[发明专利]带嵌入式压电致动器的微机械超声外科手术刀

说明书

技术领域

各种实施例涉及超声外科器械，并且更具体地涉及用于超声外科手术刀的换能器和波导组件，以及具有超声供电的端部执行器的类似器械。

背景技术

用于患者组织的解剖和/或凝结作用的超声外科手术刀和类似器械通常包括超声换能器组件、波导组件和外科端部执行器。超声换能器组件大体包括被压缩在一对端部质量块之间的压电换能器元件，其中前端部质量块被配置为射声器，以在压电换能器元件与波导组件之间创建声增益。在一个已知的示例中，端部质量块设置在轴的相对的两端，并且压电换能器元件包括沿着轴设置的多个环形压电换能器圆盘，其中多个圆盘例如通过绷紧在轴与端部质量块中的至少一个之间的螺纹连接件而被压缩。随后，压电换能器元件经供电建立至少一个驻波或振动模式(其可包括但不限于纵向振动模式、侧向振动模式、扭转振动模式及其组合)，至少一个驻波或振动模式通过轴和射声器、通过波导组件传播，并且进入超声供电的端部执行器，用于应用到患者组织。由此类设备供电的示例性端部执行器包括用于解剖患者组织的超声振动外科手术刀和用于接合和灼烧患者组织的超声振动夹持设备。

申请人-受让人最近公开了包括换能器元件的各种超声外科器械，其中换能器元件附接于纵向伸长的大体为平面的波导。参见均于2010年8月16日提交的美国专利申请12/857,373和12/857,399，其全部内容以引用方式并入本文。此类器械可在例如硅晶片上构造，其中换能部分和谐振器部分代替前述的超声换能器组件的轴和端部质量块。然而，在此类设备中的换能器元件不可以被固定在类似前述超声换能器组件中的端部质量块的可调节端部质量块之间，并且不可以通过可调节端部质量块来压缩。因此，申请人及其合作者继续寻求并开发用于这些新型并且基本上单一的换能器支撑的波导的改善构造。

发明内容

本发明的第一方面为用于超声外科器械的超声芯。超声芯包括纵向伸长的大体为平面的波导以及换能器元件，该波导限定从波导的第一侧朝向波导的中间平面延伸的孔，该换能器元件固定到该孔的相对壁。换能器元件的尺寸和形状设定成与孔的尺寸和形状基本相符，并且至少部分地嵌入在波导内。在第一实施例中，孔为延伸到波导的相对的第二侧的端部开放的孔。在第二实施例中，孔为盲孔或端部封闭的孔。

本发明的第二方面为用于组装前述实施例的超声芯的方法。该方法包括以下步骤：(a)获得限定具有第一长度的孔的纵向伸长的大体为平面的波导，和具有大于第一长度的第二长度的换能器元件，但在施加驱动电流时，换能器元件能够可逆地收缩至小于第一长度的第三长度；(b)向换能器元件施加驱动电流，并且将换能器元件插入孔内；以及(c)将驱动电流从换能器元件中去除，使得换能器元件在孔内展开。在使用或不使用中间胶层的情况下，所得的组件将换能器元件固定在孔内。

本发明的第三方面为用于超声外科器械的超声芯。超声芯包括纵向伸长的大体为平面的波导；固定到波导的换能器元件，和夹持机构；夹持机构包括从波导的近侧端部朝近侧设置的基座、从基座朝远侧突出并且经配置以使在容纳波导的通道上彼此互相相对的一对限制臂、和在该一对限制臂之间的从基座朝远侧突出的夹持臂。基座和夹持臂彼此机械地接合，以允许夹持臂的远侧端部被可调并且牢固地定位在通道内，并且每个限制臂包括在定位在换能器元件远侧的节点处接合波导的底座。夹持臂可接合波导的近侧端部或固定到波导的近侧端部的换能器元件的近侧端部。

本发明的第四方面为用于超声外科器械的超声手持件。超声手持件包括纵向伸长的大体为平面的波导、固定到波导的换能器元件、至少围绕换能器元件的外壳、和在换能器元件近侧固定到外壳的夹持机构。夹持机构在换能器节点处接合换能器元件，并且夹持机构和换能器元件都包括用于向换能器元件施加驱动电流的互补电接触部。

本发明的第五方面为任选地包括外科手术刀部分的超声芯。超声芯包括纵向伸长的大体为平面的硅波导，所述硅波导具有大体为平面的换能部分和包括倾斜侧表面的楔形射声器部分，其中至少一个换能器元件固定到大体为平面的换能部分。超声芯的特征在于，倾斜侧表面沿着硅材料的{1,1,1}晶面取向。楔形射声器部分可包括作为倾斜侧表面一部分的一体的外科手术刀部分。