超聲外科器械的製作方法

2023-12-12 01:15:17 1

專利名稱：超聲外科器械的製作方法
超聲外科器械背景技術
本發明總體涉及超聲外科器械。包括空芯器械和實芯器械在內的超聲器械用於安全有效地治療許多病症。超聲器械，尤其是實芯超聲器械是有利的，因為它們可以向外科手術末端執行器傳輸超聲頻率的機械振動，以這種形式的能量切割和/或凝結有機組織。當以合適的能量級傳輸至有機組織並且使用合適的末端執行器時，超聲振動可用於切割、解剖、拉升或燒灼組織或用於使肌肉組織與骨骼分離。由於通過波導管從超聲轉換器可傳輸至外科手術末端執行器的超聲能量的量，使用實芯技術的超聲器械尤其有利。此類器械可用於開放性手術或微創手術，例如內窺鏡手術或腹腔鏡手術，其中末端執行器穿過套針到達外科手術部位。
以超聲頻率激活此類器械的末端執行器(例如，切割超聲刀)可引發縱向振動，該縱向振動在相鄰組織內產生局部熱量。由於超聲器械的該特性，因此具體的超聲驅動的末端執行器可設計成執行許多功能，包括(例如)切割和凝結。例如，通過電激活換能器在外科手術末端執行器中弓I發超聲振動。換能器可由器械手柄中的一個或多個壓電元件或磁致伸縮元件構成。換能器產生的振動經由從換能器延伸至外科手術末端執行器的超聲波導管傳輸至外科手術末端執行器。波導管和末端執行器被設計為與換能器以相同的頻率共振。 因此，當末端執行器連接到換能器時，整個系統的頻率與換能器自身的頻率相同。
末端執行器在頂端處的縱向超聲振動的振幅d表現為共振頻率的簡單正弦曲線， 用以下公式表示
d = A sin(cot)
其中
ω為2 π乘以循環頻率f的角頻率f ；並且
A為零至峰值振幅。
將末端執行器頂端的縱向偏移定義為峰到峰(p-t-p)振幅，其恰好為正弦波振幅的兩倍或2A。通常，末端執行器可包括刀片，由於所述縱向偏移，該刀片可切割和/或凝結組織。公告於 2001 年 9 月 4 日、名稱為「METHOD OF BALANCING ASYMMETRIC ULTRASONIC SURGICAL BLADES」的美國專利號6，觀3，981 ；公告於2001年10月30日、名稱為「CURVED ULTRASONIC BLADE HAVING A TRAPEZOIDAL CROSS SECTION」 的美國專利號 6，309，400 ；公告於 2002 年 8 月 20 日、名稱為「BALANCED ULTRASONIC BLADE INCLUDING A PLURALITY OF BALANCE ASYMMETRIES」的美國專利號6，436，115公開了各種超聲外科器械，其整個公開內容以引證方式併入本申請。發明內容
在一總體方面，各種實施例涉及包括換能器的超聲外科器械，所述換能器能夠沿著縱向軸線產生預定頻率的振動。在多個實施例中，超聲刀沿著縱向軸線延伸，並連接到換能器。在多個實施例中，超聲刀包括具有近端和遠端的主體，其中所述遠端能由換能器所生成的振動而相對於所述縱向軸線運動。


各種實施例的特徵在所附權利要求書中進行了詳細描述。然而，參考結合下面附圖的隨後的詳細描述可最好地理解關於構成和操作方法的各種實施例及其目的和優點。
圖1示出一超聲外科器械繫統的實施例。
圖2示出一用於超聲器械的連接件/接頭的實施例。
圖3為超聲外科器械的末端執行器和波導管的示意圖以及在波導管和末端執行器內生成的典型縱向應變圖和縱向應力圖。
圖4為超聲外科器械的換能器的示意圖以及在換能器內生成的典型縱向應變圖和縱向應力圖。
圖5為圖3中所示末端執行器和波導管的示意圖以及在波導管和末端執行器內生成的典型縱向位移圖。
圖6為圖4中所示換能器的示意圖以及在換能器內生成的典型縱向位移圖。
圖7為根據至少一個實施例的超聲外科器械的換能器的示意圖以及在換能器內生成的典型縱向應變圖和縱向應力圖。
圖8示出一種包括具有不同厚度壓電元件的換能器的實施例。
圖9示出包括具有不同厚度壓電元件的換能器的第二種實施例。
圖10示出包括具有不同厚度壓電元件的換能器的第三種實施例。
圖11示出包括具有不同厚度壓電元件的換能器的第四種實施例。
圖12示出包括具有不同厚度壓電元件的換能器的第五種實施例。
圖13示出包括具有不同厚度壓電元件的換能器的第六種實施例。
圖14是可由圖8的換能器和圖11的換能器生成的功分布的示意圖。
圖15示出包括具有不同直徑壓電元件的換能器的一種實施例。
圖16示出包括具有不同直徑壓電元件的第二種實施例。
圖16A示出包括具有不同直徑壓電元件的第三種實施例。
圖17示出包括壓電元件和構造成對壓電元件進行冷卻的可彎曲帶的換能器的一種實施例。
圖18示出圖17的可彎曲帶被壓電元件產生的振動彎曲。
圖19示出包括壓電元件、構造成對壓電元件進行冷卻的可彎曲帶和安裝到可彎曲帶的多個質量塊(mass)的換能器的一種實施例。
圖20示出波導管、末端執行器、護套和柔性隔膜的實施例，所述柔性隔膜安裝到所述波導管和護套，構造成用於當波導管和末端執行器振動時轉移波導管和末端執行器周圍的空氣。
圖21為圖20的結構的端視圖。
圖22A示出壓電元件成第一種布置方式的換能器的實施例。
圖22B示出壓電元件成第二種布置方式的圖22k的換能器。
圖23A示出壓電元件成第一種布置方式的換能器的實施例。
圖2 示出壓電元件成第二種布置方式的圖23A的換能器。
圖M示出相對于波導管可移動調節的換能器的實施例。
圖25示出包括多個波導管和末端執行器的超聲外科器械的套件。
圖沈示出一種超聲外科器械的實施例。
圖27示出超聲外科器械的手柄和波導管的近端部分，其中所述手柄包括柔性殼體。
圖觀示出屈曲狀態下的圖27的手柄。
圖四示出未屈曲狀態下的圖27的手柄的端視圖。
圖30示出屈曲狀態下的圖27的手柄的端視圖。
圖31示出包括多個換能器的外科器械的一種實施例。
圖32示出包括多個換能器的外科器械的第二種實施例。
圖33示出一體的波導管和末端執行器的實施例。
圖34示出包括直接組裝到波導管的壓電元件的換能器的實施例。
圖35示出壓電元件以及安裝到壓電元件的電極的實施例，其中所述電極包括從其延伸的凸塊。
圖36示出包括多個圖35的壓電元件的換能器疊堆。
圖37示出壓電元件以及安裝到壓電元件的電極的實施例。
圖38示出包括多個圖37的壓電元件的換能器疊堆。
圖39示出包括壓電元件、設置在壓電元件中間的電極以及可操作地連接中間電極的連接電極的換能器疊堆的端視圖。
圖40示出包括具有多個凹口的多個壓電元件以及穿過所述凹口延伸的連接電極的換能器疊堆。
圖41示出圖40的換能器疊堆的端視圖。
圖42示出包括具有多個平坦表面的多個壓電元件以及多個連接電極的換能器疊堆。
圖43示出圖42的換能器疊堆的端視圖。
圖44示出包括具有多個索引特徵的多個壓電元件的換能器疊堆，所述索引特徵構造成確保壓電元件的正確對齊。
圖45是示出圖44的壓電元件的索引特徵如何能夠防止壓電元件之間未對齊的示意圖。
圖46示出換能器疊堆以及圍繞換能器疊堆的罩的實施例。
圖47示出圖46的罩處於破裂狀態，和至少部分地包圍換能器疊堆的材料。
圖48示出換能器疊堆以及圍繞換能器疊堆的罩的第二種實施例。
具體實施方式
在詳細說明各種實施例之前，應該指出的是，這些實施例的應用或使用並不局限於附圖和具體實施方式
中詳細示出的部件的構造和布置。所述示例性實施例可單獨實施， 也可與其他實施例、變型形式和修改形式結合在一起實施，並可以通過多種方式實施或實現。例如，以下公開的外科器械為示例性的，而並非旨在限制它們的範圍或應用。此外，除非另外指明，否則本申請所用的術語和表達是為了方便讀者而針對示例性實施例進行描述的目而選，並非限制其範圍。
現在將描述一些示例性實施例以全面理解本申請公開的裝置的結構原理、功能、 製造和器械用途以及方法。這些實施例的一個或多個實例在附圖中示出。本領域的普通技術人員將會理解，本申請特別描述和在附圖中示出的器械和方法為非限制性的示例性實施例，並且多個實施例的範圍僅由權利要求書限定。一個示例性實施例示出或描述的特徵可以與其他實施例的特徵組合。這種修改形式和變化形式旨在包括在權利要求書的範圍之內。
本申請所述的各種實施例總體涉及超聲外科器械以及與其一起使用的刀片。超聲外科器械和刀片的例子公開於美國專利號5，322，055,5, 954，736,6, 309，400,6, 278，218、 6，283, 981和6，325，811，其中其整個公開內容以引證方式併入本申請。另外全文以引證方式併入的是共同擁有、共同待決的美國專利申請號11/726，625，其名稱為「ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS」，申請日為2007年3月22日。下列共同擁有的、同時提交的美國專利申請的公開內容均全文以引證方式併入本申請中
(1)美國專利申請號_，名稱為「ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS」，代理人案卷號為 END6495USNP1/080599 ；
(2)美國專利申請號_，名稱為「ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS」，代理人案卷號為 END6495USNP2/080600 ；
(3)美國專利申請號_，名稱為「ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS」，代理人案卷號為 END6495USNP3/080601。
除了別的以外，根據各種實施例的超聲器械和刀片對於希望去除皮質骨和/或組織，同時控制出血的整形手術可具有特別的有益效果。由於其切割和凝結特性，超聲外科器械的刀片可適用於一般的軟組織切割和凝結。在某些情況下，根據多個實施例的刀片可適用於同時切割和止血密封或燒灼組織。刀片可為直的或彎曲的，並適用於開放式或腹腔鏡式用途。根據多個實施例的刀片可適用於脊椎外科手術，特別是在從骨骼上去除肌肉時幫助從背部進入。
圖1示出超聲系統10的一個實施例。超聲系統10的一個實施例包括連接到超聲換能器14的超聲信號發生器12、包括手柄殼體16的手柄組件60以及末端執行器50。超聲換能器14(稱為「Langevin stack")通常包括換能部分18、第一共振器或端罩20、第二共振器或前罩22以及輔助部件。在多個實施例中，超聲換能器14的長度優選地為二分之一系統波長的整數倍(η λ/2)，如下面所詳細描述。聲學組件M可包括超聲換能器14、安裝座沈、速度變換器28和表面30。
應當理解，本申請使用的術語「近側」和「遠側」是相對於握住手柄組件60的臨床醫生而言的。因此，末端執行器50相對於較近側的手柄組件60而言處於遠側。還應該理解，為方便和清晰起見，本申請相對於握住手柄組件60的臨床醫生使用諸如「頂部」和「底部」的空間術語。然而，外科器械在多個取向和位置使用，這些術語並非意圖進行限制，也並非絕對。
端罩20的遠端連接至換能部分18的近端，前罩22的近端連接至換能部分18的遠端。前罩22和端罩20的長度由多個變量來確定，這多個變量包括換能部分18的厚度、 用於製造端罩20和前罩22的材料的密度和彈性模量以及超聲換能器14的共振頻率。可使前罩22從其近端到其遠端向內成錐形，用於隨著速度變換器28放大超聲振動振幅，或者前罩22可不進行放大。
再參照圖1，端罩20可包括從其延伸的螺紋構件，該螺紋構件可被構造成與前罩 22中的螺紋孔通過螺紋接合。在多個實施例中，當端罩20和前罩22組裝在一起時，壓電元件(例如，壓電元件32)可被壓縮於端罩20和前罩22之間。壓電元件32可由任何合適的材料製成，例如鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈦酸鉛和/或任何合適的壓電晶體材料。
在多個實施例中，如下面更詳細討論，換能器14還可包括電極，例如正電極34和負電極36，所述電極可被構造成在一個或多個壓電元件32兩端形成電勢。正電極34、負電極36和壓電元件32中的每一個可具有中心穿孔，所述穿孔可被構造成接納端罩20的螺紋構件。在多個實施例中，正電極；34和負電極36分別電連接至導線38和40，其中導線38和 40可包裹在線纜42內，並可電連接至超聲系統10的超聲信號發生器12。
在多個實施例中，聲學組件M的超聲換能器14將來自超聲信號發生器12的電信號轉化為機械能，該機械能使超聲換能器M和末端執行器50以超聲頻率主要在縱向振動運動。合適的發生器可以 GENOl 型得自 Ethicon Endo-Surgery, Inc. (Cincinnati，Ohio)。 當聲學組件M通電時，振動駐波通過聲學組件M產生。合適的振動頻率範圍可為約20Hz 至120kHz，較為適當的振動頻率範圍可為約30-70kHz，一個示例性的操作振動頻率可為大約 55. 5kHz ο
沿聲學組件M的任何點處的振動振幅可取決於沿聲學組件M測量振動的位置。 振動駐波的最小或零交點通常稱為波節(即，運動通常最小的位置)，而駐波的最大絕對值或峰值通常稱為波腹(即，運動通常最大的位置)。波腹與距其最近的波節之間的距離為四分之一波長(λ/4)。
如上所述，導線38和40將電信號從超聲信號發生器12發送到正電極34和負電極36。響應於(例如)腳踏開關44，通過超聲信號發生器12提供的電信號給壓電元件32 供電，從而在聲學組件M中生成聲駐波。電信號在壓電元件32中引起反覆小位移形式的擾動，使材料中出現較大的壓縮力。反覆的小位移使壓電元件32沿電壓梯度的軸線以連續方式伸展和收縮，從而生成超聲能量的縱波。
在多個實施例中，換能器14所生成的超聲能量可經由超聲傳輸波導管46通過聲學組件M傳輸至末端執行器50。為了使聲學組件M將能量傳遞到末端執行器50，聲學組件M的部件與末端執行器50聲學連接。例如，超聲換能器14的遠端可在表面30處通過螺紋連接(例如，螺柱48)與超聲傳輸波導管46的近端聲學連接。
可對聲學組件M的部件進行聲學調諧，使得任何組件的長度均為二分之一波長的整數倍(η λ/2)，其中波長λ是聲學組件M的預選或工作縱向振動驅動頻率fd的波長， 並且其中η為任意正整數。還可考慮聲學組件M結合任何合適的聲學元件布置。
超聲末端執行器50的長度可大致等於二分之一波長(λ /2)的倍數。超聲末端執行器50的遠端52可設置在波腹處(或至少其附近)，以便提供遠端的最大(或至少接近最大)縱向偏移。在多個實施例中，當換能器組件通電時，超聲末端執行器50的遠端52可構造成以預定振動頻率在例如大約10至500微米峰到峰的範圍內運動，並且優選地在大約 30至150微米的範圍內運動。
如上所述，超聲末端執行器50可連接至超聲傳輸波導管46。在多個實施例中，如圖所示的超聲末端執行器50和超聲傳輸波導管46由適合超聲能量傳輸的材料以一體形式製成。所述材料為例如Ti6A14V(含鋁和釩的鈦合金)、鋁、不鏽鋼和/或任何其他合適的材料。另一種情況，超聲末端執行器50可與超聲傳輸波導管46分離，並可通過例如螺柱、 焊接、粘合劑、快速連接或其他合適的已知方法連接在一起。超聲傳輸波導管46的長度可 (例如)基本上等於二分之一系統波長(λ/2)的整數倍。超聲傳輸波導管46可優選地由使用例如鈦合金(即，Ti6A14V)或鋁合金等適合高效傳輸超聲能量的材料製造的實芯軸加工而成。
在多個實施例中，參照圖2，超聲傳輸波導管46可在近端處包括縱向伸出的連接柱54，以通過螺紋連接(例如，螺柱48)連接至聲學組件的表面30。超聲傳輸波導管46的遠端可通過內部螺紋連接(最好位于波腹處或波腹附近)連接至末端執行器50的近端。例如，可考慮末端執行器50通過諸如焊接接頭等任何合適的手段連接至超聲傳輸波導管46 上。儘管末端執行器50可以從超聲傳輸波導管46上拆下，但還可考慮末端執行器50與超聲傳輸波導管46形成為一體件。
在多個實施例中，進一步地，圖2示出用於超聲器械的連接件/接頭70的一個實施例。連接件/接頭70可形成在超聲傳輸波導管46的連接柱M和位於聲學組件M遠端的速度變換器觀的表面30之間。連接柱M的近端包括帶內螺紋的基本圓柱形的凹槽66， 用於在其中接納帶螺紋的螺柱48的一部分。速度變換器觀的遠端也可包括帶內螺紋的基本圓柱形的凹槽68，用於接納帶螺紋的螺柱48的一部分。凹槽66、68基本上周向和縱向對齊。
在圖1所示的實施例中，超聲傳輸波導管46包括設置在多個波節處(或至少其附近)的多個起穩定作用的矽樹脂環或適形支撐件56。矽樹脂環56可抑制不期望的振動並將超聲能量與至少部分地圍繞波導管46的護套58隔離，從而確保超聲能量以最大效率沿縱向流至末端執行器50的遠端52。
如圖1所示，護套58可連接至手柄組件60的遠端。護套58通常包括適配器或鼻錐62和細長管狀構件64。管狀構件64連接到適配器62和/或從其延伸，並具有縱向貫穿其中的開口。在多個實施例中，護套58可通過螺紋連接或按扣到殼體16的遠端上。在至少一個實施例中，超聲傳輸波導管46穿過管狀構件64的所述開口延伸，矽樹脂環56可接觸所述開口的側壁並隔離其中的超聲傳輸波導管46。在多個實施例中，護套58的適配器 62優選由例如Ultem 構造而成，管狀構件64由例如不鏽鋼加工而成。在至少一個實施例中，超聲傳輸波導管46可帶有圍繞其的(例如)聚合材料，以便將其與外部接觸隔離。
在多個實施例中，如上所述，外科器械可包括換能器，其能夠生成縱向振動；末端執行器和/或波導管，其可操作地連接至換能器；以及其他各種聲學組件部件，其可操作地連接和/或支撐換能器、波導管和/或末端執行器。在一些實施例中，也如上所述，換能器可生成能夠傳輸至末端執行器的振動，其中所述振動可以諧振頻率(或接近諧振頻率)驅動換能器、波導管、末端執行器和/或聲學組件的其他各種部件。在諧振中，可在例如換能器、波導管和/或末端執行器中產生縱向應變圖或縱向應力圖。在多個實施例中，現在參照圖3和圖4，此類縱向應變圖或縱向應力圖可導致縱向應變或縱向應力沿著換能器、波導管和/或末端執行器的長度以正弦(或大致正弦)方式變化。在至少一個實施例中，例如，縱向應變圖可具有最大峰和零點，其中在這樣的峰和零點之間應變值可以非線性方式變化。
在多種情況下，進一步地，例如，波導管146和/或末端執行器150內的任何給定位置處的縱向應變或縱向應力可在多種應變或應力狀態之間脈動。參照圖3和圖4，例如， 當例如循環電壓被供給換能器114的壓電元件132時，特別是當基本上包括波導管146、末端執行器150和換能器114的系統以其諧振頻率(或接近諧振頻率)振動時，波導管146 內點A處的縱向應變可在張拉(或正)^max和壓縮(或負)之間循環。在多種情況下， 壓縮和張拉最大縱向應變的絕對值可相等，或至少基本相等。相應地，波導管146內點A處的縱向應力可在張力(或正)和壓力(或負)Qmax之間循環，其中壓力和張力最大縱向應力的絕對值可相等，或至少基本相等。類似地，參照圖4，換能器114內點B處的縱向應變可在張拉和壓縮ε _之間循環，縱向應力可在張力和壓力之間循環。
在多個實施例中，如上所述，波導管146和/或末端執行器150內的任何給定點處的縱向應變或縱向應力可在兩個值之間循環，所述值的絕對值可基本上相同。在此類實施例中，一個位置處發生的縱向應變或縱向應力的範圍可分別被評價為峰到峰值，即，ε ptp或 σ _。在至少一個實施例中，儘管未示出，但供應給換能器114的壓電元件132的電壓可被整流，使得所述電壓在零和最大電壓之間循環，或者在零和最小值之間循環。結果是，縱向應變分布可在零和最大壓縮應變之間循環，或者在零和最大張拉應變之間循環。在任何情況下，再參照圖3所示的縱向應力和縱向應變圖，應力圖被示出為與應變圖重疊。然而，在多種情況下，波導管146和/或末端執行器150中的任何給定點處的縱向應力和縱向應變將不具有相同的大小。相反，例如，應力(以Psi測量)的大小可大於(最可能的，顯著大於)應變(以in/in無量綱尺寸測量)的大小。在各種情況下，應力(σ )和應變(O值可成線性關係，並且可按照下面的關係式相關
σ = Ε* ε
其中E包括(例如)波導管146和/或末端執行器150的特定點處的材料的彈性模量。
在多個實施例中，例如如圖3和圖4所示，換能器116、波導管146和/或末端執行器150內的縱向應變圖或縱向應力圖可包括一個或多個零應變點(或者一個或多個零應力點)。結合圖5和圖6，換能器116、波導管146和末端執行器150內的零應變點和零應力點可與換能器116、波導管146和末端執行器150內的振動駐波的波腹重合，其中所述波腹由點AN表示。讀者將記得，參照圖5和圖6，例如，縱向振動駐波的波腹可與振動駐波的最大縱向振動位移，即，Smax和/或-δ_對應。另外，換能器116、波導管146和末端執行器 150內的最大應變點和最大應力點可與振動駐波的波節(由點N表示)重合。讀者也將記得，參照圖5和圖6，縱向振動駐波的波節可與振動駐波的零縱向位移點對應。如圖3所示， 參照上面的討論，點A位于波節N處或其附近。還如圖3所示，末端執行器150的遠端152 設置于波腹AN處或其附近。類似地，波導管146的近端也設置于波腹AN處。如上所述，通過確保末端執行器150的遠端152設置于波腹處或其附近可獲得某些優點，其中至少一個此類優點可包括(例如)充分利用了波腹處所實現的最大縱向振動位移。通過確保波導管 146的近端設置于波腹處或其附近可獲得一些其他的優點，其中至少一個此類優點可包括充分利用了波腹處所實現的縱向零應變或縱向零應力點。與上述類似，波導管146的近端可包括連接接頭，例如圖2所示的連接接頭70，通過將此連接接頭設置在波腹處或其附近， 可使接頭暴露於很少(如果有的話)的由振動駐波引起的縱向應力或縱向應變。
如上所述，電壓或功率源可與換能器的一個或多個壓電元件可操作地連接，其中施加於每一壓電元件的電勢可使壓電元件沿縱向伸展和收縮(或振動)。也如上所述，電勢可為循環的，並且在多個實施例中，電勢可以與具有包括例如換能器116、波導管146和末端執行器150在內的部件的系統的諧振頻率相同(或幾乎相同)的頻率循環。然而，在多個實施例中，換能器內的某些壓電元件可比換能器內的其他壓電元件對縱向振動駐波貢獻更多。更具體地講，換能器內可產生縱向應變分布，其中應變分布可控制或限制縱向位移， 使得一些壓電元件對振動駐波做出貢獻，尤其是當系統以其諧振頻率或接近諧振頻率振動時。
現在參照圖7，比換能器214的其他壓電元件更靠近波節N設置的壓電元件23 可能經受比換能器214的其他壓電元件更大的應變或應力。在多個實施例中，壓電元件內的應變可決定能夠流過或被拉過壓電元件的電流的量。在一些實施例中，應變和電流可成線性關係，而在其他實施例中，應變和電流可成等比關係。因為在換能器214內壓電元件23 最靠近波節設置，因而暴露於最高的應變，所以壓電元件23 能夠比更遠離波節， 因而暴露於較少應變的其他壓電元件從電源拉引更多電流。例如，更大電流流過壓電元件 232a可使得壓電元件23 比換能器214的更遠離波節設置的其他壓電元件具有更大的縱向振動，並為換能器214以及連接到換能器的末端執行器內的振動駐波貢獻更大位移。在一些實施例中，壓電元件所拉引的電流和壓電元件的縱向位移可成線性關係，而在其他實施例中，電流和縱向位移可成等比關係。
例如，進一步地，壓電元件23 比壓電元件232b更靠近波節N，並且如圖7所示， 壓電元件232b可經受比壓電元件23 少的應變。結果是，根據上述討論，壓電元件232b可拉引比壓電元件23 少的電流。另外，因為壓電元件所消耗的功率可通過流過壓電元件的電流與施加於壓電元件兩端的電勢的乘積來定義，壓電元件232b可消耗比壓電元件23 少的功率。在壓電元件23 和232b兩端的電勢相同(或至少基本相同)的實施例中尤其成這樣的關係。相應地，壓電元件232c可比壓電元件232b拉引更少電流並消耗更少功率。 類似地，壓電元件232d可比壓電元件232c拉引更少電流並消耗更少功率。
進一步地，拉引較大電流並消耗較大功率的壓電元件可做較大量的功。更具體地講，此類壓電元件在振動時可形成更大的縱向位移和/或產生更大的縱向力，因為壓電元件所生成的功可與壓電元件所產生的力和位移的乘積成正比，所以此類壓電元件可輸出更多的功。因此，更靠近波節設置的壓電元件可比更遠離波節設置的壓電元件做更多的功。在換能器的壓電元件由相同材料構成並具有基本上相同的尺寸的實施例中尤其如此。然而， 在多個實施例中，消耗更大量的功率並做更大量的功的壓電元件可產生更大量的熱。在至少一個實施例中，結果是，最靠近波節設置的壓電元件可比更遠離波節設置的壓電元件生成更多熱。在多種情況下，最靠近波節設置的壓電元件的散熱可能受到抑制，因為此類壓電元件可能設置於相鄰壓電元件之間，這些相鄰壓電元件會減少其周圍的空氣流動。在某些情況下，較大量的熱對各種壓電元件的性能會具有負面影響。例如，較大量的熱會在一個或多個壓電元件內生成熱電，這會抵消施加於其兩端的電勢，和/或可能減少壓電元件的壽命。
在多個實施例中，進一步地，換能器可包括若干不同的壓電元件，其中所述壓電元件可被選擇為能夠均衡(或至少較好地分配)由換能器的壓電元件所做的功。在某些實施例中，更遠離波節設置的壓電元件可與更靠近波節設置的壓電元件做相同的功。在某些其他的實施例中，更遠離波節設置的壓電元件可不與更靠近波節設置的壓電元件做相同的功，但其可做由更靠近波節設置的壓電元件做的功的大約90%、大約80%、大約70%、大約 60 %、大約50 %、大約40 %和/或大約30 %。在至少一個實施例中，所述不同的壓電元件可由具有不同應變常數(d33)的材料構成，其中材料的應變常數可表示為材料內生成的應變 (O除以壓電元件所經受的電場(E)。在至少一個此類實施例中，再參照圖7，例如，壓電元件23 可由具有第一應變常數的第一材料構成，壓電元件232b可由具有第二應變常數的第二材料構成。在多個實施例中，第一應變常數可高於第二應變常數。通常，壓電元件生成某一量的功所需的電流可與壓電元件的應變常數成反比，因此為壓電元件選擇具有較高應變常數的材料可減小壓電元件將拉引的電流，從而相應地減少壓電元件將生成的熱。相應地，為壓電元件選擇具有較低應變常數的材料可增大生成某一量的功所需的電流，因而增加壓電元件將生成的熱。
進一步地，可通過在更靠近波節處使用由具有較高應變常數的材料構成的壓電元件，而在遠離波節處使用由具有較低應變常數的材料構成的壓電元件，來平衡(或至少較均勻地平衡)換能器的壓電元件所做的功。在多個實施例中，壓電元件23 可由具有第一應變常數的第一材料構成，壓電元件232b可由具有第二應變常數的第二材料構成，壓電元件232c可由具有第三應變常數的第三材料構成，壓電元件232d可由具有第四應變常數的第四材料構成，其中在至少一個實施例中，第一應變常數可大於第二應變常數，第二應變常數可大於第三應變常數，第三應變常數可大於第四應變常數。在多個實施例中，例如，壓電元件的應變常數可在大約100e-12m/V至大約600e-12m/V範圍內，和/或大約150e-12m/V 至大約500e"12m/V範圍內，和/或大約150e_12m/V至大約350e"12m/V範圍內。在任何情況下，由於對壓電元件材料的選擇，再參照圖7，例如，壓電元件232b可做與壓電元件23 所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。類似地，例如，壓電元件232c可做與壓電元件232b所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。同樣，壓電元件232d可做與壓電元件232c所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。
在多個實施例中，作為上述情形的結果，可平衡(或至少較均勻地平衡)換能器的壓電元件所產生的熱，使得在整個換能器中均勻地(或至少較均勻地)產生熱。此類實施例可，例如，防止(或至少降低其可能性)在換能器內的單個或集中的位置處產生和/或保留有不期望量的熱。在某些情況下，作為上述情形的結果，例如，壓電元件232b可產生與壓電元件23 所產生的熱相同量(或至少其一大部分)的熱。類似地，例如，壓電元件232c 可產生與壓電元件232b所產生的熱相同量(或至少其一大部分)的熱。同樣，壓電元件 232d可產生與壓電元件232c所產生的熱相同量(或至少其一大部分)的熱。在至少一個此類實施例中，由壓電元件產生和/或保留的熱可在換能器214內均勻地分配(或至少較均勻地分配)。在多個實施例中，例如，壓電元件232d內產生和/或保留的附加熱可更容易被吸收到例如遠端構件222和/或近端構件220中，使得熱可更容易從換能器214消散。 在某些實施例中，端構件220和222可包括散熱器，其可將熱從壓電元件吸走，其中在至少一個實施例中，例如，端構件220和222可由金屬構成。在此類實施例中，壓電元件變得過熱的可能性可降低。
在多個可供選擇的實施例中，期望在更靠近波節處使用由具有較低應變常數的材料構成的壓電元件，而在遠離波節處使用由具有較高應變常數的材料構成的壓電元件。在多個實施例中，壓電元件23 可由具有第一應變常數的第一材料構成，壓電元件232b可由具有第二應變常數的第二材料構成，壓電元件232c可由具有第三應變常數的第三材料構成，壓電元件232d可由具有第四應變常數的第四材料構成，其中在至少一個實施例中，第一應變常數可小於第二應變常數，第二應變常數可小於第三應變常數，第三應變常數可小於第四應變常數。
在某些實施例中，進一步地，可通過使用具有不同介電損耗或阻尼性質的材料，來平衡(或至少較均勻地平衡)由換能器的壓電元件產生的熱。在多種情況下，材料的介電損耗可表示為耗散系統中振蕩模式的功率損失率的大小。換句話講，在某些情況下，材料的介電損耗可表示振動壓電元件和/或換能器內可發生的能量耗散或損失，其中此類耗散或損失可導致熱的產生。在任何情況下，在多個實施例中，例如，可使用具有較大和/或較小耗散或阻尼性能的不同材料，其中具有較小耗散或阻尼性能的材料可產生較少的熱。在至少一個實施例中，由具有較小耗散性能的材料構成的壓電元件可更靠近波節設置，而由具有較大耗散性能的材料構成的壓電元件可遠離波節設置。在多個實施例中，例如，換能器的壓電材料的介電損耗因子可在大約.002至大約.01範圍內。
在某些實施例中，進一步地，可通過使用具有不同介電常數的材料，來平衡(或至少較均勻地平衡)由換能器的壓電元件做的功。在多個實施例中，由具有較低介電常數的材料構成的壓電元件可比具有較高介電常數的壓電元件做更多功。在至少一個實施例中， 結果是，壓電元件23 可由具有第一介電常數的第一材料構成，壓電元件232b可由具有第二介電常數的第二材料構成，壓電元件232c可由具有第三介電常數的第三材料構成，壓電元件232d可由具有第四介電常數的第四材料構成，其中在至少一個實施例中，第一介電常數可大於第二介電常數，第二介電常數可大於第三介電常數，第三介電常數可大於第四介電常數。在多個實施例中，進一步地，例如，壓電材料的相對介電常數可在大約900至大約 1200範圍內，其中材料的相對介電常數(ε r)可被定義為材料的靜電介電常數(ε s)除以介電常數(ε。)。在任何情況下，由於對壓電元件材料的選擇，再參照圖7，例如，壓電元件 232b可做成與壓電元件23 所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。類似地，例如， 壓電元件232c可做與壓電元件232b所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。同樣地， 壓電元件232d可做與壓電元件232c所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。
在某些實施例中，進一步地，可通過使用具有不同電壓靈敏度的材料，來平衡(或至少較均勻地平衡)由換能器的壓電元件做的功。在多個實施例中，由具有較高電壓靈敏度的材料構成的壓電元件可比具有較低電壓靈敏度的壓電元件做更多功。在至少一個實施例中，結果是，壓電元件23 可由具有第一電壓靈敏度的第一材料構成，壓電元件232b可由具有第二電壓靈敏度的第二材料構成，壓電元件232c可由具有第三電壓靈敏度的第三材料構成，壓電元件232d可由具有第四電壓靈敏度的第四材料構成，其中在至少一個實施例中，第一電壓靈敏度可小於第二電壓靈敏度，第二電壓靈敏度可小於第三電壓靈敏度，第三電壓靈敏度可小於第四電壓靈敏度。在多個實施例中，壓電材料的電壓靈敏度可被定義為材料對電勢的響應性或形狀改變，其中具有較高電壓靈敏度的壓電材料可能需要較少電壓來在材料內生成較大位移。在任何情況下，由於對壓電元件材料的選擇，再參照圖7，例如，壓電元件232b可做與壓電元件23 所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。類似地，例如，壓電元件232c可做與壓電元件232b所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。同樣，壓電元件232d可做與壓電元件232c所做的功相同量(或至少其一大部分)的功。
如上所述，再參照圖7，換能器的更靠近波節設置的壓電元件可比換能器的更遠離波節設置的壓電元件產生和/或保留更多熱。也如上所述，壓電元件的材料可被選擇為使得在整個換能器上由壓電元件生成和/或保留的熱可平衡(或至少較好地平衡)。然而， 在多種情況下，熱產生和/或保留可能集中于波節附近的壓電元件內。在多個實施例中，如下面更詳細討論的，換能器的壓電元件可由具有不同的居裡溫度(T。)的不同材料構成。壓電材料的居裡溫度可被描述為這樣的溫度，高於該溫度時壓電材料會失去其極化和壓電特性。在多種情況下，結果是，期望壓電材料的溫度不超過其居裡溫度。
在多個實施例中，尤其是在換能器中在換能器疊堆中處於中心或波節處的壓電元件23 與換能器疊堆中處於末端或波腹處的壓電元件232d之間存在大的熱梯度的實施例中，更靠近波節設置的壓電元件可由其居裡溫度比更遠離波節設置的壓電元件的居裡溫度高的材料構成。在至少一個實施例中，壓電元件23 可由具有第一居裡溫度的第一材料構成，壓電元件232b可由具有第二居裡溫度的第二材料構成，壓電元件232c可由具有第三居裡溫度的第三材料構成，壓電元件232d可由具有第四居裡溫度的第四材料構成，其中在至少一個實施例中，第一居裡溫度可大於第二居裡溫度，第二居裡溫度可大於第三居裡溫度， 第三居裡溫度可大於第四居裡溫度。例如，在至少一個此類實施例中，壓電元件23 和/ 或232b (例如)可由(1(，妝)恥03(通常稱作鈮酸鉀鈉或「謂^，並具有大約4101的居裡溫度)構成。進一步地，例如，壓電元件23 和/或23 可由Bi4Ti3012(通常稱作「ΒΤ0」 並具有大約觀0°C的居裡溫度)和/或(Bi, Na)TiO3-(Bi, K)TiO3-(Ba, Sr)TiO3(通常稱作 「BNBK」並具有大約675°C的居裡溫度)和/或任何合適的高Tc無鉛壓電材料構成。除此之外，例如，壓電元件232c和/或232d可由BaTi03(通常稱作鈦酸鋇並具有大約110°C的居裡溫度)和/或任何合適的低Tc無鉛壓電材料構成。在至少一個實施例中，例如，壓電元件23 可由BNBK(Tc = 6750C )構成，壓電元件232b可由KNN(T。= 410°C )構成，壓電元件232c可由BT0(T。= 280°C )構成，壓電元件232d可由鈦酸鋇(T。= 110°C )構成。儘管此類布置可適用於多種情況，但換能器疊堆內的每一壓電元件可由本申請中所提及的任何材料中的一種或多種構成。
在多個實施例中，進一步地，具有第一居裡溫度的第一壓電元件23 可拉引第一電流，具有第二居裡溫度的第二壓電元件232b可拉引第二電流，其中第一電流可大於第二電流。由於較高的第一居裡溫度，第一(或較高)電流不會使第一壓電元件23 不利地過熱。類似地，第二(或較低)電流不會使第二壓電元件232b不利地過熱。在至少一個此類實施例中，第三壓電元件232c可拉引第三電流，第三電流小於第二電流；另外，第四壓電元件232d可拉引第四電流，第四電流小於第三電流。
在多個實施例中，現在參照圖8-13，可採用具有不同厚度的壓電元件來分配由換能器的壓電元件做的功以及拉引的電流。參照圖8，例如，換能器31 可包括具有第一厚度的四個壓電元件332和具有第二厚度的四個壓電元件333，其中第二厚度大於第一厚度。 在此類實施例中，壓電元件332和333可布置成使得由壓電元件做的功可產生如圖14所示的功分布。參照圖8和圖14，較厚的壓電元件333比較薄的壓電元件332更靠近波節N設置，其中由於壓電元件332和333的布置方式以及換能器內產生的縱向應力分布ε (1)，由壓電元件做的功可能沒有在整個壓電元件上均勻分配。事實上，參照圖14，由換能器做的功可能嚴重集中於緊鄰波節N的大壓電元件333處。相應地，換能器314的較薄壓電元件332 可做比壓電元件333少很多的功，因為其更遠離波節N，而更靠近波腹AN，結果是其經受較少的縱向應變。
在多個實施例中，現在參照圖9、圖10、圖12和圖13分別示出的換能器314b、 314c,314e和314f，壓電元件332和333可以不同的布置方式堆疊，其中不同的布置方式可生成不同的功分布。在實施例中，進一步地，例如，換能器的壓電元件可布置為使得由壓電元件生成的功分布在整個換能器上平衡，或者至少比換能器31 所生成的功分布更逼近平衡功分布。在至少一個實施例中，現在參照圖11，與上面類似，例如，換能器314d可包括四個壓電元件332和四個壓電元件333。在此類實施例中，換能器314d的壓電元件332和 333可布置成使得由壓電元件做的功可產生如圖14所示的功分布。更具體地講，參照圖11 和圖14，換能器314d的較薄的壓電元件332比較厚的壓電元件333更靠近波節N設置，其中由於壓電元件332和333的布置方式，由換能器314d的壓電元件做的功可在整個壓電元件上更均勻地分配。通過比較，可由換能器31 做的集中于波節N周圍的功的大集中或峰會顯著大於可由換能器314d做的集中于波節N周圍的功的較不明顯的集中。另外，通過比較，設置在換能器314d的換能器疊堆末端的較厚的壓電元件333可比設置在換能器31 的換能器疊堆末端的較薄壓電元件332做更多的功，從而進一步平衡換能器314d的功分布。
儘管圖14所示的功分布可表示多種換能器的實際功分布，但此類功分布只是為了說明和討論目的而提供。多種其他功分布也是可能的。例如，參照圖14，讀者將注意到， 水平軸用數字1-8標記，其表示換能器31 和314d的示例性實施例的八個壓電元件。更具體地講，數字1可表示第一或最近側的壓電元件，數字2可表示第二或第二最近側的壓電元件等等。讀者還將注意到，垂直軸用百分比值標記。此類百分比值表示與換能器所拉引的總電流相比，特定壓電元件可拉引的電流。例如，換能器31 的第一壓電元件可拉引換能器31 所拉引總電流的大約10. 5%，而換能器314d的第一壓電元件可拉引換能器314d 所拉引總電流的大約11.5%。在多個實施例中，鑑於以上內容，如果對換能器31 的每一壓電元件所拉引的電流百分比求和，則結果應該為100%。類似地，對換能器314d的每一壓電元件所拉弓I的電流百分比求和時，應該也為100 %。
在多個實施例中，如上所述，換能器內的振動駐波所生成的縱向應變分布可為正弦曲線，其中縱向應變可在第一和第二值之間以非線性或幾何方式變化。在某些實施例中， 例如，現在再參照圖8，換能器31 內的應變分布ε (1)可由在振動駐波的兩個波腹AN之間延伸的半正弦波表示，但也可想到任何合適數量的波腹可位於換能器內的其他實施例。 作為另外一種選擇，可想到換能器內沒有波腹的實施例。在任何情況下，也如上所述，應變分布ε (1)的最大縱向應變可發生于振動駐波的波節N處，其中例如換能器31 的最靠近波節N設置的壓電元件(例如，壓電元件33 和3334)可經受最多的縱向應變。例如，參照圖8，壓電元件33 和33 就設置在波節N的左側或近側，其中元件33 經受縱向應變 ε 4，元件33 經受縱向應變ε 3，其中應變ε 4小於ε _，並且其中應變ε 3小於應變ε 4。 出於此實例的目的，縱向應變ε 4可表示整個壓電元件33 上的平均應變，縱向應變￡3可表示整個壓電元件33 上的平均應變。相應地，再參照圖8，示出縱向應變ε 3和縱向應變ε 4發生於壓電元件33 和33 的中心。在任何情況下，進一步地，應變ε3和應變￡4可使壓電元件33 和33 比相對於壓電元件33 和33 更靠近設置的壓電元件33 和33 貢獻更大量的功，其中壓電元件33 和33 分別經受縱向應變ε 2和縱向應變￡l。與上面類似，例如，應變ε 2和h可表示整個壓電元件33 和33 上可經歷的平均縱向應變。
進一步地，再參照圖8，縱向應變ε 2小於縱向應變ε 3 ；另外，縱向應變ε工小於應變ε 2並顯著小於應變ε4。這種關係是由應變分布ε (1)的正弦曲線性質或形狀導致的。 更具體地講，由於這種形狀，換能器內產生的縱向應變可相對于波節N以幾何或非線性方式減小，結果是，換能器內的應變分布可在更遠離波節N的位置和/或更靠近波腹AN的位置處經歷較大的縱向應變改變。結果是，更遠離波節N設置的壓電元件可經受顯著減小的縱向應變，並且較不可能做較大量的功。為了更好的平衡換能器的壓電元件的功分布，現在再參照圖11，壓電元件可布置成使得整個壓電元件上經歷的平均縱向應變差異可減小。在至少一個比較例中，參照圖8和圖11，換能器314d的壓電元件可布置成使得波節N與換能器314d的壓電元件333i中心之間的距離Bll小于波節N與換能器31 的壓電元件33 中心之間的距離All。由於距離Bll比距離All短，所以換能器314d的壓電元件333i內經歷的平均縱向應變以及由其做的功可大於換能器31 的壓電元件33 內經歷的平均應變以及由其做的功。例如，由於換能器314d的壓電元件333i可提供的功增加，所以，由換能器314d的壓電元件333i和壓電元件33 做的功的差異可小於由換能器31 的壓電元件 332!和壓電元件33 做的功的差異。
進一步地，再參照圖8和11，波節N與換能器314d的壓電元件33 中心之間的距離B12小于波節N與換能器31 的壓電元件33 中心之間的距離A12。與上面類似，由於距離B12比距離A12短，所以換能器314d的壓電元件33 內經歷的平均縱向應變以及由其做的功可大於換能器31 的壓電元件33 內經歷的平均應變以及由其做的功。與上面類似，由於換能器314d的壓電元件33 可提供的功增加，所以例如，由換能器314d的壓電元件33 和壓電元件33 做的功的差異可小於由換能器31 的壓電元件33 和壓電元件33 做的功的差異。類似地，關於第三壓電元件，距離B13可比距離A13短；另外，關於第四壓電元件(即，最靠近波節N設置的元件)，距離B14可比距離A14短。如圖8和圖11 所示，換能器314a和314d的其他壓電元件，即，換能器314a的元件3335,3336,3327和3328 以及換能器314d的元件33&、3326、3337和3338，可以對應或鏡像方式布置，其中關于波節 N和第二或相對的波腹AN，上述討論適用於這些元件。在任何情況下，現在再參照圖14，可通過將壓電元件布置成使得每一元件所經受的平均應變相同或接近相同，來平衡(或至少較接近地平衡)整個換能器上壓電元件所做的功。
在多個實施例中，進一步地，經受較大平均縱向應變的壓電元件可生成較大的縱向振動振幅，在較厚的壓電元件，即，在縱向方向上較厚的壓電元件中尤其如此。在多種情況下，壓電元件的縱向應變可被定義為壓電元件的厚度改變(At)除以其初始或未加電的厚度(、)，並且，當壓電元件內的縱向應變由諧振換能器內產生的應變場決定時，較厚壓電元件的使用可能要求壓電元件內發生較大縱向位移，以便保持(AVtci)的相對比。換句話說，對於給定縱向應變值，較大的Utl)可決定較大的At，相應地，較小的(、)可決定較小的 Δ t。如上所述，再參照圖11，換能器314d的較厚壓電元件333比壓電元件332更遠離波節 N設置，儘管較厚元件333可經受比較薄元件332小的平均應變，但壓電元件333的厚度可補償較小的平均應變，從而仍可提供足夠的縱向位移或振動並做足夠量的功，使得換能器 314d所生成的功分布可平衡，或至少較接近平衡。儘管未示出，但多種壓電元件可用於換能器內使得壓電元件可具有多種不同的厚度，並且其中，在某些實施例中，換能器可包括具有三種或更多種不同厚度的壓電元件。例如，在某些實施例中，也未示出，換能器可包括壓電元件，其中最厚的壓電元件設置在換能器疊堆的末端，最薄的壓電元件設置在疊堆的中部， 具有中間厚度的壓電元件設置在兩者間，使得這些壓電元件的厚度朝著疊堆的中部成降序排列。
進一步地，再參照圖8-13，換能器的壓電元件可具有相同(或至少基本相同)的寬度、高度和/或直徑。在某些其他實施例中，現在參照圖15，例如，換能器(例如，換能器 414)可包括具有不同寬度、高度和/或直徑的壓電元件。更具體地講，在至少一個實施例中，換能器414可包括具有第一直徑的第一壓電元件43 、具有第二直徑的第二壓電元件 432b、具有第三直徑的第三壓電元件432c和具有第四直徑的第四壓電元件432d。在此類實施例中，第一、第二、第三和/或第四壓電元件可具有由其不同的直徑導致的不同電容。 更具體地講，如上所述，每一壓電元件可包括電極，所述電極設置在壓電元件的相對側以在元件兩端產生電壓或電勢，其中由於電極的表面積與壓電元件的電勢電容之間的正比關係，具有較大直徑的壓電元件可包括具有較大表面積的電極，因此可在較大壓電元件內產生較大的電容。在多種情況下，電極的表面積與壓電元件的電容之間的正比關係可為線性的(或至少基本為線性的)，但也可考慮到具有幾何關係的實施例。另外，由於壓電元件的電容與流過壓電元件的電流之間的正比關係，具有較大電容的較大壓電元件可拉引較大電流，因此做更大量的功。在各種情況下，電容與流過壓電元件的電流之間的正比關係可為線性的(或至少大致線性的)，但也可想到具有幾何關係的實施例。在某些情況下，壓電元件的電容可由下面的關係式表示
C = (K* ε。*A) /t
其中K表示壓電元件材料的介電常數，其中％表示空氣的介電常數，其中A表示電極的表面積，並且其中t表示電極之間的壓電元件的厚度。
現在再參照圖15，換能器414的壓電元件43 的直徑可在其整個厚度上恆定(或至少基本恆定)。類似地，壓電元件432b、432c和/或432d的直徑可在其整個厚度上恆定 (或至少基本恆定)。在至少一個實施例中，此類壓電元件可包括第一和第二電極，所述電極設置在其具有相同(或至少基本相同)的直徑的相對側上。在各種可供選擇的實施例中，換能器的一個或多個壓電元件的直徑可在其整個厚度上不恆定。在至少一個此類實施例中，現在參照圖16，例如，換能器514可包括壓電元件53加，該壓電元件可包括第一直徑 531和第二直徑535，其中第二直徑535可大於第一直徑531。如圖16所示，壓電元件53 的直徑可在較大的第二直徑535和較小的第一直徑531之間減小。在多個實施例中，壓電元件53 的直徑可以線性(或至少基本線性)方式減小，但也可考慮其他直徑變化方式， 例如非線性或幾何減小。
進一步地，第一和第二電極可連接到壓電元件53 的側面，其中第一電極可具有與第一直徑531相同的直徑(或至少基本相同的直徑)，並且其中第二電極可具有與第二直徑535相同的直徑(或至少基本相同的直徑)。由於第一和第二電極的不同的直徑和/或面積A，在多個實施例中，壓電元件53 的電容C可使得壓電元件53 所做的功符合所需功分布。在某些實施例中，換能器514還可包括壓電元件532b、532c和/或532d，其中這些壓電元件的直徑也可在第一和第二直徑之間減小。在至少一個實施例中，再參照圖16，換能器 514的壓電元件的直徑可在壓電元件532d的最大直徑與壓電元件53 的最小直徑之間按照恆定(或至少大基本恆定)的速率減小。在多個實施例中，現在參照圖16A，換能器2714 的壓電元件的直徑可在壓電元件2732d的最小直徑與壓電元件273 的最大直徑之間按照恆定(或至少基本恆定)的比率增大。儘管未示出，但也可想到壓電元件的直徑以非線性方式增大和/或減小和/或具有任何其他合適的分布的其他實施例。在任何情況下，與上面類似，壓電元件53h、532b、532c和/或532d的較大和較小直徑可布置成使得壓電元件的電容C導致所需功分布。更具體地講，如上所述，相比於與較小直徑相連的較小電極，較大電極可與壓電元件的較大直徑相連，其中較大電極可更靠近波腹AN設置，結果是可提供整個功分布上更均勻的功分配。在多個其他實施例中，再參照圖16A，壓電元件2732a、2732b、 2732c和2732d的最大直徑可更靠近波節設置，以充分利用應變分布內的較大應變值。
在多個實施例中，如上所述，換能器的壓電元件可產生熱，其中在一些情況下，過量的熱會影響壓電元件的性能。在某些實施例中，換能器可包括泵。參照圖17和圖18，換能器614可包括一個或多個帶或帶狀物617，其可被構造用於在換能器614被如上所述啟動時泵送空氣環繞換能器614的一個或多個壓電元件632。在至少一個此類實施例中，壓電元件632可設置在端罩620和前罩622中間，其中儘管圖17未示出，端罩620和前罩622可被緊固在一起，以將壓電元件632捕獲和/或壓縮在兩者間。在某些情況下，一個或多個帶 617可安裝到端罩620和前罩622，其中在至少一個實施例中，帶617可在端罩620和前罩 622已通過螺栓連接在一起之後安裝到端罩620和前罩622。在至少一個實施例中，換能器 614可包括四個帶617，其可通過焊接和/或以其他方式適當緊固到端罩620和前罩622，其中帶617可圍繞換能器的周邊等距(或至少基本等距)地設置。儘管示出帶617為矩形且具有恆定的厚度，但帶617可具有任何合適的形狀和/或非恆定厚度。在多個實施例中，參照圖17，帶617和壓電元件632之間可設定間隙637，使得當帶617撓曲時(如下面更詳細描述)，帶617不會接觸壓電元件632。
在多種情況下，參照圖18，壓電元件632所生成的振動會引起帶617振動和撓曲。 例如，帶617的撓曲可轉移帶617周圍的空氣(例如，位於帶617和壓電元件632中間的空氣)並使空氣從壓電元件上流過。在多種情況下，從壓電元件632上流過的空氣可(至少最初)比壓電元件632溫度低，使得空氣可從壓電元件632吸熱。在某些實施例中，換能器 614可設置在外科器械的柄內，其中所述柄可包括一個或多個氣孔，所述氣孔可允許熱空氣從柄部排出，而允許冷空氣進入柄部並進一步冷卻壓電元件632。在某些實施例中，具有一個或多個風扇葉片的風扇可設置在柄內，以幫助使冷空氣圍繞壓電元件移動和/或使熱空氣移出柄。在多個實施例中，再參照圖18，帶617能夠沿一個或多個方向振動或撓曲。在至少一個實施例中，帶617能夠沿橫切縱向軸線699的方向撓曲，使得帶617從壓電元件上沿徑向(或基本徑向)抽方向泵送空氣。在某些實施例中，帶617能夠沿相對於縱向軸線 699垂直、平行和/或偏斜的方向撓曲。在某些實施例中，帶617能夠在壓電元件632上方生成空氣層流e和/或空氣湍流，這取決於壓電元件的幾何形狀和表麵條件。在多個實施例中，例如，帶617可由金屬(例如，銅或黃銅)構成，其中帶617可被構造用於在端罩620 和前罩622之間傳導熱。在至少一個此類實施例中，熱可從換能器614的一端流向另一端，使得儲存在換能器614內的熱可在整個換能器614上均勻(或至少大致均勻)地散布。
在多個實施例中，如上所述，換能器614的壓電元件擬6可產生縱向振動，該縱向振動可引起帶或帶狀物617振動和撓曲。在某些情況下，例如，壓電元件擬6可產生(例如)橫切或垂直於縱向軸線699的振動，該振動可引起帶617振動和撓曲。在這樣的情況下，可發生帶617的相當大的撓曲。然而，在某些實施例中，帶617可能沒有撓曲足夠量以生成所需空氣流。在至少一個實施例中，現在參照圖19，一個或多個重物或質量塊739可安裝到一個或多個帶717，其可被構造用於在帶717內引起偏心或不平衡。由於這種不平衡， 換能器714的壓電元件732所生成的振動(至少最初)可被放大以在帶717內形成較大的撓曲。換句話說，質量塊739可「啟動」帶717的撓曲。在各種情況下，質量塊的附加重量可在換能器714工作的整個持續時間內引起帶717的較大撓曲。在至少一個實施例中，質量塊739可包括(或至少近似)點質量塊，其不使帶717變硬(或至少基本變硬)。在任何情況下，每一帶717可包括安裝到其上的一個或多個質量塊，或者在某些其他的實施例中， 一些帶717可包括安裝到其上的一個或多個質量塊，而一些帶717可能根本沒有安裝任何帶子。在某些實施例中，質量塊739可焊接到帶717。在多個實施例中，質量塊739可粘附和/或緊固到帶子717。
在多個實施例中，如上所述，超聲外科器械可包括線纜，其被構造用於向外科器械的換能器供應電流。在某些實施例中，所述線纜可被構造用於將熱帶離外科器械的換能器和/或換能器位於其中的手柄。在至少一個實施例中，所述線纜可包括若干層。例如，在至少一個此類實施例中，線纜可包括內芯、外芯、設置在內芯和外芯中間的第一絕緣層、圍繞外芯的第二絕緣層、圍繞第二絕緣層的導熱材料以及外絕緣層。內芯和外芯可被構造用於向換能器和從換能器傳導電流，其中第一和第二絕緣層可被構造用於防止電流從其洩露。 導熱材料可被構造用於將熱從換能器和/或手柄吸出，並將熱傳導出外科器械。在某些情況下，導熱材料可充當散熱器。在至少一個實施例中，導熱材料可由鋁構成。在任何情況下， 外絕緣層可被構造用於保護外科醫生(例如)免於在使用過程中觸摸到燙的導熱材料。
在多個實施例中，如上所述，超聲器械的換能器所生成的振動可被傳遞給例如波導管(例如，波導管46)和例如末端執行器(例如，末端執行器50)。由於這種振動，尤其是當波導管和末端執行器以諧振驅動時，波導管和末端執行器可能產生並儲存熱，尤其是在振動駐波的波節處。在一些情況下，這樣的局部熱產生可能是有用的。然而，在多種情況下，期望分散波導管和/或末端執行器內產生的熱，使得熱不局限於(或至少較少局限於) 一個或多個位置。在多個實施例中，參照圖20和圖21，例如，外科器械可包括波導管846、 末端執行器850和護套(例如841)，所述護套能夠圍繞(或至少部分地圍繞)波導管846 和末端執行器850的一部分。在某些實施例中，外科器械可包括泵，其被構造用於使空氣沿著波導管和/或末端執行器運動。在至少一個實施例中，外科器械還可包括一個或多個隔膜，其在護套841和波導管846之間和/或在護套841和末端執行器850之間延伸。在至少一個此類實施例中，外科器械可包括安裝到護套841和波導管846的隔膜843，其中當波導管846如上所述經受振動時，隔膜843可使空氣沿著波導管846和/或末端執行器850 移動(或抽吸)。更具體地講，例如，在至少一個實施例中，隔膜843的中心部分845可附連到波導管846，使得當波導管846經受縱向振動時，隔膜843的中心部分845可發生縱向偏移，而隔膜的外側部分847可保持靜止(或至少基本靜止)，因為其可附連到護套841。
由於中心部分845的縱向偏移，例如，位於護套841和波導管846中間的空氣可沿著波導管846縱向移動，使得所述空氣可吸收由例如波導管846產生並儲存於其內的熱。在某些實施例中，隔膜可在波導管846和末端執行器850的整個表面上生成空氣層流和/或湍流。在多個實施例中，一個或多個隔膜843可設置在振動駐波的波腹處，使得可利用發生于波腹處的波導管846的較大縱向位移來生成隔膜843的較大位移和較大空氣流。在至少一個此類實施例中，隔膜可設置在波導管和末端執行器內發生的每一波腹處。在多個實施例中，隔膜可僅設置在波腹處，而在其他實施例中，若干隔膜可設置在例如圍繞波腹的區域中。在任何情況下，例如，隔膜還可包括一個或多個孔、狹槽、穿孔和/或開口 849，其可被構造用於允許空氣流過隔膜843。在多個實施例中，例如，隔膜可包括任何合適數量的孔，例如一個或多個孔、四個或更多個孔和/或十個或更多個孔。在至少一個實施例中，例如，一個隔膜843的孔可與相鄰隔膜843的孔對齊。在多個實施例中，隔膜843的外側部分847可粘附到和/或以其他方式適當地連接到護套841，而隔膜843的內側部分845可粘附到和/ 或以其他方式適當地連接到波導管846。在某些實施例中，內側部分845可包括洞，其可允許隔膜843滑到波導管846上並設置在其上。在多個實施例中，例如，隔膜843可由聚合材料構成，其中所述材料可足夠薄以允許隔膜的至少一部分縱向運動，同時也足夠厚以經受其反覆運動。
在各種情況下，如上所述，換能器的更靠近波節設置的壓電元件可能比更遠離波節設置的壓電元件需要做更大量的功，並且可能經受更高的溫度。在這種情況下，最靠近波節的壓電元件可能以比更遠離波節設置的壓電元件更快的速度劣化，並失去其做特定量的功的能力。過去當發生這種劣化時，換能器被丟棄。在本申請所述的各種實施例中，換能器在使用後可被拆卸，使得換能器的壓電元件可被重新布置。在至少一個實施例中，參照圖 22A，換能器914可包括壓電元件93h、932b、932c和932d，其中至少在圖22A所示的布置方式中，壓電元件93 最靠近波節N設置，壓電元件932d最靠近波腹AN設置。在換能器914 使用過之後，有可能的是壓電元件93 的劣化程度將高於壓電元件932b、932c和932d。在某些實施例中，結果是壓電元件93 可被換到換能器疊堆的末端，而壓電元件932b、932c 和932d可向內運動，如圖22B所示。隨後，在此類實施例中，壓電元件932b可做比壓電元件93 要做的功更大量的功。在換能器914再次被使用之後，換能器914可被拆卸，使得壓電元件932b可被換到疊堆末端或最遠離波節，而壓電元件932c和932d可向內運動或更靠近波節。儘管重新排列壓電元件的這種特定順序是可用的，但也可使用任何其他合適的順序。
在多個實施例中，進一步地，可利用已使用了不止一次或已經歷了不同的工作循環的若干壓電元件來組裝換能器。在至少一個實施例中，例如，參照圖23A，換能器1014可利用已經歷第一量的工作循環的第一壓電元件1032a (如果有的話)、已經歷第二量的工作循環的第二壓電元件1032b、已經歷第三量的工作循環的第三壓電元件1032c以及已經歷第四量的工作循環的第四壓電元件1032d。在至少一個此類實施例中，第一量的工作循環可為零或小於第二量的工作循環，第二量的工作循環可小於第三量的工作循環，第三量的工作循環可小於第四量的工作循環。在某些情況下，結果是，第四壓電元件1032d可比第三壓電元件1032c更多劣化或更無法做功，第三壓電元件1032c可比第二壓電元件103 更多劣化，第二壓電元件1032b可比第一壓電元件103 更多劣化。在此類實施例中，具有較少工作循環的壓電元件可更靠近波節設置，使得較少劣化的壓電元件可更有效地對縱向振動駐波作出貢獻，並做更大量的功。換句話說，進一步地，換能器所生成的最大縱向位移或振動由設置在駐波波節處或附近的壓電元件產生，其中設置在波節處或附近的較少劣化的壓電元件可更好地利用其位置。
例如，在根據上述內容組裝的換能器(例如，換能器1014)使用之後，換能器的壓電元件(即，元件1032a、1032b、1032c和1032d)中的每一個將經歷附加的工作循環，並可變得進一步劣化。在至少一個實施例中，結果是，可從換能器疊堆移除此時經歷最多工作循環的壓電元件1032d。剩餘的其他壓電元件(即，元件1032a、102;3b和1032c)可在換能器疊堆內向外移位，或者在換能器疊堆內重新設置以使其進一步遠離波節設置。在至少一個此類實施例中，現在參照圖23B，例如，新的壓電元件(例如，元件1032e)可設置在波節處或最靠近波節設置。在多個實施例中，例如，壓電元件103 可沒有經歷過工作循環，或者可比壓電元件103 經歷較少的工作循環。在任何情況下，可重新組裝換能器並再次使用。 隨後，可再次拆卸換能器，可將新的(或者至少較少使用過的)壓電元件插入疊堆中。儘管將新的(或者至少較少使用過的)元件插入換能器疊堆中通常可能對應於從換能器疊堆移除相應量的壓電元件，但也可想到這樣的實施例可將新的元件添加到換能器疊堆，從而增加疊堆內壓電元件的總量。另外，儘管可在給定時間在換能器內替換成對的新的(或者至少較少使用過的)壓電元件，但也可想到這樣的實施例在給定時間替換僅一個壓電元件或超過兩個的壓電元件。
在多個可供選擇的實施例中，進一步地，換能器內具有較多工作循環的壓電元件可設置在波節處或最靠近波節設置，而具有較少工作循環的壓電元件可較遠離波節設置。 在某些實施例中，由於具有較少工作循環的壓電元件可更靠近波腹設置，所以此類壓電元件能夠平衡(或至少較好地平衡)由壓電元件做的功。更具體地講，如上面更詳細討論的， 更靠近振動駐波的波腹設置的壓電元件可經歷較少的應力和應變，因此拉引電流和做功的能力較低，通過將新的或較少劣化的壓電元件設置在波腹附近，此類壓電元件能夠補償所述較少的應力和應變，並提供比較舊的或較多劣化的壓電元件能提供的功更大量的功。類似地，通過更靠近波節使用較舊的或較多劣化的壓電元件，此類元件可生成比新的或較少劣化的壓電元件能提供的功分布更平的功分布。在多個實施例中，可生成更平的功分布，其在多種情況下是有益的，如本申請所述。
如上面更詳細討論的，超聲器械可包括換能器、波導管和末端執行器，其中換能器可被構造用於生成振動，所述振動引起包括換能器、波導管和末端執行器的系統或組件以諧振頻率振動。也如上所述，例如，此類組件的諧振頻率可能受各種安裝或連接構件的影響。在任何情況下，例如，所述組件可被設計為具有特定諧振頻率，例如大約55000kHz。 然而，由於多種製造誤差，每一組件可能具有略微不同的諧振頻率，結果是，可測試每一組件以便找到其諧振頻率。如果確定需要調節組件的自然頻率，則波導管和/或末端執行器的末端可被研磨，以便調節其長度，從而調節組件的諧振頻率。儘管此類組裝工藝可用於其預期目的，但此類工藝耗時和/或無法提供組件足夠的可調節性。例如，在波導管的長度被研磨過多的情況下，波導管通常必須扔掉，而必須針對新的波導管重複調節工藝。
在多個實施例中，現在參照圖24，超聲器械可包括換能器1114、波導管1146和末端執行器1150，其可共同包括具有諧振頻率的組件，其中波導管1146可安裝到換能器1114，使得換能器1114可相對于波導管1146調節。更具體地講，在至少一個實施例中，換能器1114可包括螺紋孔1115，該螺紋孔可被構造用於通過螺紋接納波導管1146的螺紋末端1151，使得波導管1146可相對於換能器1114旋轉，以使波導管1146和末端執行器1150 沿著軸線1199運動。例如，波導管1146可沿順時針方向旋轉，以使末端執行器1150的遠端1152相對於換能器1114朝遠側運動或遠離換能器1114運動。相應地，波導管1146可沿逆時針方向旋轉，以使末端執行器1150的遠端1152朝近側或朝著換能器1114運動。在某些實施例中，螺紋孔1115可在端罩1120的近端和前罩1122的遠端之間延伸。在多種情況下，上述的結果是，換能器1114和末端執行器1150的遠側頂端1152之間的長度「L」可被調節，以調諧組件的諧振頻率，使其匹配所需諧振頻率。在至少一個實施例中，長度「L」可被調節為使得末端執行器1150的遠側頂端1152設置在縱向振動駐波的波腹處或其附近， 和/或使得壓電元件1132的換能器疊堆的中心設置在縱向振動駐波的波節處或其附近。
在任何情況下，例如，一旦波導管1146、末端執行器1150和換能器1114相對於彼此適當設置，波導管1146就可固定地連連到換能器1114。在至少一個實施例中，波導管 1146可焊接到端罩1120和/或前罩1122。在某些實施例中，儘管未示出，但所述組件還可包括連接器，該連接器可被構造用於可操作且可脫開地將波導管1146連接到換能器1114。 在至少一個此類實施例中，所述組件還可包括一個或多個壓縮卡圈，其可通過螺紋接合到端罩1120和/或前罩1122上，以將端罩1120和/或前罩1122壓向波導管1146，並在兩者間形成摩擦接合。在此類實施例中，壓縮卡圈可與端罩1120和/或前罩1122脫開，從而可再次調節波導管1146和換能器1114的相對位置。在多個實施例中，儘管未示出，超聲組件可包括換能器和波導管、和/或末端執行器，其中波導管的至少一部分可壓力接合到換能器內的孔中。在至少一個此類實施例中，即使在外科器械的普通操作過程中波導管可能相對於換能器固定，也可通過向其施加足夠的軸向力來調節波導管在換能器孔中的位置。
在多個實施例中，也未示出，例如，超聲器械可包括具有孔的換能器，另外，波導管或末端執行器能夠插入所述孔中，其中可在波導管和換能器孔的側壁之間形成熱過盈接合。更具體地講，在至少一個此類實施例中，換能器孔和波導管能夠使得當換能器和波導管處於相同溫度(或至少基本相同的溫度)時波導管無法插入換能器孔中，但換能器可被加熱以使得孔擴張，和/或波導管可被冷卻以使其收縮，從而波導管可插入換能器孔中。由於這樣的溫度差，波導管和換能器孔的側壁之間將存在足夠的間隙，使得波導管相對於換能器的位置可調節。在換能器被充分冷卻之後，和/或在波導管被充分加熱之後，波導管和換能器孔的側壁之間可存在過盈接合。這樣的過盈接合可稱為熱過盈接合。在任何情況下，如果確定需要重新調節波導管的位置，則換能器可被再次加熱，和/或波導管可被再次冷卻， 以便再次允許波導管相對於換能器運動。
在多個實施例中，包括換能器、波導管和/或末端執行器的組件的長度和重量可決定組件的諧振頻率。在多種情況下，組件的長度可被選擇為使得組件的諧振頻率在電壓或電流源可供應給換能器的頻率範圍內。在某些實施例中，給定換能器、波導管和/或末端執行器可能需要一起使用，在需要不同長度的波導管或不同的末端執行器的情況下，可能需要整個不同的外科器械。在多個可供選擇的實施例中，現在參照圖25，外科器械套件可包括手持件，所述手持件可包括換能器以及兩個或更多個波導管和/或兩個或更多個末端執行器，其可組裝到換能器，以使外科器械適於具有各種長度和/或具有各種用途。更具體地講，在至少一個實施例中，例如，套件可包括換能器1214、一體的第一波導管lM6a和第一末端執行器1250a、以及一體的第二波導管lM6b和第二末端執行器1250b，其中在至少一個此類實施例中，外科醫生可選擇性地將一體的第一波導管lM6a和第一末端執行器 1250a和/或一體的第二波導管lM6b和第二末端執行器1250b組裝到換能器1214，使得外科器械可具有不同的長度。在多個實施例中，一體的第一波導管lM6a和末端執行器1250a 的長度和質量可使得當其附接到換能器1214時，電壓和/或電流源可以第一諧振頻率向換能器1214供應功率，類似地，一體的第二波導管lM6b和末端執行器1250b的長度和質量可使得當其附接到換能器1214時，電壓和/或電流源可以第二或不同的諧振頻率向換能器 1214供應功率。在某些實施例中，第一和第二諧振頻率可相同或至少基本相同。在多個實施例中，換能器1214可包括螺紋孔1沈8，波導管lM6a和1 可各包括螺柱1M8，所述螺柱可通過螺紋插入螺紋孔1268中。在某些實施例中，一體的波導管lM6a和末端執行器 1250a可具有第一長度，所述第一長度是組件的諧振頻率下的振動駐波的波長一半的整數倍，g卩，(η*λ)/2。類似地，在至少一個實施例中，例如，一體的波導管1246b和末端執行器 1250b可具有第二長度，所述第二長度是組件的諧振頻率下的振動駐波的波長一半的整數倍，g卩，(m* λ)/2，其中m可小於η。在多個實施例中，波導管和末端執行器的長度能夠使得組件的頂端125 和1252b和/或螺柱1248設置在振動駐波的波腹處或其附近。
在多個實施例中，進一步地，超聲器械可包括換能器、波導管和末端執行器，其中超聲器械還可包括至少部分地圍繞換能器的殼體和至少部分地圍繞波導管和/或末端執行器的護套。在至少一個實施例中，參照圖26，超聲外科器械1310可包括換能器1314、包圍換能器1314的殼體1316、波導管1346、包圍波導管1346的護套1341和末端執行器1350。 在某些實施例中，外科器械1310還可包括一個或多個穩定支撐件1356，其可被構造用於在護套1341內支撐波導管1346和/或末端執行器1350。在至少一個此類實施例中，護套 1341可包括柄部和/或能夠由外科醫生抓緊或握緊，使得外科醫生能夠精確地操縱外科器械1310，具體地講，精確地操縱末端執行器1350的遠端1352。在至少一個實施例中，護套 1341的外表面的至少一部分可包括粗糙化和/或紋理化表面。在某些實施例中，護套1341 的外表面可具有圓形(或至少大致圓形)的橫截面，其直徑為大約5毫米、大約10毫米、大約15毫米，和/或直徑介於大約4毫米和大約16毫米之間。
在任何情況下，支撐件1356可足夠剛性以在護套1341和波導管1346之間傳遞力，同時仍可足夠適形以允許波導管1346和護套1341之間的相對運動。在某些實施例中， 例如，支撐件1356還可抑制波導管1346和護套1341之間的振動傳遞。在多個實施例中，支撐件1356可設置在縱向振動駐波的波節處或其附近，但支撐件1356也可設置在任何合適的位置。例如，設置在縱向振動駐波的波節處或其附近的支撐件1356可經歷較小的位移， 因此較小的振動可傳遞至護套1341。在任何情況下，換能器殼體1316可安裝到護套1341， 其中在多個實施例中，殼體1316可粘附、緊固和/或以其他方式適當地附連到護套1341。 在多個實施例中，殼體1316可安裝到護套1341，使得殼體1316不與換能器1314直接接觸。 在至少一個此類實施例中，換能器1314和殼體1316可相對於彼此運動或浮動。在至少一個實施例中，再參照圖沈，例如，外科器械1310還可包括一個或多個適形支撐件，例如設置在殼體1316和護套1341中間的支撐件1353，其中支撐件1353可被構造用於抑制在護套 1341和殼體1316之間傳遞的振動。在某些實施例中，支撐件1353可包括壓縮於護套1341和殼體1316之間的0形環。由於這樣的布置方式，在至少一個實施例中，可沿著外科器械 1310的長度在任何合適的位置處發生換能器殼體1316和護套1341之間的連接，而與這樣的位置是否處於縱向振動駐波的波節和/或波腹處有很少或沒有關係。
在多個實施例中，進一步地，例如，換能器殼體(例如，換能器殼體1316)可由剛性 (或至少基本剛性)材料構成，例如塑料。在某些實施例中，換能器殼體可足夠柔性以使其能夠在第一構型(其中換能器殼體不接觸或至少基本不接觸設置於其中的換能器)和第二位置(其中換能器殼體接觸換能器)之間撓曲或彈性變形。在至少一個實施例中，現在參照圖27-30，超聲外科器械可包括換能器1414、至少部分地圍繞換能器1414的換能器殼體 1416以及可與換能器1414可操作地連接的波導管1446。與上面類似，儘管圖27-30未示出，但外科器械還可包括至少部分地圍繞波導管1446的護套，其中例如，殼體1416的至少一部分可安裝到護套。在某些實施例中，參照圖觀，外科醫生或其他臨床醫生可抓緊殼體 1416以便向其施加抓握力並使其向內朝著換能器1414撓曲，使得殼體1416可接合換能器 1414的至少一部分，例如抓握部分。在這種情況下，外科醫生或臨床醫生在將波導管1446 安裝到換能器1414時可經由殼體1416將換能器1414保持就位。更具體地講，在至少一個實施例中，例如，換能器1414可包括遠端或抓握部分1422，其具有一個或多個平坦表面或至少基本平坦表面1421，所述表面在波導管1446的近端如上所述通過螺紋插入換能器時可由外科醫生或臨床醫生容易地抓握。在這種情況下，再參照圖觀，外科醫生或臨床醫生能夠使換能器1414沿第一方向旋轉或扭轉，和/或使波導管1446沿第二或相反方向旋轉或扭轉，直到波導管1446和換能器1414適當地固定在一起。在其他多個實施例中，例如，換能器可包括可抓握特徵，其可允許外科醫生將波導管沿軸向或縱向插入換能器中。在任何情況下，在至少一個實施例中，例如，抓握部分1422可位於縱向振動駐波的波腹處。
在多個實施例中，一旦波導管已安裝到換能器，外科醫生或臨床醫生就可放開殼體1416，使得殼體1416充分擴張並不再與換能器1414接觸。在多個實施例中，殼體1416 可足夠彈性以使其返回其初始形狀。由於上述內容，在某些實施例中，換能器殼體可不接觸換能器，因此在使用過程中不會阻礙或影響換能器所形成的振動駐波。在外科醫生或臨床醫生試圖將波導管1446從換能器1414上分離的情況下，他們可再次抓握殼體1416並使波導管和換能器沿相反方向旋轉或扭轉。在多個實施例中，儘管未示出，手柄的一部分可包括一個或多個向內延伸的聯鎖特徵，當手柄向內朝著換能器壓縮時，所述特徵可被構造用於接合換能器上的對應聯鎖特徵。此類實施例可提供鍵接結構，其可有利於在例如將波導管或末端執行器安裝到換能器時將換能器保持就位。儘管未示出，可想到各種可供選擇的實施例，其中柔性殼體安裝到換能器至少一個位置，但可向內屈曲以如本申請所述將波導管或末端執行器連接到換能器。
在多個實施例中，如上所述，例如，超聲外科器械的換能器所生成的功率和/或換能器所生成的振動的大小可與換能器的壓電元件兩端所施加的電勢成比例。儘管增大施加於壓電元件上的電壓可增加換能器的功率輸出，但如上所述，這樣的功率增加會遭遇不期望的溫度增加。在某些實施例中，現在參照圖31，外科器械可包括波導管K46、末端執行器1550、第一換能器151 和第二換能器1514b，其中波導管1546可安裝到第一換能器 1514a，並且其中第一換能器151 可安裝到第二換能器1514b。在至少一個實施例中，與上面類似，例如，換能器151 和換能器1514b之一可包括螺紋孔，例如孔1568，換能器1514a和換能器1514b中的另一個可包括螺紋柱，例如柱1548，其中螺紋柱1548和螺紋孔1568能夠將第一換能器151 和第二換能器1514b牢固地緊固在一起。
在多個實施例中，進一步地，例如，可通過有選擇地將第二換能器1514b連接到第一換能器151 來增加超聲器械的功率。在至少一個實施例中，可向外科醫生提供套件，該套件包括手柄、第一換能器、第二換能器和波導管和/或末端執行器，其中如果外科醫生期望外科器械具有第一或較低功率，則外科醫生或其他臨床醫生可將第一換能器151 插入手柄中並將第一換能器151 組裝到波導管和/或末端執行器，而不將第二換能器1514b 組裝到器械。在某些實施例中，當外科醫生或其他臨床醫生接收到套件時，第一換能器 151 可能已經插入手柄中，並且可能已經與波導管和/或末端執行器可操作地接合。在任一種情況下，如果外科醫生期望外科器械應該具有第二或較大的功率，則外科醫生可有選擇地將第二換能器1514b連接到第一換能器1514a、波導管和/或末端執行器。與上面類似，在某些實施例中，當外科醫生或其他臨床醫生接收到套件時，第二換能器1514b可能已經組裝到第一換能器1514a。
在多個實施例中，進一步地，外科器械套件可包括超過兩個的換能器。在至少一個實施例中，例如，套件可包括第一換能器，其能夠供應第一量的功率；第二換能器，其能夠供應第二量的功率；和第三換能器，其能夠供應第三量的功率。在某些實施例中，套件可具有超過三個的換能器，在一些實施例中，套件內的換能器能夠供應相同(或至少基本相同) 量的功率。在任何情況下，外科醫生或其他臨床醫生可從提供的換能器中進行選擇，以便達到將供應給外科器械的所需量的功率。在至少一個此類實施例中，超過兩個的換能器可被組裝在一起，以便向波導管遞送功率。在多個實施例中，再參照圖31，換能器可以串聯布置方式彼此連接，其中外科器械可遞送的總功率可通過對每一換能器可遞送的功率求和來確定。
在多個實施例中，進一步地，包括可操作地連接到外科器械的波導管和/或末端執行器的兩個或更多個換能器的超聲外科器械能夠使得換能器生成彼此重疊(或至少基本重疊)的振動駐波。在至少一個實施例中，外科器械可包括第一換能器，其在波導管內生成第一振動駐波；以及第二換能器，其在波導管內生成第二振動駐波，其中第一和第二振動駐波的波節和波腹可彼此重合(或至少幾乎重合)。在至少一個此類實施例中，第一和第二振動駐波可互補，使得駐波所生成的位移彼此疊加，並具有加成效果。
在某些實施例中，現參照圖32，兩個或更多個換能器可以並聯布置方式安裝到超聲外科器械的波導管和/或末端執行器。更具體地講，在至少一個實施例中，超聲外科器械可包括波導管1646、末端執行器1650、第一換能器161 和第二換能器1614b，其中換能器 161 和1614b均可安裝到波導管1646的共同安裝部分。在某些實施例中，與上面類似，換能器和波導管可包括協作的螺紋孔和柱，其可用於將換能器固定到波導管。也與上面類似， 換能器161 和1614b所生成的縱向振動駐波可互補，使得駐波所生成的位移彼此疊加，並具有加成效果。在多個實施例中，儘管未示出，超聲外科器械可包括可以並聯和串聯兩種布置方式與波導管和/或末端執行器可操作地接合的換能器。例如，第一和第二換能器可彼此並聯地直接安裝到波導管，其中例如，第三換能器可安裝到第一換能器，使得其與第一換能器串聯，並且其中第四換能器可安裝到第二換能器，使得其與第二換能器串聯。
在多個實施例中，進一步地，外科器械的第一和第二換能器能夠使得第一和第二換能器的壓電疊堆中的每一個的中心設置在振動駐波的波節處或其附近。在其他多個實施例中，外科器械的第一和第二換能器能夠使得第一換能器的壓電疊堆的中心設置在波節處或其附近，第二換能器的壓電疊堆的中心更靠近波腹設置。在此類實施例中，進一步地，第一壓電疊堆能夠比第二壓電疊堆貢獻更多的功，並可產生更多的熱。在至少一個此類實施例中，結果是，第一換能器內的壓電元件可不同於第二換能器內的壓電元件。更具體地講， 第一換能器的壓電元件，即，更靠近波節設置的換能器可由例如具有比第二換能器的壓電元件的材料更高的應變常數的材料構成。在多個實施例中，第一換能器的壓電元件可由例如具有比第二換能器的壓電元件的材料更高的居裡溫度的材料構成。在某些實施例中，第一換能器的壓電元件可包括比第二換能器的壓電元件經歷更高或更低量的工作循環的壓電元件。在多個實施例中，超聲外科器械可包括波導管和/或末端執行器、第一換能器和第二換能器，其中如上所述，第一和第二換能器可與波導管和/或末端執行器可操作地接合。在至少一個實施例中，第一換能器和第二換能器可各自選擇性地啟動。在至少一個此類實施例中，外科器械可包括手柄，所述手柄可包括一個或多個開關，所述開關能夠選擇性地啟動設置在其中的第一和第二換能器。例如，開關可從關閉位置運動到第一位置以便啟動第一換能器，運動到第二位置以啟動第二換能器，和/或運動到第三位置以啟動第一換能器和第二換能器。在某些其他實施例中，手柄可包括第一開關，其能夠選擇性地啟動第一換能器；以及第二開關，其能夠選擇性地啟動第二換能器。在此類實施例中，外科醫生可選擇將供應給波導管和/或末端執行器的功率。在各種可供選擇的實施例中，外科器械可包括可選擇性地啟動的三個或更多個換能器。在多個實施例中，如上所述，換能器可包括前罩、端罩以及壓縮或夾在前罩和端罩之間的一個或多個壓電元件。通常，前罩和/或端罩可包括軸，所述軸能夠設置在壓電元件中的孔內，以使壓電元件彼此對齊。一旦換能器已被組裝，在多個實施例中，就可將波導管和/或末端執行器可操作地安裝到換能器。在本申請所述的多個其他實施例中，超聲外科器械可包括波導管、末端執行器以及可直接安裝到波導管和/或末端執行器的一個或多個壓電元件。在至少一個實施例中，參照圖33，外科器械可包括末端執行器1750和一體的對齊柱或軸1722，其中帶有孔的壓電元件可與柱1722對齊，使得壓電元件可沿著柱1722滑動，直到其鄰接肩部1746。在多個實施例中，現參照圖34，超聲外科器械可包括末端執行器1850、波導管1846和壓電元件1832，其中元件1832可沿著軸1822滑動，直到其堆疊到波導管1846上。隨後，例如，端構件(例如，端構件1820)可與對齊軸1822接合，並用於將壓電元件1832固定在端構件1820和波導管1846之間。在至少一個此類實施例中，對齊軸 1822可包括螺紋端，另外，端構件1820可包括螺紋孔，其中螺紋孔能夠通過螺紋來接納對齊軸1822的螺紋端。在多個實施例中，如上所述，電勢可施加到換能器的壓電元件，以使壓電元件收縮和伸展並產生振動。也如上所述，例如，這種電勢可在兩個值之間循環，例如在最小值和最大值之間循環。在多個實施例中，壓電元件可極化，以使得電勢可影響壓電元件。更具體地講，壓電元件可經歷極化處理，使得淨電或磁偶極儲存在某一壓電元件中，其中電勢可與磁偶極相互作用，引起壓電元件振動。在極化處理過程中，可在壓電元件的相對側施加電極， 使得大電場可施加於壓電元件的兩端，以排列壓電材料內的疇並在壓電元件內形成淨磁偶極。在至少一個實施例中，電極可絲網印刷成電極，其中一個或多個模板可與壓電元件的側面對齊，並且其中帶有導電性油墨的輥可在整個模板上滾動，使得導電性油墨選擇性地施加於壓電元件上。在某些實施例中，網狀材料可施加於壓電元件的表面，其中導電性油墨可受壓穿過未被模板的掩蔽部分覆蓋的網狀或織造材料。在多個實施例中，如上所述，用於極化壓電元件的電極可被研磨掉和/或以其他方式從壓電元件上去除，使得第二組電極可設置在換能器疊堆的各種壓電元件中間，其中第二組電極可產生在外科器械的操作過程中使用的電勢。在其他多個實施例中，可利用物理氣相沉積工藝(PVD)將第二組電極施加於壓電元件，其中例如，某些導電材料(例如，金屬)可在低壓環境下蒸發，使得導電材料可沉積到壓電元件上。在某些實施例中，模板或掩模可設置在壓電元件的表面上方，使得導電材料可選擇性地沉積在壓電元件上。在多個實施例中，用於極化壓電元件的電極還可用於在使用過程中向壓電元件施加電勢。在至少一個實施例中，電極可移印(pad-print)到壓電元件上。在至少一個此類實施例中，例如，導電性油墨可設置或傾倒到印刷板上，其中油墨的表面在暴露於空氣之後會變得發粘。隨後，可將轉印墊壓到油墨上，使得油墨的發粘部分粘附到轉印墊，可將轉印墊設置在壓電元件上方，並可將轉印墊壓到壓電元件上，使得油墨粘附到壓電元件。在此類實施例中，印刷板可具有各種浮雕或輪廓，其可限定印刷板的可儲存導電性油墨的區域，相應地，可限定壓電元件的將施加導電性油墨的相應區域。在多個實施例中，例如，導電性油墨可包括流體、銀和/或碳。在多個實施例中，進一步地，一個或多個電極可粘附到壓電元件。在至少一個實施例中，現在參照圖35，例如，換能器可包括一個或多個壓電元件1932，其中每一壓電元件 1932可包括芯或盤1931、正電極1934和負電極1936。在至少一個此類實施例中，正電極 1934和/或負電極1936可利用導電性粘合劑粘附到芯1931。結果是，在使用中，電壓源可以可操作地連接到正電極1934和負電極1936，使得如上所述，可在正和負電極之間形成電勢。例如，當壓電元件1932組裝到換能器疊堆，例如換能器疊堆1914(圖36)時，壓電元件 1932可布置成使得其正和/或負電極彼此對齊。例如，壓電元件193 的負電極1936可設置成倚靠壓電元件193 的負電極1936，類似地，例如，壓電元件193 的正電極1934可設置成倚靠壓電元件1932c的正電極1934。由於相鄰負電極1936之間的接觸，和/或由於相鄰正電極1934之間的接觸，負電極1934或正電極1936之一的極化可使相鄰電極極化。在多個實施例中，進一步地，每一電極可包括主體，其粘附到壓電元件芯1931 ； 突出部或部分1935，其能夠從電極主體和/或芯1931向外延伸。在至少一個此類實施例中，壓電元件的壓電元件芯1931可包括外側輪廓，其中突出部或部分1935可相對於芯1931 的外側輪廓向外延伸。在某些實施例中，相鄰壓電元件1932的突出部1935可彼此連接。 在至少一個此類實施例中，例如，可利用導電夾片、連接器和/或連接電極來連接相鄰壓電元件1932的突出部1935，使得相鄰負電極1936或相鄰正電極1934可彼此電連通，並具有相同(或至少基本相同)的電勢。在至少一個實施例中，夾片1933可連接相鄰的突出部 1935，其中在至少一個實施例中，例如，夾片1933可包括彈簧，該彈簧可使夾片從開口構型偏置成封閉構型。在某些實施例中，如下面進一步更詳細描述的，例如，各種壓電元件的芯 1931可包括對齊特徵，其可被構造用於確保相鄰壓電元件僅能以一種方式(或有限的幾種方式)彼此組裝。在至少一個此類實施例中，對齊特徵能夠使得當壓電元件的對齊特徵彼此對齊(或至少基本對齊)時，電極的突出部1935彼此對齊(或至少基本對齊)。在多個實施例中，現在參照圖37和圖38，例如，換能器疊堆2014可包括多個壓電元件，例如元件2032，其中每一元件2032可包括負電極2034和正電極2036。在某些實施例中，換能器疊堆2014還可包括一個或多個第一連接電極2033a，其可以可操作地連接多個負電極2034 ；—個或多個第二連接電極2033b，其可以可操作地連接多個正電極2036。更具體地講，在至少一個實施例中，第一連接電極2033a可連接到與負電極2034相連的突出部2035，以便以相同(或至少基本相同)的電勢極化每一負電極2034;另外，第二連接電極 203 可連接到與正電極2036相連的突出部2035，以便以相同(或至少基本相同)的電勢極化每一正電極2036。在多個實施例中，例如，連接電極可包括黃銅或銅條或材料，其中第一連接電極2033a可焊接(用或不用焊料)到負電極2034，類似地，第二連接電極203 可焊接(用或不用焊料)到正電極2036。在一些實施例中，連接電極可包括絕緣線和/或任何其他合適的導體。在某些實施例中，儘管未示出，例如，連接電極可包括一個或多個夾片或夾持元件，其可與突出部2035可操作地接合。在任何情況下，進一步地，例如，第一連接電極2033a可與電池20 和/或任何其他合適的電源的負端子可操作地連接，第二連接電極203 可與電池20 的正端子可操作地連接。在多個實施例中，參照圖39，換能器疊堆2114的連接電極2133可相對於壓電元件 2132的外徑(OD)或外側輪廓徑向向外設置。在多種情況下，壓電元件2132的外徑(OD)或外側輪廓與換能器殼體2116之間可存在各種徑向間隙，以便容納連接電極2133。然而，這樣的間隙可表示壓電元件的損失功率容量。更具體地講，如上所述，例如，具有較大直徑的壓電元件具有做較大量的功的容量，由於上述間隙可表示壓電元件的直徑或尺寸的損失， 所以所述間隙可降低壓電元件的功率容量。然而，在某些情況下，壓電元件2132與換能器殼體2116之間的一些量的間隙G可能是可取的，以便適應壓電元件2132的徑向擴張或泊松擴張(Poisson』 s expansion)，尤其是當壓電元件經受縱向收縮時。在多個實施例中，現在參照圖40和圖41，換能器疊堆2214可包括多個壓電元件 2232、設置在壓電元件2232中間的正極化電極2236和/或負極化電極2234、以及可操作地連接負電極2234和/或可操作地連接正電極2236的一個或多個連接電極2213。在至少一個實施例中，參照圖41，每一壓電元件2232可包括外徑或外例輪廓以及其中的一個或多個凹槽、凹口或狹槽2239，其中凹口 2239能夠在其中設置連接電極2213。更具體地講，在至少一個實施例中，例如，每一凹口 2239可被調整尺寸並構造用於接納連接電極2213，使得連接電極2213與凹口 2239的側壁之間存在間隙接合。在至少一個此類實施例中，例如， 每一凹口 2239的寬度可比連接電極2213的寬度「W」寬，深度比連接電極2213的高度「L」 深。在至少一個實施例中，寬度W可為大約2mm，高度L可為大約0.6mm。在多個實施例中， 連接電極2213和凹口 2239能夠使得連接電極2213不會延伸超出壓電元件2232的外側輪廓或相對於其向外延伸。在任何情況下，由於凹口 2239，參照圖41，例如，壓電元件2232的最大外徑(0D = 2r+2L)或外側輪廓可大於壓電元件2132的最大外徑(0D = 2r)或外側輪廓，結果，壓電元件2232能夠產生比壓電元件2132更多的功率。在某些實施例中，例如，壓電元件2232的直徑(0D = 2r+2L)可具有大約8mm、大約10mm、大約12mm、大約14mm和/或大約16mm的直徑，其中在某些實施例中，例如，與壓電元件2132相比，此類壓電元件可提供介於大約13%和大約53%之間的功率增加。
在多個實施例中，進一步地，例如，換能器疊堆2214的連接電極2213可將一個或多個負極化電極2234和/或一個或多個正極化電極2236與電源可操作地連接。例如，再參照圖40，例如，連接電極2213可將第一正電極2236和第二正電極2236與電池的正端子連接，其中連接電極2213可包括橋，其跨越設置在第一和第二正電極2236中間的負電極2234 而不與其可操作地接合。例如，在換能器疊堆的另一例，另一連接電極2213可將第二正電極2236與第三正電極2236可操作地連接，其中與上面類似，連接電極2213可包括橋，其跨越設置在第二和第三正電極2236中間的另一負電極2234而不與其可操作地接合。在多個實施例中，這種圖形可重複，以便將換能器疊堆2214內的所有正電極2236與彼此以及電源的正端子可操作地連接。可從圖41看出，壓電元件2232可在其相對側包括凹口 2239，以便適應上述連接電極的布置，但其他布置方式也是可能的。與上面類似，例如，連接電極能夠將第一負電極2234和第二負電極2234與電池的負端子連接，其中連接電極2213可包括橋，其跨越設置在第一和第二負電極2234中間的正電極2236而不與其可操作地接合。例如，在換能器疊堆的另一側，另一連接電極2213可將第二負電極2234與第三負電極2234 可操作地連接，其中與上面類似，連接電極2213可包括橋，其跨越設置在第二和第三負電極2234中間的另一正電極2236而不與其可操作地接合。在多個實施例中，現在參照圖42和圖43，換能器疊堆2314可包括多個壓電元件 2332、設置在壓電元件2332中間的正電極2336和/或負電極2334、以及可操作地連接負電極2334和/或可操作地連接正電極2336的一個或多個連接電極2313。在至少一個實施例中，壓電元件2332可包括一個或多個平坦表面2339，其能夠容納連接電極2313，同時允許壓電元件2332的平均直徑與壓電元件2132的平均直徑相比增大。更具體地講，參照圖43，每一壓電元件2332的各種圓形部分(即，平坦表面2339中間的部分)的直徑可增大，使得壓電元件的外徑(0D = 2r+2L)為與連接電極2313所限定的直徑相同的距離(或至少基本相同的距離)。在至少一個此類實施例中，這樣的中間部分可增加每一壓電元件 2332的總體尺寸或面積，因此增加壓電元件可做的功的量。在某些實施例中，與上面類似， 例如，壓電元件2332的多個部分可具有大約8mm、大約10mm、大約12mm、大約14mm和/或大約16mm的直徑，其中在某些實施例中，例如，這種壓電元件與壓電元件2132相比可提供介於大約11%和大約42%之間的功率增加。在多個實施例中，例如，平坦表面2339可機加工到壓電元件中。在多個實施例中，如上所述，換能器的壓電元件可經歷極化處理，使得壓電元件內可形成淨偶極。在至少一個實施例中，這種淨偶極可包括正電荷(+)、負電荷㈠以及負電荷和正電荷之間限定的淨偶極矩矢量。在某些實施例中，現在參照圖44和圖45，例如，壓電元件(例如，壓電元件M32)的正電荷⑴可位於壓電元件的一側，而負電荷㈠可位於壓電元件的相對側。在至少一個此類實施例中，每一壓電元件M32可包括一個或多個標記，其可指示淨偶極矩矢量的方向。例如，壓電元件M32可包括形成在其側面的箭頭M33， 其中箭頭對33可指向朝著正電荷而遠離負電荷的方向。在至少一個實施例中，例如，箭頭 2433可研磨到、壓到和/或蝕刻到壓電元件的側面中，而在其他實施例中，例如，箭頭M33 可在製造壓電元件時與壓電元件一體形成。在多個實施例中，箭頭M33可從壓電元件的側面伸出和/或凹陷到壓電元件的側面內。在某些實施例中，箭頭M33可塗到和/或以其他方式適當地施加到壓電元件上。在任何情況下，具有至少一個標記的壓電元件可允許組裝換能器的人容易地識別壓電元件的極性，從而快速且可靠地設置壓電元件使其各極彼此正確對齊。在多個實施例中，第一壓電元件的標記可與第二壓電元件的標記對齊，以使第一元件的偶極矩矢量與第二元件的偶極矩矢量對齊。除了上述之外或作為替代，壓電元件可包括一個或多個索引特徵，其可被構造用於確保相鄰壓電元件彼此正確對齊。例如，再參照圖44和圖45，壓電元件M32可包括一個或多個凹陷或凹槽M37以及一個或多個凸起M39，其中凸起M39能夠當壓電元件M32 彼此正確對齊時安置於凹陷M37內。更具體地講，在至少一個實施例中，僅當壓電元件沿著共同軸線M99對齊，並且壓電元件M32的極性對齊，使得元件一側上的正電荷(+)與相鄰元件的正電荷對齊，和/或元件另一側上的負電荷(_)與相鄰元件的負電荷對齊時，凸起 M39才可安置於凹陷對37內。如果索引特徵之間沒有適當對齊，參照圖45，壓電元件對32 無法彼此正確安置，組裝換能器的人或機器能夠快速檢測到這樣的未對齊。在多個實施例中，例如，多個壓電元件(例如，元件M32)能夠使得其可成對組裝，並且使得壓電元件的面向外的表面平坦且彼此平行(或至少基本平坦且彼此基本平行)，其中再參照圖44，元件的負電荷可與平坦表面相鄰，並且其中各個成對的壓電元件可堆疊在彼此上方，使得平坦表面負電荷彼此對齊。在至少一個此類實施例中，壓電元件的偶極矩矢量可相對於壓電元件的面向外的平坦表面垂直(或至少基本垂直)。在多種情況下，如上所述，換能器的壓電元件可能(不管什麼原因)失去其產生足夠振動以使超聲外科器械的末端執行器振動的能力(或其能力的至少一部分)。一旦換能器已超過其使用壽命，換能器常常被處理掉。在多種情況下，例如，此類換能器的壓電元件可至少部分地由鉛和/或其他某些材料構成。在本申請所述的多個實施例中，換能器和/ 或外科器械可包括用於在期望處理掉換能器時封裝或容納換能器的壓電元件的裝置。在多個實施例中，現在參照圖46，例如，換能器組件(例如，換能器組件2514)可包括換能器疊堆 2518，其包括端罩2520、前罩2522、設置在例如端罩2520和前罩2522中間的一個或多個壓電元件2532、以及被構造用於至少部分地包封換能器疊堆2518的封裝件。在至少一個實施例中，封裝件可圍繞整個壓電元件疊堆2518，使得僅前罩2522的一部分伸出封裝件，以允許波導管和/或末端執行器與換能器疊堆2518可操作地接合。在多個實施例中，進一步地，換能器組件2514可包括封裝件2561，其可具有第一隔室2563和第二隔室2565，其中換能器疊堆2518可位於第一隔室2563內，材料2567可位於第二隔室2565內。在處理掉換能器組件2514之前，在至少一個實施例中，第二隔室 2565可被破裂，使得材料2567從第一隔室2563流到第二隔室2565中，並至少部分地圍繞換能器疊堆2518，如圖47所示。在至少一個此類實施例中，參照圖46，側壁2569能夠分離第一隔室2563和第二隔室2565，其中側壁2569能夠在至少一個位置處破裂。在多個實施例中，例如，側壁2569可包括例如一個或多個劃痕標記或弱點，其可確定側壁2569最可能破裂的位置。在某些實施例中，封裝件2561能夠使得人可用其手擠壓封裝件2561，使分離第一隔室2563和第二隔室1265的側壁2569破裂。在多個實施例中，封裝件2561能夠使得材料2567隨後無法從封裝件2561逸出(或至少基本無法逸出)。在至少一個此類實施例中，例如，封裝件2561可被密封(或至少基本密封)到前罩2522，使得材料2567無法在封裝件2561與前罩2522伸出封裝件2561的部分之間流動(或至少基本無法流動)。在多個實施例中，現在參照圖48，換能器組件沈14可包括封裝件沈61，其包括至少一個閥，所述閥可被打開以使第一隔室2665與第二隔室沈63流體連通。更具體地講，在至少一個實施例中，例如，封裝件2661可包括側壁沈69和一個或多個閥沈71，所述閥可選擇性地打開，以允許材料沈67從第一隔室沈65流到第二隔室沈63中。在至少一個此類實施例中，尤其是在材料2667為流體的實施例中，閥沈71能夠，在封裝件沈61被壓縮時，當經受材料沈67內所產生的足夠的流體壓力的情況下彈開。在多個實施例中，材料沈67可在其處於第一隔室2665內時以及在其初始圍繞換能器疊堆沈18時為流體。然而，在某些實施例中，材料沈67能夠在其進入第一隔室沈65中之後硬化。在至少一個此類實施例中， 第一隔室沈65可為氣密的，當材料沈67進入第二隔室沈63中時，例如，材料沈67可暴露於空氣，這可導致其硬化。在任何情況下，無論材料是仍維持流體還是硬化，材料可將某些材料封裝(或至少部分地封裝)在換能器疊堆內，以進一步降低此類材料逸出封裝件的可能性。本申請公開的裝置可被設計為在一次使用之後丟棄，或它們可被設計為多次使用。然而無論是哪種情況，該裝置都可在至少使用一次後經過修復再行使用。修理可包括拆卸裝置、清洗或更換具體部件、以及後續重新組裝步驟的任何組合。具體地講，可拆卸該裝置，並且可按照任何組合選擇性地更換或拆下裝置的任何數量的特定零件或部件。清洗和 /或更換特定部件後，可在修理廠或在緊臨外科手術前由手術小組人員將器械重新裝配，以供後續使用。本領域技術人員將會知道，裝置的修理可利用拆卸、清潔/更換、和再組裝的多種技術。這些技術的使用以及所得的修復器械均在本發明的範圍內。優選地，在外科手術前實施本申請所述的各種實施例。首先，獲取新的或用過的器械，並根據需要進行清洗。然後可對器械進行消毒。在一種消毒技術中，將器械置於閉合併密封的容器中，諸如塑料或TYVEK 口袋中。然後將容器和器械置於可穿透該容器的輻射場， 例如Y輻射、X射線或高能電子。輻射將殺死器械上和容器中的細菌。然後可將消毒後的器械保存在消毒容器中。該密封容器將器械保持在無菌狀態，直到在醫療設備中打開該容器。消毒還可通過本領域技術人員已知的任意多種方式進行，包括β輻射、Y輻射、環氧乙烷和/或蒸汽消毒。在多個實施例中，超聲外科器械可以波導管和/或末端執行器已經與外科器械的換能器可操作地連接的形式提供給外科醫生。在至少一個此類實施例中，外科醫生或其他臨床醫生可將超聲外科器械從消毒包裝中取出，如上所述將超聲器械插入發電機中，並在外科手術過程中使用超聲器械。這種系統可不再需要外科醫生或其他臨床醫生將波導管和 /或末端執行器組裝到超聲外科器械。在超聲外科器械使用過之後，外科醫生或其他臨床醫生可將超聲器械置於可密封的包裝中，其中可將所述包裝運送至消毒設施。在消毒設施處，超聲器械可被滅菌，其中任何已消耗部件可被丟棄並更換，而任何可重複使用的部件可被消毒並再次使用。隨後，超聲器械可被組裝、測試、置於消毒包裝中和/或在置於包裝中之後消毒。一旦消毒，重新處理過的超聲外科器械就可再次使用。雖然本申請已描述了多種實施例，但可以對這些實施例進行多種修改和變型。例如，可以採用不同類型的末端執行器。另外，凡是公開了用於某些元件的材料的，均可使用其他材料。上述具體實施方式
和下述權利要求旨在涵蓋所有這樣的修改和變化形式。以引證方式全文或部分地併入本申請的任何專利、公布、或其他公開材料僅在所併入的材料不與本發明所述的現有定義、陳述、或其他公開材料相衝突的範圍內併入本申請。同樣地並且在必要的程度下，本申請明確闡述的公開內容取代了以引證方式併入本申請的任何衝突材料。如果任何材料或其一部分以引證方式併入本申請，但與本申請所述的現有定義、陳述、或其他公開材料相衝突，那麼僅在所併入的材料與本公開材料之間不產生衝突的程度下才將其併入本申請。
權利要求
1.一種外科器械，所述外科器械包括 換能器，所述換能器能夠生成振動；和封裝件，所述封裝件包括第一隔室，其中所述換能器設置在所述第一隔室內； 第二隔室；以及設置在所述第二隔室內的材料，其中所述材料能夠從所述第二隔室分配到所述第一隔室中，以至少部分地圍繞所述換能器。
2.根據權利要求1所述的外科器械，其中所述封裝件還包括隔離所述第一隔室和所述第二隔室的側壁，其中所述側壁能夠破裂，以允許所述材料進入所述第一隔室中。
3.根據權利要求2所述的外科器械，其中所述材料能夠在所述第二隔室破裂之前為流體，並且其中所述材料能夠在其進入所述第一隔室中之後硬化。
4.根據權利要求1所述的外科器械，其中所述封裝件還包括閥，所述閥能夠被打開，以使所述第一隔室與所述第二隔室流體連通，並允許所述材料進入所述第一隔室中。
5.一種用於外科器械的換能器，所述換能器包括 第一端構件；第二端構件；設置在所述第一端構件和所述第二端構件中間的至少一個壓電元件，其中所述至少一個壓電元件能夠生成振動；和泵，所述泵包括安裝到所述第一端構件和所述第二端構件的柔性帶，其中所述柔性帶能夠通過所述至少一個壓電元件所生成的振動而運動。
6.根據權利要求5所述的換能器，其中所述柔性帶包括金屬條，所述金屬條能夠在所述第一端構件和所述第二端構件之間傳導熱。
7.根據權利要求5所述的換能器，其中在所述柔性帶與所述至少一個壓電元件之間限定有氣隙。
8.根據權利要求5所述的換能器，其中所述第一端構件、所述第二端構件和所述至少一個壓電元件沿著縱向軸線設置，其中所述柔性帶能夠沿橫切所述縱向軸線的方向撓曲。
9.根據權利要求5所述的換能器，還包括安裝到所述柔性帶的質量塊，其中所述質量塊設置在所述第一端構件和所述第二端構件中間。
10.一種外科器械，所述外科器械包括 換能器，所述換能器能夠生成振動；末端執行器，所述末端執行器可操作地連接到所述換能器；護套，所述護套包括孔，其中所述末端執行器的至少一部分能夠穿過所述孔延伸，並且其中在所述末端執行器和所述護套之間限定有間隙；泵，所述泵包括設置在所述間隙內的隔膜，其中所述隔膜安裝到所述護套和所述末端執行器，其中所述末端執行器能夠通過所述換能器所生成的振動來相對於所述護套運動， 並且其中所述末端執行器能夠使所述隔膜運動以移動所述間隙內的空氣。
11.根據權利要求10所述的外科器械，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括具有最小位移的至少一個波節以及具有最大位移的至少一個波腹，並且其中所述隔膜在波腹處安裝到所述末端執行器。
12.根據權利要求11所述的外科器械，其中所述隔膜包括在第一波腹處安裝到所述末端執行器的第一隔膜，並且其中所述外科器械還包括在第二波腹處安裝到所述末端執行器的第二隔膜。
13.根據權利要求10所述的外科器械，其中所述隔膜還包括至少一個孔，所述至少一個孔能夠允許空氣穿過其流動。
14.根據權利要求10所述的外科器械，其中所述隔膜能夠在所述末端執行器的表面上形成空氣湍流。
15.一種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，所述換能器包括 第一壓電元件，所述第一壓電元件由具有第一居裡溫度的第一材料構成；和第二壓電元件，所述第二壓電元件由具有第二居裡溫度的第二材料構成，其中所述第一居裡溫度高於所述第二居裡溫度；以及末端執行器，所述末端執行器可操作地連接到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹，並且其中所述第一壓電元件比所述第二壓電元件更靠近所述波節設置。
16.根據權利要求15所述的外科器械，其中所述波節包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最大應力的點，並且其中所述波腹包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最小應力的點。
17.根據權利要求15所述的外科器械，其中所述第一壓電元件設置在所述波節處。
18.根據權利要求15所述的外科器械，其中所述換能器能夠與電源可操作地接合，所述電源能夠向所述第一壓電元件和所述第二壓電元件施加電勢，其中所述第一壓電元件能夠拉引第一電流，所述第二壓電元件能夠拉引第二電流，並且其中所述第一電流大於所述第二電流。
19.根據權利要求18所述的外科器械，其中所述第一電流能夠將所述第一壓電元件加熱至低於所述第一居裡溫度的第一操作溫度，並且其中所述第二電流能夠將所述第二壓電元件加熱至低於所述第二居裡溫度的第二操作溫度。
20.一種用於外科器械的換能器，所述換能器包括 第一極化電極；第一壓電元件，所述第一壓電元件包括第一外側輪廓；和所述第一外側輪廓中的第一凹口；第二壓電元件，所述第二壓電元件包括第二外側輪廓；和所述第二外側輪廓中的第二凹口；第二極化電極，所述第二極化電極設置在所述第一壓電元件和所述第二壓電元件中間；第三極化電極；第一連接電極，所述第一連接電極能夠將所述第一極化電極和所述第三極化電極與電源可操作地連接，其中所述第一連接電極設置在所述第一凹口內；和第二連接電極，所述第二連接電極能夠將所述第二極化電極與所述電源可操作地連接，其中所述第二連接電極設置在所述第二凹口內。
21.根據權利要求20所述的換能器，其中所述第一連接電極凹入所述第一凹口內，使得其不延伸超過所述第一壓電元件的所述第一外側輪廓，並且其中所述第二連接電極凹入所述第二凹口內，使得其不延伸超過所述第二壓電元件的所述第二外側輪廓。
22.根據權利要求20所述的換能器，其中所述第一壓電元件和所述第二壓電元件沿著縱向軸線設置，並且其中所述第一凹口和所述第二凹口設置在所述縱向軸線的相對側。
23.根據權利要求20所述的換能器，其中所述第一外側輪廓包括圓形輪廓，並且其中所述第一凹口包括所述圓形輪廓中的平坦表面。
24.根據權利要求20所述的換能器，其中第一凹口包括所述第一外側輪廓中的凹槽。
25.一種用於外科器械的換能器，所述換能器包括 第一壓電元件，所述第一壓電元件包括第一主體；第一淨偶極極性，所述第一淨偶極極性限定第一偶極矩矢量； 第一標記，所述第一標記指示所述第一偶極矩矢量的方向； 第二壓電元件，所述第二壓電元件包括第二主體；第二淨偶極極性，所述第二淨偶極極性限定第二偶極矩矢量； 第二標記，所述第二標記指示所述第二偶極矩矢量的方向，其中所述第一標記能夠與所述第二標記對齊，以使所述第一偶極矩矢量與所述第二偶極矩矢量對齊。
26.根據權利要求25所述的換能器，其中所述第一標記與所述第一壓電元件的所述第一主體一體地形成。
27.根據權利要求25所述的換能器，其中所述第一主體包括第一表面和第二表面，並且其中所述第一偶極矢量基本上垂直於所述第一表面和所述第二表面。
28.根據權利要求25所述的換能器，其中所述第一淨偶極極性包括正電荷和負電荷， 其中所述第一偶極矩矢量從所述負電荷指向所述正電荷，並且其中所述第二淨偶極極性包括正電荷和負電荷，所述第二偶極矩矢量從所述負電荷指向所述正電荷。
29.根據權利要求25所述的換能器，其中所述第一淨偶極極性包括正電荷和負電荷， 其中所述第二淨偶極極化包括正電荷和負電荷，其中所述第一主體和所述第二主體能夠使得所述第一標記無法與所述第二標記對齊，除非所述第一淨偶極和第二淨偶極的所述正電荷和所述負電荷以預定布置方式布置。
30.一種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，所述換能器包括 第一壓電元件，其中所述第一壓電元件已經受第一量的工作循環；和第二壓電元件，其中所述第二壓電元件已經受第二量的工作循環，其中所述第二量的工作循環大於所述第一量的工作循環；以及末端執行器，所述末端執行器可操作地連接到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹，並且其中所述第一壓電元件比所述第二壓電元件更靠近所述波節設置。
31.根據權利要求30所述的外科器械，其中所述波節包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最大應力的點，並且其中所述波腹包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最小應力的點。
32.根據權利要求30所述的外科器械，其中所述第一壓電元件設置在所述波節處。
33.根據權利要求30所述的外科器械，其中所述換能器能夠與電源可操作地接合，所述電源能夠向所述第一壓電元件和所述第二壓電元件施加電勢，其中所述第一壓電元件能夠拉引第一電流，所述第二壓電元件能夠拉引第二電流，並且其中所述第一電流大於所述第二電流。
34.根據權利要求30所述的外科器械，其中所述換能器還包括第三壓電元件，其中所述第三壓電元件已經受第三量的工作循環，其中所述第三量的工作循環大於所述第二量的工作循環。
35.一種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，所述換能器包括第一壓電元件，所述第一壓電元件具有第一厚度；和第二壓電元件，所述第二壓電元件具有第二厚度，其中所述第二厚度大於所述第一厚度；以及末端執行器，所述末端執行器可操作地連接到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹，並且其中所述第一壓電元件比所述第二壓電元件更靠近所述波節設置。
36.根據權利要求35所述的外科器械，其中所述波節包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最大應力的點，並且其中所述波腹包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最小應力的點。
37.根據權利要求35所述的外科器械，其中所述第一壓電元件設置在所述波節處。
38.根據權利要求35所述的外科器械，其中所述換能器能夠與電源可操作地接合，所述電源能夠向所述第一壓電元件和所述第二壓電元件施加電勢，其中所述第一壓電元件能夠拉引第一電流，所述第二壓電元件能夠拉引第二電流，並且其中所述第一電流的大小與所述第二電流的大小基本相同。
39.一種組裝用於外科器械的換能器的方法，其中所述換能器能夠生成具有波節和波腹的振動駐波，所述方法包括以下步驟選擇具有第一材料性能的第一壓電元件，其中所述第一壓電元件能夠在施加有電勢時拉引第一電流；選擇具有第二材料性能的第二壓電元件，其中所述第二壓電元件能夠在施加有電勢時拉引第二電流；以及將所述第一壓電元件和所述第二壓電元件相對於所述波節設置，使得所述第一電流的大小與所述第二電流的大小之間的差異最小。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述第一材料性能為所述第一壓電元件的第一厚度，其中所述第二材料性能為所述第二壓電元件的第二厚度，並且其中所述第二厚度大於所述第一厚度。
41.根據權利要求39所述的方法，其中所述第一材料性能為第一介電常數，其中所述第二材料性能為第二介電常數，並且其中所述第一介電常數大於所述第二介電常數。
42.根據權利要求39所述的方法，其中所述第一材料性能為第一電壓靈敏度，其中所述第二材料性能為第二電壓靈敏度，並且其中所述第二電壓靈敏度大於所述第一電壓靈敏度。
43.一種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，所述換能器包括 第一壓電元件，所述第一壓電元件由具有第一應變常數的第一材料構成；和第二壓電元件，所述第二壓電元件由具有第二應變常數的第二材料構成，其中所述第二應變常數大於所述第一應變常數；以及末端執行器，所述末端執行器可操作地連接到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹，並且其中所述第一壓電元件比所述第一壓電元件更靠近所述波節設置。
44.根據權利要求43所述的外科器械，其中所述波節包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最大應力的點，並且其中所述波腹包括所述換能器和所述末端執行器中的至少一個內形成最小應力的點。
45.根據權利要求43所述的外科器械，其中所述第一壓電元件設置在所述波節處。
46.根據權利要求43所述的外科器械，其中所述換能器能夠與電源可操作地接合，所述電源能夠向所述第一壓電元件和所述第二壓電元件施加電勢，其中所述第一壓電元件能夠拉引第一電流，所述第二壓電元件能夠拉引第二電流，並且其中所述第一電流的大小與所述第二電流的大小基本相等。
47.根據權利要求43所述的外科器械，其中所述換能器還包括第三壓電元件，其中所述第三壓電元件由具有第三應變常數的第三材料構成，其中所述第三應變常數大於所述第二應變常數，並且其中所述第二壓電元件比所述第三壓電元件更靠近所述波節。
48.一種用於外科器械的換能器，所述換能器包括 第一壓電元件，所述第一壓電元件包括第一外側輪廓； 第二壓電元件，所述第二壓電元件包括第二外側輪廓；第一極化電極，所述第一極化電極包括相對於所述第一外側輪廓向外延伸的第一突出部，其中所述第一極化電極與所述第一壓電元件電連通；第二極化電極，所述第二極化電極包括相對於所述第二外側輪廓向外延伸的第二突出部，其中所述第二極化電極與所述第二壓電元件電連通；和連接電極，所述連接電極能夠操作地接合併電連接所述第一突出部和所述第二突出部。
49.根據權利要求48所述的換能器，其中所述第一極化電極安裝到所述第一壓電元件。
50.根據權利要求49所述的換能器，其中所述第一極化電極粘附到所述第一壓電元件。
51.根據權利要求49所述的換能器，其中所述第二極化電極安裝到所述第二壓電元件，其中所述第一壓電元件包括第一對齊特徵，其中所述第二壓電元件包括第二對齊特徵， 其中所述第一對齊特徵和所述第二對齊特徵能夠使得當所述第一壓電元件被組裝到所述第二壓電元件時，第一突出部與所述第二突出部對齊，並且其中所述第一對齊特徵和所述第二對齊特徵能夠使得第一壓電元件無法被組裝到所述第二壓電元件，除非所述第一對齊特徵與所述第二對齊特徵對齊。
52.根據權利要求48所述的換能器，其中所述連接電極包括夾片，所述夾片能夠在打開位置和關閉位置之間運動，其中所述夾片能夠偏置到其關閉位置，並且其中所述夾片的至少一部分由導電材料構成。
53.一種用於外科器械的換能器，所述換能器包括 第一壓電元件，所述第一壓電元件包括第一外側輪廓； 第二壓電元件，所述第二壓電元件包括第二外側輪廓；第一極化電極，所述第一極化電極包括相對於所述第一外側輪廓向外延伸的第一部分，其中所述第一極化電極與所述第一壓電元件電連通；第二極化電極，所述第二極化電極包括相對於所述第二外側輪廓向外延伸的第二部分，其中所述第二極化電極與所述第二壓電元件電連通；和連接電極，所述連接電極能夠操作地接合併電連接所述第一部分和所述第二部分。
54.根據權利要求53所述的換能器，其中所述第一極化電極安裝到所述第一壓電元件。
55.根據權利要求M所述的換能器，其中所述第一極化電極粘附到所述第一壓電元件。
56.根據權利要求M所述的換能器，其中所述第二極化電極安裝到所述第二壓電元件，其中所述第一壓電元件包括第一對齊特徵，其中所述第二壓電元件包括第二對齊特徵， 其中所述第一對齊特徵和所述第二對齊特徵能夠使得當所述第一壓電元件被組裝到所述第二壓電元件時，所述第一部分與所述第二部分對齊，並且其中所述第一對齊特徵和所述第二對齊特徵能夠使得第一壓電元件無法被組裝到所述第二壓電元件，除非所述第一對齊特徵與所述第二對齊特徵對齊。
57.根據權利要求48所述的換能器，其中所述連接電極包括夾片，所述夾片能夠在打開位置和關閉位置之間運動，其中所述夾片能夠偏置到其關閉位置，並且其中所述夾片的至少一部分由導電材料構成。
58.一種用於外科器械的換能器，所述換能器包括 第一壓電元件；第二壓電元件；第一極化電極，所述第一極化電極與所述第一壓電元件電連通，其中所述第一極化電極包括施加於所述第一壓電元件的至少一部分的導電性油墨；和第二極化電極，所述第二極化電極與所述第二壓電元件電連通。
59.根據權利要求58所述的換能器，其中所述第二極化電極包括施加於所述第二壓電元件的至少一部分的導電性油墨。
60.根據權利要求59所述的換能器，其中所述第一壓電元件包括第一對齊特徵，其中所述第二壓電元件包括第二對齊特徵，其中所述第一對齊特徵和所述第二對齊特徵能夠使得當所述第一壓電元件被組裝到所述第二壓電元件時，所述第一導電電極與所述第二導電電極對齊，並且其中所述第一對齊特徵和所述第二對齊特徵能夠使得第一壓電元件無法被組裝到所述第二壓電元件，除非所述第一對齊特徵與所述第二對齊特徵對齊。
61.根據權利要求58所述的換能器，其中所述導電性油墨由銀和碳中的至少一種構成。
62.一種外科器械，包括 手柄；換能器，所述換能器能夠生成振動，其中所述換能器包括 至少一個壓電元件； 抓握部分；和安裝部分，所述安裝部分能夠與末端執行器可操作地連接，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹，其中所述手柄能夠放置於與所述抓握部分脫離的第一構型以及與所述抓握部分接合的第二構型，並且其中所述柄部能夠當所述手柄處於所述第二構型時，以及當末端執行器被安裝到所述換能器的所述安裝部分時，將所述抓握部分保持就位。
63.根據權利要求62所述的外科器械，其中所述手柄包括柔性部分，所述柔性部分能夠在所述第一構型和所述第二構型之間屈曲。
64.根據權利要求62所述的外科器械，其中所述抓握部分能夠接收施加的扭矩。
65.根據權利要求62所述的外科器械，其中所述手柄能夠在所述第一構型和所述第二構型之間運動。
66.根據權利要求62所述的外科器械，其中所述手柄包括聯鎖特徵，所述聯鎖特徵能夠接合所述抓握部分。
67.根據權利要求62所述的外科器械，其中所述抓握部分設置在所述波腹處。
68.根據權利要求62所述的外科器械，還包括所述末端執行器。
69.一種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，其中所述換能器包括 至少一個壓電元件；和換能器殼體，所述換能器殼體至少部分地圍繞所述至少一個壓電元件； 末端執行器，其安裝到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹；以及末端執行器殼體，所述末端執行器殼體至少部分地圍繞所述末端執行器，其中所述末端執行器殼體在所述波節處安裝到所述末端執行器，並且其中所述換能器殼體安裝到所述末端執行器殼體。
70.根據權利要求69所述的外科器械，還包括阻尼構件，所述阻尼構件設置在所述換能器殼體和所述末端執行器殼體中間。
71.根據權利要求69所述的外科器械，其中所述駐波具有多於一個波節，並且其中所述換能器的至少一部分設置在所述波節處。
72.根據權利要求69所述的外科器械，其中所述末端執行器殼體包括柄部。
73.—種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，其中所述換能器包括 至少一個壓電元件；和至少部分帶螺紋的孔；以及末端執行器，其中所述末端執行器包括至少部分帶螺紋的部分，所述至少部分帶螺紋的部分能夠通過螺紋插入所述孔中，並將所述末端執行器安裝到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，並且其中所述駐波包括波節和波腹。
74.根據權利要求73所述的外科器械，其中所述換能器的位置能夠相對於所述末端執行器調節，以便調諧所述駐波。
75.根據權利要求74所述的外科器械，其中所述末端執行器包括遠側頂端，並且其中所述換能器能夠相對於所述末端執行器運動，使得所述駐波的波腹位於所述遠側頂端處。
76.根據權利要求73所述的外科器械，其中所述換能器包括近側安裝部分和遠側安裝部分，其中所述至少一個壓電元件被固定於所述近側安裝部分和所述遠側安裝部分中間， 並且其中所述孔延伸穿過至少所述遠側安裝部分。
77.—種外科器械，所述外科器械包括換能器，所述換能器能夠生成振動，其中所述換能器包括至少一個壓電元件；和孔；以及末端執行器，其中所述末端執行器的至少一部分能夠插入所述孔中並將所述末端執行器安裝到所述換能器，其中所述換能器能夠在所述換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，並且其中所述駐波包括波節和波腹；和調節裝置，所述調節裝置用於使所述換能器相對於所述末端執行器運動並調諧所述駐波。
78.根據權利要求77所述的外科器械，其中所述調節裝置包括螺紋裝置、壓力配合裝置和熱過盈配合裝置中的至少一種。
79.根據權利要求77所述的外科器械，其中所述末端執行器包括遠側頂端，並且其中所述換能器能夠相對於所述末端執行器運動，使得所述駐波的波腹位於所述遠側頂端處。
80.一種外科器械組件，所述外科器械組件包括細長軸，所述細長軸包括遠側末端執行器、近端以及設置在所述近端和所述遠側末端執行器中間的止動凸緣；至少一個壓電元件，所述至少一個壓電元件能夠在所述末端執行器中生成振動駐波， 其中所述駐波包括波節和波腹，其中所述至少一個壓電元件包括孔，其中所述細長軸能夠被接納於所述孔內，並且其中所述壓電元件能夠沿著所述軸滑動，直到所述壓電元件鄰接所述止動凸緣；和端構件，所述端構件能夠將所述壓電元件壓靠所述止動凸緣。
81.根據權利要求80所述的外科器械組件，其中所述遠側末端執行器、所述近端和所述止動凸緣一體地形成。
82.—種與末端執行器一起使用的外科器械，所述外科器械包括手柄；第一換能器，所述第一換能器能夠生成振動，其中所述第一換能器包括至少一個壓電元件，其中所述第一換能器能夠在所述第一換能器和所述末端執行器中生成振動駐波，其中所述駐波包括波節和波腹；安裝部分，其中所述第一換能器和所述末端執行器能夠與所述安裝部分可操作地接合；和第二換能器，所述第二換能器能夠生成振動，其中所述第二換能器能夠與所述安裝部分可操作地接合，其中所述第二換能器包括至少一個壓電元件，其中所述第二換能器能夠在所述第二換能器和所述末端執行器中生成包括波節和波腹的振動駐波。
83.根據權利要求82所述的外科器械，其中所述手柄包括 第一孔，所述第一孔能夠接納所述第一換能器；和第二孔，所述第二孔能夠接納所述第二換能器。
84.根據權利要求82所述的外科器械，其中所述第一換能器和所述第二換能器能夠被選擇性地啟動。
85.一種與末端執行器一起使用的外科器械，所述外科器械包括 手柄；第一換能器，第一換能器能夠生成振動，其中所述第一換能器包括 至少一個壓電元件，其中所述第一換能器能夠在所述第一換能器和所述末端執行器中生成第一振動駐波，其中所述第一駐波包括波節和波腹；遠側安裝部分，所述遠側安裝部分能夠操作地連接到末端執行器； 近側安裝部分；第二換能器，所述第二換能器能夠生成振動，其中所述第二換能器能夠與所述第一換能器選擇性地接合，其中所述第二換能器包括至少一個壓電元件，其中所述第二換能器能夠在所述第二換能器、所述第一換能器和所述末端執行器中生成第二振動駐波，所述第二駐波包括波節和波腹；和第二安裝部分，所述第二安裝部分能夠與所述第一換能器的所述近側安裝部分可操作地接合。
86.根據權利要求85所述的外科器械，其中所述第二駐波能夠疊加於所述第一駐波上。
87.根據權利要求85所述的外科器械，其中所述第一換能器和所述第二換能器能夠被選擇性地啟動。
全文摘要
在一總體方面，各種實施例涉及一種包括換能器的超聲外科器械，所述換能器能夠沿著縱向軸線生成預定頻率的振動。在多個實施例中，超聲刀沿著縱向軸線延伸並連接到換能器。在多個實施例中，超聲刀包括具有近端和遠端的主體，其中所述遠端能夠通過換能器所生成的振動來相對於所述縱向軸線運動。
文檔編號B06B1/06GK102497826SQ201080037744
公開日2012年6月13日 申請日期2010年6月21日 優先權日2009年6月24日
發明者A·C·沃埃格爾, A·K·馬丹, F·B·斯圖倫, K·L·豪瑟, S·A·尼爾德, S·D·比亞爾克扎克, 萬山 申請人:伊西康內外科公司