CN104068916A - 流体喷射装置及医疗设备 - Google Patents

Abstract

提供一种喷射流体的流体喷射装置以及医疗设备。该流体喷射装置包括：喷射管，其具有喷射流体的开口部；流体室，其连通至喷射管，容积根据压电元件的位移而变化；供给流路，其连通至流体室；开闭单元，其设置于供给流路，执行供给流路的开闭；流体供给部，其对流体加压，经由供给流路向流体室供给流体；以及电压控制部，其向压电元件施加驱动电压。电压控制部控制施加于压电元件的驱动电压在供给流路被开闭单元开放后达到规定的电压。

Description

流体喷射装置及医疗设备

技术领域

本发明有关流体喷射装置及医疗设备。

背景技术

作为使喷射的流体碰撞患部而进行治疗的医疗设备，例如，已知专利文献1记载的内容。专利文献1记载的流体喷射装置中，通过驱动压电元件而使流体室的容积增减，使脉动流（脉冲流）从喷射管喷射出。

流体喷射装置，由于例如作为医疗用的手术刀使用，因此需要脉动流的强度（流势）稳定。特别是，为了提升手术者的使用感受，希望从喷射开始之后立即喷射适当的流势的脉动流。

此外，在现有的流体喷射装置中，希望其小型化、低成本化、节省资源化、制造容易化、使用方便性的提升等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-82202

发明内容

本发明旨在解决上述课题的至少一部分而进行，能够通过以下的方式来实现。

（1）根据本发明的一方式，提供一种喷射流体的流体喷射装置。该流体喷射装置是喷射流体的流体喷射装置，包括：喷射管，其喷射所述流体；流体室，其连通于所述喷射管；脉动付与部，其使所述流体室内的流体从所述喷射管喷射出；供给流路，其连通至所述流体室；开闭单元，其设置于所述供给流路，执行所述供给流路的开闭；流体供给部，其对所述流体加压，经由所述供给流路向所述流体室供给所述流体；电压控制部，其向所述脉动付与部施加驱动电压。所述电压控制部控制施加于所述脉动付与部的所述驱动电压在所述供给流路被所述开闭单元开放后达到规定的电压。供给流路刚被开闭单元开放后，从供给流路供给的流体的压力暂时性升高，流体室的压力也暂时性升高。根据该方式的流体喷射装置，供给流路被开闭单元开放时，施加于脉动付与部的驱动电压未达到规定的电压。从而，在流体室内的流体的压力暂时性升高的状态下，能够控制规定的电压施加于脉动付与部。其结果是，从喷射开始后立即能够喷射适当的流势的脉动流。

（2）在上述方式的流体喷射装置中，所述电压控制部执行控制，使得所述供给流路被所述开闭单元开放后，向所述脉动付与部施加所述驱动电压。根据该方式的流体喷射装置，由于向流体室的流体供给开始后，脉动付与部开始驱动，因此，能够抑制在流体室的流体不足的状态下脉动付与部进行驱动。其结果是，能够抑制在流体室的流体不足的状态下脉动付与部进行驱动所导致的气泡的产生，能够抑制压力的传送被气泡削弱的情况。

（3）在上述方式的流体喷射装置中，所述电压控制部执行控制，使得从所述开闭单元开放所述供给流路开始经过规定时间后，向所述脉动付与部施加所述驱动电压。从供给流路被开放开始经过规定时间后，暂时性升高的流体室的压力下降，基本稳定为一定的值。根据该方式的流体喷射装置，由于从供给流路被开放开始经过规定时间后脉动付与部开始驱动，因此能够从喷射开始后立即喷射适当的流势的脉动流。进一步，根据该方式的流体喷射装置，由于向流体室的流体供给开始后脉动付与部开始驱动，因此能够抑制流体室中的气泡的产生，能够抑制压力的传送被气泡削弱的情况。

（4）在上述方式的流体喷射装置中，也可以为：所述供给流路包括具有弹性的管道，所述开闭单元包括通过从外侧按压所述具有弹性的管道而使所述供给流路闭塞的夹管阀。根据该方式的流体喷射装置，由于开闭单元能够不接触管道内的流体而进行供给流路的开闭，因此能够使流体的卫生方面得以提高。

（5）使用上述方式的流体喷射装置的医疗设备。根据该方式，能够提供可靠性高的医疗设备。

上述的本发明各实施方式所具有的多个构成要素并非所有都是必须的，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了达成本说明书记载的效果的一部分或全部，对于上述多个构成要素中的一部分构成要素，能够适宜地进行变更、删除、与新的其他的构成要素的替换、限定内容的一部分删除。此外，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了达成本说明书记载的效果的一部分或全部，也能够将上述本发明的一方式所包含的技术特征的一部分或者全部与本发明的其他方式所包含的技术特征的一部分或者全部进行组合，形成本发明的独立的一方式。

例如，本发明的一方式可以作为具备喷射管、流体室、供给流路、开闭单元、流体供给部和电压控制部这6个要素中的1个以上的要素的装置而实现。即，该装置可以具有喷射管，也可以不具有。此外，该装置可以具有流体室，也可以不具有。此外，该装置可以具有供给流路，也可以不具有。此外，该装置可以具有开闭单元，也可以不具有。此外，该装置可以具有流体供给部，也可以不具有。此外，该装置可以具有电压控制部，也可以不具有。喷射管，例如可以作为具有喷射所述流体的开口部的喷射管而构成。流体室，例如可以作为连通于所述喷射管，容积根据压电元件的位移而变化的流体室而构成。供给流路，例如可以作为连通于所述流体室的供给流路而构成。开闭单元，例如可以作为设置于所述供给流路，执行所述供给流路的开闭的开闭单元而构成。流体供给部，例如可以作为对所述流体加压，经由所述供给流路向所述流体室供给所述流体的流体供给部而构成。电压控制部，例如为向所述压电元件施加驱动电压的电压控制部，可以作为以如下方式实施控制的电压控制部而构成：施加于所述压电元件的所述驱动电压在所述开闭单元执行的所述供给流路的开放之后，达到规定的电压。这种装置，例如能够作为喷射流体的流体喷射装置而实现，也可以作为喷射流体的流体喷射装置以外的其他装置而实现。根据该方式，能够解决装置的小型化、低成本化、节省资源化、制造容易化、使用方便性的提升等的各种课题的至少一个。上述的喷射流体的流体喷射装置的各方式的技术特征的一部分或全部，都能够适用于该装置。

本发明也能够以装置以外的各种方式而实现。例如，能够以喷射流体的方法或流体喷射装置的制造方法等的方式而实现。

附图说明

图1是示出作为本发明的第一实施方式的流体喷射装置的构成的说明图。

图2为放大示出手持件的内部构成的一部分的截面图。

图3为示出阀刚刚开放后的流体室内的流体的压力的测量结果的说明图。

图4为示出在第一实施方式中施加于压电元件的驱动电压的变化的说明图。

图5为示出脚踏开关为“导通”的情况下的时序图的一例的说明图。

图6为示出在第二实施方式中施加于压电元件的驱动电压的变化的说明图。

图7为示出在第二实施方式中脚踏开关为“导通”的情况下的时序图的一例的说明图。

图8为示出在第三实施方式中施加于压电元件的驱动电压的变化的说明图。

图9为示出在第三实施方式中脚踏开关为”导通”的情况下的时序图的一例的说明图。

图10为示出在第三实施方式中脚踏开关为”导通”的情况中的处理的流程图。

具体实施方式

下面，按照第一至第三实施方式及变形例的顺序说明本发明的实施方式。A.第一实施方式：图1为示出作为本发明的第一实施方式的流体喷射装置100的构成的说明图。本实施方式的流体喷射装置100是在医疗机关中使用的医疗设备，通过向患部喷射流体，具有作为实施患部的切开或者切除的手术刀的作用。

流体喷射装置100包括：流体供给单元10、手持件14、控制部16和脚踏开关18。流体供给单元10和手持件14之间通过树脂制的连接管19连接。

连接管19上设置有：作为执行流路的开闭的开闭单元的阀12、除去连接管19内的异物或细菌、气泡等的过滤器13。

流体供给单元10经由连接管19向手持件14供给流体。在本实施方式中，流体供给单元10为注射器型的泵，包括：圆筒状的注射器10a、使注射器10a的容积发生变化的活塞10b、使注射器10a内的活塞10b移动的致动器10c。

注射器10a容纳作为向手持件14供给的流体的生理盐水。不过，代替生理盐水，注射器10a也可以容纳例如纯水、药液等喷射于患部而无害的其他流体。

活塞10b通过致动器10c的动作而能够在注射器10a内移动，从而使注射器10a的容积发生变化。在本实施方式中，为了提高注射器10a的气密性，活塞10b由树脂形成。

阀12为执行流路的开闭的开闭单元，在本实施方式中，使用通过从外侧夹持具有弹性的连接管19而使连接管19内的流路闭塞的夹管阀。从而，在本实施方式中，由于能够不接触连接管19内的流体而执行供给流路的开闭，因此能够卫生性良好地确保流路内的流体。并且，即使废弃使用完毕或变旧的连接管19而更换为新的连接管19的情况下，也能够再利用夹管阀。此外，作为阀12，也可以使用闸阀、球阀等其他种类的阀。

在本实施方式中，测量注射器10a内的流体的压力的传感器设置于流体供给单元10，在阀12关闭的情况下，致动器10c以注射器10a内的流体的压力达到规定的压力的方式而被控制。流体供给单元10，当从控制部16收到以向手持件14供给流体为内容的指令时，使阀12开放的同时，通过使致动器10c动作而使活塞10b以规定的速度移动。其结果是，注射器10a的容积减小，注射器10a内的流体被压出至连接管19。

手持件14为手术者手持操作的器具，包括：流体喷射管20、脉动付与部22、箱体24。当从流体供给单元10供给流体时，手持件14通过脉动付与部22将脉动付与被供给的流体，从流体喷射管20的前端的开口部20a，高速喷射被付与脉动的流体（脉动流）。手术者，通过使从手持件14喷射的流体碰撞患者的患部，进行患部的切开或者切除。

控制部16经由电压施加线缆17a将驱动电压施加于脉动付与部22的同时，经由控制线缆17b控制流体供给单元10及阀12，从而进行被供给至手持件14的流体的流量的控制。

脚踏开关18是手术者用脚操作的开关，连接于控制部16。当手术者开启脚踏开关18时，驱动电压被施加于脉动付与部22的同时，阀12开放，流体供给单元10开始流体的供给。其结果是，被付与脉动的流体（脉动流）从手持件14的流体喷射管20的前端的开口部20a高速喷射出。

在本实施方式的流体喷射装置100中，通过阀12的开闭，控制向手持件14的流体的供给，因此对于手术者的操作的应答性优异。

图2为放大示出手持件14的内部构成的一部分的截面图。对于从流体供给单元10供给的流体付与脉动的脉动付与部22，设置于手持件14的箱体24的内部。脉动付与部22包括：压电元件30、隔膜32、第一壳体34、第二壳体36、第三壳体38。

在脉动付与部22的内部，作为从流体供给单元10供给的流体所通过的流路，形成有入口流路40、流体室42、出口流路44。在本实施方式中，入口流路40及出口流路44形成于第一壳体34，流体室42形成于第一壳体34和隔膜32之间。连接管19连接于入口流路40，流体喷射管20连接于出口流路44。

隔膜32为圆盘状的金属薄板，其外周部分夹持于第一壳体34和第二壳体36之间而被固定。

压电元件30当从控制部16被施加有驱动电压时，使形成于隔膜32和第一壳体34之间的流体室42的容积发生变化。在本实施方式中，压电元件30为层叠型压电元件，其一端固定于隔膜32，另一端固定于第三壳体38。

当施加于压电元件30的驱动电压变大时，压电元件30伸长，隔膜32被压电元件30按压而向流体室42侧挠曲。当隔膜32向流体室42侧挠曲时，流体室42的容积变小，流体室42内的流体被从流体室42压出。在本实施方式中，出口流路44的内径比入口流路40的内径大。即，由于出口流路44的惯性（inertance）比入口流路40的惯性小，因此，流体室42内的流体的大部分，通过出口流路44被从流体室42压出。

另一方面，当施加于压电元件30的驱动电压变小时，压电元件30缩小，流体室42的容积变大，流体被从入口流路40供给至流体室42内。

施加于压电元件30的驱动电压，由于以高频率（例如300Hz）反复“导通”（最大电压）和“关断”（0V），因此，流体室42的容积的扩大和缩小也被反复，脉动被付与流体。从流体室42被压出的流体，从流体喷射管20的前端的喷嘴20a（开口部20a）喷射。此外，这里虽然将“关断”电压记为0V，只要是比”导通”状态的最大电压低的电压，也可以不是0V。

图3是示出阀12刚刚开放后的流体室42内的流体的压力的测量结果的说明图。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示流体室42内的流体的压力。并且，在图3所示的压力的测量时，压电元件30未驱动。

如图3所示，能够确认如下：在时刻0，当阀12开放、流体供给单元10开始流体的供给时，流体室42内的流体的压力，在阀12刚刚开放后暂时性地显示高值之后便下降，稳定为基本一定的值。

其理由之一可以考虑如下。当阀12在高压力负载于注射器10a的状态下而被开放时，流体有一股地涌向手持件14的趋势。但是，由于在从流体供给单元10至手持件14的流体室42的流路的中途，存在过滤器13等的成为流路阻碍的原因的要素，因此流体被暂时性地堰塞。另一方面，由于来自注射器10a的流体的供给继续，因此过滤器13等阻碍要素的跟前成为暂时性的高压力，考虑是由于该升高的压力注入手持件14所导致的。除此之外，也可以考虑，当阀12被开放时，在压力的传递过程中，视同为进行了阶跃输入（step input），在阀12刚刚开放后，在手持件14的流体室42内产生了高的压力。

图4为示出在第一实施方式中施加于压电元件30的驱动电压的变化的说明图。图4所示的虚线，示出了施加于压电元件30的驱动电压的一例。此外，实际上施加于压电元件30的驱动电压以高频率（例如300Hz）反复“导通”（最大电压）和“关断”（0V），但为了简明地表现最大电压的推移，以低于实际频率的频率描绘驱动电压。图4的实线表示驱动电压的最大电压的推移。并且，该图4的横轴的分度与图3不同。以后，在表示施加于压电元件30的驱动电压的变化的图中，仅表示驱动电压的最大电压的推移。

如图4所示，当脚踏开关18为“导通”时，控制部16以如下方式控制：在开始向压电元件30的驱动电压的施加的同时，使驱动电压的最大电压逐渐成为大值，达到规定的电压V1。进一步地，控制部16使阀12开放的同时，使流体供给单元10的致动器10c动作而使流体的供给开始。

在本实施方式中，控制部16以如下方式控制：施加于压电元件30的驱动电压的最大电压，在阀12的开放之后达到规定的电压V1。因此，如图4所示，阀12开放时，驱动电压的最大电压未达到规定的电压V1。

具体而言，在本实施方式中，流体室42内的流体的压力暂时性升高的阀12的刚刚开放后，低于规定的电压V1的驱动电压被施加于压电元件30。流体室42内的流体的压力基本稳定为一定的值之后，以规定的电压V1为最大电压的驱动电压被施加于压电元件30。从而，在喷射刚刚开始后，能够抑制流势强劲的脉动流喷射。即，根据本实施方式，从喷射开始后立即能够喷射适当的流势的脉动流。

图5为示出脚踏开关18为“导通”的情况下的时序图的一例的说明图。控制部16以脚踏开关18成为“导通”为契机，开始驱动电压的施加。进一步，控制部16以脚踏开关18成为“导通”为契机，开放阀12的同时，使致动器10c动作。于是，在阀12刚刚开放后，流体室42内的流体的压力暂时性升高，其后，基本稳定为一定的值。如上所述，在本实施方式中，在流体室42内的流体的压力暂时性升高的期间，低于规定的电压V1的驱动电压被施加于压电元件30，流体室42内的流体的压力基本稳定为一定的值之后，以规定的电压V1为最大电压的驱动电压被施加于压电元件30。

另一方面，控制部16以脚踏开关18成为“关断”为契机，使阀12闭塞的同时，使致动器10c停止，停止驱动电压的施加。

此外，从脚踏开关18成为“导通”开始至驱动电压的最大电压达到规定的电压V1为止的时间越短，越能够提升手术者的使用感受。因此，优选从脚踏开关18成为“导通”开始至驱动电压的最大电压达到规定的电压V1为止的时间为0.2秒以下。

如此，根据本实施方式，由于流体室42内的流体的压力暂时性升高的阀12的刚开放后，低于规定的电压V1的驱动电压被施加于压电元件30，因此，从喷射开始后立即能够喷射适当的流势的脉动流。

B、第二实施方式：图6为示出在第二实施方式中施加于压电元件30的驱动电压的最大电压的变化的说明图。图7为示出在第二实施方式中脚踏开关18为“导通”的情况下的时序图的一例的说明图。与图4及图5所示的第一实施方式的不同之处，仅在于阀12开放之后，对于压电元件30施加驱动电压这一点，其他的构成与第一实施方式相同。

根据本实施方式，由于向流体室42的流体供给开始后，压电元件30开始驱动，因此，能够抑制在流体室42的流体不足的状态下压电元件30进行驱动。其结果是，能够抑制在流体室42的流体不足的状态下压电元件30进行驱动所导致的气泡的产生。

如此，根据本实施方式，在能够实现与第一实施方式的同样的效果的同时，能够抑制流体室42中的气泡的产生，能够抑制压力的传送被气泡削弱的情况。

C、第三实施方式：图8为示出在第三实施方式中施加于压电元件30的驱动电压的最大电压的变化的说明图。图9为表示在第三实施方式中脚踏开关18为“导通”的情况下的时序图的一例的说明图。与图4及图5所示的第一实施方式的不同之处，仅在于：从阀12被开放开始经过规定时间后，对于压电元件30施加驱动电压这一点，以及从施加开始后驱动电压的最大电压立即达到规定的电压V1这一点，其他的构成与第一实施方式相同。

图10为示出在第三实施方式中脚踏开关18为“导通”的情况中的处理的流程图。控制部16判定脚踏开关18是否为“导通”（步骤S10），在脚踏开关18为“导通”的情况下，控制部16使阀12开放后（步骤S20），使流体供给单元10的致动器10c动作（步骤S30）。控制部16判定从阀12被开放开始是否经过规定时间（步骤S40），在经过规定时间的情况下，开始向压电元件30的驱动电压的施加（步骤S50）。

如图3及图9所示，从阀12被开放开始经过规定时间后，暂时性升高的流体室42的压力下降，基本稳定为一定的值。在本实施方式中，从阀12被开放开始经过规定时间后，即，暂时性升高的流体室42内的流体的压力下降、基本稳定为一定的值后，压电元件30开始驱动，因此，从喷射开始后立即能够喷射适当的流势的脉动流。

进一步，在本实施方式中，由于阀12被开放、向流体室42的流体供给开始后，压电元件30开始驱动，因此，能够抑制在流体室42的流体不足的状态下压电元件30进行驱动。其结果是，能够抑制在流体室42的流体不足的状态下压电元件30进行驱动所导致的气泡的产生，能够抑制压力的传送被气泡削弱的情况。

此外，根据图3可以理解为：在本实施方式的流体喷射装置100中，流体室42内的流体的压力，从阀12被开放开始约0.1秒后，基本稳定为一定的值。因此，本实施方式的控制部16优选以如下方式控制：从阀12被开放开始约0.1秒后，对压电元件30施加驱动电压。不过，流体室42内的流体的压力基本稳定为一定的值所需要的时间，因流体喷射装置100的构成而不同。因此，优选根据流体喷射装置100的构成而适当设定从阀12被开放起至开始驱动电压的施加的时间。

D、变形例：此外，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内能够以各种方式实施，例如能够进行如下的变形。

变形例1：在上述实施方式中，流体喷射装置100作为医疗设备而被使用。与此对比，在变形例中，流体喷射装置100可以作为医疗设备以外的其他装置而被使用。例如，流体喷射装置100可以作为如下使用：通过使喷射的流体碰撞对象物而除去对象物的污垢的清扫装置、通过喷射的流体而描绘文字或图案等的描绘装置。

变形例2：在上述实施方式中，使用液体作为从流体喷射装置100喷射的流体。与此对比，在变形例中，可以使用气体作为从流体喷射装置100喷射的流体。

变形例3：在上述实施方式中，控制部16例如具备CPU和DAC（数字-模拟转换电路），可以将由CPU整形的驱动波形通过DAC转换为模拟的驱动信号，将驱动信号供给至压电元件30。此外，可以通过硬件实现上述实施方式中通过软件实现的功能的一部分，或者，也可以通过软件实现通过硬件实现的功能的一部分。

变形例4：在上述第二及第三实施方式中，阀12的开放及致动器10c的动作开始的时刻，可以为脚踏开关18变刚为“导通”后的时刻。如此，能够缩短驱动电压的最大电压达到规定的电压V1的时间。

变形例5：在上述实施方式中，代替用脚操作的脚踏开关18，可以设置用手操作的开关。用手操作的开关，例如设置于手持件14。

变形例6：在上述实施方式中，使用压电元件作为脉动付与部。与此对比，在变形例6中，也可以使用气泡产生单元作为脉动付与部。作为气泡产生单元，例如可以使用加热器或激光光照单元等。作为气泡产生单元，如果为加热流体室内的流体而使气泡产生，通过产生的气泡的膨胀而使流体室内的流体喷射的单元的话，则能够使用。

本发明不限于上述的实施方式或实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内，能够通过各种构成来实现。例如，与发明内容栏内所记载的各方式中的技术特征相对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了达成上述的效果的一部分或全部，能够适宜地进行替换、组合。并且，只要该技术特征在本说明书中未作为必须要素说明，就能够进行适宜地删除。

Claims (5)

1.一种喷射流体的流体喷射装置，包括：

喷射管，其喷射所述流体；

流体室，其连通至所述喷射管；

脉动付与部，其使所述流体室内的流体从所述喷射管喷射；

供给流路，其连通于所述流体室；

开闭单元，其设置于所述供给流路，执行所述供给流路的开闭；

流体供给部，其对所述流体加压，经由所述供给流路向所述流体室供给所述流体；以及

电压控制部，其向所述脉动付与部施加驱动电压，

所述电压控制部控制施加于所述脉动付与部的所述驱动电压在所述供给流路被所述开闭单元开放后达到规定的电压。

2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中，

所述电压控制部控制在所述供给流路被所述开闭单元开放后向所述脉动付与部施加所述驱动电压。

3.根据权利要求1或2所述的流体喷射装置，其中，

所述电压控制部控制从所述开闭单元开放所述供给流路开始经过规定时间后向所述脉动付与部施加所述驱动电压。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体喷射装置，其中，

所述供给流路包括具有弹性的管道，

所述开闭单元包括通过从外侧按压所述具有弹性的管道而使所述供给流路闭塞的夹管阀。

5.一种使用了权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置的医疗设备。