige Belastung im kritischen Punkt des Horns, also an der Stelle, an welcher der sich verjüngende Abschnitt in den rohrförmigen Ab- schnitt übergeht.

Bei der Verwendung der bisher bekannten Ultraschall- Operationsgeräte wurde öfters festgestellt, dass ein kapazitiver Strom zum Patienten fliesst. Es wurde nun festgestellt, dass das seinen Grund darin hat, dass der Konverter des Operations-Gerätes ein Paket mit einer geradzahligen Anzahl von Piezo-Ringen aufweist und dass sich das Entstehen dieser Ströme dadurch vermeiden lässt, dass Pakete mit einer ungeradzahligen Anzahl von Piezo- Ringen verwendet werden. Die Erfindung betrifft daher ein Gerät, bei welchem der Konverter so ausgebildet ist, wie das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 angegeben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

die Fig. 1 eine sehr stark schematisierte Darstellung eines Längsschnittes durch ein erfindungsgemässes Uitra-schall-Operationsgerät, in welcher nicht nur die einzelnen Teile, sondern auch deren Längs- und Querabmessungen in völlig freiem Massstab dargestellt sind;

die Fig. 2 zeigt im Unterschied dazu das Hörn des Operationsgerätes in seinen richtigen Proportionen,

die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das ganze Gerät in einheitlichem Massstab, wobei aus Gründen der Darstellung das Gerät in zwei Teilfiguren 3a und 3b aufgeteilt ist.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Das Piezopaket besteht im wesentlichen aus sieben Piezokeramik-Ringen 1, die auf einem Hohlbolzen 2 ange- ordnet sind, wobei sie durch einen Isolationszylinder 3 von ihm elektrisch getrennt sind. Zur Anregung der Piezo-ringe dienen acht metallene Ringscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, von denen die geradzahligen über einen Leiter eines in der Zeichnung nicht dargestellten Kabels mit dem einen Pol des in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten elektrischen Generators und die ungeradzahligen über einen andern Leiter des genannten Kabels -t dem andern Pol dieses Generators elektrisch leitend verbunden sind. Festgehalten werden die Piezokeramik-Ringe und die metallenen Ringscheiben durch eine auf dem einen Ende des Hohlbolzens 2 aufgeschraubte Mutter 12 und eine auf dem andern Ende des Hohlbolzen 2 aufgeschraubte Übertragungs-säule 13, wobei zwischen der Mutter 12 und dem benach-barten Piezokeramik-Ring ein Isolationsring 14 und zwischen dem der Übertragungssäule 13 benachbarten Piezokeramik-Ring und der Übertragungssäule 13 ein Isolationsring 15 sowie der Boden 16a einer Montagehülse 16 eingeklemmt sind. Der Hohlbolzen 2 bildet zusammen mit den Piezo-kera ik-Ringen 1, den metallenen Ringscheiben, den
Isolationsringen 14 und 15, der Mutter 12, der Übertragungssäule 13 und der Montagehülse 16 den Konverter, der hier für eine Frequenz von a x 24 kHz dimensioniert ist, mit 0,8 ≤ a -≤. 2. Auf dem dem Piezopaket abgewandten Ende der Übertragungssäule 13 ist das Hörn 17 aufgeschraubt. Dieses Hörn 17 weist die in der Fig. 2 dargestellte Form auf, es besitzt also einen zylindrischen Abschnitt 17a, einen sich verjüngenden Abschnitt 17b und einen rohrförmigen Abschnitt 17c, die die folgende Ab-messungen aufweisen:

(35 - 2) mm
a 4,908 . 10 mm/s J2 (68 - 4) mm
4,908 . 10° πm/s

1
a (25 - 2) mm
4,908 . 10° mm/s

Dπ = b (16 ± 1) mm

= b (3,6 - 0,2) mm

'4 = b <2 i 0,1) mm

mit 0,5 b^-2

Dabei geht der sich verjüngende Abschnitt 17b stetig in den rohrförmigen Abschnitt 17c über und wird im Querschnitt von zwei Kreislinien mit dem Radius

L2 + —1 (D - D ) , hier also R = 376 mm
Dl - D3

begrenzt, wie das in der Zeichnung dargestellt ist. Die Oberfläche ist, wie bei Hörnern dieser Art üblich, Ober-flächenbehandelt, also beispielsweise poliert oder kugelgestrahlt. Aus der Zeichnung ist ebenfalls ersichtlich, dass das Hörn 17 mit einer zylindrischen Längsbohrung 17d versehen ist,die im rohrförmigen Abschnitt 17c und im wesentlichen Teil des sich verjüngenden Abschnitts 17b eine lichte Weite D. = 2 mm aufweist. Diese Bohrung
erweitert sich zweimal stufenweise, nämlich an der Stelle 17e auf 3 mm und an der Stelle 17f auf 4 mm. Der verhält-nismässig kurze Abschnitt mit dem 3mm-Durchmesser dient zum Festhalten des Leitungsrohres 18, das von der Stelle 17e koaxial durch das ganze Operationsgerät bis in die Nähe des durch einen Deckel 19 abgeschlossenen Endes des die Aussenhülle bildenden Gehäuses geradlinig verläuft, durch den es exzentrisch hindurchgeführt ist. Das Hörn besteht aus einem Material, mit dem Gütefaktor Q ^ 10*000 und der

maximalen relativen Schnelle -* WL ^> 15 m/s
v TT

in welchem die Schallgeschwindigkeit ca 5000 m/s beträgt, beispielsweise der eingangs genannten Ti-Legierung mit 6 Gew%
9 AI, 4 Gew% V, Rest Ti, welche einen E-Modul von 106 * 10 Pa
3
und eine Dichte von 4400 kg/m aufweist, woraus eine
Schallgeschwindigkeit von 4908 m/s resultiert. Versuche haben ergeben, dass ein derart ausgebildetes Hörn, also ein Hörn mit den genannten geometrischen und physikalischen Eigenschaften, eine wesentlich längere Standzeit aufweist als die für die Verwendung des Ultraschall-Operationsgerätes derzeit verwendeten Hörner, die schon nach ganz kurzer Betriebszeit an der kritischen Stelle, nämlich dort, wo der sich verjüngende Teil in den zylindrischen Teil übergeht, brechen.

Auf einem Teil seiner Länge ist das Rohr 18 konzentrisch von einem zweiten Rohr 20 umgeben: Dieses zweite Rohr 20 ist an der Stelle 18a fest mit dem Rohr 18 verbunden und erstreckt sich bis zu einem auf dem Rohr 18 sitzenden Übergangsglied 21, in welchem der hohlzylin-drische Zwischenraum zwischen den beiden Rohren 18 und 20 in eine Leitung 22 übergeht, die ebenfalls durch den Deckel 19 hindurchgeführt ist. Dieses zweite Rohr 20 ist mit einer ringförmigen Sicke 20a versehen, mit welcher es dicht und fest mit dem Hohlbolzen 2 verbunden ist. Zwischen dieser Sicke 20a und dem Rohrende bei 18a hat das Rohr 20 mindestens eine in die konzentrische Bohrung 13a
der Säule 13 mündende Öffnung 20b. Die Bohrung 13a hat auf dem wesentlichen Teil ihrer Länge den gleichen Durchmesser wie die anschliessende, bis zum Punkt 17f reichende Stufe der Bohrung 17d. Von der Stelle 17f führt eine Querbohrung I7i nach aussen in den Zwischenraum 23a zwischen dem Hörn 17 und der Hornhülle 23. Eine weitere Querbohrung 17g verbindet in der Nähe der Mündung 17h des Hornes 17 die Längsbohrung 17d mit dem Zwischenraum 23a.

Zwei Hülsen 24 und 25 dienen nicht nur dazu, die vorstehend beschriebenen Teile zu verschalen, also die Aussenhülse des Gerätes zu bilden, sondern ermöglichen es auch, dass man das Operationsgerät richtig in die Hand nehmen kann: Die Hülse 24 dient der Einschalung der
Übertragungssäule 13: sie stützt sich am einen Ende auf der Montagehülse 16 und am andern Ende auf dem zylindrischen Teil 17a des Horns 17 ab, wobei Dichtungsringe den guten und elastischen Sitz gewährleisten und auch verhindern, dass Flüssigkeit oder Festteile ins Innere ein-dringen können. Die zweite Hülse 25 ist auf der Montagehülse 16 und dem Deckel 19 aufgeschraubt, wobei das eine dieser beiden Gewinde ein rechtsgängiges und das andere ein linksgängiges Gewinde ist, so dass man nach dem Überschieben der Hülse 25 über den Konverter und nach dem
Aufstecken des Deckels 19 auf die beiden Leitungen 18 und 22 sowie auf das in der Zeichnung nicht dargestellte, der Verbindung des Konverters mit dem elektrischen Frequenzgeber dienende elektrische Kabel durch Drehen der Hülse 25 diese Hülse 25 fest mit der Montagehülse 16 und dem Deckel 19 verbinden kann.

Wie sich aus dem Vorstehenden ohne weiteres ergibt, ist das Rohr 18 an eine Absaug-Vorrichtung, also z.B. an irgend eine Vakuum-Flasche angeschlossen, die Leitung 22 aber über irgend ein Absperrorgan an ein eine Spülflüssig-keit enthaltendes Reservoir.

Bei der Benützung des Gerätes wird nun durch Einschalten des nicht dargestellten elektrischen Generators der Konverter erregt, was zur Folge hat, dass die Spitze des Horns die be-nötigte Longitudinalschwingung ausführt, so dass damit biologisches Gewebe, also z. B. Tumorgewebe, zerstört werden kann. Wenn gleichzeitig das Rohr 18 mit dem Vakuum-Gefäss verbunden ist, werden alle zerstörten Gewebeteile sofort durch die Bohrung 17d und das an sie anschliessende Rohr 18 abgesogen. Solange die Leitung 22 über das nicht gezeichnete Absperrorgan mit dem unter Druck stehende Spül-flüssigkeitsbehälter verbunden ist, fliesst Spülflüssigkeit durch die Leitung 22, den Zwischenraum zwischen den Rohren 20 und 18, die Öffnung 20b, die Bohrung 13a in der Säule 13 bis zur Querbohrung 17i und durch diese in den Zwischenraum 23a zwischen dem Hörn 17 und der Hornhülle 23 um in der Nähe des freien Hörnendes auszutreten, wobei allerdings ein Teil bereits durch die Querbohrung 17g abgesaugt wird. Durch Absperren der Zufuhr diese Spülflüssigkeit kann die Saugleistung erhöht werden und durch Absperren der Saugleitung kann erreicht werden, dass die gesamte zuströmende Spülflüssigkeit bei der Hornspitze austritt.

Dadurch, dass die Absaugleitung und zusätzlich auch noch die Leitung für die Spülflüssigkeit und auch noch das für die Erregung der Piezokeramik-Ringe dienende elektrische Kabel im Geräte-Innern bis zum Deckel geführt werden, lässt sich das Gerät sehr leicht handhaben und es besteht auch keine Gefahr, dass die genannten Leitungen die Sicht auf die zu operierende Stelle verdecken.