本申請總體上涉及超聲驅(qū)動手術(shù)手持件。更具體地，本發(fā)明涉及具有多個振動模式的超聲驅(qū)動手持件和驅(qū)動手持件因此端部頭部經(jīng)歷非線性振動的方法。

背景技術(shù)：

超聲手術(shù)儀器是用于執(zhí)行某些醫(yī)學和手術(shù)流程的有用的手術(shù)儀器。通常，超聲手術(shù)工具包括包含至少一個壓電驅(qū)動器的手持件。端部被機械地耦合到驅(qū)動器并且從在其中驅(qū)動器被設(shè)置的外殼或殼體向前延伸。端部具有頭部。頭部提供有被定尺寸為完成特定醫(yī)學/手術(shù)任務(wù)的特征(常常為齒)。超聲工具系統(tǒng)還包括控制臺?？刂婆_向驅(qū)動器供應(yīng)ac驅(qū)動信號。在將驅(qū)動信號應(yīng)用到驅(qū)動器后，驅(qū)動器循環(huán)地擴張和收縮。驅(qū)動器的擴張/收縮引起端部(并且更具體地，端部的頭部)中的相似移動。當端部這樣移動時，端部被認為是振動的。對著組織應(yīng)用端部的振動頭部以執(zhí)行特定手術(shù)或醫(yī)學任務(wù)。例如，對著硬組織應(yīng)用一些端部頭部。硬組織的一個形式是骨骼。當該類型的端部頭部振動時，端部齒的來回振動拉鋸、移除附近的硬組織。另外的端部頭部被設(shè)計為對著軟組織放置。一些超聲工具還通過引起組織和周圍流體中的氣穴現(xiàn)象而移除組織。氣穴現(xiàn)象作為端部頭部來回移動的結(jié)果而發(fā)生。具體地，作為這些振動的結(jié)果，小空隙、腔形成在組織和周圍流體中。這些腔是非常低壓力的小區(qū)。壓差在形成組織的細胞與這些腔之間形成。由于該壓差的相對大的幅度，因而細胞壁破裂。這些細胞壁的破裂移除、消融形成組織的細胞。

超聲端部的頭部常常是相對小的。一些頭部具有小于1.0cm的直徑。超聲工具基本上僅移除在頭部被應(yīng)用之處附近的組織。由于其頭部的相對小的表面積，因而超聲手持件已經(jīng)證明是用于精確地移除硬組織和軟組織兩者的有用的工具。

大多數(shù)端部被設(shè)計使得當驅(qū)動信號被應(yīng)用時，端部頭部在單個模式中振動。此處，振動模式被理解為是端部頭部行進沿著行進的行進路徑。大部分端部被設(shè)計為線性地振動。這意指頭部沿著基本上與沿著端部的近到遠縱軸一致的軸來回地移動。一些端部被設(shè)計使得其頭部在振動時進行扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)振動。這意指該頭部當被激勵為振動時圍繞端部縱軸旋轉(zhuǎn)。另外的端部被設(shè)計為折曲的。這意指當端部被激勵時，端部的縱軸來回地彎曲。端部頭部隨著端部的彎曲、折曲而移動。

當端部頭部僅縱向振動時，可能出現(xiàn)問題。這是因為該類型的端部頭部移動頻繁地引起沿著端部軸的組織中的氣穴現(xiàn)象。當端部被用于移除在不應(yīng)當經(jīng)歷移除的軟組織附近的硬組織、骨骼時，這可能是問題。不應(yīng)當移除的軟組織的類型包括血管和為神經(jīng)系統(tǒng)的一部分的組織兩者。問題由于氣穴現(xiàn)象能夠?qū)е略撥浗M織的不需要的移除而發(fā)生。

引起該不需要的氣穴現(xiàn)象的端部現(xiàn)在是可用的。這些端部被設(shè)計為在兩個模式中振動。端部縱向地振動。端部還圍繞端部軸的縱軸扭轉(zhuǎn)地振動。一個這樣的端部是從kalamazoo,michigan的申請人stryker公司購得的longmicroclaw端部。在美國專利no.6955680,couplingvibrationultrasonichandpiece中公開了該端部的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容通過引用明確地并入。

當驅(qū)動信號被應(yīng)用到能夠在不同的模式中振動的端部時，端部頭部經(jīng)歷移動，即振動位移的和。能夠在被驅(qū)動時同時進行縱向和扭轉(zhuǎn)振動的端部的頭部同時地縱向地并且旋轉(zhuǎn)地振蕩。圖1描繪了端部頭部上的點處的該移動。作為這些同時振動的結(jié)果，端部頭部上的點沿著螺旋的部分來回地移動。該運動因此近端和遠端地沿著頭部的縱軸并且旋轉(zhuǎn)地圍繞縱軸。

這樣將端部振動的優(yōu)點在于，端部軸縱向地振動的程度被降低。這導(dǎo)致鄰近軸的組織的不需要的移除中的相似的降低。

盡管以上超聲工具系統(tǒng)是有用的，但是其并不是沒有一些缺點。一個缺點在于，為了該系統(tǒng)運行，振動的兩個模式必須在相同頻率處發(fā)生。這需要端部特別地被設(shè)計為在該模式中振動。這將端部約束到特定尺寸和形狀。這可以使提供能夠被應(yīng)用到部位以便執(zhí)行特定組織移除流程的端部困難。此外，必須針對該需要設(shè)計端部能夠使端部生產(chǎn)相對昂貴。

此外，當端部頭部經(jīng)歷該類型的移動時，端部頭部上的個體齒在螺旋的部分上來回地移動。該移動在通常地在長度上小于300微米的軌道上。實際上，單個齒的移動沿著與端部軸的縱軸對角的線。當個體齒切割到骨骼中時，齒形成與該軸對角的槽。槽中的齒的來回移動對著禁止頭部的移動的端部而不是沿著槽的方向放置阻力。該阻力可以是可預(yù)見的，因為每個齒在其自身的槽中行進。這禁止操作者在期望的方向上操縱、定位端部的能力。

此外，作為任何切割操作的結(jié)果，切割材料在執(zhí)行切割的工具附近形成碎片。這適于當超聲手術(shù)工具被用于移除組織時的情況。當超聲手術(shù)工具的齒在行進的線性路徑中來回地移動時，碎片趨向于在齒之間累積。這些碎片的累積不利地影響齒埋入和移除組織的能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種新并且有用的超聲手術(shù)工具系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)包括端部，其在振動時在多個模式中操作。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括驅(qū)動系統(tǒng)，其向所述端部應(yīng)用驅(qū)動信號，其使得端部頭部在振動時沿著非線性的行進路徑移動。

本發(fā)明的系統(tǒng)通常包括能夠提供累積驅(qū)動信號的驅(qū)動系統(tǒng)。該累積驅(qū)動信號是多個不同的分量的和。通常，所述驅(qū)動信號具有針對端部的每個振動模式的一個分量。在本發(fā)明的許多版本中，每個分量具有頻率特性。所述頻率特性是在端部的特定振動模式的目標頻率處或附近的頻率。此處，振動模式可以是單個平面、縱向、扭轉(zhuǎn)或彎曲的所述端部的振動。通常，所述的振動模式的頻率特性是彼此不同的。備選地，所述振動模式可以用于在平面的兩個或兩個以上中同時地發(fā)生的振動。此處，所述目標頻率是包括針對所述端部要振動的頻率的特定范圍的頻率的范圍內(nèi)的所述端部的諧振和反諧振頻率和其間的的頻率。

本發(fā)明的另一特征是改變所述驅(qū)動信號的每個分量的特性、頻率和電壓。由于在所述超聲工具的使用期間所述端部頭部經(jīng)歷電阻、機械加載，因而這些特性被改變。該加載改變所述手持件的所述機械部件的等效阻抗。所述手持件的該特性中的改變響應(yīng)于所述驅(qū)動信號的應(yīng)用，而改變端部頭部如何移動、振動。為了確保所述端部頭部參與由所述操作者期望的運動，本發(fā)明的所述系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號。通過調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號的所述分量的特性來執(zhí)行該驅(qū)動信號調(diào)節(jié)。

附圖說明

本發(fā)明具體地在權(quán)利要求中指明。根據(jù)結(jié)合附圖采取的以下詳細描述，還理解了本發(fā)明的以上和其他特征和益處，其中：

圖1描繪了當使用現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)致動時的端部頭部的振動移動；

圖2描繪了包括本發(fā)明的特征的超聲工具系統(tǒng)的基本部件；

圖3是系統(tǒng)的工具、手持件、端部和套筒的機械部件的圖解和分解描繪；

圖4是描繪手持件和端部的電學部件和這些部件如何被連接到控制臺的框圖；

圖5描繪了存儲在手持件內(nèi)部的存儲器中的數(shù)據(jù)的類型；

圖6描繪了存儲在與工具端部集成的存儲器中的數(shù)據(jù)的類型；

圖7是本發(fā)明的系統(tǒng)的控制臺和手持件部件的電學部件的框圖；

圖8描繪了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的應(yīng)用到手持件的驅(qū)動信號的波形；

圖9a和圖9b表示通過手持件的電流和手持件的不同的部件的阻抗；

圖10a-10d當被組裝在一起時形成本發(fā)明的系統(tǒng)的操作的流程圖；并且

圖11表示根據(jù)本發(fā)明的當端部被致動時的超聲端部的頭部上的單個點的移動。

具體實施方式

i.系統(tǒng)概述和硬件

現(xiàn)在總體上通過參考圖2和圖3描述包括本發(fā)明的特征的超聲工具系統(tǒng)30。系統(tǒng)30包括手持件32。端部142被附接到手持件32并且從手持件32向前遠端地延伸。(“遠端地”被理解為意指遠離操作者、朝向手持件被應(yīng)用到的部位。“近端地”被理解為意指朝向保持手持件的操作者、遠離手持件被應(yīng)用到的部位)。端部142是被應(yīng)用到組織以執(zhí)行期望的醫(yī)學/手術(shù)流程的系統(tǒng)30的部件。系統(tǒng)30還包括控制臺240。控制臺240發(fā)起應(yīng)用到手持件32的驅(qū)動信號。響應(yīng)于驅(qū)動信號的應(yīng)用，手持件32使得端部142振動。

手持件32包括主體或殼體34，僅在圖2中看到。從圖3和圖4可以看出，一個或多個振動壓電驅(qū)動器36(示出四個)被布置在殼體34內(nèi)。每個驅(qū)動器36由當電流被應(yīng)用到驅(qū)動器時經(jīng)歷瞬間擴張或收縮的材料形成。這些擴張/收縮在驅(qū)動器36的縱軸(在驅(qū)動器的近端和遠端引導(dǎo)面之間延伸的軸)上。導(dǎo)線38的對遠離每個驅(qū)動器36延伸。導(dǎo)線38被附接到驅(qū)動器的相對近端和遠端引導(dǎo)面。許多但并非全部手持件32包括圓盤形的驅(qū)動器36。驅(qū)動器36端部對端部被布置在堆疊中。導(dǎo)線38是在其上驅(qū)動信號被應(yīng)用到驅(qū)動器36的系統(tǒng)30的部件。絕緣盤40(示出的一個)被布置在鄰近驅(qū)動器之間。在圖2中，彼此分離示出驅(qū)動器36和絕緣盤40。這是為了便于圖示部件。實際上，驅(qū)動器36和絕緣盤40緊緊地鄰接。

桿44縱向地延伸通過驅(qū)動器36、導(dǎo)線38和絕緣盤。桿44延伸通過驅(qū)動器36、導(dǎo)線38和絕緣盤40并且沿著這些部件的共線的縱軸。未看到通過桿44延伸通過的驅(qū)動器36、導(dǎo)線38和絕緣盤內(nèi)部的膛。桿44對最近端定位的驅(qū)動器36和最遠端定位的驅(qū)動器兩者向外地投影。

近端質(zhì)量46被定位在最近端定位的驅(qū)動器36附近并且鄰接最近端定位的驅(qū)動器36的近端引導(dǎo)面。質(zhì)量46被附接到桿44的近端部分。如果桿44是螺紋的，則質(zhì)量36可以是螺母。

僅在圖3中看到，角狀物48從最遠端定位的驅(qū)動器36的遠端引導(dǎo)面向前延伸。角狀物48具有底座，其具有近似地等于驅(qū)動器36的直徑的直徑。從驅(qū)動器36向前遠端地延伸，角狀物48的直徑減小。桿44的暴露的遠端部分被粘附到角狀物48。在本發(fā)明的許多版本中，桿44和角狀物48是單件單元。對手持件32進行構(gòu)建，使得驅(qū)動器36和絕緣盤的堆疊在近端質(zhì)量36與角狀物48之間被壓縮。

還被設(shè)置在手持件殼體34中的是手持件存儲器56。存儲器56包含被用于調(diào)節(jié)手持件32和端部142的操作的數(shù)據(jù)。存儲器56可以采取eprom、eeprom或rfid標簽的形式。存儲器的結(jié)構(gòu)不是本發(fā)明的一部分。出于說明的目的，手持件存儲器56是rfid標簽。線圈54被示出為被連接到存儲器56。線圈54是與在其上控制臺240從手持件存儲器56讀取并且寫到手持件存儲器56的手持件相關(guān)聯(lián)的部件。

圖5圖示了存儲在手持件存儲器56中的數(shù)據(jù)的類型。如由字段62所表示的這些數(shù)據(jù)包括識別手持件32的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于驗證控制臺240能夠?qū)Ⅱ?qū)動信號應(yīng)用到手持件是有用的。字段62中的數(shù)據(jù)還可以指示關(guān)于呈現(xiàn)在控制臺顯示器278上的手持件的信息的類型。手持件存儲器56中的其他數(shù)據(jù)被用于調(diào)節(jié)對驅(qū)動器36的驅(qū)動信號的發(fā)起。盡管下面討論了這些數(shù)據(jù)的使用，但是現(xiàn)在描述數(shù)據(jù)的類型。字段64包含指示電容c0(驅(qū)動器36的堆疊的電容)的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^在組裝手持件34的過程期間的分析確定驅(qū)動器電容。驅(qū)動器的電容的和常常在500pf與5000pf之間。關(guān)于應(yīng)當被應(yīng)用到手持件36的最大電流(電流is^max)的數(shù)據(jù)被包含在字段66中。電流is^max常常小于1amp峰并且常常0.5amp峰或更小。字段68包含指示應(yīng)當流動通過下面所討論的手持件的機械部件的最大等效電流im^max的數(shù)據(jù)。電流im^max通常地是0.25amps峰或更小。驅(qū)動信號電壓vs^max的最大電勢被存儲在字段70中。電壓vs^max常常是1500伏特ac峰。

還存儲在手持件存儲器56中的是指示應(yīng)當被應(yīng)用到手持件32的驅(qū)動信號的最小和最大頻率的數(shù)據(jù)。存儲在字段72中的最小頻率通常是可以由控制臺發(fā)起的驅(qū)動信號的最小頻率。存儲在字段74中的驅(qū)動信號的最大頻率通常地在大于最小頻率的5khz與40khzhz之間。

字段76包含用于對由控制臺96輸出的控制信號進行濾波的系數(shù)。pid控制回路被用于建立針對這些信號中的每一個的最終水平。字段76包含針對這些控制回路中的每一個的系數(shù)。應(yīng)當理解，字段62、66、68、70、72、74和76中的數(shù)據(jù)(如字段64中的數(shù)據(jù)一樣)被存儲在手持件存儲器56中作為組裝手持件的過程的一部分。

手持件存儲器56還包含字段78作為使用歷史字段。在手持件32的使用期間，控制臺240將數(shù)據(jù)寫到字段128中從而提供手持件的操作的日志。

返回圖4，可以看到在手持件32的內(nèi)部還示出了兩個導(dǎo)體132。導(dǎo)體132從線圈54延伸到手持件的遠端。導(dǎo)體132被連接到還被設(shè)置在手持件32中的第二線圈(線圈134)。

端部142從手持件角狀物48向前延伸。端部142具有總體圓柱形軸144。在本發(fā)明的一些但并非所有版本中，軸144具有均具有不同的橫截面直徑的多個部分。在所圖示的本發(fā)明的版本中，端部軸144具有近端部分146。軸近端部分146形成有被設(shè)計為促進端部到手持件32的可移除耦合的耦合特征。在本發(fā)明的一個版本中，手持件耦合特征是從角狀物48向前延伸的凸臺49。凸臺49的外表面形成有螺紋(未圖示)。端部耦合特征是封閉端部膛145，其部分地通過軸近端部分145從軸144的近端向內(nèi)地延伸。膛145被提供有被設(shè)計為接合與手持件角狀物48集成的螺紋凸臺的螺紋(未圖示)。

在所描繪的本發(fā)明的版本中，軸144具有從軸近端部分146向前延伸的中間部分150。中間部分150具有小于近端部分146的直徑的直徑。所描繪的軸144具有遠端部分156。軸遠端部分156具有小于中間部分150的直徑的直徑。

頭部158是端部142的最遠端部分。頭部158緊接地被定位在軸近端部分156的前面。頭部158有時形成有齒或凹槽(未圖示)。端部頭部158是對著組織按壓以執(zhí)行期望的流程的系統(tǒng)30的一部分。對齒或凹槽進行設(shè)計，使得當頭部158移動時，齒或凹槽承擔組織。作為頭部的移動的結(jié)果，齒或凹槽移除組織。端部齒或凹槽的幾何形狀不是本發(fā)明的一部分。

通常，對手持件32進行設(shè)計，使得驅(qū)動器的來回移動引起端部142中的相似振動運動。這些是縱向振動，其中，運動是沿著端部的縱軸(并且更具體地，軸)來回的。本發(fā)明的端部還被提供有將被應(yīng)用到軸的近端的近端到遠端振動運動轉(zhuǎn)換為至少兩個不同類型的振動運動的特征。在所描繪的端部142中，這些特征是從軸中間部分150的外表面向內(nèi)延伸的螺旋形槽152。由于槽152的存在，因而將被應(yīng)用到軸近端部分的縱向運動分解為使得槽的端部前面的部分(除縱向地振動外)旋轉(zhuǎn)地振動。旋轉(zhuǎn)振動被理解為意指在圍繞軸144的縱軸延伸的弧上的軸和端部的振動。

還對集成到本發(fā)明的系統(tǒng)30中的端部142進行設(shè)計，使得振動模式的諧振頻率是不同的。這些諧振頻率常常彼此在200hz與2000hz之間間隔。

套筒170被設(shè)置在端部軸144周圍。套筒170由塑料形成。套筒的近端形成有促進套筒對手持件角狀物48的可釋放的耦合的特征。形成系統(tǒng)30的部件形成使得遠離端部軸144徑向地并且遠離端部頭部160縱向地間隔。更具體地，對部件進行定尺寸，使得在端部的正常振動期間，端部不鄰接套筒。

盡管不是本發(fā)明的一部分，但是可以看到套筒170常常形成有配件172。配件172被形成以接收沖洗線。在系統(tǒng)30的使用期間，沖洗流體常常流動到套筒170中。流體流動通過端部142與套筒170之間的間隙并且流出套筒的打開的遠端。手持件桿44和端部142形成有鄰接的膛(未圖示的膛)。在流程期間，通過這些孔提取吸力。吸力從端部頭部158被應(yīng)用到的部位提取沖洗流體以及夾帶在流體中的由流程所形成的碎片。吸力還朝向端部頭部158提取組織。該朝向端部頭部158提取組織增強由端部頭部造成的組織的切割。

被設(shè)置在套筒內(nèi)的是端部存儲器184，如圖3中的虛線矩形看到的。存儲器184被稱為端部存儲器，因為即使存儲器被布置在套筒170中，存儲器被用于控制端部142的操作。此外，端部142和套筒170通常一起被分布為單個封裝。端部142通常初始地首先被耦合到手持件32。在端部142就位之后，套筒170被適配到手持件。端部184通常是具有手持件存儲器56的相同類型的存儲器。因此，在所圖示的本發(fā)明的版本中，端部存儲器184是rfid標簽。嵌入套筒170中的僅在圖4中看到的線圈182被連接到端部存儲器172的輸入引腳。對形成系統(tǒng)30的部件進行構(gòu)建，使得當套筒170適配到手持件32時，手持件線圈134和線圈182能夠參與感應(yīng)信號交換。

圖6描繪了包含在端部存儲器184中的數(shù)據(jù)的類型。如由字段188所表示的，這些數(shù)據(jù)包括端部識別字段。字段188中的數(shù)據(jù)識別端部并且與識別手持件存儲器手持件識別字段112中的手持件的數(shù)據(jù)類似。在字段190中，存儲指示應(yīng)當穿過手持件的機械部件的最大等效電流im^max∑。下面解釋了該概念。字段191存儲指示針對驅(qū)動信號的第一分量的最大電勢vs^max1的數(shù)據(jù)。在字段192中，存儲指示應(yīng)當穿過驅(qū)動信號的分量的中的第一個處的機械部件的最大等效電流im^max1的數(shù)據(jù)。字段193存儲指示針對驅(qū)動信號的第二分量的最大電勢vs^max2的數(shù)據(jù)。字段194存儲指示應(yīng)當穿過驅(qū)動信號的分量中的第二個處的機械部件的最大等效電流im^max2的數(shù)據(jù)。字段196包含定義驅(qū)動信號的第一分量的最小頻率的數(shù)據(jù)。字段198包含定義驅(qū)動信號的第一分量的最大頻率的數(shù)據(jù)。字段202包含定義驅(qū)動信號的第一分量的第一目標頻率ωtrgt1的數(shù)據(jù)。字段204包含與針對驅(qū)動信號的第一分量的目標頻率相關(guān)聯(lián)使用的虛擬阻抗系數(shù)m1。

字段206包含定義驅(qū)動信號的第二分量的最小頻率的數(shù)據(jù)。字段208包含定義驅(qū)動信號的第二分量的最大頻率的數(shù)據(jù)。字段210包含定義驅(qū)動信號的第二分量的目標頻率ωtrgt2的數(shù)據(jù)。字段212包含與針對驅(qū)動信號的第二分量的目標頻率相關(guān)聯(lián)使用的虛擬阻抗系數(shù)m2。

pid系數(shù)字段216包含針對可以比手持件存儲器pid系數(shù)字段76中的數(shù)據(jù)更特定的端部的控制信號的濾波系數(shù)。端部存儲器184還包含端部使用歷史字段218。在系統(tǒng)30的操作期間，控制臺240將數(shù)據(jù)寫到關(guān)于端部142的使用的字段218。

現(xiàn)在關(guān)于圖2、圖4和圖7所描述的控制臺240向手持件32供應(yīng)導(dǎo)致端部142的振動的驅(qū)動信號。這些部件包括電源242。電源242輸出通常在1vdc與250vdc之間的恒定電壓信號。在本發(fā)明的許多版本中，由電源242輸出的電壓的最大電勢是150vdc或更少。由電源242產(chǎn)生的電壓被應(yīng)用到可變增益放大器244。控制信號(特別地，波形_設(shè)置(w_s)信號)被應(yīng)用到放大器244。波形_設(shè)置信號建立由放大器產(chǎn)生的信號的增益。在本發(fā)明的許多版本中，放大器244是能夠響應(yīng)于波形_設(shè)置信號而輸出ac信號的可變增益a類放大器。更特別地，放大器244能夠輸出具有10khz與100khz之間的頻率的信號。常常地，信號具有20khz的最小頻率。

來自放大器244的輸出信號被應(yīng)用到變壓器248的初級繞組254(也是控制臺240的一部分)。跨變壓器248的次級繞組258存在的電壓是應(yīng)用到手持件驅(qū)動器36的驅(qū)動信號。該電壓通常是1500伏特ac峰的最大值?？珧?qū)動器36應(yīng)用驅(qū)動信號。

變壓器248包括反饋線圈256?？绶答伨€圈256存在的電壓被應(yīng)用到電壓測量電路262?；诳绶答伨€圈256的信號，電路262產(chǎn)生表示電壓vs(被應(yīng)用到手持件32的驅(qū)動信號的電壓)的電勢和相位的信號。還被設(shè)置在控制臺72中的線圈264被定位在從變壓器次級繞組258延伸的導(dǎo)體之一附近?？缇€圈264的信號被應(yīng)用到電流測量電路266。電路266產(chǎn)生表示電流is(通過手持件的驅(qū)動信號的電流)的幅度和相位的信號。

跨變壓器次級繞組258存在的驅(qū)動信號存在于附接到與控制臺集成的插座(未圖示的插座)的兩個導(dǎo)電接觸266處。

驅(qū)動信號通過僅在圖1中看到的線纜230被應(yīng)用到手持件驅(qū)動器。在系統(tǒng)30的許多構(gòu)造中，手持件30和線纜230是單個單元。線纜230被連接到在其中定位接觸266的控制臺插座。

在其中手持件32和線纜230是單個單元的本發(fā)明的版本中，手持件線圈54被設(shè)置在與線纜集成的插頭中。被布置在控制臺插座中的是互補線圈268。對形成系統(tǒng)的部件進行配置，使得當與線纜230集成的插頭座落在手持件插座中時，線圈54和268能夠感應(yīng)地交換信號。

被發(fā)起到手持件驅(qū)動器36的代表驅(qū)動信號電壓vs和電流的信號被應(yīng)用到還在控制臺240的內(nèi)部的處理器276。控制臺240還包括存儲器閱讀器272。存儲器閱讀器272被連接在控制臺線圈268的一端處和處理器276的相反端處。存儲器閱讀器272將跨越線圈268存在的信號轉(zhuǎn)換為處理器272能夠讀取的數(shù)據(jù)信號。存儲器閱讀器272還響應(yīng)于由處理器272輸出的信號，輸出跨越使得線圈輸出導(dǎo)致將數(shù)據(jù)寫到手持件存儲器56和端部存儲器184的信號的線圈268的信號。存儲器閱讀器268的結(jié)構(gòu)補充手持件存儲器102。因此，存儲器閱讀器可以是：能夠讀取eprom或eeprom中的數(shù)據(jù)的組件或能夠輪詢和讀取來自rfid標簽的數(shù)據(jù)的組件。

處理器272生成被應(yīng)用到放大器244的波形_設(shè)置信號。處理器276因此設(shè)置由控制臺240輸出并且應(yīng)用到手持件32的驅(qū)動信號的特性。由處理器276所設(shè)置的驅(qū)動信號的特性是驅(qū)動信號的電壓和頻率。處理器276根據(jù)手持件32的特性和端部134的特性確定這些特性。處理器96還根據(jù)電壓vs和電流is的所采集的測量結(jié)果確定驅(qū)動信號。

顯示器278被建造到控制臺240中。顯示器278上的圖像被示出為由處理器276生成。顯示器278上所描繪的信息包括：識別手持件32和端部的信息；和描述系統(tǒng)的操作狀態(tài)的特性的信息。顯示器278常常是觸摸屏顯示器。處理器272使得按鈕的圖像被呈現(xiàn)在顯示器上。通過壓下按鈕，操作者能夠?qū)⑺?她期望什么設(shè)置為系統(tǒng)30的特定操作特性。

除呈現(xiàn)在顯示器278上的按鈕外，通常地存在與控制臺相關(guān)聯(lián)的至少一個通/斷開關(guān)。在圖2和圖7中，該通/斷開關(guān)腳踏開關(guān)280表示。腳踏開關(guān)280被配置為生成隨著開關(guān)被壓下的程度而變化的信號。信號被發(fā)起到處理器280。基于由腳踏開關(guān)280發(fā)起的信號的狀態(tài)，處理器276調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的生成以便控制端部是否振動和端部頭部振動的幅度兩者。

ii.操作的基礎(chǔ)

對本發(fā)明的系統(tǒng)30進行設(shè)計，使得控制臺240輸出導(dǎo)致端部頭部158沿著行進路徑移動的驅(qū)動信號，其可以被認為是非線性的。出于本發(fā)明的目的，非線性的行進路徑是使得當端部頭部158來回地振蕩時頭部的單個點的運動沿著空間中的兩個不同的點集的行進路徑。當端部頭部參與運動的單個周期的輸出相位時，相對于起始點，端部頭部沿著第一點集行進。當端部頭部參與相同周期的輸入相位中以返回起始點時，端部頭部沿著與第一點集分離的第二點集行進。而且，端部頭部點在第一完整振蕩周期期間行進沿著其的點集可以是與下一振動周期中的端部頭部沿著其的點集不同的。應(yīng)當理解，在振蕩周期期間，端部頭部行進沿著其的點集可以不在單個平面內(nèi)。點集可以在多個平面內(nèi)。換言之，點集可以圍繞一個或多個軸旋轉(zhuǎn)。

圖8描繪了對引起端部頭部158的上文所描述的運動的手持件驅(qū)動器36的驅(qū)動信號控制臺240輸出的波形。驅(qū)動信號是兩個ac信號(現(xiàn)在被稱為驅(qū)動信號分量)的和。每個驅(qū)動信號分量具有其自身的頻率和其自身的電勢。通常，這些不同的分量的頻率是不同的。而且，常常地，驅(qū)動信號的不同的分量的電勢是彼此不同的。

本發(fā)明的許多版本的另一特征是驅(qū)動信號的每個分量在端部的特定振動模式的目標頻率處或附近的頻率處?？梢詫ο到y(tǒng)30進行配置，使得振動模式是單個平面、縱向、扭轉(zhuǎn)或彎曲的端部的振動。此處，應(yīng)理解到，縱向平面內(nèi)的振動是沿著端部142的縱軸的往復(fù)運動。扭轉(zhuǎn)平面內(nèi)的振動被理解為是垂直于端部頭部的縱軸的平面內(nèi)的端部頭部158的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運動。彎曲運動是在其中端部的縱軸被布置的平面內(nèi)的端部頭部的往復(fù)運動。因此，彎曲運動是軸144周圍的端部的彎曲。該彎曲運動可以發(fā)生在軸周圍360°內(nèi)的任何方向上。備選地，可以是振動模式的端部42的振動模式可以是兩個平面內(nèi)的端部的同時往復(fù)運動的振動。例如，一個振動模式可以是縱向和扭轉(zhuǎn)的，使得運動沿著與端部軸的縱軸相交的第一線。第二模式可以沿著線的第二組合的縱向和扭轉(zhuǎn)運動。這兩個振動模式之間的差異在于，第二模式振動沿著與第一模式的振動的線分離的線。

根據(jù)本發(fā)明的端部振動模式的“目標頻率”是端部142假定振動的頻率范圍內(nèi)的頻率。目標頻率通常地是以下各項之一：針對振動模式的諧振頻率；針對共振模式的反諧振頻率；或諧振頻率與反諧振頻率之間的頻率。由于端部的振動模式的諧振頻率是彼此不同的，因而振動模式的目標頻率同樣地被理解為是不同的。

在本發(fā)明的許多版本中，驅(qū)動信號的每個分量的電勢在被設(shè)計為促進通過什么被稱為手持件32和端部142的機械部件的等效目標電流的流動的電勢處。這些部件包括驅(qū)動器36、桿44、近端質(zhì)量46、角狀物48和端部152。套筒170通常被認為是等效電流流動到的部件。這是因為當套筒170振動時，套筒的振動歸因于其他部件的振動。為了進一步的描述的簡單，這將還簡單地被稱為通過手持件的機械部件的等效電流。即使殼體170可以被認為是手持件32的機械部件，也將使用該相位。

圖9a是驅(qū)動信號電流is如何被分解為兩個分量的示意性表示。第一分量是電流io(通過手持件驅(qū)動器36的電流)。第二分量是電流im(通過手持件的機械部件的等效電流)。根據(jù)歐姆定律，通過驅(qū)動器的電流和通過手持件的機械部件的等效電流是驅(qū)動信號電壓vs和這些部件的阻抗的函數(shù)。在圖9a中，zo是手持件驅(qū)動器36的阻抗。阻抗zm是手持件的機械部件的等效電抗。

驅(qū)動器36的阻抗主要地歸因于其電容性電抗。因此，在圖9b的示意圖中，驅(qū)動器阻抗zo被描繪為僅是驅(qū)動器電容co的函數(shù)。出于本發(fā)明的系統(tǒng)30的目的，驅(qū)動器電容co一般是恒定的。手持件的機械部件的阻抗的等效具有電阻分量、電感電抗分量和電阻分量。因此，在圖9b中，機械阻抗zm的等效被描繪為是電阻rm、電容cm和電感l(wèi)m的函數(shù)。在圖9b中，電阻rm、電容cm和電感l(wèi)m的機械等效被示出為可變的。這是因為手持件的這些特性隨著當對著組織應(yīng)用端部時端部142被暴露到的機械電阻的函數(shù)而變化。

在任何一個時刻流動通過手持件的機械部件的等效電流是基于以下等式來確定的：

im＝is-jωcovs(1)

此處，ω是驅(qū)動信號的徑向頻率?？梢栽谟?013年8月7日提交的申請人的美國臨時專利申請no.61/863,152systemandmethodfordrivinganultrasonichandpieceasafunctionofthemechanicalimpedanceofthehandpiece中找到如何導(dǎo)出等式(1)的詳細解釋，其內(nèi)容在還通過引用pct申請no.pct/us2014/050034發(fā)表發(fā)表為wo2015/021216al/us專利公開no.__________并入中發(fā)表。這兩個上文所列出的申請通過參考本申請明確地并入。如上文所提到的，由本系統(tǒng)的系統(tǒng)30提供的驅(qū)動信號具有多個分量。因此，通過驅(qū)動信號的單獨分量的手持件的機械部件的等效電流基于以下等式：

im-x＝is–x-jωcovs-x(1a)

"-x"或"x"識別計算等效電流的驅(qū)動信號的特定分量。

如上文所討論的，本發(fā)明的系統(tǒng)30還被配置為控制驅(qū)動信號，使得驅(qū)動信號的每個分量盡可能近地在跟蹤手持件的機械部件的目標頻率的頻率處。

通常，可以通過首先確定通過手持件驅(qū)動器36的電流與通過手持件的機械部件的等效電流的比率的真實部件確定驅(qū)動信號的頻率與目標頻率的關(guān)系。該比率通過以下等式表達：

通過參考并入的美國臨時專利no.61/863152提供為何以上比率提供驅(qū)動信號的頻率與手持件的機械部件的目標頻率的關(guān)系的詳細解釋。

由于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用到手持件驅(qū)動器的驅(qū)動信號由多個分量組成，因而針對單個分量的比率是：

將該比率與恒定目標比率(tr)進行比較。目標比率通常是零與一(包括)之間的數(shù)量。如果目標是在振動模式的諧振頻率處的驅(qū)動信號的分量，則目標比率是零。如果目標是在振動模式的反諧振頻率處的驅(qū)動信號的分量，則目標比率是一。在其中驅(qū)動信號的分量的目標頻率在振動模式的諧振頻率與反諧振頻率之間的頻率處的本發(fā)明的實施方式中，驅(qū)動頻率是零與一之間的分數(shù)。

可以存在當將等式(2a)的比率與目標比率進行比較時自身不提供驅(qū)動信號分量的頻率與期望的目標頻率的關(guān)系的好的指示的情況。這可以作為對著組織放置端部頭部158的結(jié)果而發(fā)生。更特別地，一些端部頭部的固有特征在于，當其對著組織放置并且經(jīng)歷加載時，存在超過包括目標頻率的頻率范圍的手持件的機械部件的等效電抗中的大的變化。而且，有時操作者可能想要在致動手持件32之前對著組織定位端部頭部158。當這發(fā)生時，手持件的機械部件的阻抗的等效的電阻分量可以明顯地比該阻抗的該部件的電容性電抗和電感性電抗兩者更大。在這些情況中的任一個中，下面所討論的修改驅(qū)動信號分量的頻率因此等式(2a)的比率更接近目標比率的步驟可能不導(dǎo)致發(fā)起基于接近目標頻率的頻率處的分量的驅(qū)動信號。

因此，等式(2a)的下面的經(jīng)修改的版本被用于確定驅(qū)動信號的分量是否在接近分量與其相關(guān)聯(lián)的振動模式的目標頻率的頻率處：

在加號的右邊的等式(2b)的部分根據(jù)驅(qū)動信號的分量的實際頻率ωx與ωtrgt-x(驅(qū)動信號的分量的期望目標頻率)之間的差異修改基本比率。指數(shù)a存在，因為修改可以基于高于兩個頻率之間的一階差分。系數(shù)mx是將用于定義比率的修改的斜率定義為實際頻率與目標頻率之間的差的函數(shù)的系數(shù)。

iii.實際的操作

本發(fā)明的系統(tǒng)30的操作開始于將端部142耦合到手持件32。套筒170被適配在端部上并且還附接到手持件32。線纜230被附接到控制臺240。控制臺240然后準備接通。以上子步驟形成系統(tǒng)的初始組裝和激活(圖10a中的步驟302)。當控制臺240初始地被接通時，處理器276讀取存儲在手持件存儲器56和端部存儲器184中的數(shù)據(jù)(步驟304)。處理器276通過向存儲器閱讀器272確認適當?shù)拿罱邮者@些數(shù)據(jù)。

基于讀取數(shù)據(jù)，在步驟306中，處理器完成系統(tǒng)的初始配置。步驟306包括執(zhí)行許多評價以確定系統(tǒng)30是否被適當?shù)嘏渲糜糜谑褂?。這些評價包括：確定手持件是否是控制臺240可以將驅(qū)動信號供應(yīng)到的一個；并且確定端部142是否是適于由手持件致動的一個。這些評價可以基于來自手持件識別字段62和來自端部識別字段188的數(shù)據(jù)。基于來自手持件使用歷史字段78和端部使用歷史字段218的讀取數(shù)據(jù)，處理器276還評價手持件32和端部142是否在用于使用的條件中。指示使用可能不適當?shù)臄?shù)據(jù)的示例是指示特定分量、手持件或端部已經(jīng)被用于許多時間或超過部件的設(shè)計生命周期的總體時間的數(shù)據(jù)。

假定部件被適當?shù)亟M裝用于用作系統(tǒng)，則處理器276將信息呈現(xiàn)給顯示器278上的該效果。處理器276還邀請操作者輸入指示系統(tǒng)應(yīng)當如何被配置為確保端部頭部158的振動運動是操作者所期望的運動的信息。以上是步驟306的全部部分。操作者的初始配置命令的接收還是步驟306的一部分。

基于手持件存儲器56、端部存儲器184中的數(shù)據(jù)和操作者輸入的命令，步驟308中的處理器建立通過驅(qū)動信號的部件中的每一個的手持件的機械部件的電流i^{選擇最大-x}的所選擇的最大等效。系統(tǒng)的操作的本示例基于圖3的端部142。特別地，對該端部142進行設(shè)計，使得驅(qū)動信號引起兩個平面、縱向和彎曲內(nèi)的端部頭部158的運動。因此，驅(qū)動信號由兩個分量形成：基于與縱向平面振動相關(guān)聯(lián)的目標頻率的第一分量；和基于與扭轉(zhuǎn)平面內(nèi)的振動相關(guān)聯(lián)的目標頻率的第二分量。在步驟308中，使用以下等式針對驅(qū)動信號的分量中的每一個建立所選擇的最大等效電流：

所選擇的最大等效電流ix^{選擇最大-x}被理解為基于操作者的關(guān)于端部的行進路徑的設(shè)置。系數(shù)bx是基于操作者的設(shè)置生成的系數(shù)處理器276。因此，步驟308的執(zhí)行的第一部分用于處理器276基于操作者的設(shè)置生成適當?shù)腷x系數(shù)?；趯Σ檎冶淼膮⒖?，可以生成系數(shù)bx。備選地，bx系數(shù)基于算法(不是本發(fā)明的一部分)?；陉P(guān)于操作者設(shè)置的行進路徑，這些算法輸出導(dǎo)致ix^選擇最大等效的生成的bx系數(shù)，其當定義驅(qū)動信號結(jié)果時驅(qū)動信號被應(yīng)用到使得端部頭部在期望的行進路徑上移動的手持件。

在所描述的本發(fā)明的版本中，驅(qū)動信號具有兩個分量。因此，在步驟308中，等式(3)被執(zhí)行兩次。第一次等式被執(zhí)行時，針對第一驅(qū)動信號分量的最大等效電流、來自最大電流字段192的電流im^max1的等效被用作變量i^max-x。第二次等式(3)被執(zhí)行時，來自字段194的當前電流im^maxx的等效被用作變量im^max-x。一旦針對電流的選擇最大等效被生成，則系統(tǒng)30準備致動。

步驟310表示等待確定控制構(gòu)件是否已經(jīng)被致動以指示操作者想要激活手持件、使端部頭部158振動的處理器。在所描述的本發(fā)明的實施例中，處理器276通過監(jiān)測由腳踏開關(guān)280輸出的信號執(zhí)行步驟310。當操作者想要致動端部時，他/她壓下腳踏開關(guān)280。由控制腳踏開關(guān)280被壓下的程度的操作者設(shè)置端部頭部振動的幅度。

在接收指示開關(guān)已經(jīng)被壓下的來自腳踏開關(guān)的信號的處理器276后，處理器執(zhí)行步驟312。在步驟312中，處理器272建立針對驅(qū)動信號im^目標1和im^目標2的分量中的每一個的等效目標電流。在本發(fā)明的許多版本中，使用一階等式計算的每個目標等效電流：

系數(shù)d在0.0與1.0(包括的)之間。如果例如操作者想要端部頭部經(jīng)歷最大幅度的振動，則腳踏開關(guān)280通常被完全壓下。處理器276響應(yīng)于接收到指示腳踏開關(guān)280在該狀態(tài)中的信號，將系數(shù)d設(shè)置到一。如果操作者想要端部頭部158具有小于最大幅度處的振動，則操作者未完全地壓下腳踏開關(guān)280。在接收到腳踏開關(guān)280僅部分地壓下的信號后，處理器276根據(jù)開關(guān)被壓下的程度將系數(shù)d設(shè)置到零與一之間的值。

當控制臺240初始地執(zhí)行圖10a-10d的控制回路時，在步驟310的評價之后的回路的第一執(zhí)行測試為正，處理器276執(zhí)行步驟314。在步驟314中，生成驅(qū)動信號的分量的初始特性。每個分量的頻率被稱為變量freq_comp-x。每個分量的電壓被稱為變量voltage_comp-x。驅(qū)動信號的每個分量具有初始頻率和初始電勢。針對分量的初始頻率是如從端部存儲器158讀取的分量的最小頻率。對于第一分量而言，這是包含在存儲器字段196中的頻率。對于第二分量而言，這是包含在存儲器字段206中的頻率。初始電勢是作為針對驅(qū)動信號的該分量的最大電勢的分數(shù)的電勢。在本發(fā)明的一些版本中，初始電勢在針對驅(qū)動信號的該分量的最大電勢vs^max-x的0.03與0.07之間。對于驅(qū)動信號的第一分量而言，來自端部存儲器字段191的電勢被用作vs^max-x。來自端部存儲器字段193的電勢用作針對驅(qū)動信號的第二分量的初始電勢的計算的vs^max-x。

基于驅(qū)動信號的個體分量的特性，控制臺240在步驟315中然后輸出驅(qū)動信號。作為步驟315的一部分，處理器276生成表示驅(qū)動信號的兩個分量的和的波形。該波形具有圖8的波形的外觀。處理器276生成表示該波形的波形_設(shè)置信號。波形_設(shè)置信號然后被應(yīng)用到增益控制信號被供應(yīng)到的放大器244的輸入。

響應(yīng)于波形_設(shè)置信號的接收并且作為步驟315的一部分，放大器244選擇性地放大和衰減來自電源242的信號。來自放大器的輸出信號被應(yīng)用到變壓器初級繞組254。變壓器248將線纜230上的驅(qū)動信號輸出到手持件驅(qū)動器36。以上是步驟315的全部部分。

響應(yīng)于將驅(qū)動信號應(yīng)用到手持件驅(qū)動器36，驅(qū)動器循環(huán)地擴張和收縮。驅(qū)動器的擴張/收縮與驅(qū)動信號的電勢成比例。擴張/收縮與驅(qū)動信號的幅度成比例并且在驅(qū)動信號的頻率處。手持件角狀物48將這些擴張和收縮放大并且傳送到近端部分146。這些振動沿著端部的縱向平面。槽152將該軸運動的分數(shù)轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)平面內(nèi)的振動。由于這些振動的變化的電勢和端部的結(jié)構(gòu)，因而端部頭部158被引起到振動運動中，其如在圖11中所描繪的是非線性的。在圖11中，緊接最左邊的等號的右邊，如被看作單個橢圓行進路徑的運動。

在本發(fā)明中，由于驅(qū)動信號的分量不具有相同頻率，因而兩個連續(xù)的振動周期的行進路徑將是不相同的。這導(dǎo)致端部頭部經(jīng)歷除是非線性的之外隨時間改變?nèi)∠虻恼駝?。圖11的單個橢圓回路實際上不應(yīng)當是閉合回路。在圖11中，位于中間的等號的右邊的中間繪圖示出在端部頭部參與多個振動周期中之后端部頭部上的點的行進路徑。在圖11中，等號的右邊的最遠的繪圖示出在端部頭部接合之后仍然是更多振動周期的端部頭部點的行進路徑。這些繪圖指示在時間段上，端部頭部上的點、齒上的點將對向表面。盡管圖11中的表面自然表現(xiàn)為彎曲的，但是應(yīng)當理解，表面可以圍繞一個或多個軸彎曲。在端部頭部點的該運動中隱含的是，在連續(xù)的振動周期中，點的行進路徑的取向改變。

系統(tǒng)30參與反饋控制過程以確保輸出驅(qū)動信號繼續(xù)引起端部頭部158的期望的運動。為了執(zhí)行該控制，在步驟154中，處理器271在步驟316中監(jiān)測系統(tǒng)96通過手持件監(jiān)測驅(qū)動信號的電壓vs。這是由通過電壓測量電路262所產(chǎn)生的輸出信號的處理器272造成的監(jiān)測。作為該監(jiān)測的一部分，處理器將電壓vs分解為多個分量。特別地，電壓vs被分解為針對包括驅(qū)動信號的每個分量的一個分量。在所描述的本發(fā)明的版本中，驅(qū)動信號具有兩個分量。因此，電壓vs被分解為第一分量電勢vs¹和第二分量電勢vs²。在本發(fā)明的一些版本中，處理器272采用快速傅里葉變換以這樣分解電壓vs的分量。

作為反饋控制的一部分，在步驟318中，處理器272監(jiān)測通過手持件的驅(qū)動信號電流(電流is)。利用電流測量電路266執(zhí)行該監(jiān)測。與驅(qū)動信號電勢一樣，驅(qū)動信號電流由多個分量組成，一個分量用于驅(qū)動信號的每個分量。因此，作為步驟318的一部分，處理器將驅(qū)動信號電流分解為第一分量特性電流is¹和第二分量特性電流is²。在步驟318中，處理器272執(zhí)行快速傅里葉變換以執(zhí)行該將所測量的手持件電流is分解為is¹和is²。

在步驟320中，處理器確定針對驅(qū)動信號的每個分量的等效電流。由于電流的該等效被計算、未被測量，因而其有時被稱為所計算的等效電流。在步驟320中，等式(1a)被用于確定所計算的針對驅(qū)動信號的第一分量的等效電流im^calc1和所計算的針對驅(qū)動信號的第二分量的等效電流im^calc2。

用于確定所計算的電流im^calc1和im^calc2的變量包括針對驅(qū)動信號電勢的個體分量的相應(yīng)的電勢vs¹和vs²。上文所計算的第一和第二分量電流特性is¹和is²還將變量輸入到在步驟320中發(fā)生的所計算的等效電流的確定中。所計算的等效電流的每個確定中的第三變量是驅(qū)動信號的分量的頻率特性。對于驅(qū)動信號的第一分量而言，這是ω1，對于第二分量而言，這是ω2。在步驟320中，先前生成的驅(qū)動信號的第一和第二分量的頻率特性的頻率被用作這些變量。這意指在至少優(yōu)選的本發(fā)明的版本中，所測量或所計算的頻率特性的表示未被用作調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的輸出的反饋數(shù)據(jù)。

等式(1a)具有額外變量(手持件驅(qū)動器36的電容co)。處理器272將從手持件存儲器字段64讀取的驅(qū)動器電容用作該電容。

在步驟322中，將所計算的針對驅(qū)動信號的第一分量的等效電流與針對驅(qū)動信號的該分量的等效目標電流進行比較。執(zhí)行該比較，因為如果等效電流小于等效目標電流，則存在相關(guān)聯(lián)的振動模式中的振動不具有足夠的幅度以促進端部頭部158的期望的運動的顯著地可能性。如果手持件的機械部件暴露于的等效電流大于等效目標電流，則端部頭部158可以經(jīng)歷大于由操作者期望的幅度的幅度的振動。

在本發(fā)明的一些版本中，如果所計算的等效電流在目標電流的10％或更少內(nèi)，則應(yīng)用到手持件的機械部分的等效電流將促進期望的振動運動。備選地，如果兩個電流均并且理想地在5％或更少內(nèi)(在彼此的1％或更少內(nèi))，則電流具有足夠的幅度。

如果兩個等效電流基本上是相同的，則系統(tǒng)30在其中通過手持件的機械部件的等效電流在驅(qū)動信號的應(yīng)用假定在正確的頻率處的水平處的狀態(tài)中，引起相關(guān)聯(lián)的振動模式中的端部頭部52中的適當?shù)姆鹊恼駝?。如果系統(tǒng)30在該狀態(tài)中，則處理器96行進到步驟326。

在許多情況下，步驟322的比較指示所計算的電流im^calc1的機械等效基本上不等于目標電流im^目標1。當系統(tǒng)30在該狀態(tài)中時，步驟324中的處理器272重置驅(qū)動信號的第一分量的電勢特性。更特別地，處理器272計算針對電勢voltage-comp1的值，其將基于等式(3)導(dǎo)致基本上等于目標等效電流im^目標1的通過手持件的機械部件的可調(diào)節(jié)的電流?；诒３趾愣ǖ尿?qū)動器信號的驅(qū)動器電容和頻率特性，執(zhí)行步驟324的該計算。

在步驟326中，處理器272確定驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性是否在針對驅(qū)動信號的該分量的目標頻率處或基本上等于針對驅(qū)動信號的該分量的目標頻率。做出該確定以確保第一分量的頻率特性將導(dǎo)致促進端部頭部的期望的運動的驅(qū)動信號的輸出。在步驟326中，通過將等式(2b)的比率與目標比率相比較做出該確定。在步驟318中，被用于產(chǎn)生所計算的等效電流的變量被用于產(chǎn)生該比率。產(chǎn)生該比率使用的剩余的變量是針對頻率分量的目標。這是來自端部存儲器184的字段202的ω目標1變量。系數(shù)m1來自端部存儲器184的系數(shù)字段204。指數(shù)a被假定針對生成比率修改器的所有計算恒定并且相同的。其在指數(shù)a可以變化的本發(fā)明的范圍內(nèi)。

如果比率在目標比率的10％內(nèi)，則頻率特性有時被認為是基本上等于目標頻率特性。然而在本發(fā)明的其他版本中，頻率被認為是基本上等于比率在目標比率的5％內(nèi)并且更特別地在目標比率的1％內(nèi)。

步驟326的比較可以指示驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性在針對驅(qū)動信號的該分量的目標頻率處或基本上等于針對驅(qū)動信號的該分量的目標頻率。這意指驅(qū)動信號將引起導(dǎo)致期望的模式處的端部頭部的運動的驅(qū)動器40的擴張/收縮。如果系統(tǒng)30在該狀態(tài)中，則處理器272轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟330。

在步驟326的評價中可以確定，驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性將導(dǎo)致不包括端部頭部運動上的期望的模式的驅(qū)動信號的輸出。如果處理器272做出該確定，則在步驟328中，處理器調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的該分量的頻率特性freq-comp1。由于等式(2b)的左邊的比率是負的，因而產(chǎn)生負結(jié)果的步驟164的計算是在328中被解釋為驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性應(yīng)當增加的處理器272造成的指示。如果步驟326的計算產(chǎn)生正結(jié)果，則處理器272將結(jié)果解釋為指示手持件在其中必須減小第一分量的頻率特性以增加端部頭部將經(jīng)歷期望的行進路徑的可能性的狀態(tài)中。

在步驟326或如果必要的步驟328的執(zhí)行之后，則處理器執(zhí)行步驟330。步驟330是所計算的驅(qū)動信號的第二分量的等效電流與針對該等效電流的目標的比較。步驟330基本上與步驟322相同。步驟322與步驟330之間的差異在于，在步驟330中，將所計算的im^calc2與目標電流im^目標2進行比較。假定兩個值是基本上相等的，則未調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的第二分量的電壓特性。處理器執(zhí)行步驟334。

如果在步驟330中比較的兩個值不是基本上相等的，則在步驟332中，處理器重置驅(qū)動信號的第二分量的電壓特性。步驟332通過的裝置與在步驟324中被用于重置驅(qū)動信號的第一分量的電壓特性的裝置基本上相同。作為步驟332的一部分，處理器272基于驅(qū)動信號的第二分量的電壓特性的任何重置，重置波形_設(shè)置信號。驅(qū)動的特性同樣地形成改變。

在步驟330之后并且如果必要的步驟332被執(zhí)行，那么在步驟334中，評價驅(qū)動信號的第二分量的頻率特性。使用在步驟326中被用于評價驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性的相同過程執(zhí)行該評價。在步驟334中，驅(qū)動信號的第二分量的變量被應(yīng)用到等式(2b)。在等式(2b)的該使用中，來自端部存儲器字段210的目標頻率ω目標2is被使用在修改比率的分量中以確定驅(qū)動信號的第二分量是否具有適當?shù)念l率特性。來自端部存儲器字段208的系數(shù)m2被用作修改比率的分量的系數(shù)。步驟334的評價可以指示驅(qū)動信號的第二分量的頻率特性足夠地等于目標頻率。當系統(tǒng)30在該狀態(tài)中時，處理器回路返回到步驟310以確定控制構(gòu)件是否保持激活。

備選地，步驟334的評價可以指示驅(qū)動信號的第二分量的頻率特性基本上不等于目標頻率。如果系統(tǒng)30在該狀態(tài)中，則處理器276在步驟336中重置該頻率特性。

在步驟336的執(zhí)行后，處理器回路返回到步驟310。如果步驟的該執(zhí)行期間的步驟310的評價指示通/斷開關(guān)保持致動，則重新執(zhí)行步驟312。該步驟重新執(zhí)行，因為操作者可能已經(jīng)輸入指示振動的幅度將從先前的設(shè)置被重置的命令。

由于驅(qū)動信號的分量的頻率和電壓特性先前已經(jīng)設(shè)置，因而在控制回路的該執(zhí)行中，不執(zhí)行步驟314。相反，基于先前生成的驅(qū)動信號分量特性集，重新執(zhí)行步驟315。如果驅(qū)動信號分量的特性已經(jīng)改變，則由于步驟315的先前的執(zhí)行，因而這將導(dǎo)致處理器276生成新波形_設(shè)置信號?？刂婆_將然后繼而輸出新驅(qū)動信號，其特性已經(jīng)基于對驅(qū)動信號的個體分量的特性的先前所計算的調(diào)節(jié)而被調(diào)節(jié)。

在控制回路的后續(xù)執(zhí)行中，應(yīng)理解，驅(qū)動信號的分量的重置頻率特性被用作變量ω1和ω2以確定驅(qū)動信號是否將引起端部頭部158的期望的運動。

必然地，將存在當手持件將被去激活時的時間。操作者停止致動通/斷開關(guān)。當在步驟310中確定該事件已經(jīng)發(fā)生時，處理器276確認導(dǎo)致控制臺240的其他部件終止將驅(qū)動信號應(yīng)用到手持件的命令(未示出的步驟)。

盡管未示出，但是還應(yīng)理解，在波形_設(shè)置信號的初始設(shè)置和后續(xù)的重新調(diào)節(jié)兩者期間，處理器272確保驅(qū)動信號由從手持件存儲器56和端部存儲器184兩者讀取的邊界特性限制。這些限制包括：基于來自手持件存儲器字段70的最大驅(qū)動信號電壓限制驅(qū)動信號的電壓；基于端部存儲器字段191中的電壓數(shù)據(jù)限制驅(qū)動信號的第一分量的電壓特性；基于端部存儲器字段193中的電壓數(shù)據(jù)限制驅(qū)動信號的第二分量的電壓特性；基于來自手持件存儲器字段66的數(shù)據(jù)限制驅(qū)動信號的最大電流；基于來自手持機存儲器字段68的數(shù)據(jù)限制手持件的電流的最大等效；基于來自端部存儲器字段192的數(shù)據(jù)限制驅(qū)動信號的第一分量的最大等效電流；并且基于來自端部存儲器字段194的數(shù)據(jù)限制驅(qū)動信號的第二分量的最大等效電流。

驅(qū)動信號的頻率特性同樣地基于分別從手持件存儲器56和端部存儲器184讀取的數(shù)據(jù)設(shè)置。因此，來自手持件存儲器字段72和74的數(shù)據(jù)被用于定義驅(qū)動信號的總體邊界。來自端部存儲器字段196和198的頻率范圍數(shù)據(jù)定義驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性的頻率范圍。來自端部存儲器字段206和208的頻率范圍數(shù)據(jù)定義驅(qū)動信號的第一分量的頻率特性的頻率范圍。

如上文所提到的，本發(fā)明的系統(tǒng)30被配置為使端部頭部158振動，使得在單個振動周期中，端部頭部上的點未簡單地沿著線來回地往復(fù)。相反，點參與非線性行進路徑。當齒、端部頭部的點對著骨骼移動時，齒撞擊骨骼并且立即地此后摩擦骨骼。骨骼的撞擊使骨骼破裂以促進組織的移除。齒摩擦骨骼的緊接地下面的動作清除剛剛移除的材料遠離骨骼。因此，當本發(fā)明的系統(tǒng)30移除骨骼與清除掉移除的組織之間存在短時間段。在下一振動周期期間，僅存在相對小量的碎片。這些碎片的最小化導(dǎo)致這些碎片的存在不利地影響骨骼切割過程的程度的相似的降低。

當本發(fā)明的系統(tǒng)驅(qū)動非線性運動中的端部頭部的齒時，在單個周期期間，齒的周長的基本全部被迫使對著端部頭部對著其放置的組織。該齒對著組織(tooth-against-tissue)運動是導(dǎo)致對組織的期望的擦掉、移除的事物。由于在運動的單個周期期間，基本上迫使齒的每個表面對著組織，因而每個表面暴露于至少一些磨損。因此，本發(fā)明降低齒表面經(jīng)歷明顯地不均勻的磨損的程度。據(jù)信最小化個體齒的不均勻磨損導(dǎo)致齒的切割效率被降低的程度中的相似的降低。這導(dǎo)致在流程中端部的齒的集合的切割效率將退化到其變?yōu)槠谕?如果不必要的話)以替換端部的水平的可能性的該降低。

而且，由于在運動的單個周期期間，基本上齒的每個表面對著組織被推動，因而在其期間齒的單個表面對著組織被按壓的周期中不存在延長的時間段。這限制齒表面的摩擦發(fā)熱，其可以以其他方式在該表面在對著組織這樣連續(xù)地被按壓的情況下發(fā)生。該發(fā)熱的限制降低該熱量(如果被允許形成的話)可以損壞圍繞端部頭部附近的組織的組織的程度。

還應(yīng)當理解，系統(tǒng)30可以使端部在具有不同的頻率的多個振動模式中振動。端部可以與不限于當在兩個模式中振動時在共同頻率處振動的端部的該系統(tǒng)一起使用。存在與必須提供當其在多個模式處振動時在共同頻率處這樣做的端部相關(guān)聯(lián)的可估計的制造約束和成本。這些約束和成本通常不與提供當其在多個模式中振動時在不同的頻率處這樣做的端部相關(guān)聯(lián)。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)30使在制造和經(jīng)濟性兩者方面提供能夠在不同的模式中同時地振動的不同的端部更可行。

本發(fā)明的另一特征在于，操作者可以設(shè)置端部頭部的非線性行進路徑。更特別地，響應(yīng)于操作者設(shè)置該行進路徑的定義，在步驟308中，處理器276設(shè)置個體的最大等效電流(針對個體的振動模式的i^{選擇最大-x}電流)。通過將一個i^{選擇最大-x}電流設(shè)置為相對大的和第二i^{選擇最大-x}電流設(shè)置為相對小的，得到的驅(qū)動信號是將在端部頭部運動的單個周期中使得端部經(jīng)歷沿著第一振動路徑的相對大的運動和第二振動路徑的較小的運動的一個。通過將針對兩個振動模式的i^{選擇最大-x}電流設(shè)置為基本上相等的，在一個期間，驅(qū)動信號將引起可以導(dǎo)致端部經(jīng)歷在位移方面更相等的兩個不同的振動路徑中的同時的運動的運動。

存在操作者可能想要將端部頭部應(yīng)用到與端部軸的縱軸可估計地徑向間隔的組織的時間。為了在這樣定位的組織上執(zhí)行流程，給端部提供相對于端部軸的縱軸非對稱地定位的頭部是期望的。由于該非對稱性，因而端部頭部自然地在多個模式中振動。通常，這些振動模式在不同的頻率處。通過調(diào)節(jié)這些多個模式中的振動，本發(fā)明的系統(tǒng)30使得能夠確保當端部頭部振動時運動沿著可預(yù)測并且導(dǎo)致組織的高效移除兩者的行進路徑。

此外，由于根據(jù)本發(fā)明的激發(fā)到振動中的端部頭部在非線性模式中移動，因而每個齒往往傾向于切割組織遠離行進路徑。遠離齒的組織的該清除降低這些碎片降低以下振動周期中的組織切割的效率的程度。

以上涉及本發(fā)明的系統(tǒng)的一個版本。本發(fā)明的系統(tǒng)的其他版本可以具有與已經(jīng)描述的不同的特征。例如，本系統(tǒng)的一些端部可以具有三個或更多個振動模式。對于本系統(tǒng)的該配置，驅(qū)動信號將具有三個或更多個分量。還應(yīng)當理解，如果彼此不相同，則針對這些分量中的一些的目標頻率特性可以彼此接近。同樣地，可以存在當應(yīng)用到手持件的機械部件的等效電流可以針對驅(qū)動信號的不同的分量基本上(如果不確切地)相同時的時間。

系統(tǒng)的部件的結(jié)構(gòu)可以不同于已經(jīng)描述的。因此，在控制臺的內(nèi)部的系統(tǒng)的一些版本中，存在同時地并且彼此獨立地操作的多個信號生成器。處理器調(diào)節(jié)由這些信號生成器中的每一個產(chǎn)生的信號的電壓和頻率。更特別地，處理器控制每個信號生成器，使得信號生成器輸出驅(qū)動信號的特定分量。這些個體分量被加在一起以產(chǎn)生應(yīng)用到手持件驅(qū)動器36的驅(qū)動信號。

在本發(fā)明的一些版本中，將驅(qū)動信號供應(yīng)到手持件的組件可以不包括使應(yīng)用到控制臺變壓器的電壓變化的放大器。在本發(fā)明的這些版本中，供應(yīng)驅(qū)動信號基于其的信號的組件包括可變電流源。

因此，應(yīng)當認識到，在本發(fā)明的備選版本中，除所公開的線圈256和264外的組件可以被用于提供跨手持件的驅(qū)動信號的電勢和通過手持件的電流的測量。在本發(fā)明的一些版本中，一個或多個電阻器網(wǎng)絡(luò)可以提供電壓和電流的這些測量基于的信號并且被確定。

不存在以下要求：在本發(fā)明的所有版本中，驅(qū)動器電容基于從與手持件集成的存儲器讀取的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的備選版本中，處理器通過輸出各種頻率處的驅(qū)動信號和測量驅(qū)動信號的電壓和電流來確定驅(qū)動器的電容。

在本發(fā)明的一些版本中，基于執(zhí)行頻率掃描，處理器確定振動模式中的每一個的諧振模式和反諧振模式。

在本發(fā)明的一些配置中，應(yīng)當理解，盡管端部頭部158的點的行進路徑是非線性的，但是對于所有意圖和目的而言，路徑表現(xiàn)為線性路徑。

在圖11中，所圖示的非線性路徑被看作基本上橢圓的路徑。這被理解為示范性而非限制性的。本發(fā)明的其他單個振動路徑可以具有其他形狀。這些形狀包括基本上圓形和基本上月牙形。還在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是包括彼此交叉的路徑的非線性路徑。這種類型的路徑的經(jīng)典形式是八字形路徑。

在本發(fā)明的一些版本中，驅(qū)動信號的分量中的一個或多個的電勢可以是固定的。在本發(fā)明的這些版本中，通過與分量相關(guān)聯(lián)的目標頻率的調(diào)節(jié)來調(diào)整應(yīng)用到手持件的機械部件的等效電流。

此外，應(yīng)當理解，盡管通常驅(qū)動信號的分量的頻率特性是不同的，但是可能不總是這種情況?？梢源嬖诋敾趹?yīng)用到端部158的機械負載的類型，驅(qū)動信號的兩個或更多分量的頻率特性可以相同的時間。

因此，權(quán)利要求書的目的是涵蓋落在本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的所有變型和修改。