CN104856743A - 流体喷射装置及使用它的医疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体喷射装置及使用它的医疗设备。该流体喷射装置包括手柄、流体供给部和气泡发生部。手柄具有充满流体FL的流体室及用于喷射流体室中流体FL的喷嘴。流体供给部经由供给用管，向流体室供给规定流量的流体。气泡发生部通过在流体室内周期性发生气泡，从而使流体FL从喷嘴喷射出。当由气泡发生部使气泡发生时的频率为f(Hz)，气泡发生部的一个周期驱动期间中气泡变为最大时的气泡最大体积为V(ml)时，流体供给部以超过V×f(ml/s)的规定流量向流体室供给流体FL。

Description

流体喷射装置及使用它的医疗设备

本申请要求于2014年2月21日提交的日本专利申请第2014-32018号的权益，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及流体喷射装置及使用它的医疗设备。

背景技术

流体喷射装置有时使用在例如手术用手术刀等将流体施加在患部的生物体组织从而进行治疗的医疗设备上。在专利文献1中，公开了通过压电元件的驱动使流体室的容积增加或减少，使脉流(脉冲流)从喷射管喷射出的流体喷射装置。

对于流体喷射装置，一直以来，需要提高流体的喷射的稳定性与控制性。特别是，使用在医疗用设备的流体喷射装置，除了确保更加高水平的流体喷射的稳定性与控制性之外，还需要改善手术操作者的使用感。此外，对于流体喷射装置，希望其小型化与简单化、提高操作性、低成本、省资源、且制造简单等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008-82202号公报

发明内容

本发明是为了解决上述问题的至少一部分而作出，可以作为下面的方式而实现。

(1)根据本发明的一方式，提供喷射流体的流体喷射装置。该方式的流体喷射装置可以具备：喷射开口部、流体室、流体供给部、气泡发生部和控制部。上述喷射开口部可以喷射上述流体。上述流体室可以与上述喷射开口部连通。上述流体供给部可以向上述流体室供给规定的流量的上述流体。上述气泡发生部通过在上述流体室内周期性的发生气泡，从而可以使上述流体室内的上述流体从上述喷射开口部喷射出。上述控制部可以控制上述流体供给部与上述气泡发生部。当由上述气泡发生部使气泡发生时的频率为f(Hz)，上述气泡发生部的一个周期的驱动期间中气泡变为最大时的气泡的最大体积为V(ml)时，上述控制部可以向上述流体供给部以超过V×f(ml/s)的上述规定的流量供给上述流体。根据该方式的流体喷射装置，抑制流体室内的流体不足，并提高流体喷射的稳定性。

(2)在上述方式的流体喷射装置中，上述控制部可以可变地控制上述频率f、上述最大体积V，当上述频率f的最大值为fmax(Hz)，上述最大体积V的最大值为V1(ml)时，可以向上述流体供给部以超过V1×fmax(ml/s)的上述规定的流量供给上述流体。根据该方式的流体喷射装置，抑制流体室内的流体不足，并提高流体喷射的稳定性。

(3)在上述方式的流体喷射装置中，上述控制部可以向上述流体供给部以不足V1×2.0×fmax(ml/s)的上述规定的流量供给上述流体。根据该方式的流体喷射装置，抑制向流体室供给过剩的流体，并提高流体喷射的稳定性。

(4)在上述方式的流体喷射装置中，如果当通过上述气泡发生部的一次驱动使V1(ml)体积的流体从上述喷射开口部喷射时，由于流体的惯性效果随着V1(ml)体积的上述流体从上述喷射开口部喷射的流体的体积为V2(ml)，则上述控制部能以(V1+V2)×fmax(ml/s)以上的上述规定的流量供给上述流体。根据该方式的流体喷射装置，抑制流体喷射后的流体室的流体不足。

(5)作为本发明的其他的实施方式，提供一种医疗设备。该方式的医疗设备可以使用上述方式的流体喷射装置。根据该方式的医疗设备，提高流体喷射的稳定性。

具有上述的本发明的各方式的多个构成要素不是全部必须的，为了解决一部分或全部的上述问题，或者，为了完成本说明书所述的一部分或全部的效果，可以适当的对上述多个构成要素中一部分的构成要素进行变更、删除、与新的其他的构成要素进行替换、对一部分的限定内容进行删除。此外，为了解决一部分或全部的上述问题，或者，为了完成本说明书所述的一部分或全部的效果，也可以将包括上述本发明的一方式的一部分或全部的技术特征与包括本发明其他方式的一部分或全部的技术特征相组合，成为本发明独立的一方式。

本发明可以通过流体喷射装置之外的各种方式实现。例如，能够通过例如具备流体喷射装置的医疗设备，具备该医疗设备的医疗系统等的方式实现。此外，喷射流体的方法与流体喷射装置的控制方法能够通过用于实现这些方法的计算机程序、存储该计算机程序的非临时性的存储介质等的方式实现。

附图说明

图1是示出流体喷射装置的结构概略图。

图2是示出手柄内部构成的概略剖视图。

图3示出从控制部向气泡发生部发送驱动信号的一个例子的概略图。

图4的(a)至图4的(e)是按时序示出施加一个周期的驱动信号时的流体室内的样子的示意图。

图5是用于说明由于气泡的发生而从流体室压出流体的体积的说明图。

具体实施方式

A.实施方式：

图1是示出作为本发明的一实施方式的流体喷射装置100的构成的概略图。流体喷射装置100是在医疗机构使用的医疗设备，作为通过向患者的患部的生物体组织喷射给予脉动的流体，将该患部进行切开或切除等的手术用的手术刀而发挥作用。在本说明书中，将“给予脉动的流体”称为“脉流”或“脉冲流”。流体喷射装置100具备手柄10、流体供给部20、流体容器25、气泡发生部30和控制部50。

手柄10是作为使用者的手术操作者手持操作的基本圆柱形的手术工具，按照手术操作者的操作，如通过虚线箭头所示出的，从该前端喷射流体。手柄10具备壳体11、流体容纳部13、喷嘴14和条件切换部16。壳体11是以手术操作者可以抓住的方式而构成的手柄10的包装部，在内部容纳流体容纳部13、一部分的喷嘴14。

流体容纳部13具有容纳流体的流体室(省略附图示出)。流体容纳部13在其后端侧经由具有可挠性树脂制的供给用管21与流体供给部20连接，经由具有可挠性的电缆31与气泡发生部30连接。喷嘴14是与流体容纳部13的流体室连通的管形构件，与流体容纳部13的前端侧连接。喷嘴14是喷射流体的喷射管，该前端开口部作为喷射开口部发挥作用。对于具体的流体容纳部13的结构及流体喷射的机制在后面进行叙述。

壳体11的侧面设计有条件切换部16。条件切换部16是用于手术操作者切换流体喷射用的驱动电压的大小与频率的操作部。在本实施方式中，条件切换部16由刻度盘(dial)式的两个切换开关构成，以使通过手术操作者一只手的操作能够简单选择驱动电压与频率。手术操作者通过条件切换部16将设定的驱动电压与频率的设定值经由信号线51向控制部50发送。

流体供给部20具备泵部(省略附图示出)。流体供给部20通过该泵部的驱动，经由补给用管22将存积在流体容器25的流体吸入，并经由上述的供给用管21向流体容纳部13供给。流体供给部20经由信号线52与控制部50连接。流体供给部20按照来自控制部50的指令，开始向流体容纳部13供给流体。此外，在本实施方式中，在流体容器25中存积有生理食盐水。此外，补给用管22由树脂构成。补给用管22可以由树脂以外的材料(例如金属)构成。

气泡发生部30使成为流体喷射的驱动力的气泡在流体容纳部13的流体中发生。在本实施方式中，气泡发生部30生成用于传导用于使流体气化而产生气泡的能量的电磁波波束。气泡发生部30具备对光进行放大的振荡器，发生波长为2.06μm、指向性高的红外线范围的光激射器(opticalmaser)作为电磁波波束。通过气泡发生部30生成的电磁波波束通过由光纤构成的电缆31被传送至手柄10。气泡发生部30按照经由信号线53从控制部50发送的控制信号使电磁波波束周期性发生。

控制部50由具备主存储装置与中央处理装置的微型电子计算机构成。控制部50控制流体供给部20的流体的供给流量，并控制气泡发生部30的电磁波波束的发生周期与强度。控制部50经由信号线54与作为手术操作者通过脚而操作的开关的脚踏开关60连接。手术操作者踩住脚踏开关60，一旦变为接通，则控制部50向流体供给部20及气泡发生部30发送驱动信号，使流体供给部20开始流体的供给，并使气泡发生部30开始气泡的发生。

图2是示出手柄10的内部构成的概略剖视图。在图2中，为了方便，壳体11、条件切换部16、喷嘴14的一部分的图示被省略。此外，在图2中，为了方便，示出了流体供给部20、气泡发生部30。容纳在手柄10的内部的流体容纳部13为基本圆柱形的空心容体，形成在内部填充流体FL的流体室15。

在流体室15的后端侧(纸面右侧)，为了接收来自流体供给部20的流体FL的供给而导入供给用管21的前端开口部。此外，在流体室15的后端侧，导入电缆31的前端部以使在气泡发生部30生成的电磁波波束可以向流体FL中射出。流体室15的前端侧以与流体室15连通的方式连接喷嘴14。此外，电缆31的前端部与喷嘴14被配置为各自的中心轴与流体室15的中心轴一致。

优选喷嘴14的开口直径比流体室15内的供给用管21的开口直径大。由此，喷嘴14的惯性变得比供给用管21的惯性小，流体室15内的压力增高时，流体FL容易从喷嘴14压出。

从电缆31的前端部射出的电磁波波束(色底白色的箭头示出)被在流体室15内充满的流体FL吸收。流体室15内的流体FL由于吸收的电磁波波束的能量而气化。由此，流体室15内生成气泡BB，由于该气泡BB的急剧成长而使流体室15内的压力瞬间提高，从而流体FL从喷嘴14喷射。一旦气泡发生部30停止电磁波波束的射出，则在流体室15内，气泡变小而压力降低。在该一连串的动作的期间，以固定的供给流量(后述)持续经由供给用管21向流体室15的流体FL的补充。

图3是示出从控制部50向气泡发生部30发送的驱动信号DS的一个例子的概略图。在图3中，驱动信号DS由纵轴设为电压、横轴设为时间的图表表示。在本实施方式中，驱动信号DS由表示最大电压E_D的驱动期间DP与表示最小电压(0V)的休止期间IP以周期T_D反复的矩形波构成。气泡发生部30在给予驱动信号DS期间间歇地反复驱动与停止，在手柄10内周期性地发生气泡。

最大电压E_D及周期T_D是分别与条件切换部16(图1)设定的驱动电压及驱动频率对应的值。当通过条件切换部16改变驱动电压时，改变最大电压E_D，当改变驱动频率时，改变周期T_D。下面，将最大电压E_D称为“驱动电压E_D”，周期T_D称为“驱动周期T_D”。此外，从驱动周期T_D求得频率f_D(f_D＝1/T_D)设为“驱动频率f_D”。在本实施方式中，通过条件切换部16可以设定的驱动电压E_D及驱动频率f_D，如下。

驱动电压E_D：0V～100V

驱动频率f_D：100Hz～400Hz

图4的(a)～图4的(e)是示出施加一个周期的驱动信号DS时的流体室15内的样子的示意图。在图4的(a)～图4的(e)中手柄10内的样子在图4的(a)～图4的(e)的各图中以时序示出。一旦在驱动期间DP(图3)在气泡发生部30施加驱动电压E_D的电压，则具有与驱动电压E_D对应的能量的电磁波波束从电缆31的前端部射出(图4的(a))。由此，在电缆31的前端部生成气泡BB，开始从喷嘴14压出流体FL(图4的(b))。

气泡BB在驱动期间DP时增长至根据气泡发生部30的驱动电压E_D决定的最大的尺寸(图4的(c))。一旦进入休止期间IP，则由于停止电磁波波束的射出，气泡BB收缩，并且流体室15内的压力降低(图4的(d))。驱动期间DP时从喷嘴14压出的流体FL块由于从流体室15被压出时的惯性力，从而向喷嘴14的开口方向飞翔(图4的(e))。

如果根据驱动信号DS(图3)使气泡发生部30周期性驱动，则上述机制的流体FL的喷射连续进行，从手柄10的喷嘴14喷射出流体FL的脉流。驱动信号DS中驱动电压E_D越大，则从喷嘴14喷射的脉流越大，势能变得越强。此外，驱动频率f_D越大，脉流的脉动频率越增大。

图5是用于对由于气泡BB的产生而从流体室15压出的流体FL的体积进行说明的说明图。在图5中，以对比方式示出了流体室15内气泡BB变为最大直径的状态下的流体室15和与气泡BB相同体积的流体FL。本说明书中，把在驱动信号DS的一个周期的期间中通过气泡BB从流体室15压出并排除的流体FL的体积称为“排除体积Ve”。排除体积Ve相当于流体室15中气泡BB的尺寸变为最大时的气泡BB的体积Vb(下面，称为“最大体积Vb”)。

本发明的发明人发现在驱动信号DS的一个周期的期间中从喷嘴14喷射的流体的体积Iv(下面，称为“喷射体积Iv”。)比排除体积Ve大(Iv＞Ve)。如图4的(e)示出，流体FL的块从喷嘴14飞翔出时，由于流体FL的惯性效果，由流体FL的块被拖拽出的条形的流体FL从流体室15排出。该结果，在驱动信号DS的一个周期的期间中，比相当于排除体积Ve的量多的流体FL从喷嘴14喷射。因此，喷射体积Iv变得比排除体积Ve大。

在此，如上述，在通过驱动信号DS周期性的从喷嘴14喷射流体FL的期间，通过流体供给部20向流体室15内以固定的供给流量补充流体FL。当由流量供给部20的供给流量小时，则流体室15内的流体FL不足，来自喷嘴14的流体FL的喷射有可能不稳定。因此，在本实施方式的流体喷射装置100中，控制部50在从喷嘴14喷射脉流的期间，使流体供给部20以下面说明的供给流量FR向流体室15供给流体FL。

将在由条件切换部16能够设定的驱动电压E_D的最大值Vmax及驱动频率f_D的最大值fmax下驱动气泡发生部30时的排除体积Ve设为V1(ml)。此时，在1秒钟内从流体室15由气泡BB从喷嘴14压出的流体FL的体积，即，单位时间的排除体积Vef(ml/s)由下述式(1)表示。

Vef＝V1×fmax……(1)

对此，1秒中内从喷嘴14喷射出的流体FL的喷射体积Iv1(下面，称为“单位时间的喷射体积Iv1”)比单位时间的排除体积Vef大。控制部50使流体供给部20以超过单位时间的排除体积Vef的供给流量FR(FR＞Vef)向流体室15供给流体FL。

由此，即使以最大的驱动电压Emax及驱动频率fmax驱动气泡发生部30时，也抑制流体室15内的流体FL不足。因此，通过条件切换部16，设定驱动电压E_D及驱动频率f_D比最大的驱动电压Emax及频率fmax小时，也抑制流体室15的流体FL的不足。

流体供给部20的供给流量FR优选设定为下面说明的流量的最小值FRmin以上的值(FR≧FRmin)。将随着排除体积V1的流体FL从喷嘴14喷射出的流体FL的体积设为V2(ml)。此时，流量的最小值FRmin从下述式(2)导出。

FRmin＝(V1+V2)×fmax……(2)

体积V1、V2的合计相当于喷射体积Iv(Iv＝V1+V2)。即，最小值FRmin反映了由于流体FL的惯性效果而相对于排除体积Ve多余地喷射出的流体的量。因此，如果设定供给流量FR为最小值FRmin以上，则以考虑了由于流体的惯性效果而相对于排除体积Ve多余地喷射出的流体的量的适当的流量，向流体室15供给流体FL。因此，来自喷嘴14的脉流的喷射的稳定性及控制性被提高。

此外，流体供给部20的供给流量FR优选设定为下面说明的不足流量的最大值FRmax的值(FR＜FRmax)。实验确认由于流体的惯性效果喷射的流体的体积V2比排除体积V1小。因此，作为相对于气泡发生部30施加一个周期的驱动信号DS时从喷嘴14喷射的喷射流体的体积的喷射体积Iv(＝V1+V2)成为不足V1×2.0(Iv＜V1×2.0)。因此，流体供给部20的流体FL的供给流量FR优选不足从下述式(3)导出的供给流量的最大值FRmax。

FRmax＝V1×2.0×fmax……(3)

如果供给流量FR设定为不足最大值FRmax的值，则抑制向流体室15供给过剩的流体FL，抑制了由于相对于流体室15流体FL的过剩供给而引起的不伴有脉动的连续流从喷嘴14喷射。流体FL的连续流不仅几乎对于患部的切开或切除等没有帮助，而且成为滞留在患部的流体的增加的原因，成为缩小手术范围的因素。根据本实施方式的流体喷射装置100由于抑制连续流的发生，手术操作者能够感到稳定的使用感。

如上述，根据本实施方式的流体喷射装置100，从手柄10的喷嘴14喷射脉流时，以适当供给流量FR向流体室15内补充流体FL。因此，从而抑制由于流体室15内的流体FL不足而不喷射具有所希望强度或脉动频率的脉流的情况。特别是，供给流量FR如果设定为最小值FRmin以上，能更可靠地抑制流体室15内的流体FL的不足。此外，供给流量FR如果设定为不足最大值FRmax，则抑制向流体室15供给过剩的流体FL，抑制不伴有脉动的连续流从喷嘴14喷射。因此，根据本实施方式的流体喷射装置100，提高从喷嘴14的流体FL喷射的稳定性及控制性，手术操作者能够感到稳定的使用感。然而，本实施方式的流体供给部20的固定的供给流量FR当实测时，例如可以在±10％的范围变动。即使流体供给部20具备的泵部是滚压式泵(roller pump)或柱塞泵(plunger pump)等伴随流量瞬间的变动的情况时，如果宏观的时间周期中平均流量为固定的，基本也不损害本发明的效果。

B.变形例

B1.变形例1：

在上述实施方式中，流体供给部20基于驱动电压E_D及驱动频率f_D的最大值Emax、fmax以规定的固定的供给流量FR向流体室15供给流体FL。而供给流量FR也可以不基于驱动电压E_D及驱动频率f_D的最大值Emax、fmax而被规定。当气泡发生部30在流体室15发生气泡的频率为f(Hz)，气泡发生部30的一个周期的驱动期间中流体室15气泡变为最大时的气泡的最大体积为V(ml)时，供给流量FR可以设定为超过V×f(ml/s)值。最大体积V相当于在气泡发生部30的一个周期的驱动期间中容纳在流体室15的流体FL的体积的变化幅度。此外，流体供给部20的供给流量FR可以按照由条件切换部16设定的驱动电压E_D及驱动频率f_D进行改变。此时，控制部50使用表示供给流量FR相对于驱动电压E_D被决定的对应关系、或供给流量FR相对于驱动频率f_D被决定的对应关系、或者供给流量FR相对于驱动电压E_D及驱动频率f_D的组合被决定的对应关系等的图表，可以设定供给流量FR。根据该构成，按照流体FL的喷射量的量的流体FL适当的向流体室15补充。流体供给部20的供给流量FR如上述的实施方式，可以预先设定固定的值，如本变形例可以为适当改变的控制值。流体供给部20可以供给包含这些值的规定的流量的流体FL。

B2.变形例2：

在上述实施方式中，气泡发生部30通过波长为2.06μm、指向性高的红外线范围的光激射器在流体室15发生气泡。对此，气泡发生部30可以通过其他的波长的光激射器或光激射器之外的其他的电磁波波束在流体室15使气泡发生。或者，气泡发生部30可以通过电磁波波束之外的其他方法在流体室15发生气泡。光激射器代替红外线区域的光激射器，可以使用可见区域的光激射器，也可以使用紫外线区域的光激射器。作为光激射器以外的电磁波波束，例如，可以使用相干微波。此时，作为电缆31采用代替光纤的波导管。此外，气泡发生部30可以使用不相干的微波或远红外光使气泡在流体室15发生。气泡发生部30可以根据电阻元件加热器或陶瓷加热器等的电热元件通过瞬间的加热使气泡在流体室15发生。

B3.变形例3：

在上述实施方式中，流体喷射装置100作为手术用的手术刀进行使用。对此，流体喷射装置100可以作为其他的医疗设备进行使用。流体喷射装置100例如可以作为用于冲洗手术区的医疗设备。此外，流体喷射装置100可以在医疗设备之外的其他设备或装置上使用。流体喷射装置100例如可以作为除去流体的喷射对象的污渍的清扫装置或切断流体的喷射对象的加工装置、通过喷射的流体形成文字或画面等的图像的图像形成装置进行使用。

B4.变形例4：

在上述实施方式中，流体喷射装置100喷射生理食盐水。对此，流体喷射装置100可以喷射纯水或药液等对于生物体组织无害的其他的液体代替生理食盐水。流体喷射装置100喷射的流体可以不是液体，例如，可以使用气体或粉状。流体喷射装置100喷射的流体按照该使用用途可以适当决定。

B5.变形例5：

在上述实施方式中，通过条件切换部16可以设定的驱动电压E_D的范围为0V～100V，驱动频率f_D的范围为100Hz～400Hz。对此，通过条件切换部16可以设定的驱动电压E_D及驱动频率f_D的范围可以在上述范围以外的范围。例如，驱动电压E_D的范围可以为10V～80V，驱动频率f_D的范围可以为80Hz～1000Hz。

B6.变形例6：

在上述实施方式中，条件切换部16设置在手柄10的侧面。对此，条件切换部16可以设置在手柄10的端面等，手柄10的其他的位置。此外，条件切换部16可以设置在手柄10以外的部位，例如，可以设置在脚踏开关60。此时，条件切换部16可以为刻度盘式的开关，例如，可以为脚可以操作的滑动开关。在流体喷射装置100可以省略条件切换部16。

B7.变形例7：

在上述实施方式中气泡发生部30在流体室15的外部发生用于气泡发生的能量，经由电缆31向流体室内传达该能量。对此，发生用于气泡发生的能量的气泡发生部30可以容纳在流体室15内。

本发明不限于上述实施方式与实施例、变形例，在不脱离其宗旨的范围内能够以各种的结构实现。例如，与发明内容栏中所述的各种方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征，为了解决一部分或全部的上述问题中，或者为了完成一部分或全部的上述效果，可以适当进行替换、组合。此外，如果该技术特征在本说明书中没有作为必要的技术特征进行说明，则可以适当删除。

Claims (5)

1.一种流体喷射装置，用于喷射流体，其特征在于，具备：

喷射开口部，其喷射所述流体；

流体室，其与所述喷射开口部连通；

流体供给部，其以规定的流量向所述流体室供给所述流体；

气泡发生部，其通过在所述流体室内周期性的发生气泡而使所述流体室内的所述流体从所述喷射开口部喷射出；以及，

控制部，其控制所述流体供给部与所述气泡发生部，

当由所述气泡发生部发生气泡时的频率为f，所述气泡发生部的一个周期的驱动的期间中气泡变最大时的气泡的最大体积为V时，所述控制部向所述流体供给部以超过V×f的所述规定的流量供给所述流体，

其中，所述f的单位是Hz，所述V的单位是ml，所述V×f的单位是ml/s。

2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，

所述控制部可变地控制在所述流体室发生所述气泡的频率f与所述最大体积V，

当所述频率f的最大值为fmax，所述最大体积V的最大值为V1时，所述控制部向所述流体供给部以超过V1×fmax的所述规定的流量供给所述流体。

3.根据权利要求2所述的流体喷射装置，其特征在于，

所述控制部向所述流体供给部以不足V1×2.0×fmax的所述规定的流量供给所述流体。

4.根据权利要求2或3所述的流体喷射装置，其特征在于，

如果当通过所述气泡发生部的1次驱动，V1体积的流体从所述喷射开口部喷射出时，由于流体的惯性效果随着V1体积的所述流体从所述喷射开口部喷射出的流体的体积是V2，则所述控制部向所述流体供给部以(V1+V2)×fmax以上的所述规定的流量供给所述流体。

5.一种医疗设备，其特征在于，所述医疗设备使用权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置。