УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ХИРУРГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2002 года по МПК A61B18/18 

Изобретение является частью аппарата ультразвуковой аспирации, включающего, помимо него, ряд комплектующих электротехнического характера, наиболее важным из которых является ультразвуковой генератор.

В целом, как изделие, аппарат ультразвуковой аспирации предназначен для выполнения операций общехирургического, ортопедического, травматологического, гинекологического, урологического профилей путем механического разрушения межклеточных связей колебаниями ультразвуковой частоты с одновременной аспирацией фрагментированных тканевых частей и подачей в зону воздействия жидкости. Аппарат также выполняет очистку поверхности раны от гноя, некротических тканей, раневого детрита и прочих наслоений и внедрение лекарственных веществ в ткани организма.

Аппарат может быть применен в клиниках, больницах, поликлиниках и других лечебных заведениях.

Аппарат соответствует требованиям международного стандарта МЭК 601-1-88 "Изделия медицинские электрические" и ГОСТ Р 50267.0.-92 "Изделия медицинские электрические".

Предлагаемый ультразвуковой хирургический инструмент является операционным инструментом аппарата и, помимо отмеченного, оснащен системами подачи применяемой во время операции жидкости и отсоса продуктов аспирации.

Уровень техники
Известен аналог - ультразвуковой хирургический инструмент [1], характеризуемый общими с предлагаемым устройством следующими признаками. Он содержит излучатель ультразвуковых колебаний с закрепленными на нем электромеханическими элементами, например пьезокерамическими кольцами, оканчивающийся штуцером для подключения инструмента к системе отсоса продуктов аспирации. Излучатель соединен с концентратором ультразвуковых колебаний, при этом в излучателе и концентраторе выполнено сквозное отверстие, соосное с отверстием упомянутого штуцера. Штуцер с помощью герметичного эластичного уплотнения пропущен через тыльный торец корпуса, охватывающего излучатель с электромеханическими элементами и концентратор. На корпусе закреплены: штуцер для подачи применяемой во время операции жидкости и разъем кабеля электропитания, контактирующий с электрическими выводами электромеханических элементов. Излучатель соединен с корпусом кольцевым элементом, расположенным, по возможности, максимально близко к средней плоскости электромеханических элементов, где расположен узел ультразвуковых колебаний.

Кольцевой элемент соединения излучателя с корпусом, по необходимости, расположен вне упомянутой плоскости, поэтому он подвержен осевым ультразвуковым колебаниям, передаваемым через него на корпус. Условием безопасной эксплуатации хирургического инструмента является требование, чтобы ультразвуковая вибрация корпуса не превышала 10% вибрации рабочей части концентратора.

В аналоге [1] это требование не выполняется. Причина заключается в отсутствии свойства осевой гибкости упомянутого кольцевого элемента наряду с отсутствием необходимого соотношения между суммарной колеблющейся массой и суммарной массой корпуса с закрепленными на нем конструктивными элементами.

Прототипом предлагаемого устройства является ультразвуковой хирургический аппарат [2]. Он характеризуется всеми отмеченными выше общими для аналога и предлагаемого устройства признаками. Существенным отличием от аналога [1] служит конструкция кольцевого элемента, с помощью которого излучатель соединен с корпусом. В аппарате [2] этот элемент выполнен в виде резинового кольца, являющегося кольцевой мембраной и обладающего осевой гибкостью.

Однако при произвольном отношении указанных суммарных масс отмеченный требуемый технический результат не достигается; вибрация корпуса превышает допустимую.

Сущность изобретения
Изобретение имеет целью снизить ультразвуковую вибрацию корпуса устройства до уровня не более 10% от вибрации рабочей части концентратора для обеспечения безопасной работы оператора. Это достигается определенным соотношением между суммарной колеблющейся массой и суммарной массой корпуса с закрепленными на нем конструктивными элементами.

Предлагаемое устройство, как и отмеченные аналоги [1, 2], включает излучатель ультразвуковых колебаний с закрепленными на нем электромеханическими элементами, например пьезокерамическими кольцами, оканчивающийся штуцером для подключения к системе отсоса, соединенный с концентратором ультразвуковых колебаний, оканчивающимся рабочей частью, а также корпус с закрепленными на нем разъемом кабеля электропитания и штуцером для подачи применяемой во время операции жидкости. Излучатель и корпус соединены с помощью кольцевой мембраны.

Устройство отличается тем, что отношение суммарной массы излучателя со штуцером отсоса, соединенных с излучателем концентратора и кольцевой мембраны, а также закрепленных на излучателе электромеханических элементов к суммарной массе корпуса и закрепленных на нем разъема кабеля электропитания и штуцера подачи жидкости не превосходит 0,8.

Это техническое решение основано на экспериментально установленной зависимости отношения амплитуд ультразвуковой вибрации корпуса и концентратора в одном и том же поперечном сечении от указанного отношения суммарных масс (фиг. 1). Зависимость носит сугубо нелинейный характер: отношение амплитуд весьма критично к отношению масс. Значение отношения масс 0,8 отделяет область сильной зависимости от области, где зависимость практически отсутствует, а практически постоянное отношение амплитуд не превосходит допустимого уровня 10%. Таким образом, указанное отношение масс 0,8 выступает как существенный признак, отличающий предлагаемое устройство.

Изложенная совокупность признаков обеспечивает указанный технический результат во всем диапазоне параметров, принятых для ультразвуковых хирургических инструментов: частота - от 20 кГц и выше, амплитуда колебаний рабочей части концентратора - до 200 мкм.

Взаимное расположение элементов устройства показано на чертеже. Фиг.2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Внутри корпуса (3), который может быть составным, расположены: излучатель (1), оканчивающийся штуцером (8) для подключения инструмента к системе отсоса, с закрепленными на нем электромеханическими элементами (2) и концентратор ультразвуковых колебаний (4), соединенный с излучателем (1), оканчивающийся рабочей частью (5). Излучатель со штуцером и концентратор имеют осевое сквозное отверстие, через которое производится отсос продуктов аспирации.

На корпусе (3) закреплены штуцер (10) для подачи жидкости, применяемой во время аспирации, и разъем кабеля электропитания (11) для подключения инструмента к ультразвуковому генератору. Корпус (3) соединен с излучателем (1) кольцевой мембраной (6), отделяющей герметичную полость (7), где расположены электромеханические элементы (2) и их электрические контакты с разъемом (11). Герметизация полости (7) обеспечена эластичными прокладками (9), выполненными по типу вакуумных уплотнений.

Устройство работает следующим образом. Излучатель (1) и концентратор (4) совместно представляют собой полуволновой резонатор продольных (осевых) ультразвуковых колебаний, в котором электромеханическими элементами (2) возбуждается стоячая волна, причем узел колебаний (минимум амплитуды) расположен в средней плоскости электромеханических элементов (2) (в данном случае - пьезокерамических колец). Пучность стоячей волны (максимум амплитуды) приходится на рабочую часть концентратора (5) - его торец. Соединение излучателя (1) с корпусом (3) в виде кольцевой мембраны (6), по необходимости, расположено вне узла колебаний, поэтому внутренняя кромка мембраны, контактирующая с излучателем, колеблется в осевом направлении с амплитудой, присущей этому сечению излучателя. Осевые колебания наружной кромки мембраны, контактирующей с корпусом, возбуждают в корпусе продольную стоячую волну, при этом корпус также выступает как полуволновой резонатор с пучностями колебаний на торцах. Минимизация вибраций корпуса достигается уменьшением отношения суммарной колеблющейся массы, включающей массы излучателя со штуцером, электромеханических элементов, концентратора и кольцевой мембраны к суммарной массе корпуса с закрепленными на нем штуцером и разъемом кабеля. Требование, чтобы ультразвуковая вибрация корпуса не превышала 10% от вибрации рабочей части концентратора, достигается при упомянутом отношении суммарных масс не более 0,8.

Это отношение установлено экспериментально. На резонансной частоте 22 кГц при толщине кольцевой мембраны (6) 0,8 мм измеряли отношение амплитуд колебаний рабочей части концентратора (5) и прилежащего торца корпуса в зависимости от величины упомянутых масс. Результат приведен на графике (фиг.1).

Вывод: При m₁/m₂≤0,8 колебания, передаваемые на корпус в месте, соответствующем их максимуму, составляют не более 10%, что является допустимым.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР, SU 1140775 А1 МКИ 4, кл. А 61 В 17/32, 21.01.83, опубл. 23.02.85, бюлл. 7, "Ультразвуковой хирургический инструмент", авт. О.И. Бабиков.

2. "Ультразвуковой хирургический аппарат", патент РФ 2050152, 6 А 61 В, 8/00, 17/22, бюлл. 35, 20.12.95.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым хирургическим инструментам. Инструмент состоит из излучателя ультразвуковых колебаний, на котором закреплены пьезокерамические кольца. Излучатель скреплен с корпусом посредством мембраны, а на его тыльной стороне имеются разъем кабеля и штуцеры для подключения к системам отсоса фрагментированных биологических тканей и подачи жидкости. Отношение суммарной массы излучателя и концентратора к массе корпуса составляет не более 0,8. Изобретение позволяет устранить потери мощности за счет снижения вибрации корпуса для обеспечения безопасной работы оператора. 2 ил.

Ультразвуковой хирургический инструмент, включающий излучатель ультразвуковых колебаний с концентратором, соединенный с корпусом посредством кольцевой мембраны, отличающийся тем, что на излучателе закреплены электромеханические элементы, например пьезокерамические кольца, электрические контакты которых подключены к разъему кабеля электропитания, на тыльном конце корпуса закреплены разъем кабеля и штуцера для подключения к системам отсоса фрагментированных биологических тканей и подачи жидкости, а отношение суммарной массы излучателя и концентратора к массе корпуса составляет не более 0,8.