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Allgemein
gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung
zum Vibrieren lassen eines Ultraschallvibrators und einer Sonde
in einem bestimmten Bereich, mit der Fähigkeit einer Konstantstromsteuerung
und PLL-Steuerung, sowie ein Steuerverfahren für die Antriebsenergie hiervon.
Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Steuerverfahren hiervon,
nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Konkret
befaßt
sich die vorliegende Erfindung mit einer Antriebseinheit zum Antreiben
eines Ultraschallvibrators, der in einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung
oder dergleichen verwendet wird, wobei ein medizinischer Operationsvorgang
durch Übertragen
der Vibration eines Ultraschallvibrators an eine Sonde durchgeführt wird,
sowie mit einem Steuerverfahren für die Antriebsenergie hiervon.
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Bei
einem chirurgischen Vorgang wird des öfteren ein Endoskop verwendet,
um ein Körperorgan
in der Bauchhöhle
durch Einführen
des engen Einführabschnittes
hiervon zu untersuchen, oder aber, falls nötig, um unter Verwendung eines
Behandlungswerkzeuges, welches in einem Behandlungswerkzeugkanal
des Endoskopes eingeführt wird,
einen Diagnosevorgang durchzuführen.
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Was
das in den Behandlungswerkzeugkanal des Endoskopes einführbare Behandlungswerkzeug betrifft,
so sind verschiedene Typen hiervon abhängig vom Patient und Anwendungszweck
verwendbar. In den letzten Jahren sind Ultraschallbetätigungs-
oder -betriebsvorrichtungen zur Behandlungsdurchführung mittels
einer Ultraschallvibration in Gebrauch gekommen. Als Ultraschallbetätigungsvorrichtung wurde
beispiels weise ein Ultraschall-Chirurgiemesser bekannt, welches
einen Ultraschallvibrator (Ultraschallwandler), beispielsweise einen
Langevin-Vibrator, eine an diesen Ultraschallvibrator angesetzte Sonde
zur Übertragung
einer Vibration an ein distales Ende hiervon und eine Antriebseinheit
zum Vibrieren lassen des Ultraschallvibrators aufweist. Einige Arten
von Ultraschall-Betätigungsvorrichtungen dieses
Aufbaus sind dahingehend entwickelt worden, daß sie Schneidvorgänge sowie
Koagulation von Blutungen etc. durchführen können.
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Allgemein
gesagt ist eine Vibrationsamplitude des distalen Endes der Sonde
proportional zu einem Strom, der den Ultraschallvibrator antreibt.
Die Antriebseinheit liefert an den Ultraschallvibrator einen Strom,
der für
diese Vibrationsamplitude notwendig ist.
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Die
Impedanz eines Ultraschallvibrators, der tatsächlich in dem Ultraschallbereich
vibriert, ändert sich
jedoch abhängig
von einem Last- oder Belastungszustand, der an dem Ultraschallvibrator
dieser Sonde vorhanden ist. Um daher eine stabile Vibrationsamplitude
ungeachtet einer Last- oder
Belastungsänderung
im Ultraschallvibrator aufrecht zu erhalten, wurde bereits eine
Antriebseinheit zur Durchführung
eines Konstantstromantriebes bekannt, um einen den Ultraschallvibrator
zugeführten
Strom auf einem konstanten Wert zu halten.
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Wird
hierbei angenommen, daß die
Impedanz des Ultraschallvibrators Z beträgt, ein Strom zum Durchführen des
Konstantstromantriebes I ist und eine an den Ultraschallvibrator
durch eine Antriebseinheit zur Durchführung des Konstantstromantriebes
angelegte Spannung V beträgt,
ergibt sich die nachfolgende Gleichung: Z = V/I oder V = IZ (1)
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Wie
sich aus der obigen Gleichung (1) ergibt, muß zum Betreiben des Ultraschallvibrators
mit einem Konstantstrom die Anforderung erfüllt sein, daß eine Spannung
V abhängig
von einer Änderung
der Impedanz Z des Ultraschallvibrators dem Ultraschallvibrators
angelegt wird.
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Um
weiterhin den Ultraschallvibrator wirksam vibrieren zu lassen, ist
es wünschenswert,
den Ultraschallvibrator an seinem Resonanzpunkt zu betreiben. von
daher ist es bereits allgemein bekannt, ein PLL-Steuerverfahren
(phase lock loop) anzuwenden, bei dem der Resonanzpunkt abhängig von
der Phase des Stroms I und der an dem Ultraschallvibrator anliegenden
Spannungen V überwacht
wird.
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Die
Miniaturisierung oder Verkleinerung medizinischer Vorrichtungen
ist auf dem Sektor der Medizintechnik fortgeschritten, so daß die erwähnte Ultraschallantriebseinheit
soweit verkleinert wurde, daß ihre
Ausgangskapazität
den kleinsten vertretbaren Wert erreicht hat.
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Wenn
sich hierbei die elektrische Eigenschaft des Ultraschallvibrators
wesentlich ändert, also
wenn beispielsweise die Impendanz wesentlich ansteigt, überschreitet
die anliegende Last eine Spannungskapazität, welche von der Antriebseinheit an
den Ultraschallvibrator angelegt werden kann, so daß der Konstantstromantrieb
oder -betrieb für
den Ultraschallvibrator unmöglich
gemacht wird. Im Ergebnis fällt
gemäß der obigen
Gleichung (1) ein an den Ultraschallvibrator angelegter Stromwert
ab. von daher tritt der Fehler auf, daß der Ultraschallvibrator und
die Sonde mit einer Vibrationsamplitude vibrieren, welche niedriger
als die gewünschte
oder bevorzugte ist.
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Wenn
andererseits die Impedanz des Ultraschallvibrators wesentlich abfällt, fällt eine
in der Antriebseinheit erfaßte
Spannung ebenfalls ab, was die PLL-Steuerung unmöglich macht. Im Ergebnis tritt der
Nachteil auf, daß Verlu ste
in Wärme
umgesetzt werden müssen
oder der Ultraschallvibrator und die Sonde aufgrund von Verzerrungen
schlecht arbeiten.
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Wenn
der Ausgang der Vorrichtung weiter abgegriffen wird, ohne daß die Vibrationsamplitude des
Ultraschallvibrators und der Sonde auf einen konstanten Wert, wie
im oben genannt Beispiel, gehalten werden, verschlechtert sich der
medizinische Effekt. Da es sich um ein medizinisches Gerät handelt,
muß die
Sicherheit für
eine Bedienungsperson und den Patienten ebenfalls in Betracht gezogen werden,
so daß die
Möglichkeit
von elektrischen Schlägen
oder Verletzungen beseitigt sind.
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Um
diese Problem zu beseitigen, offenbart die geprüfte japanische Patentanmeldung
Nr. 2604852 ein Verfahren zum Verhindern, daß eine Steuerspannung eines
Spannungssteuerverstärkers (nachfolgend
als VCA = Voltage Controlled Amplifier bezeichnet) einen Verstärkungsfaktor
eines Oszillatorausgangs, der den Antriebstrom konstant macht, aufgrund
einer merklichen Änderung
der elektrischen Eigenschaft des Ultraschallvibrators abnormal erhöht.
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In
der obigen Veröffentlichung
wird jedoch nur die Beschränkung
eines oberen Grenzwertes des Verstärkungsfaktors des VCA beschrieben,
es wird jedoch kein geeigneterer Bereich festgelegt, der es möglich macht,
eine Konstantstromsteuerung und eine PLL-Steuerung dadurch zu ermöglichen,
daß sowohl
merkliches Ansteigen als auch merklicher Abfall der Impedanz des
Ultrschallvibrators in Betracht gezogen werden.
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Aus
der US-A-4 965 532 ist eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung bekannt,
welche einen Ultraschallvibrator, einen Antriebssignalzufuhrabschnitt zum
Zuführen
eines Antriebssignals für
einen Betrieb des Ultraschallvibrators, einen Phasendifferenz-Erkennungsabschnitt,
welcher eine Phasendifferenz zwischen der Phase der Spannung des
Antriebssignals und einer Phase eines Signals erfaßt, das
eine Schwingungsphase des Ultraschallvibrators darstellt, und einen
Abschnitt zum Durchführen
einer Wobbelsteuerbetriebsart aufweist, bei welcher ein an einen Phasenkomparator
angelegtes Referenzsignal derart erhöht wird, daß die Frequenz des Antriebssignals erhöht wird,
bis das Antriebssignal mit der Schwingungsphase des Ultraschallvibrators
phasenverriegelt ist, wobei eine Funktion einer Resonanznachführung realisiert
wird.
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Aus
der DE-A-28 21 361 ist ein Ultraschallvibrator mit einer Funktion
einer Resonanznachführung
bekannt, die einen automatischen Steuervorgang beinhaltet, der die
Amplitude einer Schwingung erfaßt
und den Ultraschallvibrator stoppt, wenn sich die Schwingung außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs befindet.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme gemacht
und vor allem daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Ultraschall-Betriebsvorrichtung
zu schaffen, bei der ein Ultraschallvibrator und eine Sonde nur
in einem Bereich vibriert werden, der eine Konstantstromsteuerung und
eine PLL-Steuerung ermöglicht,
um somit stets eine stabilisierte Leistung sicherzustellen und um
die Sicherheit der Vorrichtung zu verbessern. Weiterhin ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zu schaffen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 bzw.
11 angegebenen Merkmale, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung zum Inhalt haben.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung,
wobei diese Ausführungsformen
als rein illustrativ und nicht einschränkend zu verstehen sind.
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Es
zeigt:
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1 schematisch
den Gesamtaufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung;
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2 schematisch
ein Detail des Leistungsverstärkungsschaltkreises 7 aus 1;
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3 schematisch
den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 schematisch
ein Detail aus einer Bestimmungsvorrichtung 21 in 3;
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5 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
einer Beziehung zwischen der Eingangsspannung und einem Setzwert
zur Verwendung in der Bestimmung, ob die Referenzspannungen 23a und 23b und
die Größe |I| einer
Stromkomponente in einer bestimmten Beziehung sind oder nicht;
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6A und 6B graphische
Darstellungen zur Erläuterung
einer anderen Beziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Setzwert;
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7 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie OUTPUT A, OUTPUT B und OUTPUT C sich gegenüber der Größe |I| von Stromkomponenten ändern, welche
in Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b eingegeben
werden;
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8 eine
schematische Darstellung eines Beispiels einer Anordnung, bei der
eine Stopvorrichtung 12 zwischen einem Stromdetektor 32 und
einen Ausgangstransformator 8 angeordnet ist;
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9 schematisch
den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10A bis 10C Diagramme
zur Erläuterungen
der Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform;
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11 zeigt
schematisch den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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12 ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise der dritten Ausführungsform;
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13 schematisch
den Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung der
Arbeitsweise der vierten Ausführungsform;
und
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15 schematisch
den Aufbau einer Bestimmungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
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1 zeigt
schematisch den allgemeinen Aufbau einer Ultraschall-Betriebsvorrichtung.
Hierbei ist eine Ultraschallantriebseinheit 1 mit einem
Handstück 2 verbunden,
das einen Ultraschallvibrator 3 enthält, der bei Empfang einer Antriebsenergie
von der Ultraschallantriebseinheit 1 vibriert, wobei ein Schalter
vorhanden ist, um zu bestimmen, ob eine Antriebsenergie dem Handstück 2 zugeführt wird oder
nicht; ein Beispiel eines derartigen Schalters ist ein Fußschalter 5.
Eine Sonde 4, welche ein distales Behandlungsende hat,
ist entfernbar an dem Handstück 2 angeordnet.
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Die
Ultraschallantriebseinheit 1 weist im wesentlichen den
folgenden inneren Aufbau auf: ein Oszillatorschaltkreis 6 dient
als Oszillatorkreis zur Erzeugung eines Treibersignals, um eine
Resonanzfrequenz dem Ultraschallvibrator 3 hinzuzuführen, wobei
dieser Oszillatorschaltkreis eine Oszillationsfrequenz erzeugt,
welche eine Ultraschallvibration bewirkt, beispielsweise Sinuswellen
mit 20-60 kHz. Dieser Oszillatorschaltkreis 6 kann einen
Frequenzsteuerschaltkreis auf der Grundlage von PLL (phase locked
loop) oder dergleichen enthalten, um einen Resonanzpunkt des Ultraschallvibrators 3 abhängig von einer
Phasenbeziehung einer an dem Ultraschallvibrator 3 anliegenden
Spannung und einem hier hineinfließenden Strom zu überwachen.
Weiterhin ist ein Leistungsverstärkungsschaltkreis 7 vorgesehen,
um das Oszillationsfrequenzsignal von dem Oszillatorschaltkreis 6 zu
verstärken.
Der Leistungsverstärkungsschaltkreis 7 bildet
einen Antriebsenergie-Zufuhrabschnitt mit dem Oszillatorschaltkreis 6,
verstärkt
ein in dem Oszillatorschaltkreis 6 erzeugtes Sinuswellensignal
und liefert eine Antriebsenergie an den Ultraschallvibrator 3 über einen
Ausgangstransformator 8 isoliert.
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Weiterhin
sind ein Steuerschaltkreis 9 zur Steuerung der Arbeitsweise
eines jeden Schaltkreises und ein Energieversorgungsschaltkreis 10 zur Zufur
von Energie oder elektrische Leistung an jeden Schaltkreis vorhanden.
Der Energieversorgungsschaltkreis 10 erhält seine
Energie von einer üblichen Netzversorgung über einen
Stecker 20. Ein Setzabschnitt 24 (Wahlvorrichtung)
zum Festsetzen eines Stromkomponentenverhältnisses (nachfolgend als Setzwert
bezeichnet) einer Antriebsenergie für den Ultraschallvibrator 3 ist
weiterhin vorhanden und dieser Setzwert wird dem Steuerschaltkreis 9 übertragen.
Mit dem Steuerschaltkreis 9 ist ein Anzeigeabschnitt 17 zur
Anzeige des im Setzabschnitt 24 ausgewählten Setzwertes und/oder weiteren
Informationen, sowie ein Lautsprecher 18 verbunden, um
entsprechende Meldesignale auszugeben.
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2 zeigt
schematisch den Aufbau des Leistungsverstärkungsschaltkreises 7 aus 1. Gemäß 2 weist
der Leistungsverstärkungsschaltkreis 7 im
wesentlichen einen Stromdetektor 11, einen Differenzverstärker 13,
einen VCA 14 (spannungsgesteuerter Verstärker), der
ein Multiplizierer ist und einen Leistungsverstärker 15 auf.
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Ein
von dem Oszillatorschaltkreis 6 übertragenes Oszillationsfrequenzsignal
wird über
den VCA 14 dem Leistungsverstärker 15 eingegeben
und über den
Ausgangstransformator 8 an das Handstück 2 geführt. Zwischen
dem Ausgangstransformator 8 und dem Leistungsverstärker 15 ist
der Stromdetektor 11 angeordnet und der Stromdetektor erfaßt eine
Stromkomponente I eines Antriebsenergieausganges vom Leistungsverstärker 15 und
richtet diese gleich und gibt dann die Stormkomponente mit einer
Größe |I| an
einen Eingang des Differenzverstärkers 13.
Weiterhin wird der in dem Setz- oder Wahlabschnitt 24 gewählte Setzwert
von dem Steuerabschnitt 9 verarbeitet, um eine Referenzspannung
Vs zu erzeugen und diese Referenzspannung Vs wird dem anderen Eingang
des Differenzverstärkers 13 eingegeben.
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Der
Differenzverstärker 13 führt eine
Differenzverstärkung
durch, um die erwähnten
beiden Eingangswerte miteinander gleich zu machen und koppelt diese Änderungsrate
an den VCA 14 zurück. Der
VCA 14 multipliziert ein Rückkopplungssignal mit einem
Oszillationsfrequenzsignal von dem Oszillatorschaltkreis 6 und
gibt dieses Ergebnis an den Leistungsverstärker 15 aus.
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Da
der Verstärkungsfaktor
des Leistungsverstärkers 15 durch
eine derartige Rückkoppelungsschleife
gesteuert wird, kann eine Antriebsenergie mit einer Konstantstromkomponente
an das Handstück 2 geliefert
werden.
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3 zeigt
schematisch den Aufbau der Ultraschall-Betriebsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich
zu der Anordnung oder dem Aufbau von 1 ist ein
zweiter Stromdetektor 32 zum Erfassen einer Antriebsenergie
zwischen dem Stromdetektor 11 und dem Ausgangstransformator 8 angeordnet und
eine Stoppvorrichtung oder ein Stoppabschnitt 12 ist zwischen
dem Differenzverstärker 13 und
dem Steuerschaltkreis 9 angeordnet. Zwischen dem Stromdetektor 32 und
der Stopvorrichtung 12 ist eine Bestimmungsvorrichtung
oder ein Bestimmungsabschnitt 21 vorhanden. Die Bestimmungsvorrichtung 21 ist
mit dem Steuerschaltkreis 9 verbunden.
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Bei
diesem Aufbau entnimmt der Stromdetektor 32 eine Größe |I| einer
Stromkomponente ähnlich
wie der Stromdetektor 11 aus der Antriebsenergie. Die Größe |I| der
von dem Stromdetektor 32 entnommenen Stromkomponente wird
der Bestimmungsvorrichtung 21 eingegeben. Die Stopvorrichtung 12 arbeitet
dahingehend, die Referenzspannung Vs, welche dem Referenzverstärker 13 vom Steuerschaltkreis 9 eingegeben wird,
abhängig
von einem Bestimmungsergebnis der Bestimmungsvorrichtung 21 zu
unterbrechen.
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4 zeigt
den Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 21 von 3 im
Detail. Gemäß 4 weist
die Bestimmungvorrichtung 21 einen Spannungswandlerabschnitt 26 zum
Wandeln der Referenzspannung Vs des Steuerschaltkreises 9,
einen Bereichsvergleichabschnitt 33 mit einem Paar von Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b und
einen AND-Schaltkreis 34 zum Empfang der Ausgänge von den
Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b und zur logischen
und-Verknüpfung
dieser Signale auf. Hierbei wird die Größe |I| der Stromkomponente
jedem von ersten Eingangsanschlüssen
der Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b von dem
Stromdetektor 32 eingegeben und ein Ausgang des Spannungswandlerabschnittes 26 wird
jedem der zweiten Eingangsanschlüsse
eingegeben.
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Bei
diesem Aufbau kann die Referenzspannung Vs, welche vom Steuerschaltkreis 9 dem
Spannungswandlerabschnitt 26 zugeführt wird, abhängig von
dem Auswahlvorgang im Setzabschnitt 24 geändert werden.
Der Spannungswandlerabschnitt 26 verstärkt die Referenzspannung Vs
vom Steuerschaltkreis 9 auf der Grundlage einer bestimmten Proportionalitätsbeziehung
und gibt Referenzspannungen 23a und 23b an die
zweiten Eingangsanschlüsse
der Vergleichsvorrichtung 33a und 33b. Die voranstehende
Größe |I| der
Stromkomponente vom Stromdetektor 32 wird den ersten Eingangsanschlüssen eingegeben.
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Wenn
die Antriebsenergie dem Handstück 2 abhängig von
einem durch den Setzabschnitt 24 bestimmten Setzwert zugeführt wird,
läßt sich
eine Beziehung zwischen der Größe |I| der
vom Stromdetektor 32 entnommenen Stromkomponente und den
Referenzspannungen 23a und 23b durch die nachfolgende
Formel (2) ausdrücken: 23a ≥ |I| ≥ 23b (2)
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Um
zu bestimmen, ob diese Beziehung erfüllt ist oder nicht, kann eine
Beziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Setzwert gemäß 5 verwendet
werden. Alternativ dazu kann eine Beziehung gemäß 6A oder 6B verwendet
werden.
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Es
sei hier angenommen, daß die
Bestimmungergebnisse der Vergleichsvorrichtung 33a und 33b OUTPUT
A und OUTPUT B sind und ein Ergebnis der logischen und-Verknüpfung dieser
beiden Bestimmungsergebnisse durch den AND-Schaltkreis 34 ist
OUTPUT C. 7 zeigt, wie sich OUTPUT A, OUTPUT
B und OUTPUT C gegenüber
der Größe |I| der
Stromkomponente, welche den Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b eingegeben
wird, ändern.
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Wenn
die Größe |I| der
Stromkomponente der Antriebsenergie an das Handstück 2 sehr
hoch wird, so daß sich
|I| > 23a ergibt,
wird OUTPUT A zu "L" (logisch niedrig),
so daß OUTPUT
C ebenfalls "L" wird. Wenn die Größe |I| der
Stromkomponente einer dem Handstück 2 zugeführten Antriebsenergie
sehr klein wird, so daß sich
die Beziehung |I| < 23b ergibt, wird
OUTPUT B "L", so daß OUTPUT
C ebenfalls "L" wird.
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Im
Ergebnis wird nur dann OUTPUT C zu "H" (logisch
hoch), wenn die Größe |I| der
Stromkompnente die Bedingung 23a ≥ |I| ≥ 23b erfüllt. Wenn
daher OUTPUT C auf "L" liegt, das heißt, wenn
die Größe |I| der
Stromkomponente überhoch
oder besonders klein wird, wird ein Antriebsstopsignal an die Stopvorrichtung 2 übertragen,
um die Referenzspannung Vs zu unterbrechen, so daß die Zufuhr
der Antriebsenergie an den Ausgangstransformator 8 unterbrochen
wird.
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Selbst
wenn die Stopvorrichtung 12 zwischen dem Stromdetektor 32 und
dem Ausgangstransformator 8 angeordnet ist, wie in 8 gezeigt, läßt sich
der gleiche Effekt erhal ten. In 8 dient der
Stromdetektor 32 gleichzeitig als Stromdetektor 11.
Obgleich hier nicht gezeigt, erübrigt
sich zu sagen, daß der
gleiche Effekt auch dann erhalten wird, wenn die Stopvorrichtung 12 an
irgendeiner Stelle zwischen dem Oszillatorschaltkreis 6,
dem VCA 14, dem Leistungsverstärker 15 und dem Stromdetektor 11 angeordnet
ist. Wenn ein Pfad vom Ausgangstransformator 8 zu dem Vibrator 3 in
dem Handstück 2 unterbrochen
wird, so daß keine
Antriebsenergie zugeliefert werden kann, läßt sich ebenfalls – obgleich
hier nicht gezeigt – der
gleiche Effekt erhalten, da dann die Größe |I| der Stromkomponente
sehr klein wird.
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Wie
oben beschrieben ist bei der ersten Ausführungsform der Erkennungs-
oder Detektorabschnitt zum Erkennen der Größe |I| der Stromkomponente
einer Antriebsenergie im Ultraschallvibrator vorhanden, um zu bestimmen,
ob ein Erkennungsergebnis in einem konstanten Bereich relativ zu
einem bestimmten Setzwert vorhanden ist oder nicht und wenn er nicht
innerhalb eines derartigen Bereiches liegt, wird dann die Zufuhr
einer Antriebsenergie an das Handstück 2 unterbrochen.
Im Ergebnis wird, selbst wenn sich die elektrische Eigenschaft des
Ultraschallvibrators wesentlich ändert,
so daß die Stromkomponente
der Antriebsenergie des Ultraschallvibrators sich auf abnorme Art
und Weise ändert,
dise abnorme Stromkomponente dem Ultraschallvibrator nicht zugeführt. Von
daher wird die Stromkomponente der Antriebsenergie während der Zufuhr
der Antriebsenergie in einem konstanten Bereich beschränkt, so
daß hohe
Betriebssicherheit sichergestellt ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 9, 10A, 10B und 10C wird
nachfolgend eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform
verwendet einen anderen Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 21 aus
der ersten Ausführungsform.
Gemäß 9 weist
die Bestimmungsvorrichtung 21 bei der zweiten Ausführungsform
den Be reichsvergleichabschnitt 33 und einen Timer oder
Zeitgeber 35 auf. Der Timer 35 besteht beispielsweise
aus einem Zeitgeberrelais und wird nur dann eingeschaltet, wenn
ein logisch hohes Signal von dem Bereichsvergleichsabschnitt 33 länger als
eine Sekunde eingegeben wird (vergleiche 10A und 10B). Selbst wenn somit OUTPUT C des Bereichsvergleichsabschnittes 33 logisch hoch
wird, verbleibt das Zeitgeberrelais abgeschaltet, wenn dieses logisch
hohe Signal weniger als eine Sekunde anliegt. Wenn der logische
Signalwert "H" von OUTPUT C eine
Sekunde übersteigt,
wird der Zeitgeberrelaiskontakt eingeschaltet und entsprechend wird
gemäß 10C ein Schalter der Stopvorrichtung 12 geöffnet, wodurch
die Zufuhr der Referenzspannung Vs an den Referenzverstärker 13 unterbrochen
wird.
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Gemäß obiger
Beschreibung ist bei der zweiten Ausführungsform ein Erkennungsabschnitt
zum Erkennen der Stromkomponente der Antriebsenergie für den Ultraschallvibrator
vorhanden und weiterhin wird hiermit bestimmt, ob ein Erkennungsergebnis
in einem bestimmten Bereich relativ zu einem bestimmten Setzwert
liegt oder nicht und ein Überwachungsabschnitt
zum Überwachen
einer Kontinuität
dieses Wertes innerhalb eines bestimmten Zeitablaufes ist vorhanden.
Von daher kann eine Fehlfunktion aufgrund von elektrischem Rauschen
oder derergleichen verhindert werden und der ersten Ausführungsform
hinzugefügt
werden, so daß die
Sicherheit weiter verbessert werden kann.
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Eine
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
Die dritte Ausführungsform zeigt
einen anderen Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 21 aus
der ersten Ausführungsform.
Gemäß 11 weist
die Bestimmungsvorrichtung 21 einen analog/digital-Wandler
(A/D) 28 zum Wandeln der Größe |I| der Stronkomponente
in digitale Signale, einen A/D-Wandler 30 zum Wandeln der
Referenzspannung Vs vom Steuerschaltkreis 9 in digitale
Signale, eine zentrale Recheneinheit CPU 29 zur Durchführung digitaler
Abläufe
auf der Grundlage der digitalen Signale von den beiden A/D-Wandlern 28 und 30 und
einen Speicher 31 auf, der ein Programm und Daten schreibbar
enthält,
welche für
arithmetische Rechenvorgänge
der CPU 29 notwendig sind.
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12 ist
ein Flußdiagramm
zur Erläuterung der
Arbeitsweise beim Bestimmungsvorgang mittels der CPU 29 für die Größe |I| der
Stromkomponente. Zuerst wandelt der A/D-Wandler 30 die Referenzspannung
Vs vom Steuerschaltkreis 9 in digitale Signale um (Schritt
S1) und der A/D-Wandler 28 wandelt die Größe |I| der
Stromkomponente vom Stromdetektor 32 in digitale Signale
um (Schritt S2). Nachfolgend werden obere und untere Grenzdaten
eines Schwellenwertes zur Bestimmung von Daten im Speicher 31 bezüglich der
Referenzspannung Vs im Schritt S3 gelesen. Durch Vergleichen der
oberen und unteren Grenzwerte des Schwellenwertes mit der Größe |I| der
Stromkomponente wird in den Schritten S4 und S5 bestimmt, ob |I|
in einem Bereich vorhanden ist, der durch die oberen und unteren
Grenzwerte des Schwellenwertes bestimmt ist oder nicht. Wenn die Größe |I| in
dem erwähnten
Bereich nicht vorhanden ist, wird die Stopvorrichtung 12 geöffnet, um
die Referenzspannung Vs nicht mehr an den Referenzverstärker zu
liefern (Schritt S6).
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Bei
der dritten Ausführungsform
wird gemäß obiger
Beschreibung der Erkennungsabschnitt zum Erkennen der Stromkomponente
der Antriebsenergie für
den Ultraschallvibrator vorgesehen, sowie ein Abschnitt zum Bestimmen,
ob ein Erkennungsergebnis in einem bestimmten Bereich relativ zu
einem gewünschten
Setzwert liegt oder nicht wird durch die digitale arithmetische
Recheneinheit CPU gebildet. Zusätzlich
zum Effekt der ersten Ausführungsform
ist damit ein Schwellenwert, in welchem der Setzwert der Antriebsenergie
schwanken kann, leicht zu ändern,
wobei gleichzeitig eine Vergrößerung oder
Ausdehnung verhindert werden kann.
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Eine
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben.
In der vierten Ausführungsform
ist anstelle des Stromdetektors 32 der ersten Ausführungsform
ein Spannungsdetektor 25 vorhanden.
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Wie
oben beschrieben wird, wenn die Antriebsenergie von dem Leistungsverstärker 15 auf dem
höchsten
Spannungswert oder dem niedrigsten Spannungswert ist, bei welchem
die PLL-Steuerung noch möglich
ist, dann die Antriebsenergie nicht an das Handstück 2 gemäß dem Setzwert
vom Setzabschnitt 24 zugeführt. Die vierte Ausführungsform schlägt eine
Gegenmaßnahme
für einen
derartigen Zustand vor.
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14 ist
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
eines Bestimmungsvorganges der Bestimmungsvorrichtung 21 für die Größe |V| der
Spannungskomponente.
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Zunächst wird
die Größe |V| einer
Spannungskomponente der Antriebsenergie von dem Spannungsdetektor 25 im
Schritt S19 eingegeben. Danach wird im Schritt S11 und S12 bestimmt,
ob die Größe |V| der
Stromkomponente der maximale Wert |V| oder der minimale Wert |V|
ist oder nicht. Wenn es der maximale Wert oder der minimale Wert
ist, wird eine Zufuhr der Referenzspannung Vs an den Differenzverstärker 13 durch
die Stoppvorrichtung 12 unterbrochen.
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Bei
der vierten Ausführungsform
gemäß obiger
Beschreibung ist ein Erkennungsabschnitt zum Erkennen der Spannungskomponente
der Antriebsenergie für
den Ultraschallvibrator vorgesehen, um zu bestimmen, ob die abhängig vom
Setzwert zugeführte
Antriebsenergie der maximale Wert oder minimale Wert ist oder nicht.
Somit läßt sich
mit einer gegenüber
der ersten Ausführungsform
noch vereinfachten Anordnung der gleiche Effekt erzielen.
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Obgleich
die jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen so ausgebaut sind,
daß die
Referenzspannung Vs durch den Setzabschnitt 24 beliebig
geändert
werden kann, kann diese Referenzspannung Vs auch fest sein.
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15 zeigt
eine fünfte
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung in Form einer Bestimmungsvorrichtung 21,
bei der die Referenzspannung Vs festgelegt ist. Die Bestimmungsvorrichtung 21 weist
Spannungsteiler 16a, 16b und 16c auf,
welche jeweils aus einem Widerstand gebildet sind, sowie den Bereichsvergleichsabschnitt 33 mit
dem Paar von Vergleichsvorrichtung 33a und 33b und
den AND-Schaltkreis 34. Die durch Spannungsteilung erhaltenen
Referenzspannungen 23a(V) und 23b(V), welche durch
die Widerstandswerte der Spannungsteiler 16a bis 16c erhalten
wurden, werden den Vergleichsvorrichtungen 33a und 33b eingegeben.
Diese Referenzspannungen 23a(V) und 23b(V) entsprechen
der oben erwähnten
Referenzspannung Vs.
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Mit
einem derartigen Aufbau kann der gleiche Effekt wie bei der ersten
Ausführungsform
erhalten werden. Obgleich die fünfte
Ausführungsform nicht
in der Lage ist, den Setzwert zu ändern, ist die Funktion des
Wandelns des Setzabschnittes 24 und des Setzwertes in die
Referenzspannung Vs nicht notwendig.
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Beschrieben
wurde somit eine Ultraschall-Betriebsvorrichtung. Diese weist einen
Ultraschallvibrator, einen Oszillatorschaltkreis und einen Leistungsverstärker auf,
welche als Antriebsenergiezufuhrabschnitt zum Zuführen einer
Antriebsenergie an den Ultraschallvibrator zu dessen Betrieb bilden. Ein
Stromdetektor erkennt eine dem Ultraschallvibrator zugeführte Antriebsenergie.
Eine Bestimmungsvorrichtung bestimmt, ob der Ultraschallvibrator
normal arbeitet oder nicht, was davon abhängt, ob die Stromkomponente
der von dem Stromdetektor erfaßten
Antriebsenergie in einem bestimmten Bereich liegt oder nicht. Wenn
be stimmt wird, daß der
Ultraschallvibrator nicht normal angetrieben wird, unterbricht eine
Stoppvorrichtung eine Zufuhr der Antriebsenergie an den Ultraschallvibrator.
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Gemäß obiger
Beschreibung wird bei der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn
die Stromkomponente der Antriebsenergie sich für den Ultraschallvibrator abnormal ändert, diese
abnormale Stromkomponente dem Ultraschallvibrator nicht zugeführt, von
daher wird die Stromkomponente der Antriebsenergie auf einen bestimmten
Bereich während
der Zufuhr der Antriebsenergie eingeschränkt.
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Von
daher ist es möglich,
wirksam zu verhindern, daß das
Antriebsschaltkreissystem und der Ultraschallvibrator durch Anlegen
eines Stromes beschädigt
werden, der größer als
die jeweiligen Widerstandseigenschaften ist und weiterhin läßt sich
die Sicherheit für
einen Gegenstand und den Organismus erheblich verbessern und die
gewünschte
medizinische Behandlung kann sicher erfolgen.