CN108697430B - 关节用超声波处置器具和关节用超声波处置系统 - Google Patents

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Abstract

关节用超声波处置器具具有骨骼切削模式和软骨溶解模式，该骨骼切削模式是以第一频率和第一振幅进行振动的模式，该软骨溶解模式是以第二频率和第二振幅进行振动的模式，所述第二频率是比所述第一频率高的频率，所述第二振幅小于所述第一振幅，其中，作为所述第一频率与所述第一振幅的乘积的第一振动速度同作为所述第二频率与所述第二振幅的乘积的第二振动速度一致或大体一致。

Description

关节用超声波处置器具和关节用超声波处置系统
技术领域
本发明涉及一种关节用超声波处置器具和关节用超声波处置系统。
背景技术
作为超声波处置器具，已知一种例如日本特开2003-116870号公报中公开的那样能够切削骨骼、软骨的超声波处置器具。这样的超声波处置器具兼具利用机械振动进行切削(以下称为锤击效果)的功能和利用摩擦热对组织进行切削(溶解)的功能。
近年来，一直在研究将超声波处置器具使用于关节的处置。关节具有软骨以及由皮质骨和松质骨组成的骨骼。超声波处置器具不仅使用于软骨的处置，还使用于皮质骨和松质骨的处置。
已知的是，软骨的切除机理与皮质骨及松质骨的切削机理由于软骨的性质与皮质骨及松质骨的性质的不同而不同。认为软骨的切除机理是由超声波振动产生的处置器具与软骨之间的摩擦热。另一方面，认为皮质骨及松质骨的切削机理是被传递超声波振动的处置器具对皮质骨及松质骨的锤击效果。如上述的那样，超声波处置器具兼具基于锤击效果进行切削的功能和利用摩擦热进行切削的功能。因此，认为在手术实施者想要利用超声波处置器具只切削软骨时，超声波处置器具的锤击效果也作用于软骨附近的皮质骨和松质骨。凭借手术实施者的手艺很难实现只切削软骨而不切削皮质骨和松质骨。
因此，为了切削软骨，超声波处置器具被要求使利用摩擦热进行切削的功能优于锤击效果的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够根据关节内的处置对象来切换动作模式的关节用超声波处置器具和关节用超声波处置系统。
本发明的一个方式所涉及的关节用超声波处置器具具有骨骼切削模式和软骨溶解模式，所述骨骼切削模式是以第一频率和第一振幅进行振动的模式，所述软骨溶解模式是以第二频率和第二振幅进行振动的模式，所述第二频率是比所述第一频率高的频率，所述第二振幅小于所述第一振幅，作为所述第一频率与所述第一振幅的乘积的第一振动速度同作为所述第二频率与所述第二振幅的乘积的第二振动速度一致或大体一致。
附图说明
图1是一个实施方式所涉及的关节用超声波处置系统的框图。
图2是示出一个实施方式所涉及的关节用超声波处置器具的示意图。
图3是示出一个实施方式所涉及的关节用超声波处置器具中的振动速度的增大率的表。
图4是示出一个实施方式所涉及的关节用超声波处置器具的变形例的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明用于实施本发明的一个实施方式。
对关节用超声波处置系统(以下称为处置系统)进行说明。
图1是处置系统100的框图。
处置系统100具有关节用超声波处置器具(以下称为处置器具)1、控制部2以及操作部3。
处置器具1具有探头11和振子12。
探头11是传递超声波振动的振动传递部的一例。探头11通过传递超声波振动，利用其前端的后述的处置部1151来切削关节中的成为处置对象的软骨或者由皮质骨和松质骨组成的骨骼。软骨的成分与皮质骨及松质骨的成分不同。已知的是，软骨中胶原的含量多，例如在60℃至70℃左右熔融。另一方面，皮质骨和松质骨中例如钙、磷酸等钙成分的含量多，因此比软骨硬。另外，皮质骨和松质骨的熔点超过几百摄氏度(℃)。下面，以皮质骨和松质骨为代表来说明皮质骨，但“皮质骨”这一术语也能够适当解读为“皮质骨和松质骨中的至少任一方”。
如后述的那样，探头11构成为，其前端的摩擦热能Wμ不依赖于超声波振动的频率而保持一致。此外，本实施方式中使用的术语“一致”表示“一致或大体一致”。
对摩擦热能Wμ进行说明。
用以下的式(1)表示摩擦热能Wμ。
[数1]
Figure GDA0001781532230000031
在此，μ为静摩擦系数。N为法向力。作为静摩擦系数与法向力的乘积的μN为摩擦力。f为在探头11中传递的超声波振动的频率。u0为探头11的前端的振幅。作为频率与振幅的乘积的fu0为探头11的前端的振动速度。t为时间。
根据式(1)，摩擦热能Wμ与振动速度成比例。
振子12是超声波振动生成部的一例。振子12例如是螺栓紧固朗之万型振子(BLT)。振子12与探头11连接。振子12根据从控制部2提供的驱动信号沿着后述的探头11的长边轴L进行振动(纵向振动)，来产生超声波振动。振子12将超声波振动传递到探头11。
振子12在第一模式或第二模式下将不同的超声波振动传递到探头11。
第一模式是用于处置皮质骨和松质骨的骨骼切削模式。第一模式是探头11传递处置器具1中的基本模式(也称为一阶模式)的固有谐振频率的超声波振动的模式。将基本模式的固有谐振频率称为第一频率。将第一频率的超声波振动称为第一超声波振动。
在第一模式下，振子12以第一频率进行振动，生成第一超声波振动。振子12将第一超声波振动传递到探头11。
第二模式是用于处置软骨的软骨溶解模式。第二模式是探头11传递处置器具1中的高阶模式的频率的超声波振动、且使探头11的前端的振幅比第一模式时的探头11的前端的振幅小的模式。高阶模式的频率是第一频率的n倍的频率。将第一频率的n倍的频率称为第二频率。将第二频率的超声波振动称为第二超声波振动。
在此，n为2以上的整数。优选的是，高阶模式的频率为第一频率的奇数倍。在第二模式下，处置部1151在每一秒钟内与组织接触的次数比第一模式时的次数多。
在第二模式下，振子12以第二频率进行振动，生成第二超声波振动。振子12将第二超声波振动传递到探头11。
控制部2在第一模式或第二模式下将不同的驱动信号提供到振子12。在第一模式下，控制部2将第一驱动信号提供到振子12。第一驱动信号的频率为第一频率。在第二模式下，控制部2将第二驱动信号提供到振子12。第二驱动信号的振幅与第一驱动信号的振幅相同，且第二驱动信号的频率为第二频率。振子12在第一模式和第二模式中的任一动作模式下均以相同的规定电力进行驱动。
控制部2具有倍频电路21、正弦波生成电路22、超声波放大器电路23、电压电流检测电路24、阻抗运算器25、存储器26、比较器27以及控制器28。
倍频电路21根据来自控制器28的第一模式下的动作命令或第二模式下的动作命令来进行不同的处理。
在第一模式下，倍频电路21停止进行使从控制器28提供的第一频率的信号的频率倍增的处理。倍频电路21将第一频率的信号提供到正弦波生成电路22。
在第二模式下，倍频电路21使从控制器28提供的第一频率的信号的频率倍增。倍频电路21将第一频率乘以n倍得到的第二频率的信号提供到正弦波生成电路22。
正弦波生成电路22生成用于驱动振子12的正弦波的驱动信号。
在第一模式下，正弦波生成电路22生成上述的第一驱动信号。正弦波生成电路22将第一驱动信号提供到超声波放大器电路23。
在第二模式下，正弦波生成电路22生成上述的第二驱动信号。正弦波生成电路22将第二驱动信号提供到超声波放大器电路23。
超声波放大器电路23将从正弦波生成电路22提供的第一驱动信号或第二驱动信号放大。超声波放大器电路23将放大后的第一驱动信号或放大后的第二驱动信号提供到振子12。
电压电流检测电路24参照超声波放大器电路23向振子12提供的第一驱动信号或第二驱动信号，来检测输出电压的值(电压波形的振幅)、输出电流的值(电流波形的振幅)以及电压-电流间的相位。电压电流检测电路24将输出电压的值、输出电流的值以及电压-电流间的相位提供到阻抗运算器25。
阻抗运算器25基于输出电压的值、输出电流的值以及电压-电流间的相位来运算阻抗(|Z|)。阻抗运算器25将阻抗值(|Z|)发送到比较器27。
存储器26存储各种信息。
作为一例，存储器26存储皮质骨处置用的阈值和软骨处置用的阈值。
皮质骨处置用的阈值是为了检测处置部1151与皮质骨接触而设定的。皮质骨处置用的阈值基于将处置器具1自身的阻抗与由作为处置对象的皮质骨产生的阻抗合在一起得到的值。
软骨处置用的阈值是为了检测处置部1151与软骨接触而设定的。软骨处置用的阈值基于将处置器具1自身的阻抗与由作为处置对象的软骨产生的阻抗合在一起得到的值。
皮质骨处置用的阈值和软骨处置用的阈值以排他的方式设定。
作为另外的例子，存储器26存储第一模式的动作程序。存储器26存储第二模式的动作程序。
比较器27将来自阻抗运算器25的阻抗值与存储器26中存储的皮质骨处置用的阈值及软骨处置用的阈值进行比较。比较器27将比较结果发送到控制器28。
控制器28对控制部2内的各部进行控制。
作为一例，控制器28如以下那样将动作模式设定为第一模式或第二模式。
控制器28参照来自比较器27的比较结果，来检测处置部1151与软骨和皮质骨中的哪一个接触。
控制器28当检测到处置部1151与皮质骨接触时，将动作模式设定为第一模式。在当前的动作模式为第一模式的情况下，控制器28将动作模式原样维持为第一模式。在当前的动作模式为第二模式的情况下，控制器28将动作模式从第二模式变更为第一模式。具体地说，控制器28将第一模式下的动作命令发送到倍频电路21。
控制器28当检测到处置部1151与软骨接触时，将动作模式设定为第二模式。在当前的动作模式为第二模式的情况下，控制器28将动作模式原样维持为第二模式。在当前的动作模式为第一模式的情况下，控制器28将动作模式从第一模式变更为第二模式。具体地说，控制器28将第二模式下的动作命令发送到倍频电路21。
操作部3受理对控制部2的设定。操作部3例如是开关。
作为一例，操作部3受理动作模式的变更。控制器28基于动作模式的变更，参照存储器26中的动作程序，来将第一模式或第二模式下的动作命令发送到倍频电路21。
作为另外的例子，操作部3受理倍频电路21中的倍增数的变更。控制器28基于通过操作部3进行的倍增数的变更，将用于变更倍频电路21中的倍增数的命令发送到倍频电路21。倍频电路21基于来自控制器28的命令来变更倍增数。
对上述的探头11进行说明。
图2的上部示出表示探头11的一例的示意图。图2的下部示出表示在探头11中传递的第一超声波振动的振动速度(实线)和第二超声波振动的振动速度(虚线)的示意图。在图2中，将第二超声波振动的第二频率设为第一频率的3倍高阶频率。此外，在图2中，在与长边轴L正交的方向上示出振动速度，但这只是示意性的示出，实际的振动方向沿着长边轴L。
参照图2的上部来说明探头11的结构。
探头11例如由Ti-6Al-4V等钛合金形成。
探头11沿着由基端A1和与基端A1相反的一侧的前端A2规定的长边轴L延伸。基端A1与振子12连接。
探头11构成为沿着长边轴L延伸的细长的中空的筒形状或实心的棒形状。探头11被设定为基于第一频率的半波长的长度。此外，探头11也可以被设定为基于第一频率的半波长的整数倍的长度。
探头11具有第一延伸部111、第一外径变化部112、第二延伸部113、第二外径变化部114以及第三延伸部115。探头11既可以一体地构成，也可以各部由独立的构件构成。探头11可以由两个以上的构件构成。
第一延伸部111为沿着长边轴L延伸的形状。第一延伸部111例如为外径一样的圆柱形状。第一延伸部111在基端A1侧具有与长边轴L正交的基端面B1。基端面B1与振子12连接。第一延伸部111在前端A2侧具有与长边轴L正交的第一边界面B2。第一边界面B2是成为第一延伸部111与第一外径变化部112的边界的面。此外，在第一延伸部111与第一外径变化部112一体地构成的情况下，第一边界面B2为虚拟的面。基端面B1和第一边界面B2为圆形的面。在图2中，基端面B1的外径与第一边界面B2的外径一致，但也可以不同。将第一边界面B2的外径称为第一外径d11。
第一外径变化部112为从基端A1侧朝向前端A2侧外径逐渐减小的圆锥台形状。将第一外径变化部112的沿长边轴L的长度称为第一长度L1。第一外径变化部112在基端A1侧具有上述的第一边界面B2。第一外径变化部112在前端A2侧具有与长边轴L正交的第二边界面B3。第二边界面B3是成为第一外径变化部112与第二延伸部113的边界的面。此外，在第一外径变化部112与第二延伸部113一体地构成的情况下，第二边界面B3为虚拟的面。第二边界面B3为圆形的面。将第二边界面B3的外径称为第二外径d12。d12小于d11。
第一外径变化部112将第一超声波振动和/或第二超声波振动的速度增大。在后文中叙述第一外径变化部112使振动速度(以及与振动速度成比例的能量)增大的增大率。
第二延伸部113为沿着长边轴L延伸的形状。第二延伸部113例如为外径一样的圆柱形状。第二延伸部113在基端A1侧具有上述的第二边界面B3。第二延伸部113在前端A2侧具有与长边轴L正交的第三边界面B4。第三边界面B4是成为第二延伸部113与第二外径变化部114的边界的面。此外，在第二延伸部113与第二外径变化部114一体地构成的情况下，第三边界面B4为虚拟的面。第三边界面B4为圆形的面。在图2中，第三边界面B4的外径与第二边界面B3的外径一致，但也可以不同。将第三边界面B4设为第三外径d21。
第二外径变化部114位于比第一外径变化部112靠前端A2侧的位置。第二外径变化部114为从基端A1侧朝向前端A2侧外径逐渐减小的圆锥台形状。将第二外径变化部114的沿长边轴L的长度称为第二长度L2。第二外径变化部114在基端A1侧具有上述的第三边界面B4。第二外径变化部114在前端A2侧具有与长边轴L正交的第四边界面B5。第四边界面B5是成为第二外径变化部114与第三延伸部115的边界的面。此外，在第二外径变化部114与第三延伸部115一体地构成的情况下，第五边界面B5为虚拟的面。第四边界面B5为圆形的面。将第四边界面B5的外径称为第四外径d22。d22小于d21。
第二外径变化部114将第一超声波振动和/或第二超声波振动的速度增大。在后文中叙述第二外径变化部114使振动速度(以及与振动速度成比例的能量)增大的增大率。
第二外径变化部114具有凸缘1141。凸缘1141既可以与第二外径变化部114一体地构成，也可以独立地构成。在后文中叙述第二外径变化部114中的凸缘1141的位置和凸缘1141的作用。
第三延伸部115为沿着长边轴L延伸的形状。第三延伸部115例如为外径一样的圆柱形状。第三延伸部115在基端A1侧具有上述的第四边界面B5。第三延伸部115在前端A2侧具有与长边轴L正交的前端面B6。前端面B6为圆形的面。在图2中，前端面B6的外径与第四边界面B5的外径一致，但也可以不同。
第三延伸部115在前端A2附近具有处置部1151。处置部1151与关节中的成为处置对象的软骨和/或皮质骨接触。处置部1151通过进行超声波振动来对被检体进行处置。处置部1151也可以被加工成能够切削处置对象的形状。
参照图2的下部来说明在探头11中传递的第一超声波振动和第二超声波振动。
第一超声波振动(实线)为驻波。第一超声波振动在探头11的基端A1和前端A2的位置具有沿着长边轴L前后移动的波腹。第一超声波振动在探头11的基端A1与前端A2之间具有一个波节。
第二超声波振动(虚线)为驻波。第二超声波振动在探头11的基端A1和前端A2的位置具有沿着长边轴L前后移动的波腹。第二超声波振动在探头11的基端A1与前端A2之间具有三个波节。将三个波节中的最靠基端A1侧的波节称为第一波节。将比第一波节靠前端A2侧的波节称为第二波节。将比第二波节靠前端A2侧的波节称为第三波节。第二超声波振动的第一波节及第三波节的位置与第一超声波振动的波节的位置不一致。另一方面，第二超声波振动的第二波节的位置与第一超声波振动的波节的位置一致。将与第一超声波振动的波节的位置一致的第二超声波振动的第二波节的位置称为共同的波节的位置。此外，如果第二频率为第一频率的奇数倍，则在探头11中存在共同的波节。
参照图2来说明探头11中的第一外径变化部112及第二外径变化部114的位置。
探头11在第二超声波振动的第一波节的位置具有第一外径变化部112。如图2所示，探头11例如以使第一边界面B2的位置与第二超声波振动的第一波节的位置一致的方式具有第一外径变化部112。
探头11在共同的波节的位置具有第二外径变化部114。如图2所示，探头11例如以使第三边界面B4的位置与共同的波节的位置一致的方式具有第二外径变化部114。
凸缘1141位于作为共同的波节的位置的第三边界面B4的位置。凸缘1141用于将探头11固定于未图示的外壳。凸缘1141用于防止探头11在与长边轴L正交的方向上振动。共同的波节的位置是第一超声波振动及第二超声波振动的速度为零的位置。因此，凸缘1141不会阻碍向探头11的前端A2传递的第一超声波振动和第二超声波振动。
对第一外径变化部112和第二外径变化部114的结构进行说明。
将第一模式时的第一外径变化部112使振动速度增大的增大率称为第一增大率。将第一模式时的第二外径变化部114使振动速度增大的增大率称为第二增大率。将第一增大率与第二增大率的乘积称为第一总增大率。将第二模式时的第一外径变化部112使振动速度增大的增大率称为第三增大率。将第二模式时的第二外径变化部114使振动速度增大的增大率称为第四增大率。将第三增大率与第四增大率的乘积称为第二总增大率。
第一增大率和第三增大率根据第一频率、第二频率、第一外径变化部112的材质、第一长度L1、第一外径d11以及第二外径d12等变化。第二增大率和第四增大率根据第一频率、第二频率、第二外径变化部114的材质、第二长度L2、第三外径d21以及第四外径d22等变化。
第一外径变化部112和第二外径变化部114适当地构成为第一总增大率与第二总增大率一致。
对第一外径变化部112和第二外径变化部114的作用进行说明。
第一外径变化部112位于第二超声波振动的第一波节的位置，因此将第二超声波振动的速度增大。另一方面，第一外径变化部112几乎不对第一超声波振动的增大做贡献。其原因是，第一超声波振动的波节位于远离第一外径变化部112的位置。因此，第一增大率约为1倍。
像这样，第一外径变化部112选择性地将第一超声波振动的速度和第二超声波振动的速度中的第二超声波振动的速度增大。
第二外径变化部114位于第一超声波振动和第二超声波振动的共同的波节的位置。因此，第二外径变化部114将第一超声波振动的速度和第二超声波振动的速度这双方增大。
但是，第二外径变化部114的第二增大率和第四增大率由于以下的原因而不同。第二增大率和第四增大率与第二外径变化部114的长度L2相对于波长的比率相关。关于第二外径变化部114的长度L2相对于波长的比率，第二模式时的比率大于第一模式时的比率。也就是说，关于第二外径变化部114的外径相对于波长的变化，第二模式时的变化比第一模式时的变化平缓。因此，第四增大率小于第二增大率。
探头11在第一模式下以第一频率和第一振幅进行振动。探头11在第一模式下在前端A2产生作为第一频率与前端A2的第一振幅的乘积的第一振动速度。探头11在第二模式下以第二频率和第二振幅进行振动，该第二振幅小于第一振幅。探头11在第二模式下在前端A2产生作为第二频率与前端A2的第二振幅的乘积的第二振动速度，该第二振幅小于第一振幅。通过第一外径变化部112和第二外径变化部114的作用，第二模式时的第二振动速度与第一模式时的第一振动速度一致或大体一致。摩擦热能Wμ与探头11的前端A2的振动速度成比例地在第一模式和第二模式时一致或大体一致。
如上述的那样，第一外径变化部112和第二外径变化部114的作用互不相同。因此，能够根据第二外径变化部114的结构，以使第一总增大率与第二总增大率一致的方式适当地构成第一外径变化部112。在此，对根据第二外径变化部114的结构来构成第一外径变化部112的例子进行说明。此外，第二外径变化部114也能够同样地根据第一外径变化部112的结构来构成，在此省略说明。
第一外径变化部112和第二外径变化部114构成为第一总增大率与第二总增大率一致，因此以下的式(2)成立。
(第三增大率)/(第一增大率)＝(第二增大率)/(第四增大率)式(2)
此外，本实施方式中使用的符号“＝”意图表示“一致或大体一致”。
如上述的那样，第一增大率约为1倍。式(2)能够成为以下的式(3)。
(第三增大率)＝(第二增大率)/(第四增大率)式(3)
第一外径变化部112能够以满足式(3)的方式构成。
并且，为了使第一总增大率与第二总增大率一致，优选的是，使第一外径变化部112的外径变化比第二外径变化部114的外径变化平缓。因此，第一外径变化部112构成为满足以下的式(4)和式(5)中的至少任一方。
(第一外径d11)/(第二外径d12)<(第三外径d21)/(第四外径d22)式(4)
(第一长度L1)>(第二长度L2)式(5)
对第一外径变化部112和第二外径变化部114的增大率的具体例进行说明。
在此，使用如下条件。探头11由Ti-6Al-4V构成。第一模式是第一频率为47kHz的基本模式。第二模式是第二频率为第一频率的3倍高阶频率的3倍高阶模式。如以下那样设定第二外径变化部114的各参数。第三外径d21为5mm。四第外径d22为3mm。第二长度L2为10mm。
图3是示出第一外径变化部112和第二外径变化部114的增大率的表。
对第二外径变化部114的增大率进行说明。基于上述的条件来计算第二外径变化部114使振动速度增大的增大率。第二增大率为5.83倍。第四增大率为3.25倍。可知第四增大率小于第二增大率。
对第一外径变化部112的增大率进行说明。如上述的那样，第一增大率约为1倍。参照式(3)，第三增大率被计算为1.79倍。
第一总增大率约为5.83倍，第二总增大率为5.83倍。像这样，通过第一外径变化部112被构成为将第三增大率设为1.79倍，第一总增大率与第二总增大率一致。
对第一模式和第二模式的效果进行说明。
如上述的那样，摩擦热能Wμ与探头11的前端A2的振动速度成比例地在第一模式和第二模式时一致。在第一模式和第二模式时摩擦热能Wμ一致，因此在各个模式下频率固定，因此振幅的大小发生变化。具体地说，关于第一模式的超声波振动，以比第二模式的超声波振动的频率低的频率进行振动，因此第一模式的超声波振动的振幅比第二模式的超声波振动的振幅大。
在第一模式下，探头11的前端A2的振幅比第二模式下的探头11的前端A2的振幅大。因此，处置器具1使处置部1151产生对于切削关节内的成为处置对象的皮质骨而言充分且适当的锤击效果。手术实施者能够使用被设定了第一模式的处置器具1来切削关节内的成为处置对象的皮质骨。另外，处置器具1不仅使处置部1151产生锤击效果，还使处置部1151与所接触到的组织之间产生摩擦热。因此，处置器具1在第一模式下还能够切削(溶解)软骨。
第二模式下，摩擦热能Wμ与第一模式下的摩擦热能Wμ一致。因此，第二模式时的利用摩擦热进行切削的功能与第一模式时的利用摩擦热进行切削的功能相同。处置器具1使处置部1151与所接触到的软骨之间产生对于切削关节内的成为处置对象的软骨而言充分且适当的摩擦热。手术实施者能够使用被设定了第二模式的处置器具1来切削关节内的成为处置对象的软骨。利用被设定了第二模式的处置器具1进行的软骨的切削所需要的时间不会比利用被设定了第一模式的处置器具1进行的软骨的切削所需要的时间长。
并且，在第二模式下，探头11的前端A2的振幅比第一模式下的探头11的前端A2的振幅小。因此，处置部1151中的锤击效果比第一模式下的处置部1151中的锤击效果低。手术实施者在使用被设定了第二模式的处置器具1来切削关节内的成为处置对象的软骨时，相比于使用被设定了第一模式的处置器具1来切削关节内的成为处置对象的软骨时而言，不易对软骨附近的处置对象以外的皮质骨进行切削。
像这样，在第二模式下，利用摩擦热进行切削的功能优于锤击效果的功能。
根据本实施方式，处置器具1和处置系统100能够根据处置对象来以第一模式和第二模式中的任一模式进行动作，该第一模式是具有充分的锤击效果的功能的模式，该第二模式是使利用摩擦热进行切削的功能优于锤击效果的功能的模式。
对本实施方式的变形例进行说明。
图4是示出本实施方式所涉及的处置器具1的变形例的示意图。
图4的上部示出表示探头11的一例的示意图。图4的下部示出表示在探头11中传递的第一超声波振动的振动速度(实线)和第二超声波振动的振动速度(虚线)的示意图。关于图4所示的探头11，具有第一外径变化部112和第二外径变化部114的位置与图2所示的探头11不同。
探头11也可以以第二超声波振动的第一波节的位置比第一边界面B2靠前端A2侧且比第二边界面B3靠基端A1侧的方式具有第一外径变化部112。
探头11也可以以共同的波节的位置比第三边界面B4靠前端A2侧且比第四边界面B5靠基端A1侧的方式具有第二外径变化部114。
第二外径变化部114在共同的波节的位置具有凸缘1141。
作为另外的变形例，探头11也可以具有三个以上的外径变化部。例如，也可以是，探头11除了在共同的波节的位置具有外径变化部以外，还在第二超声波振动的多个波节的位置分别具有外径变化部。在该情况下，探头11的前端A2的振动速度在第一模式和第二模式时一致或大体一致成为条件。
作为另外的变形例，振子12也可以与上述的探头11同样地构成。由此，振子12使振动速度增大的增大率提高。此外，在将振子12使振动速度增大的增大率设为1倍的情况下，振子12不需要具有与探头11同样的结构。
至此为止，参照附图具体地说明了一个实施方式，但本发明不限定于上述的实施方式，还包括在不脱离其主旨的范围内进行的所有的实施。
附图标记说明
1：关节用超声波处置器具；2：控制部；3：操作部；11：探头；12：振子；21：倍频电路；22：正弦波生成电路；23：超声波放大器电路；24：电压电流检测电路；25：阻抗运算器；26：存储器；27：比较器；28：控制器；100：关节用超声波处置系统；111：第一延伸部；112：第一外径变化部；113：第二延伸部；114：第二外径变化部；115：第三延伸部；1141：凸缘；1151：处置部。

Claims (8)

1.一种关节用超声波处置器具，其特征在于，具有：
骨骼切削模式，其是以第一频率和第一振幅进行振动的模式；以及
软骨溶解模式，其是以第二频率和第二振幅进行振动的模式，所述第二频率是比所述第一频率高的频率，所述第二振幅小于所述第一振幅，
其中，作为所述第一频率与所述第一振幅的乘积的第一振动速度同作为所述第二频率与所述第二振幅的乘积的第二振动速度一致或大体一致，
其中，所述骨骼切削模式是用于处置皮质骨和松质骨的模式，
所述软骨溶解模式是用于处置软骨的模式。
2.根据权利要求1所述的关节用超声波处置器具，其特征在于，
所述第二频率为所述第一频率的奇数倍。
3.根据权利要求1所述的关节用超声波处置器具，其特征在于，
还具有振动传递部，所述振动传递部沿着由基端和与所述基端相反的一侧的前端规定的长边轴延伸，在所述骨骼切削模式下传递第一超声波振动，在所述软骨溶解模式下传递第二超声波振动，
所述振动传递部具有：第一外径变化部，其从所述基端侧朝向所述前端侧外径逐渐减小，将所述第一超声波振动和/或所述第二超声波振动的速度增大；以及第二外径变化部，其位于比所述第一外径变化部靠所述前端侧的位置，从所述基端侧朝向所述前端侧外径逐渐减小，将所述第一超声波振动和/或所述第二超声波振动的速度增大。
4.根据权利要求3所述的关节用超声波处置器具，其特征在于，
所述振动传递部在所述第二超声波振动的第一波节的位置具有所述第一外径变化部，在与所述第一超声波振动的波节的位置一致的所述第二超声波振动的第二波节的位置具有所述第二外径变化部。
5.根据权利要求4所述的关节用超声波处置器具，其特征在于，
所述第二外径变化部在所述第二波节的位置具有凸缘。
6.根据权利要求4所述的关节用超声波处置器具，其特征在于，
所述第一外径变化部构成为，所述软骨溶解模式时的所述第一外径变化部使振动速度增大的增大率与将所述骨骼切削模式时的所述第二外径变化部使振动速度增大的增大率除以所述软骨溶解模式时的所述第二外径变化部使振动速度增大的增大率得到值一致或者大体一致。
7.根据权利要求4所述的关节用超声波处置器具，其特征在于，
在将所述第一外径变化部中的与所述长边轴正交的所述基端侧的面的外径设为第一外径、
将所述第一外径变化部中的与所述长边轴正交的所述前端侧的面的外径设为第二外径、
将所述第二外径变化部中的与所述长边轴正交的所述基端侧的面的外径设为第三外径、
将所述第二外径变化部中的与所述长边轴正交的所述前端侧的面的外径设为第四外径、
将所述第一外径变化部的沿所述长边轴的长度设为第一长度、
将所述第二外径变化部的沿所述长边轴的长度设为第二长度时，
所述第一外径变化部构成为满足以下条件中的至少任一方：
(所述第一外径)/(所述第二外径)<(所述第三外径)/(所述第四外径)；以及
(所述第一长度)>(所述第二长度)。
8.一种关节用超声波处置系统，具有：
根据权利要求1所述的关节用超声波处置器具，其具有超声波振动生成部；以及
控制部，其在所述骨骼切削模式下将所述第一频率的第一驱动信号提供到所述超声波振动生成部，在所述软骨溶解模式下将所述第二频率的第二驱动信号提供到所述超声波振动生成部，所述第二驱动信号的振幅与所述第一驱动信号的振幅相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3030166B1 (en) 2013-08-07 2020-12-23 Stryker Corporation System for driving an ultrasonic handpiece as a function of the mechanical impedance of the handpiece

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103908321A (zh) * 2008-05-21 2014-07-09 Sra发展公司 超声波换能器系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59186547A (ja) * 1983-04-08 1984-10-23 オリンパス光学工業株式会社 外科用切除器具
US5358505A (en) * 1991-05-29 1994-10-25 Sonokinetics, Inc. Tapered tip ultrasonic aspiration method
US5628743A (en) * 1994-12-21 1997-05-13 Valleylab Inc. Dual mode ultrasonic surgical apparatus
JP2001170066A (ja) * 1999-12-21 2001-06-26 Olympus Optical Co Ltd 超音波処置具
JP2003116870A (ja) 2002-10-23 2003-04-22 Miwatec:Kk 超音波ハンドピ−スとこれに使用する超音波ホ−ン
US20060229624A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-12 Zimmer Technology, Inc. Orthopaedic cutting instrument and method
US20080234709A1 (en) * 2007-03-22 2008-09-25 Houser Kevin L Ultrasonic surgical instrument and cartilage and bone shaping blades therefor
JP5430161B2 (ja) * 2008-06-19 2014-02-26 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 超音波手術装置
US10004526B2 (en) * 2011-07-25 2018-06-26 Covidien Lp Ultrasonic dissection system
US9028479B2 (en) * 2011-08-01 2015-05-12 Covidien Lp Electrosurgical apparatus with real-time RF tissue energy control
CN103720492B (zh) * 2012-10-15 2016-09-07 北京速迈医疗科技有限公司 一种可精准操控的超声吸引手术系统
JP6184253B2 (ja) * 2013-08-28 2017-08-23 オリンパス株式会社 外科用治療装置および外科用治療システム
US9763688B2 (en) * 2013-11-20 2017-09-19 Ethicon Llc Ultrasonic surgical instrument with features for forming bubbles to enhance cavitation
US9737355B2 (en) * 2014-03-31 2017-08-22 Ethicon Llc Controlling impedance rise in electrosurgical medical devices

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103908321A (zh) * 2008-05-21 2014-07-09 Sra发展公司 超声波换能器系统

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