DE10136737A1 - Micro-tool or instrument for keyhole surgery or fine machining technology uses ultrasonic energy to drive a tool at the end of a long connection tube which is filled with liquid metal to transmit the ultrasonic energy - Google Patents

Micro-tool or instrument for keyhole surgery or fine machining technology uses ultrasonic energy to drive a tool at the end of a long connection tube which is filled with liquid metal to transmit the ultrasonic energy

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DE10136737A1
DE10136737A1 DE10136737A DE10136737A DE10136737A1 DE 10136737 A1 DE10136737 A1 DE 10136737A1 DE 10136737 A DE10136737 A DE 10136737A DE 10136737 A DE10136737 A DE 10136737A DE 10136737 A1 DE10136737 A1 DE 10136737A1
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Helmut Wurmus
Feng Qiao
Cornelius Schilling
Joerg Burgold
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Technische Universitaet Ilmenau
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Technische Universitaet Ilmenau
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Abstract

Method uses a sonotrode (2) to convert electrical drive energy into a mechanical vibration with the high frequency vibration coupled via a coupling container (4) with a liquid metal filled tube (6) to a operating instrument (7). The tool uses a liquid metal alloy for transmission of ultrasound energy. The metal alloy used is fluid at room temperature, is non-poisonous and physiologically inert. An Independent claim is made for micro- tool for keyhole surgery or fine machining technology.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Mikrowerkzeug, bei welchem die Effektoren über eine Flüssigmetallleitung über große Distanzen von Ultraschallenergie angetrieben werden. The invention relates to a method and a micro tool, in which the effectors via a liquid metal line Driven by ultrasonic energy over large distances become.

Derart Mikrowerkzeuge finden besonders in der minimal- invasiven Medizin ihre Anwendung. Dabei wird ein Instrument in den menschlichen Körper bis zum Wirkungsort eingeführt, um eine Operation durchführen zu können. Sie hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da mit ihrer Hilfe der Umfang der operativen Eingriffe und folglich die Belastung für den Patienten verringert wird und teilweise sogar Untersuchungen und Eingriffe, die früher ohne aufwendige Operation nicht durchführbar waren, ambulant vorgenommen werden können. Such micro tools are used particularly in the minimal invasive medicine their application. It becomes an instrument introduced into the human body to the site of action in order to to be able to perform an operation. She has in the past Years of importance because with their help the scope of the surgical interventions and consequently the burden on the Patients are reduced and sometimes even examinations and procedures that used to be without complex surgery were feasible, can be done on an outpatient basis.

Schnelle Schneidbewegungen sind besonders geeignet bei der trennenden Bearbeitung nachgiebiger Materialien, wie z. B. biologischer Gewebe oder Elastomere. Sie erzeugen sehr dünne und glatte Schnitte. Es ist auch bekannt, dass spröde Körper durch Kontakt mit schwingenden Flächen bearbeitet oder zerstört werden können. Voraussetzung hierzu ist, dass nicht der ganze zu bearbeitende Körper über die Kontaktfläche beschleunigt wird, sondern dass auf ihn nur partiell Kräfte ausgeübt werden. Letzteres wird zum einen durch eine nicht zu große Kontaktzone zwischen dem spröden Körper und der schwingenden Fläche erreicht oder zum anderen durch eine mit hinreichend großer Geschwindigkeit erfolgende Kraftübertragung zwischen beiden. Fast cutting movements are particularly suitable for the separating processing of compliant materials, such as. B. biological tissue or elastomers. They produce very thin ones and smooth cuts. It is also known to be brittle bodies processed by contact with vibrating surfaces or can be destroyed. The prerequisite for this is that not the whole body to be processed over the contact surface is accelerated, but that only partial forces on it be exercised. The latter, on the one hand, is not one of the large contact zone between the brittle body and the vibrating surface or on the other hand with a sufficiently high speed Power transmission between the two.

Ein multifunktionelles Instrument für die minimal-invasive Chirurgie wird in der US Patentschrift 5.456.684 präsentiert, welches die Aufgaben des Greifens, Manipulierens und Schneidens realisiert. Der ummantelnde Schlauch für das Einführen ist aus Polymer oder Stahl hergestellt. Per Hand erfolgt hier der Antrieb zur Durchführung der Operation. A multifunctional instrument for the minimally invasive Surgery is presented in U.S. Patent 5,456,684 which the tasks of gripping, manipulating and Cutting realized. The sheathed hose for that Insert is made of polymer or steel. By hand the drive to carry out the operation takes place here.

In der US Patentschrift 5.643.304 wird eine Methode und die dazugehörende Vorrichtung als Instrument für die Chirurgie beschrieben, welche mittels oszillierender Bewegung das Gewebe in dessen Resonanzfrequenz schneidet. Die Sägebewegung wird von einem Motor über eine starre Achse angetrieben, wodurch sein Einsatz in körperlichen Hohlräumen stark eingeschränkt wird. In US Pat. No. 5,643,304 a method and the associated device as an instrument for surgery described which by means of oscillating movement Cuts tissue at its resonance frequency. The saw movement is driven by a motor via a rigid axle, making its use in physical cavities strong is restricted.

Ein wesentliches Kriterium für den Einsatz mechanischer Instrumente bei der Durchführung minimal-invasiver Operationen ist deren Energiezuführung zum Wirkungsort im Körperinneren über die natürlichen Zugangswege. Der Zugangsweg vom proximalen Ende des Instruments bis zum distalen Ende ist durch kleine Durchmesser und enge Biegeradien charakterisiert, wodurch die Schwierigkeit der Energiezuführung erhöht wird. An essential criterion for the use of mechanical Instruments when performing minimally invasive Operations is their supply of energy to the site of action Inside the body via the natural access routes. The Access path from the proximal end of the instrument to the distal end is small in diameter and narrow Characterized bending radii, which makes the difficulty of the Energy supply is increased.

Die Übertragung von Ultraschallenergie durch feste mechanische Wellenleiter wurde für die Zerstörung von Blasensteinen und Harnleitersteinen in-situ angewendet. Die hier zur Anwendung kommende feste Drahtseele weist eine für Körperhohlräume mit engen Biegungen nicht ausreichende Flexibilität auf und erzeugt Wärme aufgrund der Reibung zwischen ihr und dem sie ummantelnden Schlauch. The transmission of ultrasonic energy through fixed mechanical waveguide was used for the destruction of Bladder stones and ureter stones used in-situ. The The solid wire core used here has one for Body cavities with tight bends are not sufficient Flexibility and generates heat due to the friction between her and the hose encasing her.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und ein Mikrowerkzeug zu schaffen, bei dem die Ultraschallenergie über größere Distanzen in engen Hohlräumen mit kleinen Biegeradien, insbesondere in Hohlorganen des menschlichen Körpers übertragen wird. The object of the invention is therefore a method and a To create a micro tool using the ultrasonic energy over larger distances in narrow cavities with small ones Bending radii, especially in hollow organs of the human Body is transmitted.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5. According to the invention this problem is solved with the characterizing features of claims 1 and 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention Device are specified in the subclaims.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. The present invention is characterized by a number of Advantages.

Unter verschiedenen Umständen ist, insbesondere im menschlichen Körper, eine elektrische Leitung über lange Strecken aus Sicherheitsgründen nicht zulässig. Die Übertragung der mechanischen Schwingung als Energiezufuhr vermeidet mögliche Gefahren. Under different circumstances, especially in the human body, an electrical wire over long Routes not permitted for safety reasons. The Transmission of mechanical vibration as an energy supply avoids possible dangers.

Eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Verwendung der Flüssigmetall-Legierung als Übertragungsmedium für die Antriebsenergie ist, die dem Sonotroden-Material ähnliche akustische Impedanz, wodurch die Energieübertragung von der Schwingungsquelle zum Mikrowerkzeug als Effektor äußerst effektiv ist. An advantageous property of the invention Use of the liquid metal alloy as a transmission medium for the drive energy that is the sonotrode material similar acoustic impedance, causing energy transmission from the vibration source to the micro tool as an effector is extremely effective.

Die üblicherweise benutzte feste Drahtseele ist nicht flexibel genug für den Einsatz im menschlichen Körper über präformierte Zugangswege. Bei deren komplexen Biegungen wird die Reibung zwischen der Drahtseele und dem ummantelnden Schlauch erhöht und somit Wärme erzeugt. Infolge engerer Biegungen steigt die mechanische Belastung an der Drahtseele während der Übertragung von Ultraschallenergie, so dass es zu Durchbrüchen kommen kann. The commonly used solid wire core is not flexible enough for use in the human body preformed access routes. With their complex bends the friction between the wire soul and the sheathing Hose increases and thus generates heat. As a result, closer Bends increases the mechanical load on the wire core during the transmission of ultrasound energy, so it's too Breakthroughs can come.

Mit der Verwendung von flüssigen Übertragungsmedien werden die oben genannten Probleme vermieden und die Übertragung der mechanischen Antriebsenergie wenig beeinträchtigt. Es bestehen keine Gefahren infolge eines Abriebs oder Durchbruches des Übertragungsmediums. With the use of liquid transmission media avoided the above problems and transferring the mechanical drive energy little affected. It there are no dangers due to abrasion or Breakthrough of the transmission medium.

Vorteilhaft wirkt sich außerdem die hochfrequente oszillierende Bewegung eines Effektors oder eines Effektoren- Paares zum Schneiden von Gewebe aus. Zum Schneiden von weichen Materialien mittels hochfrequenter Oszillation wird keine große Anpresskraft gebraucht. Die Schiebewirkung eines anderen ummantelnden Schlauches oder die Verformung eines elastischen Körpers ermöglicht die Zustellbewegungen eines Effektorenpaares, um gleichmäßig am Objekt anzugreifen. The high-frequency also has an advantageous effect oscillating movement of an effector or an effector Couple to cut tissue from. For cutting soft materials by means of high-frequency oscillation no large contact pressure needed. The pushing effect of a other sheathing hose or the deformation of one elastic body enables the infeed movements Pair of effectors to attack the object evenly.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: The invention is explained in more detail below with the aid of drawings explained. In the accompanying drawings:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Mikro- werkzeuges Fig. 1 is a schematic representation of the micro tool

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung der Energiekopplung Fig. 2 is a longitudinal sectional view of the energy coupling

Fig. 3a eine Ausführungsform des Effektors Fig. 3a shows an embodiment of the effector

Fig. 3b eine weitere Ausführungsform des Effektors FIG. 3b shows a further embodiment of the effector

Fig. 4 eine Ausführungsform eines wirkenden Mikrowerkzeuges Fig. 4 shows an embodiment of an active micro tool

Fig. 5 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des wirkenden Mikrowerkzeuges Fig. 5 shows a cross section of another embodiment of the active micro tool

Fig. 6a einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform zur Realisierung der Biegebewegung FIG. 6a shows a longitudinal section of another embodiment to realize the bending movement

Fig. 6b eine Frontalansicht derselben Ausführungsform Fig. 6b is a frontal view of the same embodiment

Fig. 1 zeigt eine Darstellung des Arbeitsprinzips einer Mikrosäge für die minimal-invasive Chirurgie. Eine Sonotrode 2 erzeugt den Ultraschall. Sie besteht aus einem piezoelektrischen bzw. magnetostriktiven Wandler 2a und dem Taper 2b zur Impedanztransformation. Durch Regelung der Leistung kann die Schwingungsamplitude vom Steuergerät 1 kontrolliert werden. Ohne Last, d. h. es besteht noch kein Kontakt mit dem Objekt, wird in der Sonotrode 2 eine stehende Welle gebildet. Am Ende der Sonotrode liegt die Auslenkungsmagnitude. Die zugeführte Energie ist proportional der abgegebenen Auslenkung und die Frequenz der mechanischen Schwingung entspricht der des elektrischen Signals, die mit der Geometrie der Sonotrode 2 korreliert. Fig. 1 shows an illustration of the working principle of a microsaw for minimally invasive surgery. A sonotrode 2 generates the ultrasound. It consists of a piezoelectric or magnetostrictive transducer 2 a and the taper 2 b for impedance transformation. The oscillation amplitude can be controlled by the control unit 1 by regulating the power. Without a load, ie there is still no contact with the object, a standing wave is formed in the sonotrode 2 . The deflection magnitude lies at the end of the sonotrode. The energy supplied is proportional to the deflection emitted and the frequency of the mechanical oscillation corresponds to that of the electrical signal, which correlates with the geometry of the sonotrode 2 .

Für die Schallübertragung wird eine flüssige Metalllegierung 5, z. B. Galinstan®, benutzt. Sie stellt ein Eutektikum aus den Metallkomponenten Gallium, Indium und Zinn dar. Ihr Schmelzpunkt liegt bei -20°C. Unter Normalbedingungen und bei Körpertemperatur befindet sie sich somit im flüssigen Aggregatzustand. Sie ist ungiftig und hat eine Dichte von 6,44 g/cm3. Mittels Impuls-Echo-Verfahren wurde eine Schallgeschwindigkeit von circa 2.950 m/s gemessen. So verfügt sie über eine akustische Impedanz von 18,9 × 106 kg/m2 s. Die akustische Impedanz des verwendeten Wandlers sollte damit gut übereinstimmen, z. B.:

Schallimpedanz von Ti = Dichte.Schallgeschwindigkeit

Z = ρ.C = 18.7 × 106 kg/m2s

Dadurch kann die Schallenergie von der Sonotrode 2 in das Flüssigmetall 5 mit hoher Effizienz übertragen werden. A liquid metal alloy 5 , e.g. B. Galinstan® used. It is a eutectic made of the metal components gallium, indium and tin. Its melting point is -20 ° C. Under normal conditions and at body temperature, it is in the liquid state. It is non-toxic and has a density of 6.44 g / cm 3 . A speed of sound of approximately 2,950 m / s was measured using the pulse-echo method. It has an acoustic impedance of 18.9 × 10 6 kg / m 2 s. The acoustic impedance of the transducer used should match well, e.g. B .:

Sound impedance of Ti = density

Z = ρ.C = 18.7 × 10 6 kg / m 2 s

As a result, the sound energy can be transferred from the sonotrode 2 into the liquid metal 5 with high efficiency.

Das verwendete Flüssigmetall sollte einen niedrigen Schalldämpfungskoeffizienten aufweisen. The liquid metal used should be low Have sound absorption coefficients.

Für die Übertragung wird ein Schlauch 6, dessen Innendurchmesser weniger als 1 mm betragen kann, mit Flüssigmetall aufgefüllt. Dieser Schlauch muss über eine geeignete Steifigkeit verfügen, wobei er einerseits flexibel genug für die Biegungen der Zugangswege im Körper sein soll und andererseits eine transversale Biegewelle auf seiner Wandung unterdrücken muss. Bei den Versuchen wurde dazu ein FEP-Schlauch benutzt. For the transmission, a hose 6 , the inside diameter of which can be less than 1 mm, is filled with liquid metal. This hose must have a suitable rigidity, on the one hand it should be flexible enough for the bends of the access paths in the body and on the other hand it must suppress a transverse bending wave on its wall. An FEP tube was used for this in the tests.

Um eine effiziente Schallübertragung gewährleisten zu können, muss vor dem Ausfüllen des Schlauches mit Flüssigmetall dieses entgast und unter Abdichtung in den Schlauch eingebracht werden, da sich andernfalls beim Verbleib von Luftblasen im Schlauch die Dämpfung der Schallübertragung stark erhöht. To ensure efficient sound transmission, must be filled with liquid metal before filling the hose this degasses and seals into the hose be introduced, otherwise the remaining of Air bubbles in the hose damping sound transmission greatly increased.

Der Effektor 7 befindet sich am distalen Ende des Schlauches 6. Infolge der Schallübertragung durch die Flüssigmetallfüllung 5 im Schlauch 6 wird der Effektor 7 in der Frequenz der schwingenden Sonotrode 2 in Längsrichtung oszillieren. Der Effektor 7 kann die Kontur eines Bohrers oder die von Sägeklingen aufweisen, womit ein Gewebe im Körper zertrennt oder harte Materialien abgetragen werden können. The effector 7 is located at the distal end of the tube 6 . As a result of the sound transmission through the liquid metal filling 5 in the tube 6 , the effector 7 will oscillate in the longitudinal direction at the frequency of the vibrating sonotrode 2 . The effector 7 can have the contour of a drill or that of saw blades, with which a tissue in the body can be cut or hard materials can be removed.

Durch Tests wurde nachgewiesen, dass auch Biegungen des Schlauches mit einem Radius von 3 cm über 90° die Effizienz der Energieübertragung mittels Flüssigmetall sehr wenig beeinträchtigen. Das ist gerade für die Anwendung im menschlichen Körpern mit unterschiedlichen Biegeradien vorteilhaft. Tests have shown that bends of the Efficiency with a radius of 3 cm over 90 ° very little energy transfer using liquid metal affect. This is just for use in human bodies with different bending radii advantageous.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Koppelstelle im Längsschnitt für die Energieeinkopplung von der Sonotrode 2 in die Flüssigmetall-Legierung 5. FIG. 2 shows a representation of the coupling point in longitudinal section for the energy coupling from the sonotrode 2 into the liquid metal alloy 5 .

Um die Effizienz der Energiekopplung von der Sonotrode 2 in die Flüssigmetallfüllung 5 im Schlauch 6 zu erhöhen, wird die übertragene Schallenergie durch eine gekrümmte Stirnfläche 3 am Sonotrodenende fokussiert. Diese Stirnfläche wirkt auf die übertragene akustische Welle wie eine Sammellinse auf optische Strahlen. Wenn die Schallgeschwindigkeit in der Sonotrode 2 größer der in dem Flüssigmetall ist, bewirkt eine konkave Fläche an der Sonotrodenspitze diesen Fokussierungseffekt. Der Fokuspunkt des Schalls liegt direkt vor dem Eingang des Schlauches 6. Der Schlauch wird durch die Schraubmuffe 8 an der Koppelstelle mit einer Dichtung 9 befestigt. In order to increase the efficiency of the energy coupling from the sonotrode 2 into the liquid metal filling 5 in the hose 6 , the transmitted sound energy is focused by a curved end face 3 at the end of the sonotrode. This end face acts on the transmitted acoustic wave like a converging lens on optical rays. If the speed of sound in the sonotrode 2 is greater than that in the liquid metal, a concave surface at the tip of the sonotrode causes this focusing effect. The focal point of the sound is directly in front of the inlet of the hose 6 . The hose is fastened by the screw sleeve 8 at the coupling point with a seal 9 .

Fig. 3a und 3b zeigen verschiedene Gestaltungen des Effektors. Sie können u. a. die Form eines Bohrers oder von Sägeklingen haben. Fig. 3a and 3b show various configurations of the effector. They can have the shape of a drill or saw blades.

Fig. 4 zeigt die Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des Mikrowerkzeuges in Funktion. Unter Erwärmung kann ein thermoplastischer Polymer-Schlauch abgewinkelt werden. Diese Knickstellen 11 stellen stoffschlüssige Gelenke dar. Zwei Effektoren 7a und 7b befinden sich am distalen Ende der paarigen Schläuche 6a und 6b. Ein umhüllendes Mantelrohr 10 bietet den beiden Schläuchen 6a und 6b eine laterale Führung. Durch Vorschieben dieses Mantelrohres 10 werden sich die beiden Schläuche 6a und 6b zusammenschließen, um das zu bearbeitende Objekt zu umgreifen. Die beiden Effektoren 7a und 7b werden gleichzeitig unter der Wirkung der Schallenergie longitudinal oszillieren. Das Mantelrohr 10 bewirkt außerdem eine Fixierung der beiden Schläuche an der Operationsstelle, damit die beiden Effektoren 7a und 7b nicht vom zu bearbeitenden Objekt abweichen. Fig. 4 shows the schematic diagram of one embodiment of the microtool in function. A thermoplastic polymer tube can be angled under heating. These kinks 11 represent integral joints. Two effectors 7 a and 7 b are located at the distal end of the pair of tubes 6 a and 6 b. An enveloping casing tube 10 provides the two tubes 6 a and 6 b with a lateral guide. By pushing this jacket tube 10 , the two hoses 6 a and 6 b will join together to encompass the object to be processed. The two effectors 7 a and 7 b will simultaneously oscillate longitudinally under the effect of the sound energy. The jacket tube 10 also fixes the two tubes at the surgical site so that the two effectors 7 a and 7 b do not deviate from the object to be processed.

Fig. 5 zeigt die Querschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform für die Mikrowerkzeuge. Bei Druckbeaufschlagung wird ein ellipsoider blasenartiger Hohlkörper mit einer Form 12a durch Volumenzunahme in eine Form 12b verändert. Zwei auf dessen Oberfläche angebrachte Arme 6a und 6b werden dabei durch den Tangentialversatz entsprechend bewegt und gleichmäßig zusammengeschlossen. Der Innendruck des Hohlkörpers kann mittels anderer Fluide, wie physiologischer Kochsalzlösung oder Luft erzeugt werden, wenn diese Medien durch ein weiteres Rohr 12c zugeführt werden. Bei der Herstellung werden die zwei schallleitenden Schläuche 6a und 6b mit der Wandung des Hohlkörpers 12 verbunden, damit bei dessen Verformung die beiden Schläuche rotatorisch versetzt werden. Der Hohlkörper 12 wird aus elastischem Material, z. B. Silikon-Gummi, hergestellt, und weist ungleichmäßige Wanddicken auf. So wird realisiert, dass sich die beiden Effektoren einerseits infolge der Verformung des Hohlkörpers gleichmäßig zusammenschließen und andererseits infolge der Schallübertragung mittels des in den Schläuchen 6a und 6b befindlichen Flüssigmetalls mit hoher Frequenz oszillieren. Fig. 5 shows the cross-sectional view showing another embodiment for the micro tools. When pressurized, an ellipsoidal bubble-like hollow body with a shape 12 a is changed into a shape 12 b by increasing the volume. Two arms 6 a and 6 b attached to its surface are moved accordingly by the tangential offset and joined together evenly. The internal pressure of the hollow body can be generated by means of other fluids, such as physiological saline or air, if these media are supplied through a further tube 12 c. During manufacture, the two sound-conducting hoses 6 a and 6 b are connected to the wall of the hollow body 12 , so that the two hoses are rotationally displaced when they are deformed. The hollow body 12 is made of elastic material, for. B. silicone rubber, and has uneven wall thicknesses. In this way it is realized that the two effectors on the one hand join together uniformly due to the deformation of the hollow body and on the other hand oscillate at high frequency due to the sound transmission by means of the liquid metal located in the tubes 6 a and 6 b.

Fig. 6a zeigt eine Darstellung im Längsschnitt und Fig. 6b eine Frontalansicht einer anderen Ausführungsform für die Realisierung der Biegebewegung des Effektorschlauches. Der frontale Verschluss des Mantelrohres 13 besteht aus den drei Teilen 14a, 14b und 14c, wobei das Teil 14b eine elastische Membran darstellt und infolge Druckbeaufschlagung verformt wird. Durch die exzentrische Lage des membrangetragenen Teiles 14c erfolgt eine gerichtete Verformung von 14b nach Druckzunahme. Diese Schwenkplatte 14c dreht den damit verbundenen Effektorschlauch 6 zur schmalsten Seite der Membranverbindung 14b, die dabei als Biegegelenk wirkt. FIG. 6a shows a representation in longitudinal section and FIG. 6b shows a frontal view of another embodiment for realizing the bending movement of the effector tube. The frontal closure of the casing tube 13 consists of the three parts 14 a, 14 b and 14 c, the part 14 b constituting an elastic membrane and being deformed as a result of pressurization. Due to the eccentric position of the membrane-supported part 14 c there is a directional deformation of 14 b after the pressure has increased. This pivot plate 14 c rotates the effector tube 6 connected to the narrowest side of the membrane connection 14 b, which acts as a flexure.

Die drei Teile 14a, 14b und 14c können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei das Material für 14b eine viel höhere Elastizität aufweisen muss. Bei unterschiedlicher Schichtdicken-Gestaltung oder unterschiedlichem Vernetzungsgrad kann dieses druckgesteuerte Drehgelenk auch unter Verwendung eines einheitlichen Materials ausgeführt werden. Bezugszeichenliste 1 Steuergerät
2 Sonotrode
2a piezoelektrischer oder magnetostriktiver Wandler
2b Taper
3 gekrümmte Stirnfläche
4 Kopplungsgefäß
5 Flüssigmetall
6 schallleitender Schlauch
6a,b paarige schallleitende Schläuche
7 Effektor
7a,b paarige Effektoren
8 Schraubmuffe
9 Schlauchdichtung
10 Mantelrohr
11 Schlauchknickstellen
12a,b verschiedene Formen eines elastischen Hohlkörpers
12c zusätzliches Rohr
13 Mantelrohr
14a Spannring
14b elastische Membran
14c Schwenkplatte
The three parts 14 a, 14 b and 14 c can be made of different materials, the material for 14 b must have a much higher elasticity. With different layer thickness designs or different degrees of cross-linking, this pressure-controlled swivel joint can also be made using a uniform material. List of Reference Numerals 1 Control unit
2 sonotrode
2 a piezoelectric or magnetostrictive transducer
2 b taper
3 curved face
4 coupling vessel
5 liquid metal
6 sound-conducting hose
6 a, b paired sound-conducting hoses
7 effector
7 a, b paired effectors
8 screw socket
9 hose seal
10 casing tube
11 hose kinks
12 a, b different forms of an elastic hollow body
12 c additional tube
13 jacket tube
14 a clamping ring
14 b elastic membrane
14 c swivel plate

Claims (14)

1. Verfahren für die minimal-invasive Chirurgie oder Feinwerktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass die über ein Regelsystem 1 steuerbare elektrische Antriebsenergie mittels einer Sonotrode 2 in eine mechanische Schwingung umgewandelt und diese hochfrequente longitudinale mechanische Schwingung über ein Kopplungsgefäß 4 in einem mit einem Flüssigmetall 5 gefüllten Schlauch 6 zum Effektor 7 übertragen wird. 1. A method for minimally invasive surgery or precision engineering, characterized in that the electrical drive energy which can be controlled via a control system 1 is converted into a mechanical oscillation by means of a sonotrode 2 and this high-frequency longitudinal mechanical oscillation via a coupling vessel 4 in a liquid metal 5 Hose 6 is transferred to the effector 7 . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode 2 und die Flüssigmetall-Legierung nach ihrer Impedanz angepasst sind und nicht mit einander chemisch wechselwirken. 2. The method according to claim 1, characterized in that the sonotrode 2 and the liquid metal alloy are adapted according to their impedance and do not interact chemically with one another. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden-Stirnfläche 3 zur Fokussierung der Schallenergie in den Schlaucheingang über eine konkave Krümmung verfügt, deren Radius von den Materialeigenschaften der Sonotrode und der Flüssigmetall-Legierung und der benötigten Brennweite bestimmt wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the sonotrode end face 3 has a concave curvature for focusing the sound energy in the hose entrance, the radius of which determines the material properties of the sonotrode and the liquid metal alloy and the required focal length becomes. 4. Mikrowerkzeug für die minimal-invasive Chirurgie oder Feinwerktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Ultraschallenergie eine Flüssigmetall- Legierung benutzt wird, die sich bei Raumtemperatur im flüssigen Aggregatzustand befindet, ungiftig ist und sich physiologisch inert zum menschlichen Körper verhält und einen niedrigen Dämpfungskoeffizienten für hohe Frequenzen aufweist. 4. Micro tool for minimally invasive surgery or Precision engineering, characterized in that for Transmission of ultrasonic energy a liquid metal Alloy is used, which is at room temperature in the liquid state, is non-toxic and becomes physiologically inert to the human body behaves and has a low damping coefficient for has high frequencies. 5. Mikrowerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsschlauch 6 aus Polymer oder einem anderen elastischen Material mit geeigneter Steifigkeit gefertigt ist. 5. Micro tool according to claim 4, characterized in that the transmission tube 6 is made of polymer or another elastic material with suitable rigidity. 6. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer Operation oder anderer Bearbeitungen der Effektor 7 eine zum Abtrag oder zur Trennung von Material oder biologischem Gewebe wirksame Wirkflächenform eines Bohrers oder einer Säge bzw. eines Schneideklingen- Paares aufweist. 6. Micro tool according to one of claims 4 or 5, characterized in that for performing an operation or other processing, the effector 7 has an effective surface shape of a drill or a saw or a pair of cutting blades for removing or separating material or biological tissue , 7. Mikrowerkzeug nach einem der Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch 6 als Schlauchpaar ausgebildet ist und das Effektorenpaar 7a und 7b an den distalen Enden mit gleicher Frequenz oszillieren und mittels eines äußeren umhüllenden Schlauches 10 gleichmäßig zusammengeschlossen werden. 7. Micro tool according to one of claims 4 to 6, characterized in that the fluid-carrying tube 6 is designed as a pair of tubes and the pair of effectors 7 a and 7 b oscillate at the distal ends at the same frequency and are joined together uniformly by means of an outer enveloping tube 10 . 8. Mikrowerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch 6 vor dem Ausfüllen im distalen Bereich durch thermische Formgebung abgewinkelt ist und die nötige Steifigkeit zur Aufnahme von Druckkräften auf das Schnittgut besitzt. 8. Micro tool according to claim 7, characterized in that the fluid-carrying hose 6 is angled before filling in the distal region by thermal shaping and has the necessary rigidity to absorb compressive forces on the clippings. 9. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schläuche 6a und 6b mit einem deformierbaren, mit ungleichmäßiger Wanddicke und Wandsteifigkeit versehenen ellipsoiden Hohlkörper 12, der mit körperverträglichem Fluid gefüllt ist, verbunden sind. 9. Micro tool according to one of claims 7, characterized in that the two hoses 6 a and 6 b are connected to a deformable, with an uneven wall thickness and wall stiffness provided ellipsoidal hollow body 12 , which is filled with body-compatible fluid. 10. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektorschlauch 6 mit einem beweglichen Verschluss 14 an der Stirnseite des Mantelrohres 13 verbunden ist. 10. Micro tool according to one of claims 4 to 9, characterized in that the effector tube 6 is connected to a movable closure 14 on the end face of the casing tube 13 . 11. Mikrowerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des frontalen Verschlusses 14a, 14b und 14c des Mantelrohres 13 aus verschiedenen Materialien hergestellt sind und die dünne Membran 14b eine hohe Elastizität aufweist. 11. Micro tool according to claim 10, characterized in that the parts of the frontal closure 14 a, 14 b and 14 c of the casing tube 13 are made of different materials and the thin membrane 14 b has a high elasticity. 12. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussteile aus einem homogenen Material, z. B. Polyäthylen, hergestellt sind und der Abschnitt 14b eine geringere Dicke oder Steifigkeit aufweist. 12. Micro tool according to one of claims 10 or 11, characterized in that the closure parts made of a homogeneous material, for. As polyethylene, are made and section 14 b has a smaller thickness or stiffness. 13. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der paarigen Effektorspitzen 7a und 7b feststeht. 13. Micro tool according to one of claims 4 to 12, characterized in that one of the paired effector tips 7 a and 7 b is fixed. 14. Mikrowerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Effektorspitzen gegenphasig oszillieren. 14. Micro tool according to one of claims 4 to 13, characterized in that the two effector tips oscillate in phase opposition.
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