JP2000041991A - 台形形状の断面を有する湾曲状超音波ブレ―ド - Google Patents
台形形状の断面を有する湾曲状超音波ブレ―ドInfo
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Abstract
に特に適合した湾曲状ブレード、および当該ブレードを
備える平衡化超音波外科手術器具を提供する。 【解決手段】 凹形状の上面部30と、凸形状の下面部
32と、当該凹形状の上面部に沿って延在する中央隆起
部37を有する湾曲状の超音波ブレード27,31を記
載する。本発明による湾曲状ブレードはほぼ台形形状の
断面を有している。このブレードは鋭いエッジまたは鈍
いエッジのいずれでもよく、上記凸形状下面部は上記中
央隆起部の幅の少なくとも2倍、好ましくは当該中央隆
起部の幅の3倍よりも長い幅を有している。さらに、台
形形状の断面を有する湾曲状ブレードを備える平衡化超
音波器具10を記載する。本発明による平衡化外科手術
器具は超音波伝送ロッド14を含んでおり、当該超音波
伝送ロッドは平衡化部分28を介して上記湾曲状ブレー
ドに接続しており、当該平衡化部分は湾曲状ブレードの
非対称形部分により生じる重心の不均衡を解消するよう
に構成された第1の平衡化非対称形部分38および第2
の平衡化非対称形部分40を含む。
Description
考文献として含まれる以下の同時係属出願、すなわち、
米国特許出願第09/106,686号、米国特許出願
第09/106,028号および米国特許出願第09/
106,661号に関連する。
具に使用する湾曲した超音波ブレードに関し、特に、台
形断面を有する湾曲した超音波ブレードに関する。
科手術にしばしば使用される。超音波周波数におけるこ
のような器具の端部作用部(end effector)(例えば切
断ブレード)の励起には、近傍組織内に局所的な熱を発
生する長手方向の振動動作が含まれ、これによって切断
および凝固処理が容易になる。超音波器具の性質から、
特に超音波により作動する端部作用部を例えば切断や凝
固処理を含む多数の機能を実行するように構成できる。
しかしながら、超音波周波数でブレードを振動させるこ
とによってこのような端部作用部内に生じる構造的応力
は多種の不所望な作用を生じる恐れがある。このような
不所望な作用には、例えば器具導波管内の横向きの動き
が含まれ、この動きによって、例えば当該導波管内に過
剰の熱が発生したり尚早な応力破損を引き起こす恐れが
ある。この超音波周波数での端部作用部を振動させる不
所望な作用はこの端部作用部が非対称、すなわち、伝送
導波管の中心軸から延びる線に対して端部作用部の質量
が対称に分配されていない場合に複雑になる。そのよう
な非対称形超音波端部作用部の一例が非対称形湾曲状ブ
レードである。それゆえ、超音波により作動される端部
作用部の性能を改善する一方法は伝送導波管の中心軸に
対して概ね対称に端部作用部を構成することである。あ
るいは、外科手術用端部作用部の形態を短小にして、当
該端部作用部が伝送導波管の端部において一塊の小さな
質量体として作用し、導波管における概ね横向きの動き
を生じないようにしてもよい。また、端部作用部を非対
称に構成することが望ましい場合には、当該端部作用部
をその質量中心が導波管の中心軸から延びる線に沿って
位置するように構成することによってその性能が改善で
きる。このような質量中心を移動する既知の方法の一例
として、質量中心が中心軸に沿って位置するまで当該非
対称領域に対して一定質量を加減することが挙げられ
る。さらに別の方法としては、横方向の振動の影響を受
けないより分厚くより頑丈な導波管を使用することによ
って導波管の長手方向の振動が減少できる。しかしなが
ら分厚い導波管の使用は、内視鏡や腹腔鏡のような極小
の侵襲性手術用に構成される超音波外科手術器具の変更
形態としては許容できない。すなわち、このような器具
の場合には超音波導波管の直径を減少して、当該器具を
小さな外科切開部、狭い体内開口部および現在および将
来の処理用に使用される外科手術用トロカールの中に嵌
合することが一般に望ましいからである。一方、最小の
侵襲性外科手術用の器具に使用されるような長くて細い
導波管は、特に、その端部作用部における不均衡により
生じる横向きの振動の影響を受けやすい。
を高めるために1個以上の非対称形状(例えば、ブレー
ド曲率)を含むことが望ましい。また、このような端部
作用部は比較的長い構成であって特定の外科処理を容易
にすることが望ましい。
性治療処理において使用するために特に適合した湾曲状
超音波ブレードを構成することが望ましい。このような
湾曲状ブレードは非対称形になっていて伝送導波管内に
不所望な振動を生じる可能性がある。このような湾曲状
ブレードにおいては、伝送導波管の中心軸にその質量中
心を整合することによってその端部作用部を平衡化(bal
ance)するために、その治療処理部分内に対向する平衡
化部分を備えていることが常に可能または望ましいとは
限らない。それゆえ、端部作用部の治療処理部分におい
て長い湾曲状ブレードを含むことにより生じる不所望な
横方向の振動を減少または除去し得る導波管および超音
波湾曲状ブレードを含む超音波外科手術器具を構成する
ことが望まれている。さらに、湾曲状ブレードに平衡化
形状部分を加えることなく不所望な横方向の振動を減少
または除去した器具を構成することが有利である。加え
て、端部作用部の治療処理部分の基端側に非対称の平衡
化形状部分を加えることによって、当該端部作用部の治
療処理部分における有効な非対称形状部分を含むことに
より生じる不所望な横方向の振動を減少または除去した
端部作用部を構成することが有利である。
と凸形状の下面部と凹形状上面部に沿って延在する中央
隆起部を含む湾曲状超音波ブレードを提供する。
上記の凹形状上面部の一部分を形成する第1の側壁部お
よび第2の側壁部が当該凹形状上面部と上記の中央隆起
部とを連接している。本発明の湾曲状ブレードにおいて
は、当該ブレードが上記中央隆起部と上記凸形状下面部
をほぼ平行状態にした概ね台形の断面形状を有してい
る。また、本発明による湾曲状ブレードにおいては、上
記の第1の側壁部および第2の側壁部が上記凸形状下面
部と交叉して鋭いまたは鈍い第1のブレード端部および
第2のブレード端部を形成している。さらに、本発明に
よる湾曲状ブレードにおいては、上記凸形状下面部が上
記中央隆起部の幅の少なくとも2倍、好ましくは、当該
中央隆起部の3倍の幅を有している。
レードを含む平衡化超音波器具に関する。本発明による
平衡化超音波外科手術器具は平衡化部分を介して湾曲状
ブレードに接続する超音波伝送ロッドを含み、この平衡
化部分は非対称な湾曲状ブレードにより生じる重心の不
均衡を解消するように構成された第1の平衡化非対称形
部分および第2の平衡化非対称形部分を含む。本発明に
よる平衡化超音波外科手術器具において、上記の第1の
平衡化非対称形部分および第2の平衡化非対称形部分は
導波管の平衡化比率が1:10、好ましくは、1:20
0よりも小さくなるように配置構成されている。本発明
による平衡化超音波外科手術器具において、上記第1の
平衡化非対称形部分は上記湾曲状ブレードの対称面に対
してほぼ垂直な第1の平坦部分を上記平衡化部分上に形
成している。本発明による平衡化超音波外科手術器具に
おいて、上記第2の平衡化非対称形部分は上記平衡化部
分の反対側の面上に上記第1の平坦部分に対して平行な
第2の平坦部分を形成している。本発明による平衡化超
音波外科手術器具において、上記第1の平坦部分は上記
第2の平坦部分よりも長く、当該器具の湾曲状ブレード
における上記凸形状上面部と同一側である。本発明によ
る平衡化超音波外科手術器具において、上記台形状湾曲
ブレードの側壁部が下面部と交叉して鋭いブレード端部
または鈍いブレード端部のいずれかを形成する。
範囲に規定するが、本発明の構成および動作方法はそれ
らの付加的な目的および利点と共に図面に基づく以下の
詳細な説明により最良に理解できる。
0の分解斜視図である。図1において、超音波端部作用
部12は超音波伝送用導波管14に機械的に連結して超
音波伝送用組立体11を形成する。超音波伝送導波管1
4は取付用O−リング18およびシールリング21によ
り外シース16の中に配置される。1個以上の付加的な
ダンパーまたは支持部材(図示せず)を超音波伝送導波
管14に沿って備えることもできる。超音波伝送導波管
14は取付ピン21により外シース16に固定され、こ
のピン21は外シース16における取付穴23および伝
送導波管14における取付スロット25の中に挿通され
る。
面図であって、端部作用部12を含む図である。さら
に、図2は座標系を示しており、当該座標系において
は、x軸が超音波伝送導波管14の中心軸24に沿って
おり、y軸は治療処理部分26の曲率の中心軸である。
本明細書に記載する本発明の実施形態においては、端部
作用部12は平衡化節部(balance node)22において
伝送導波管14の先端部に固定されている。伝送導波管
14の中心軸24は伝送導波管14の基端部から当該伝
送導波管14の先端部に延在している。伝送導波管14
は中心軸24に対して対称形である。端部作用部12は
当該端部作用部12の先端部に配置される治療処理部分
26と、治療処理部分26および平衡化節部22の間に
配置される平衡化部分28を備えている。治療処理部分
26は湾曲していて2個の面部すなわち凹形上面部30
および凸形下面部32を含む。凸形下面部32はブレー
ドのy軸に沿って概ね平坦状または平面状である。治療
処理部分26はさらに丸みを付けた先端34を含んでい
る。また、図示の本発明の実施形態において、平衡化部
分28は第1の切欠部38と第2の切欠部40を含み、
これらは非対称平衡化部分として作用する。第1の切欠
部38は凹形面部30の基端部から第1の所定点42ま
で延在しており、当該所定点42は平衡化節部22より
も先端側に位置している。第2の切欠部40は凸形面部
32の基端部から第2の所定点44まで延在しており、
当該所定点44は点42および平衡化節部22よりも先
端側に位置している。
面図であり、端部作用部12を含む図である。図3にお
いて、ブレードエッジ36が治療処理部分26の両側に
配置されて治療処理部分26の基端部から丸み付け先端
部34まで延在している。上記の凹形面部30と凸形面
部32との交叉部がブレードエッジ36を形成してい
る。中央隆起部37は平衡化領域28の先端部から治療
処理部分26の中心に沿って丸み付け先端34まで延在
している。中央隆起部37は凹形面部30の一部分を形
成している。中央隆起部37により治療処理部分26の
断面が概ね台形状となって、当該治療処理部分26の強
度および剛性が増す。
先端部の斜視図である。図5は図4に示す本発明の実施
形態の超音波伝送組立体11における先端部の斜視図で
あり、仮想のx,y平面52が超音波伝送導波管14の
中心を貫通している図である。図5において、仮想x,
y平面52は中心軸24を通過している。治療処理部分
26がx,y平面52から離間するように湾曲している
ので、端部作用部12はx,y平面52に対して非対称
である。それゆえ、平面52は端部作用部12における
非対称面と称することができる。
波伝送組立体11における先端部の斜視図であり、仮想
のx,z平面50が超音波伝送導波管14の中心を貫通
している図である。図6において、仮想x,z平面50
はx,y平面52に対して90°の角度で中心軸24を
通過している。端部作用部12はx,z平面50に対し
てほぼ対称である。それゆえ、平面50は端部作用部1
2における対称面と称することができる。図7は図4に
示す超音波伝送組立体の先端部の別の実施形態の側面図
である。図7に示す本発明の実施形態において、端部作
用部12は図1乃至図6に示す本発明の実施形態とほぼ
同一の形状および構造を有しているが、図7の実施形態
は治療処理部分26の先端部分において鋭利な先端35
を有している。図8は図7に示す超音波伝送組立体の先
端部の上面図である。さらに、図9は図7に示す超音波
伝送組立体の先端部の斜視図である。
二重の曲率を有する湾曲状ブレードの側面図である。す
なわち、図10においては、図1乃至図9の治療処理部
分26は第1の曲率半径Aおよび第2の曲率半径Bを有
する湾曲状ブレード27である。本発明の一実施形態に
おいて、第1の曲率半径Aは、例えば、0.3インチ±
0.2インチであり、第2の曲率半径Bは1.2インチ
±0.4インチである。さらに、二重曲率ブレード27
は約0.045インチ±0.25インチの厚さJを有し
ている。この二重曲率ブレード27は、本発明の一実施
形態において、第1の切欠部38および第2の切欠部4
0を備えている。この本発明の実施形態において、第1
の切欠部38および第2の切欠部40はそれぞれ第1の
平衡化部分および第2の平衡化部分として作用する。図
10の実施形態において、第1の切欠部38は曲率半径
Cを有しており、第2の切欠部は曲率半径Dを有してい
る。本発明の一実施形態において、曲率半径Cは例えば
0.50インチ±0.25インチであり、曲率半径Dは
例えば0.25インチ±0.125インチとすることが
できる。本発明の一実施形態においては、二重曲率の湾
曲状ブレード27は約1.0インチ±0.3インチの長
さFを有していて、この長さFは節部点22から二重曲
率湾曲ブレード27の先端部までの長さである。図11
は図10の線11−11に沿う断面図であり、図10に
示す二重曲率湾曲ブレード27の断面を示している図で
ある。図11に示す本発明の実施形態においては、二重
曲率湾曲ブレード27は、例えば0.120インチ±
0.040インチの幅Eの下面部32と例えば0.03
0インチ±0.020インチの幅Lの上面部30におけ
る中央隆起部37から成る台形断面を有している。図1
1の実施形態においては、二重曲率湾曲ブレード27の
台形断面は側壁部33、中央隆起部37および下面部3
2により形成されている。この二重曲率湾曲ブレード2
7が台形断面である本発明の実施形態においては、上面
部30の中央隆起部37の幅Lが一般に下面部32の幅
Eの1/2、好ましくは、その1/3以下である。図1
1に示す本発明の実施形態においては、ブレードエッジ
36が、例えば二重曲率ブレード27を組織内で動かす
時に切断速度を高めるために、尖鋭または鋭利に形成さ
れている。なお、この二重曲率ブレード27が図13に
示すような平坦なブレードエッジ36を有していてもよ
いことは明らかである。
発明による単一曲率湾曲ブレードの側面図である。すな
わち、図12においては、図1乃至図9の治療処理部分
26は第1の曲率半径Mを有する湾曲状ブレード31で
ある。本発明の一実施形態においては、この第1の曲率
半径Mを例えば0.9インチ±0.3インチとすること
ができる。さらに、単一曲率湾曲ブレード31は約0.
045インチ±0.025インチの厚さRを有してい
る。この単一曲率湾曲ブレード31は本発明の一実施形
態において第1の切欠部38および第2の切欠部40を
有している。この本発明の実施形態においては、第1の
切欠部38および第2の切欠部40がそれぞれ第1の平
衡化部分および第2の平衡化部分として作用する。図1
2に示す実施形態において、第1の切欠部38は曲率半
径Tを有しており、第2の切欠部40は曲率半径Sを有
している。本発明の一実施形態において、曲率半径Tは
例えば0.50インチ±0.25インチであり、曲率半
径Sは例えば0.25インチ±0.125インチとする
ことができる。本発明の一実施形態において、単一曲率
湾曲ブレード31は約1.0インチ±0.3インチの長
さGを有しており、この長さGは節部点22から単一曲
率湾曲ブレード31の先端部までの長さである。図13
は図12に示す単一曲率湾曲ブレード31の断面を示す
図12における線13−13に沿う断面図である。図1
3に示す本発明の実施形態において、単一曲率湾曲ブレ
ード31は例えば0.110インチ±0.040インチ
の幅CCを有する下面部32と例えば0.030インチ
±0.020インチの幅AAを有する上面部30上の中
央隆起部37とから成る台形断面を有している。すなわ
ち、図13の実施形態において、単一曲率湾曲ブレード
31の台形断面は側壁部33、中央隆起部37および下
面部32により形成されている。この単一曲率湾曲ブレ
ード31が台形断面である本発明の実施形態において
は、上面部30の幅AAが一般に下面部32の幅CCの
1/2、好ましくは、その1/3以下である。また、図
13に示す本発明の実施形態においては、ブレードエッ
ジ36を平坦化して(または「削り取って(broke
n)」)、例えばブレード31を組織内で移動して凝固処
理を行なう場合に、切断速度を減少するために鈍いブレ
ードエッジを形成している。すなわち、図13の実施形
態においては、ブレード36が平坦化されて方形状のエ
ッジが形成されている。このような方形状エッジは例え
ばブレードエッジ36を機械加工して凸形の下面部32
に対してほぼ垂直な表面部を形成することにより構成す
ることができる。
有しており、当該治療部分26は例えば55キロヘルツ
(55kHz)のような超音波周波数で振動されると組
織を切断および凝固するように構成された湾曲状ブレー
ドを備えている。治療処理部分26は超音波器具10の
使用時に医者が視覚的および物理的取扱いをより良く行
なえるように湾曲している。図5乃至図6に示すよう
に、治療処理部分26はx,z平面50に対して対称で
あるが、x,y平面52に対しては非対称である。治療
処理部分26が切断および凝固処理を容易にするために
適当な超音波周波数で振動する場合に、治療処理部分2
6の非対称形状がトルクのような不所望な力を生じ、こ
の力が伝送導波管14に戻されて不所望な横向きの振動
が伝送導波管14内に生じる恐れがある。
きの振動は最小にすることができ、端部作用部に沿う任
意の点における質量中心を伝送導波管の中心軸上または
これに極めて近くに配置するように端部作用部を構成す
ることによって、当該端部作用部を平衡化できることが
知られている。しかしながら本発明におけるように、非
対称形部分(例えば治療処理部分26の湾曲部)により
その質量中心が伝送導波管の中心軸から延びる線から外
れており、治療処理部分内における平衡化部分の付加が
不所望であるような場合には、このブレードを別の方法
で平衡化する必要がある。
6において機能的な非対称形部分を含むことの結果とし
て当該治療処理部分26の基端側における端部作用部1
2内に生じるトルクが減少または除去されることによ
り、端部作用部12が平衡化される。端部作用部12の
基端部における便利な物理的基準点の一つは平衡化節部
22である。なお、この平衡化節部22は伝送導波管1
4に沿う長手方向の振動における任意の節部形態とする
ことができ、最も先端側に位置する振動節部である必要
はない。長手方向の振動における節部は伝送導波管に沿
う1/2波長間隔で生じ、当該関与の波長は超音波端部
作用部が駆動される周波数(例えば55kHz)に対応
する波長である。図3に示す本発明の実施形態におい
て、上記非対称な機能的部分は丸み付け先端部34を有
する湾曲した治療処理部分26から構成されている。非
対称形状はその断面が導波管中心軸24に対して非対称
である。一方、対称形状はその断面が導波管中心軸24
に対して対称である。すなわち、対称形状である場合
は、当該形状を含む端部作用部の部分の断面を通る弦
(chord)が中心軸24により二等分される。
用部12内に含まれており、端部作用部12は治療処理
部分26の基端部と平衡化節部22との間で平衡化部分
28において少なくとも2個の非対称平衡化部分を配置
することによって、平衡化されている。平衡化部分28
に含まれるこれらの非対称平衡化部分の大きさ、形状お
よび配置は平衡化点29におけるトルクをゼロにするか
ゼロにできるだけ近づけるように選択される。平衡化点
29は例えば平衡化節部22の位置における中心軸24
上にある。トルクを減少する程度は特定の構成および製
造上の制限によって決まる。従って、平衡化部分28に
おいて非対称平衡化部分を適当に配置することによっ
て、治療処理部分26における非対称な機能部分により
生じるトルクを当該非対称平衡化部分により生じるトル
クによって相殺できる。このように端部作用部12の先
端側のトルクの総和量を最小にすることによって、伝送
導波管14内の横方向の振動が実質的に減少でき、ほぼ
ゼロにすることが可能になる。
いるか否かを決定するために、伝送導波管14内に生じ
るトルクを計測することが必要となる。伝送導波管14
内に生じるトルクの相対的な大きさは、伝送導波管14
の任意の長手方向振動腹部(antinode)における最大長
手方向変位に対する、伝送導波管14の任意の横方向振
動腹部におけるポアソン膨張(長手方向の節部膨張とも
称する)を除いた、最大横方向変位の比率を採用するこ
とによって推定できる。この比率がゼロに近いほど、導
波管内に生じる横方向の振動が小さくなる。従って、こ
の最大長手方向変位に対する最大横方向変位の比率を
「平衡化比率(balance ratio)」と称することができ
る。本発明の一実施形態においては、この最大長手方向
変位に対する最大横方向変位の平衡化比率が1:10以
下であるときに、ブレードは平衡化されていると考えら
れる。特に、本明細書に記載する本発明による技法によ
って、平衡化比率を1:200以下にすることが可能で
ある。
分であって、当該形状部分の質量中心が伝送導波管の中
心軸から延びる線からずれている。図示の端部作用部の
ような対称形配列構造と非対称形配列構造を有する端部
作用部においては、全ての非対称形部分が対称面に平行
な面内に配置されている。
衡化部分の質量および形状は多くのファクターにより決
められる。平衡化点29において生じるトルクは端部作
用部上の各点におけるベクトル加速度と密度スカラーを
掛け合わせた位置ベクトルとのクロス乗積(外積)の空
間積分値に等しい。密度スカラーは端部作用部上の各点
における端部作用部の密度を示す関数である。数式で表
現すると、平衡化点29におけるトルク(ベクトルT)
はの式(1)のようになる。
9における平面x=0内に位置し、x1 ,y1 およびz
1 は端部作用部12の先端に対して接線方向の平面内に
位置して、x0 ,y0 およびz0 と共に作用部12を包
含する領域を定め、A(x,y,z)は任意点(x,
y,z)におけるブレードの加速度ベクトルであり、ο
(x,y,z)は平衡化点29に対する点(x,y,
z)の位置を示すベクトルであり、ρ(x,y,z)は
任意点(x,y,z)におけるブレードの密度である。
化端部作用部においては、端部作用部12が治療処理部
分26(例えば湾曲状ブレードエッジ36)において1
個以上の有効な非対称形部分を含むように構成される。
次に、平衡化節部点の位置を導波管14に沿う適当な振
動節部において選定する。通常、この平衡化節部点の位
置は導波管14の最も先端側の振動節部である。次い
で、対称形(例えば円筒形)の平衡化部分28が端部作
用部12に組み込まれる。図示の実施形態においては、
平衡化部分28が平衡化節部22から治療処理部分26
の基端部まで延在している。通常、治療処理部分26の
基端部は最も基端側の有効な非対称形部分の基端部に一
致している。例えば、図2に示す本発明の実施形態にお
いては、治療処理領域26の基端部は湾曲状ブレードエ
ッジ36の基端部に一致している。適当で有効な非対称
形部分を端部作用部内に構成した後に、当該有効な非対
称形部分を含む端部作用部構成によって平衡化点29に
おいて生じるトルクを上記の式(1)を用いて計算でき
る。
る任意の特定の非対称形部分により生じるトルクを計算
するために適当な最初の工程は、平衡化点に対する端部
作用部12に沿う各点における加速度ベクトルA(x,
y,z)の数学的表現を、端部作用部12に沿う各点に
おける密度ρ(x,y,z)の数学的表現および端部作
用部12に沿う各点における位置ベクトルο(x,y,
z)の数学的表現と共に見つけることである。便宜上、
ベクトルο(x,y,z)はオフセットベクトルと称す
ることができる。式(1)に示すように、端部作用部1
2により平衡化点29において生じるトルクは加速度ベ
クトルとオフセットベクトルおよびスカラー密度とのク
ロス乗積(外積)の空間積分値である。式(1)におい
て、この積分は端部作用部の体積に亘って行なわれる。
一般に、平衡化点29において生じるトルクは端部作用
部12における各非対称形部分により生じるトルクの総
和に等しいと考えられる。従って、平衡化非対称形部分
により生じるトルクが有効な非対称形部分により生じる
トルクを相殺するように平衡化非対称形部分を平衡化部
分28内に組み込むことによって最適な構成を得ること
ができる。
に亘って適宜に積分可能な数式を用いてベクトルA
(x,y,z),ベクトルο(x,y,z)およびスカ
ラーρ(x,y,z)を表現することが可能である。し
かしながら、超音波外科手術端部作用部は円錐形や円筒
形のような連続する幾何学形状を一般にとらないため
に、このような幾何学形状を当該超音波外科手術端部作
用部の形状に展開することは極めて困難であるのが一般
的である。それゆえ、これらの変数を計算または設定さ
れれば、上記の積分計算を例えば数値的積分プログラム
により行なうことが可能になる。一般的に、上記のパラ
メータA(x,y,z),ο(x,y,z)およびρ
(x,y,z)の内で最も困難なのは端部作用部、特に
複雑形状の端部作用部に沿う各点に対応する加速度ベク
トルA(x,y,z)の計算である。それゆえ、端部作
用部12に沿う任意点における加速度の概算値を得るた
めに直接計算以外の方法を採用するのが通常必要であ
る。例えば、各点における変位を適当なスケーリングフ
ァクターによる適当な加速度の概算値とすることができ
る。変位は例えば、ブレードの有限要素分析により計算
することができる。あるいは、各点における速度が任意
周波数における加速度の概算値を得るために使用でき
る。この特定点における速度は、例えば、ブレード表面
に沿う外部点を(例えばレーザ振動計を用いて)物理的
に観察して、内部点がそれらの表面点と同一態様で挙動
していると仮定することによって計算することができ
る。また、別の例においては、ブレードに沿う任意点の
速度を平衡化節部点からの距離の概ね正弦関数として概
算できる。
般に加速度ベクトルA(x,y,z)を計算するのに用
いる方法に結びついている。例えば、端部作用部に沿う
特定点においてベクトルA(x,y,z)が測定または
概算できると、ベクトルο(x,y,z)がそれらの特
定点における位置ベクトルとなる。
ニウムまたはチタンまたはアルミニウムの合金により構
成される端部作用部を通常において使用しているので、
任意点における密度ρ(x,y,z)は定数である。そ
れゆえ、一般に、ρ(x,y,z)=Pであり、Pは端
部作用部に使用される材料の密度である。
に適当で有効な非対称形部分を含むように構成されてい
る。これらの有効な非対称形部分は式(1)により計算
できる平衡化点29における不所望なトルクベクトルT
u を生じる。このように、特定の構成における不所望な
トルクベクトルTu が既知になると、平衡化点29にお
いて平衡化トルクベクトルTb を生じるように平衡化部
分28に平衡化用の非対称形部分を付加することがで
き、この平衡化トルクベクトルTb が有効な非対称形部
分により生じる不所望なトルクベクトルTu を相殺す
る。この平衡化部分28への平衡化非対称形部分の付加
は当該平衡化部分28の特定部分の質量の付加または削
除により行なう。この付加または削除される質量の大き
さおよび位置は平衡化点29において生じる平衡化トル
クベクトルTb によるばかりでなく、端部作用部の概
観、感触および人間工学上の作用等も考慮することによ
って決められる。それゆえ、トルクベクトルTu が算出
されると、設計者は平衡化部分28から質量を付加また
は削除して平衡化点29において有効なトルクを生じる
2個以上の平衡化非対称形部分を形成することができ
る。
る計算処理を単純化することが可能であり、ベクトルT
b を計算するために式(1)を単純化することができ
る。特に、上記の平衡化非対称形部分が一連の点質量と
仮定し、回転の影響を無視すると、ベクトルTb は式
(2)のように表現できる。
量であり、Tb は平衡化部分28内に構成された平衡化
非対称形部分により平衡化点29において生じるトルク
ベクトルであり、kは平衡化非対称形部分の総数であ
り、As,n はある表面に亘る加速度の平均、すなわち質
量nを加えた場合の平衡化部分28内の点における代表
的なベクトル加速度であり、OCMmn は質量nの質量
中心CMに向くオフセットベクトルである。
て対称になるように構成することによって、節部22に
おいて作用するトルクを端部作用部のy軸に対して完全
にモデル化することができる。すなわち、全ての非対称
形部分が対称の面50上に配置されているとすれば、式
(2)は以下のようになる。
トルTb を生じるために、かなりの数の平衡化非対称形
部分の大きさおよび形状の組合せが使用できることが明
らかである。さらに、選択された特定の平衡化非対称形
部分の大きさおよび形状はこれら非対称形部分を形成す
るために使用する材料の関数となる。それゆえ、設計者
は通常、所望の平衡化トルクベクトルTb を生じるだけ
でなく、他の構成要件も満足し得る平衡化非対称形部分
を選択する必要がある。従って、適当な平衡化非対称形
部分の実際の構成は、設計者による平衡化非対称形部分
の好ましい形状および位置の選択と、その後の当該形状
および位置の式(1)、式(2)または式(5)による
チェックとの反復的試験によって行なわれる。すなわ
ち、この平衡化非対称形部分の形状および大きさはベク
トルTb を発生する必要に応じて調節することができ
る。
析等による1種以上の実験的方法により構成することも
できる。このような実験的方法において、端部作用部は
治療処理部分26に含まれる適当で有効な非対称形部分
を伴って構成され、平衡化部分28は治療処理部分26
と伝送導波管14との間の対称形コネクタとしてモデル
化される。治療部分26は平衡化部分28における平衡
化非対称形部分に対応することなく有効な非対称形部分
(例えば湾曲状ブレードエッジ36)を含むので、この
第1の暫定的な端部作用部が非平衡化状態になりやす
い。このようにして第1の暫定的端部作用部が展開され
ると、平衡化点29のような予め選定した点において生
じるトルクの適当な計測が選択できる。例えば、最大長
手方向変位に対する最大横方向変位の平衡化比率が伝送
導波管内において計測される。その後、この第1の暫定
的端部作用部を数値的にモデル化して、モード解析また
は有限要素分析技法により振動させる。この第1の暫定
的数値モデルを適当な発生器による周波数(例えば55
kHz)で駆動すると、例えば有限要素分析プログラム
を用いて、伝送導波管に沿う選定点における最大長手方
向変位に対する最大横方向変位の比率を決定することが
可能である。その後、この端部作用部を平衡化部分にお
いて質量を加減することにより平衡化する(すなわち、
最大長手方向変位に対する最大横方向変位の比率を1:
10よりも小さくする)。もちろん、この処理は反復処
理であって、この反復処理は設計者の熟練度および経験
によって向上できる(すなわち、より少ない回数の反復
処理が望まれる)。
的端部作用部の設計を含むが、その後、この第1の暫定
的端部作用部の物理的モデルを構築して適当な発生器に
よる周波数で伝送導波管の入力を起動して当該モデルを
試験する。この端部作用部を駆動する周波数を駆動周波
数と称する。この駆動周波数で第1の暫定的端部作用部
を駆動すると共に、平衡化節部において生じるトルクの
適当な計測法を選択することができ、例えば、平衡化比
率を伝送導波管から直接に測定できる。次に、端部作用
部を平衡化部分において質量を物理的に加減することに
よって平衡化する(すなわち、平衡化比率を1:10以
下に減少する)。もちろん、この処理は反復処理であっ
て、この反復処理は設計者の熟練度および経験によって
向上できる(すなわち、より少ない回数の反復処理が望
まれる)。実験的または分析的設計のいずれを選択する
かによらず、それが反復処理であれば第1の概算が大ま
かであるほど、より多くの反復処理が平衡化したブレー
ド構成を得るために必要になる。
2は平衡化部分26の基端部として選定されていて、数
学的計算または物理的測定のいずれかにより、任意の伝
送導波管上に位置する基準点を明確化するとともに物理
的に定義可能とするために、平衡化部分26の基端側原
点として選定されている。この場合に、平衡化部分26
の基端部として節部22を使用することは、本明細書に
記載する計算をより明瞭かつ分かりやすくする点におい
ても有利である。しかしながら、本発明を使用して、導
波管内に生じる不所望なトルクを最も基端側の平衡化非
対称形部分よりもわずかに基端側の点から導波管内に生
じる平衡化トルクにより、ほとんど相殺できることが分
かる。例えば、図2に示す本発明の実施形態において、
トルクは第1の所定点42よりも基端側の導波管の部分
においてゼロに収束する。
てのみ有効な非対称形部分を備えているが、本発明の技
法は2個以上の任意の方向に非対称形部分を有するブレ
ードを平衡化するために使用できる。さらに、本発明に
より構成される外科手術端部作用部は、端部作用部の質
量中心が導波管の中心軸上に位置していなくてもよいこ
とが明らかである。また、本発明によるブレードは単一
角度または多数角度の湾曲部を含み太い、方形状または
鋭利なブレードエッジを含むように構成することができ
る。本発明によって構成される平衡化超音波ブレード
は、内部乳房動脈(IMA)分解処理、橈側動脈の除去
または切除、胸部整復および再構成および痔核除去を含
む種々の切開および内視鏡外科手術を実行するのに用い
ることができる。本発明による超音波ブレードは多数の
機能を有し、例えば形状における平坦または太い部分、
鋭利または鈍いエッジおよびのこぎり歯状のブレードエ
ッジのような機能を容易にする多数の形態を含み得る。
形状は多くの理由によって特に有利であると言える。例
えば、本発明による台形断面型ブレードにおいて、中央
隆起部が剛性を賦与する一方でブレード内の応力を減少
する。さらに、台形断面型ブレードを採用することによ
って、多くの臨床的必要性に対応するためにブレード端
部の鋭さや厚さを変えることが可能になる。さらに、本
明細書に記載するようにブレードの凹形状面部の中央に
小形の隆起面を備えることによって、この凹形状面部が
ブレード内に位置する組織を凝固するのに使用でき、こ
の結果、組織の凝固中に当該組織をブレードから外すこ
となく保持することができる。当該技術分野における熟
練者であれば、本発明が台形断面を有するブレードに限
らず概ね台形の断面形状を有するブレードにも適用でき
ることが分かる。例えば、表面部32,33または表面
部37の内の1個以上を本発明の範囲に逸脱することな
くより浅くまたはより深く湾曲することができる。ま
た、本発明の別の実施形態において、面部33および面
部37を混合してより丸みを付けた凸形状面部30を形
成してもよい。
説明したが、当該技術分野における熟練者であれば、こ
れらの実施形態が例示的目的のみに記載されていること
は明瞭である。すなわち、当該技術分野における熟練者
であれば、本発明を逸脱することなく種々の変形、変更
ならびに置換が可能である。従って、本明細書に記載す
る特許請求の範囲および後述する実施態様の趣旨および
範囲によってのみ本発明が制限されると解するべきであ
る。
ある。 (1)前記超音波外科手術ブレードがほぼ台形形状の断
面を有する請求項1に記載の湾曲状超音波外科手術ブレ
ード。 (2)前記凸形状下面部が前記中央隆起部の上面部に対
してほぼ平行である実施態様(1)に記載の湾曲状超音
波外科手術ブレード。 (3)前記第1の側壁部が前記凸形状下面部と交叉して
鋭いブレードエッジを形成する実施態様(1)に記載の
湾曲状超音波外科手術ブレード。 (4)前記第1の側壁部が前記凸形状下面部と交叉して
鈍いブレードエッジを形成する実施態様(1)に記載の
湾曲状超音波外科手術ブレード。 (5)前記鈍いブレードエッジが方形状である実施態様
(4)に記載の湾曲状超音波外科手術ブレード。
の幅の3倍よりも長い幅を有している実施態様(1)に
記載の湾曲状超音波外科手術ブレード。 (7)前記第1の側壁部および第2の側壁部が前記凸形
状下面部と交叉して鋭いエッジを形成する実施態様
(6)に記載の湾曲状超音波外科手術ブレード。 (8)前記第1の側壁部および第2の側壁部が前記凸形
状下面部と交叉して鈍いエッジを形成する実施態様
(6)に記載の湾曲状超音波外科手術ブレード。 (9)前記鈍いブレードエッジが方形状である実施態様
(8)に記載の湾曲状超音波外科手術ブレード。 (10)前記第1の平衡化非対称形部分および第2の平
衡化非対称形部分が前記湾曲状超音波外科手術ブレード
により当該ブレードの基端部に生じるトルクに対して逆
に作用してこれを相殺または減殺するように配置される
請求項2に記載の平衡化超音波外科手術器具。
よび第2の平衡化非対称形部分が前記超音波伝送ロッド
における横方向の振動をほぼゼロにするように配置され
る実施態様(10)に記載の平衡化超音波外科手術器
具。 (12)前記超音波伝送ロッドの平衡化比率が1:10
よりも小さい実施態様(10)に記載の平衡化超音波外
科手術器具。 (13)前記超音波伝送ロッドの平衡化比率が1:20
0よりも小さい実施態様(12)に記載の超音波外科手
術器具。 (14)前記第1の側壁部および第2の側壁部が前記凸
形状下面部と交叉して鋭いブレードエッジを形成する請
求項2に記載の平衡化超音波外科手術器具。 (15)前記第1の側壁部および第2の側壁部が前記凸
形状下面部と交叉して鈍いブレードエッジを形成する請
求項2に記載の平衡化超音波外科手術器具。
である実施態様(15)に記載の平衡化超音波外科手術
器具。 (17)前記湾曲状ブレードおよび前記平衡化部分が一
定の対称面により二等分され、当該湾曲状ブレードが前
記対称面の両側においてほぼ対称形であり、前記第1の
平衡化非対称形部分が前記平衡化部分における第1の平
坦面部を含み、当該第1の平坦面部が前記対称面に対し
てほぼ垂直であり、前記第2の平衡化非対称形部分が前
記平衡化部分における第2の平坦面部を含み、当該第2
の平坦面部が前記対称面に対してほぼ垂直である請求項
2に記載の平衡化超音波外科手術器具。 (18)前記第1の平衡化非対称形部分が前記第2の平
衡化非対称形部分よりも短い実施態様(17)に記載の
平衡化超音波外科手術器具。
湾曲状ブレードが台形状断面を有するように構成されて
いるので、強度及び剛性において優れ、最小の侵襲性治
療処理において使用するために特に適合した湾曲状超音
波ブレードが提供できる。さらに、平衡化非対称形部分
を含むように構成されているので、不所望な横方向の振
動を減少または除去することができる。
である。
図である。
図である。
における先端部の斜視図である。
であり、仮想のx、y平面が超音波伝送導波管の中心を
通過している図である。
であり、仮想のx、z平面が超音波伝送導波管の中心を
通過している図である。
施形態の側面図である。
である。
である。
率の湾曲状ブレードの側面図である。
て、図10に示すブレードの断面を示している図であ
る。
率の湾曲状ブレードの側面図である。
て、図12に示すブレードの断面を示している図であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 中央隆起部を有する凹形状上面部と、 前記中央隆起部の幅の2倍よりも長い幅を有する凸形状
下面部と、 前記凸形状下面部と前記中央隆起部とを連接して前記凹
形状上面部の一部分を形成する第1の側壁部および第2
の側壁部とから成ることを特徴とする湾曲状超音波外科
手術ブレード。 - 【請求項2】 湾曲状超音波外科手術ブレードを含む平
衡化超音波外科手術器具において、 基端部と先端部を有する超音波伝送ロッドと、 第1の平衡化非対称形部分および第2の平衡化非対称形
部分を含む平衡化部分とから成り、当該平衡化部分が前
記超音波伝送ロッドの先端部における節部点から前記湾
曲状超音波外科手術ブレードの基端部まで延在してお
り、さらに、前記湾曲状超音波外科手術ブレードが、 先端部と、 前記平衡化部分に接続する基端部と、 中央隆起部を含む凹形状上面部と、 前記中央隆起部の幅の2倍よりも長い幅を有する凸形状
下面部と、 前記凸形状下面部と前記中央隆起部とを連接する第1の
側壁部および第2の側壁部とから成り、当該第1の側壁
部および第2の側壁部が前記凹形状上面部の一部分を形
成して前記湾曲状超音波外科手術ブレードがほぼ台形状
の断面を有することを特徴とする超音波外科手術器具。
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