DE60123002T2 - Ultraschallhandstück - Google Patents
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Description
- Hintergrund der Erfindung
- Eine typische chirurgische Ultraschallvorrichtung für ophtalmische Verfahren besteht aus einem mit Ultraschall angetriebenen Handstück, einer daran befestigten hohlen Schneidspitze, einer Bewässerungshülse und einer elektronischen Steuerungskonsole. Die Handstückarordnung ist mit einem elektrischen Kabel und flexiblen Rohren an der Steuerungskonsole befestigt. Die Konsole variiert über das elektrische Kabel den Leistungpegel, der durch das Handstück zur daran befestigten Schneidspitze übertragen wird, und die flexiblen Rohre führen durch die Handstückanordnung ein Bewässerungsfluid zum Auge zu und saugen angesaugtes Fluid vom Auge ab. Ein Beispiel eines bekannten Handstücks ist in
US 5 364 405 offenbart, wobei das Handstück einen piezoelektrischen Stapel umfaßt, der mit einem Ultraschallhorn gekoppelt ist, das in einer Außenhülle gehalten wird, eine Hülse, die den piezoelektrischen Stapel umgibt, und ein Vergußmaterial innerhalb der Hülse, die den piezoelektrischen Stapel gegenüber Nässe abzudichten. - Der operative Teil des Handstücks ist zentral angeordnet, wobei ein hohler schwingender Stab oder Horn direkt an einer Gruppe piezoelektrischer Kristalle befestigt ist. Die Kristalle führen die erforderliche Ultraschallschwingung zu, die benötigt wird, um sowohl das Horn als auch die daran befestigte Schneidspitze während der Phakoemulsifikation anzutreiben und werden durch die Konsole gesteuert. Die Kristall-/Hornanordnung ist im hohlen Körper bzw. in der Hülle des Handstücks an ihren Knotenpunkten durch relativ unflexible Einrichtungen aufgehängt. Der Handstückkörper endet in einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser bzw. einem Nasenkonus am distalen Ende des Körpers. Der Nasenkonus ist auf der Außenseite mit einem Gewinde versehen, um die Bewässerungshülse aufzunehmen. Ähnlich ist die Bohrung des Horns auf der Innenseite an ihrem distalen Ende mit einem Gewinde versehen, um das Außengewinde der Schneidspitze aufzunehmen. Die Bewässerungshülse weist ebenso eine auf der Innenseite mit einem Gewinde versehene Bohrung auf, die auf das äußere Gewinde des Nasenkonus geschraubt ist. Die Schneidspitze ist so angepaßt, daß die Spitze lediglich um einen bestimmten Betrag aus dem offenen Ende der Bewässerungshülse vorragt.
- Die Enden der Schneidspitze und der Bewässerungshülse werden bei einer Verwendung zur Durchführung einer Phakoemulsifikation in einem schmalen Einschnitt mit einer bestimmten Breite in der Hornhaut, Lederhaut oder an einem anderen Ort im Augengewebe eingeführt, um einen Zugang zur Vorderkammer des Auges zu erlangen. Die Schneidspitze wird mit Ultraschall entlang ihrer Längsachse innerhalb der Bewässerungshüle durch das Kristallangetriebene Ultraschallhorn in Schwingungen versetzt, um dadurch das ausgewählte Gewebe beim Kontakt in Situ zu emulgieren. Die hohle Bohrung der Schneidspitze kommuniziert mit der Bohrung im Horn, die wiederum mit der Ansaugleitung vom Handstück zur Konsole kommuniziert. Eine Vakuum- oder Unterdruckquelle in der Konsole zieht oder saugt das emulgierte Gewebe vom Auge durch das offene Ende der Schneidspitze, die Bohrung der Schneidspitze, die Bohrung des Horns und die Ansaugleitung und in eine Sammelvorrichtung ab. Das Ansaugen von emulgiertem Gewebe wird durch eine salzhaltige Spüllösung oder Bewässerungsmittel unterstützt, die in den Operationsort durch den kleinen ringförmigen Spalt zwischen der inneren Oberfläche der Bewässerungshülse und der äußeren Oberfläche der Schneidspitze injiziert wird.
- Ultraschallhandstücke werden der extremen Wärme und dem Druck einer Sterilisation im Auteoklaven ausgesetzt, was die Lebenszeit der piezoelektrischen Elemente verkürzen kann. Frühe Versuche, die Lebensdauer der elektrischen Komponenten von piezoelektrischen Handstücken zu erhöhen, wurden vorwiegend darauf gerichtet, Feuchtigkeit von dem Eindringen in das Handstück abzuhalten, indem die äußere Hülle und/oder die elektrische Verkabelung besser versiegelt wurden. Obgleich diese Versuche die Lebenszeit der Ultraschallhandstücke erheblich erhöht haben, werden weitere Verbesserungen benötigt.
- Dementsprechend besteht ein Bedürfnis für ein Ultraschallhandstück, das eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
- Kurzer Abriß der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung stellt gegenüber Ultraschallvorrichtungen des Stands der Technik eine Verbesserung dar, indem ein Handstück gemäß den folgenden Ansprüchen bereitgestellt wird, das eine Gruppe von longitudinal vibrierenden piezoelektrischen Elementen und zusätzlich einen Elektromotor aufweist, um eine Dreh- oder Oszillationsbewegung an ein Ultraschallhorn abzugeben. Die piezoelektrischen Elemente werden von einer Hochtemperaturkunststoffhülse umgeben und die Hülse wird mit einem Hochtemperaturvergußmaterial ge füllt. Das Vergußmaterial dichtet die piezoelektrischen Elemente gegenüber Feuchtigkeit ab, ohne die Leistung der piezoelektrischen Elemente zu beeinflussen.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschallhandstück bereitzustellen, das sowohl eine Längs- als auch eine Torsionsbewegung aufweist.
- Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschallhandstück mit gegen Feuchtigkeit versiegelten piezoelektrischen Elementen bereitzustellen.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein zuverlässigeres Ultraschallhandstück bereitzustellen.
- Andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen und den Ansprüchen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Ultraschallhandstücks der vorliegenden Erfindung. -
2 . ist eine Querschnittansicht einer Ausführungsform des Ultraschallhandstücks der vorliegenden Erfindung. -
3A &3B sind perspektivische Ansichten einer Ausführungsform des Ultraschallhandstücks der vorliegenden Erfindung mit entfernten inneren und äußeren Handstückhüllen. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Wie am besten in
1 zu erkennen ist, besteht das Handstück100 der vorliegenden Erfindung im allgemeinen aus einem Handstückkörper110 , einem elektrischen Kabel112 und einem elektrischen Stecker20 . Das Handstück110 kombiniert sowohl eine Längsbewegung als auch eine Dreh- oder Oszillationsbewegung, wobei solche Handstücke näher in den US- Patenten Nr. 5,222,959, 5,492,528, 5,827,292 (Anis), 5,722,945, 5,730,718, 5,911,699 (Anis, et al.) und 4,504,264 (Kelman) beschrieben werden. Ein Fachmann erkennt, daß die vorliegende Erfindung zur Verwendung bei Ultraschallhandstücken, die nur eine Längsbewegung aufweisen, geeignet ist. - Wie am besten in
2 zu erkennen ist, beinhaltet der Handstückkörper110 der vorliegenden Erfindung im allgemeinen eine Nasenkonushülle5 , eine innere Handstückhülle7 , eine äußere Handstückhülle8 und ein Handstückendstück17 . Der Motor114 ist in der inneren Hülle7 mit einer Motorhalterung3 und einer Dichtung116 montiert und kann Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Torsionsring2 und einen Torsionsdraht4 beinhalten, um die Drehbewegung des Motors114 zu begrenzen. Am distalen Ende der Welle118 des Motors114 ist ein Antriebswellenabschnitt120 des Horns13 befestigt. Der piezoelektrische Stapel21 wird über den Antriebswellenabschnitt120 des Horns13 aufgenommen und gegen eine Endplatte122 auf dem Antriebsschaft120 durch Klemmmuttern22 und23 positioniert gehalten. Die vordere Stützwand1 ist auf die Antriebswelle120 hinter der Mutter23 aufgereiht, um die durch den piezoelektrischen Stapel21 erzeugte Ultraschalleistung vom Motor114 zu entkoppeln. Strom wird zum piezoelektrischen Stapel durch Elektroden18 und19 zugeführt und die gesamte Anordnung kann von einer isolierenden Hülse39 umgeben sein. Das Ultraschallhorn13 ist in die Endplatte122 auf der Antriebswelle120 eingeführt. Das Horn13 wird in der inneren Hülle7 durch eine Federdruckdichtung35 und durch ein Lager37 , das die Nabe124 des Horns13 kontaktiert, gehalten. Der piezoelektrische Stapel21 wird durch Lager6 und41 gehalten. Die innere Hülle7 wird in der äußeren Hülle8 durch einen Silikongummi oder Elastomer-O-Ringe30 ,31 ,41 und42 gehalten. Die Nasenkonushülle5 ist im distalen Ende der äußeren Hülle8 aufgenommen und durch einen Silikongummi oder Elastomer-O-Ringe24 und29 fluiddicht versiegelt. Das Endstück17 ist im proximalen Ende der äußeren Hülle8 aufgenommen und mit einem Silikongummi oder Elastomer-O-Ringen25 und32 fluiddicht versiegelt. Das proximale Ende119 der Motorwelle118 wird im Endstück17 durch eine Federdruckdichtung36 und durch einen Spannring33 gehalten. - Bei einer Verwendung wird der Motor
114 mit Strom versorgt und veranlaßt die Motorwelle118 zu Drehungen. Die Drehung der Welle118 bewirkt die Drehung der Antriebswelle120 , des piezoelektrischen Stapels21 und des Horns13 . Die Drehung des Horns13 und der Motorwelle118 bewirkt eine Reibung und einen Abrieb an der Grenzfläche zwischen der Nabe124 und der Dichtung35 und dem distalen Ende119 der Welle118 und der Dichtung36 . - Diese Reibung kann einen übermäßigen Abrieb an der Nabe
124 und der Welle118 , die vorzugsweise aus Titan hergestellt sind, durch die Dichtungen35 und36 , die vorzugsweise mit Kohlenstoff/Graphit, einem sehr abrasiven Material, gefüllt sind, zur Folge haben. Wenn ein derartiger Abrieb auftritt, kann der Körper des Handstücks110 insbesondere in einem Dampfautoklaven nicht mehr fluiddicht abgedichtet sein. Um einen übermäßigen Abrieb der Nabe124 und der Welle118 zu verhindern, können die Nabe124 und das proximale Ende119 der Welle118 mit einer beliebigen harten Beschichtung, wie beispielsweise Titannitrid, Zirconnitrid, Chromnitrid oder Borcarbid (auch bekannt als Schwarzer Diamant) plattiert oder beschichtet sein. Es wird jedoch Titannitrid bevorzugt. Während Titannitridbeschichtungen mit einer Dicke von 2-4 Mikrometer aufgebracht werden können, haben die Erfinder festgestellt, daß eine derartige dünne Beschichtung leicht springen kann, wenn sie auf ein relativ weiches Material, wie beispielsweise Titan aufgebracht wird. Es wurde festgestellt, daß eine Titannitridbeschichtung von mehr als 4 Mikrometern und vorzugsweise von zwischen 9-12 Mikrometern die besten Ergebnisse liefert. Beschichtungen von mehr als 4 Mikrometern können jedoch die Oberflächenmorphologie der Beschichtung ändern, woraus ein Sandpapierähnlicher Endzustand resultiert, der für eine Dichtungsoberfläche nicht wünschenswert ist. Die Erfinder konnten feststellen, daß in derartigen Situationen durch Polieren der Oberfläche beispielsweise mit einer Diamantpulverpaste, womit ungefähr ein Mikrometer an Material oder weniger entfernt wird, eine zufriedenstellende Oberfläche erhalten werden kann. - Die
3A und3B stellen die funktionellen Teile des Handstücks110 dar, wobei der Nasenkonus5 , die Innenhülle7 und die Außenhülle8 entfernt sind. Wie in der3A zu sehen ist, sind die Endplatte122 , der piezoelektrische Stapel21 , die Spannmuttern22 und23 und die Elektroden18 und19 innerhalb des Handstücks110 der Atmosphäre ausgesetzt. Wie man in der3B sieht, werden der piezoelektrische Stapel21 , die Endplatte122 , die Spannmuttern22 und23 und die Elektroden18 und19 von einer Schutzhülse39 bedeckt. Die Hülse39 ist vorzugsweise aus einem Hochtemperaturkunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt und rutschend um die Endplatte122 , den piezoelektrischen Stapel21 , die Spannmuttern22 und23 und die Elektroden18 und19 befestigt. Den Bereich in der Hülse39 kann mit einem Hochtemperaturvergußmaterial141 gefüllt sein, wie ein primerloser Silikonklebstoff (Dow Corning Q3-6611). Der Verfüllungsvorgang kann allgemein ein Erhöhen der Temperatur des Vergußmaterials141 und dem Aufbau aus Hülse und piezoelektrischen Stapel139 auf beispielsweise etwa 120°C und ein Einspritzen des Vergußmaterials141 in den Aufbau aus Hülse und piezoelektrischem Stapel139 mit einer Spritze umfassen. Die erhöhte Temperatur wird eine kurze Zeit, beispielsweise etwa 5 Minuten, gehalten, um jegliche Luftblasen aus dem Vergußmaterial141 zu entgasen. Zusätzlich kann Vergußmaterial141 in den Aufbau aus Hülse und piezoelektrischem Stapel139 eingespritzt werden, um jeglichen Volumenverlust durch die entweichenden Gase zu ersetzen. Das gesamte Vergußmaterial141 , das den Aufbau aus Hülse und piezoelektrischem Stapel139 ausfüllt, wird anschließend ausgehärtet, beispielsweise bei etwa 120°C für zwei Stunden. Ein solcher Vergießungsprozeß beeinflußt die Eigenschaft des Handstücks110 nicht, hilft jedoch dabei, die Zuverlässigkeit und die Langlebigkeit des Handstücks110 durch Abdichten des piezoelektrischen Stapels21 und der Elektroden18 und19 gegenüber Feuchtigkeit zu erhöhen. - Im Vorhergehenden wurden bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei diese Beschreibungen zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung angegeben wurden. Abwandlungen, Änderungen, Modifizierungen und Abweichungen von den oben offenbarten Systemen und Verfahren können angenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Claims (9)
- Körper eines ophthalmischen, chirurgischen Ultraschall-Handstücks (
110 ), der folgendes aufweist: eine Nasenkonushülle (5 ), eine Handstückinnenhülle (7 ), eine Handstückaußenhülle (8 ), ein Ultraschallhorn (13 ), einen Motor (114 ), der innerhalb der Innenhülle (7 ) durch eine Motorhalterung (3 ) montiert ist, und eine Dichtung (116 ), wobei der Motor (114 ) eine Welle (118 ) mit einem distalen Ende aufweist, an der ein Antriebswellenabschnitt (120 ) des Horns (13 ) angebracht ist, der Antriebswellenabschnitt (120 ) darüber einen piezoelektrischen Stapel (21 ) aufweist, der piezoelektrische Stapel (120 ) gegen eine Endplatte (122 ) auf der Antriebswelle (120 ) durch Spannmutter (22 ,23 ) in Position gehalten wird und durch Elektroden (18 ,19 ) mit Energie versorgt wird, wobei der Körper weiterhin ein Frontschott (1 ) aufweist, das auf die Antriebswelle (120 ) hinter einer der Spannmuttern (23 ) aufgeschraubt ist, um die Ultraschallenergie, die von dem Stapel (21 ) erzeugt wird, von dem Motor (114 ) zu entkoppeln, und wobei das Horn (13 ) innerhalb der Innenhülle (7 ) durch eine federbelastete Dichtung (35 ) und durch ein Lager (37 ) in Kontakt mit einer Nabe (124 ) des Horns (13 ) gehalten wird, die Innenhülle (7 ) innerhalb der Außenhülle (8 ) durch elastische O-Ringe (30 ,31 ,41 ,42 ) gehalten wird, und die Nasenkonushülle (5 ) in dem distalen Ende der Außenhülle (8 ) aufgenommen ist und fluiddicht durch elastische O-Ringe (24 ,29 ) abgedichtet wird, und wobei der piezoelektrische Stapel (21 ), die Endplatte (122 ), die Spannmuttern (22 ,23 ) und die Elektroden (18 ,19 ) durch eine Schutzhülse (39 ) bedeckt sind, und das Innere der Hülse (39 ) mit einem Vergußmaterial (141 ) gefüllt ist, wodurch der Stapel (21 ) und die Elektroden (18 ,19 ) gegenüber Feuchtigkeit abgedichtet sind. - Handstück nach Anspruch 1, bei dem ein distaler Abschnitt der Nabe (
124 ) innerhalb der Schale durch eine erste Dichtung (35 ) gehalten wird, das Horn dazu bemessen und geformt ist, den piezoelektrischen Stapel aufzunehmen und mit einem distalen Ende der Motorwelle (118 ) verbunden zu sein, wobei ein proximales Ende (119 ) der Motorwelle innerhalb der Schale durch eine zweite Dichtung (36 ) gehalten ist, wobei die erste und die zweite Dichtung (35 ,36 ) dabei das Horn (18 ) und die Welle (118 ) innerhalb der äußeren Schale (8 ) lokalisieren. - Handstück nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Hülse (
39 ) aus einem Hochtemperaturkunststoff wie Polyetheretherketon gebildet ist. - Handstück nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Vergußmaterial (
141 ) ein primerloser Silikonklebstoff ist. - Handstück nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Nabe (
124 ) eine harte Beschichtung aufweist. - Handstück nach Anspruch 5, bei dem die harte Beschichtung Titannitrid ist.
- Handstück nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das weiterhin eine harte Beschichtung an dem proximalen Ende der Motorwelle aufweist.
- Handstück nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Beschichtung mehr als 4 μm dick ist.
- Handstück nach Anspruch 8, bei dem die Beschichtung zwischen etwa 9 μm und 12 μm dick ist.
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