JP2000051226A - 複数の平衡化非対称形部分を含む平衡化超音波ブレ―ド - Google Patents

複数の平衡化非対称形部分を含む平衡化超音波ブレ―ド

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平衡化超音波外科手術器具を提供する。 【解決手段】 超音波伝送ロッドおよび当該超音波伝送
ロッドの先端部に取り付けた超音波により作動するブレ
ードを備えている平衡化超音波外科手術器具である。本
発明によれば、上記の超音波により作動するブレードが
治療処理部分２６と平衡化部分２８を含む。治療処理部
分は当該治療処理部分を非対称にする例えば湾曲状ブレ
ードのような機能的部分を有している。平衡化部分は治
療処理部分により生じるすべての不所望なトルクを平衡
化して消去するように構成および配置される少なくとも
第１の非対称平衡化部分３８および第２の非対称平衡化
部分４０を含む。この平衡化部分は一般に超音波伝送ロ
ッド上の節部点２２から治療処理部分の基端部まで延在
している。

Description

【発明の詳細な説明】
本出願は本明細書に本明細書に参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／
１０６，０２８号、米国特許出願第０９／１０６，４１
５号および米国特許出願第０９／１０６，６６１号に関
連する。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本明細書は一般に外科手術器
具に使用する湾曲した超音波ブレードに関し、特に、２
個以上の平衡化用非対称部を含む平衡化湾曲超音波ブレ
ードに関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波器具は組織の切断および凝固の外
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、器具導波管内のほぼ横向き
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外科手術用端部作用
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、極小の侵襲性外科手
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。
【０００３】特定の用途においては、端部作用部の性能
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場合がある。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。このような端部作用
部においては、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(balance)
するために、その治療処理部分において対向する平衡化
形状を備えていることが常に可能または望ましくなって
いるとは限らない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、治療処理部
分において有効な非対称形状（例えば長い湾曲状ブレー
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端部作用部を含
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、端部作用部の治療処理部分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。さらに、端部作
用部の治療処理部分よりも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。加えて、実質的な横
方向の動きが非対称端部作用部により導波管内に生じる
ことのないように伝送導波管の中心軸上にない質量中心
を有する非対称作用部を構成することが有利である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は超音波伝送ロッ
ドおよび当該超音波伝送ロッドの先端部に取り付けた超
音波により作動するブレードを含む平衡化超音波外科手
術器具を提供する。
【０００６】本発明によれば、上記の超音波により作動
するブレードは治療処理部分と平衡化用部分を含む。こ
の治療処理部分は、例えば治療処理部分を非対称形状に
する湾曲状ブレードのような機能的部分を有している。
このような機能的部分は機能的非対称形部分として称す
ることができる。また、平衡化用部分は治療処理部分に
より発生する不所望なあらゆるトルクを平衡化するよう
に構成および配置された少なくとも第１の非対称形部分
および第２の非対称形部分を含む。このような非対称形
部分は平衡化用非対称形部分と称することができ、例え
ば切欠部、平坦部、隆起部または起立部のような非対称
形部分を含む。本発明による超音波器具においては、上
記の平衡化用部分が超音波伝送ロッド上の節部（node）
から治療処理部分の基端部まで概ね延在している。ま
た、本発明による超音波外科手術器具においては、超音
波伝送ロッド内の横方向の振動を実質的に減少または概
ねゼロに減少できるように、上記の第１の平衡化用非対
称形部分および第２の平衡化用非対称形部分が配置され
ている。さらに、本発明による超音波外科手術器具にお
いては、伝送導波管の平衡化比率が１：１０乃至１：２
００に減少できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の新規な特徴を特許請求の
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。
【０００８】図１は本発明による超音波外科手術器具１
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。
【０００９】図２は超音波伝送組立体１１の先端部の側
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
衡化用節部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４
４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。
【００１０】図３は超音波伝送組立体１１の先端部の上
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
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。
【００１１】図４は超音波伝送組立体１１の実施形態の
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。
【００１２】図６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，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。
【００１３】超音波外科手術器具１０は治療部分２６を
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。
【００１４】既に述べたように、これらの不所望な横向
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。
【００１５】そこで、本発明によれば治療処理部分２６
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１２
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１４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。
【００１６】本発明によれば、平衡化部分２８が端部作
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２
９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。
【００１７】非対称な端部作用部が適正に平衡化されて
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。
【００１８】非対称形部分は端部作用部の一つの形状部
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。
【００１９】平衡化部分２６内に導入される非対称の平
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加速度ベクトルと密度スカラーを
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）
は式（１）のようになる。
【００２０】
【化１】 この式中において、ｘ0 ，ｙ0 およびｚ0 は平衡化点２
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。
【００２１】それゆえ、本発明に従って構成された平衡
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。
【００２２】上記式（１）を用いて平衡化点２９におけ
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。
【００２３】理想状態において、端部作用部１２の体積
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、これらの変数が計算または設定さ
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特定
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。
【００２４】位置ベクトルο（ｘ，ｙ，ｚ）の計算は一
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。
【００２５】本発明による超音波器具はチタン、アルミ
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。
【００２６】実際に、端部作用部は治療処理部分２６内
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、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。
【００２７】例えば、適当な仮定を用いて、必要とされ
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。
【００２８】
【化２】 この式において、ｍn は各点ｎにおける端部作用部の質
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、ΟＣＭｍn 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。
【００２９】平衡化非対称形部分を対称面５０に対して
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。
【化３】
【化４】 または記号を省略して以下の式（５）のようになる。
【化５】
【００３０】平衡化節部２９において適当なトルクベク
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。
【００３１】本発明による端部作用部は例えばモード解
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）。
【００３２】別の実験的技法は上述の態様の第１の暫定
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。
【００３３】本明細書に説明したように、平衡化節部２
２は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。
【００３４】上述および図示の実施形態は一方向におい
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。
【００３５】以上、本発明の好ましい実施形態を図示し
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。
【００３６】本発明の具体的な実施態様は以下の通りで
ある。 （１）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機能的非対称形部分により前記ブ
レードの基端部において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
１に記載の端部作用部。 （２）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
（１）に記載の端部作用部。 （３）前記伝送ロッドが１：１０よりも小さい平衡化比
率を有している実施態様（１）に記載の端部作用部。 （４）前記伝送ロッドが１：２００よりも小さい平衡化
比率を有している実施態様（３）に記載の端部作用部。 （５）前記端部作用部が上面部および下面部を有してい
て、当該上面部が前記治療処理部分において凹形状にな
っており、下面部が前記治療処理部分において凸形状に
なっており、前記第１の平衡化非対称形部分が前記上面
部上に配置されており、前記第２の平衡化非対称形部分
が前記下面部上に配置されている請求項２に記載の端部
作用部。
【００３７】（６）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前記上面部上の第１の平坦部分を
含む実施態様（５）に記載の端部作用部。 （７）前記第２の平衡化非対称形部分が前記平衡化部分
における前記下面部上の第２の平坦部分を含む実施態様
（６）に記載の端部作用部。 （８）前記ブレードが一定の対称面により二等分され、
当該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ブレードの
前記上面部における平坦面を含み、当該平坦面が前記対
称面に対してほぼ垂直である実施態様（５）に記載の端
部作用部。 （９）前記第２の平衡化非対称形部分が前記ブレードの
前記下面部における第２の平坦面を含み、当該平坦面が
前記対称面に対してほぼ垂直である実施態様（８）に記
載の端部作用部。 （１０）前記第１の平衡化非対称形部分および第２の平
衡化非対称形部分の少なくとも一方が前記平衡化部分に
おける切欠部を含む実施態様（５）に記載の端部作用
部。
【００３８】（１１）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の少なくとも一方が前記
平衡化部分に付加される質量を含む起立部分を有する実
施態様（５）に記載の端部作用部。 （１２）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機能的非対称形部分により前記
ブレードの基端部において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３に記載の超音波外科手術器具。 （１３）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
（１２）に記載の超音波外科手術器具。 （１４）前記伝送ロッドが１：１０よりも小さい平衡化
比率を有している実施態様（１２）に記載の超音波外科
手術器具。 （１５）前記伝送ロッドが１：２００よりも小さい平衡
化比率を有している実施態様（１４）に記載の超音波外
科手術器具。
【００３９】（１６）前記ブレードが上面部および下面
部を有していて、当該上面部が前記治療処理部分におい
て凹形状になっており、下面部が前記治療処理部分にお
いて凸形状になっており、前記第１の平衡化非対称形部
分が前記上面部上に配置されており、前記第２の平衡化
非対称形部分が前記下面部上に配置されている請求項４
に記載の超音波外科手術器具。 （１７）前記第１の平衡化非対称形部分が前記平衡化部
分における前記上面部上の第１の平坦部分を含む実施態
様（１６）に記載の超音波外科手術器具。 （１８）前記第２の平衡化非対称形部分が前記平坦化部
分における前記下面部上の第２の平坦部分を含む実施態
様（１７）に記載の超音波外科手術器具。 （１９）前記ブレードが一定の対称面により二等分さ
れ、当該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ブレー
ドの前記上面部における平坦面を含み、当該平坦面が前
記対称面に対してほぼ垂直である実施態様（１６）に記
載の超音波外科手術器具。 （２０）前記第２の平衡化非対称形部分が前記ブレード
の前記下面部における第２の平坦面を含み、当該平坦面
が前記対称面に対してほぼ垂直である実施態様（１９）
に記載の超音波外科手術器具。
【００４０】（２１）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の少なくとも一方が前記
平衡化部分における切欠部を含む実施態様（１６）に記
載の超音波外科手術器具。 （２２）前記第１の平衡化非対称形部分および第２の平
衡化非対称形部分の少なくとも一方が前記平衡化部分に
付加される質量を含む起立部分を有する実施態様（１
６）に記載の超音波外科手術器具。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波外
科手術器具によれば治療処理部分における有効な非対称
形状（例えば、湾曲状ブレード）を含むことにより、使
用中に生じ得る不所望な横方向の振動を良好に減少また
は除去することができ、これにより超音波外科手術器の
導波管内の過剰発熱や尚早な応力破壊の可能性が減少
し、耐久性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波外科手術器具の分解斜視図
である。
【図２】本発明による超音波伝送組立体の先端部の側面
図である。
【図３】本発明による超音波伝送組立体の先端部の上面
図である。
【図４】本発明による超音波伝送組立体の別の実施形態
における先端部の斜視図である。
【図５】図４に示す超音波伝送組立体の先端部の斜視図
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。
【図６】図４に示す超音波伝送組立体の先端部の斜視図
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。
【図７】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８】図７に示す超音波伝送組立体の先端部の上面図
である。
【図９】図７に示す超音波伝送組立体の先端部の斜視図
である。
【符号の説明】
１０ 超音波外科手術器具 １１ 超音波伝送組立体 １２ 超音波端部作用部 １４ 超音波伝送導波管 ２２ 平衡化節部（振動節部点） ２６ 治療処理部分 ２８ 平衡化部分 ３０ 凹形上面部 ３２ 凸形下面部 ３８ 第１切欠部（非対称平衡化部分） ４０ 第２切欠部（非対称平衡化部分）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波外科手術器具において使用するた
    めの端部作用部において、 基端部および先端部を有する超音波伝送ロッドと、 前記伝送ロッドの先端部に取り付けられて超音波により
    作動するブレードとから成り、当該超音波により作動す
    るブレードが、 先端部と、 長手方向における振動節部点において前記伝送ロッドに
    接続する基端部と、 少なくとも１個の機能的非対称形部分を含む治療処理部
    分と、 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
    記節部点から前記治療処理部分まで延在しており、治療
    処理部分が平衡化部分から前記ブレードの先端部まで延
    在していることを特徴とする端部作用部。
  2. 【請求項２】 超音波外科手術器具において使用するた
    めの端部作用部において、 基端部および先端部を有する超音波伝送ロッドと、 前記伝送ロッドの先端部に取り付けられて超音波により
    作動する平衡化ブレードとから成り、当該超音波により
    作動する平衡化ブレードが、 先端部と、 基端部と、 湾曲状の治療処理部分と、 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
    記ブレードの基端部から前記治療処理部分まで延在して
    おり、治療処理部分が平衡化部分から前記ブレードの先
    端部まで延在していることを特徴とする端部作用部。
  3. 【請求項３】 平衡化端部作用部を含む超音波外科手術
    器具において、当該端部作用部が、 超音波ハンドピースを含むハンドルと、 基端部および先端部を有する超音波伝送ロッドとから成
    り、当該基端部が前記ハンドピースに操作可能に接続し
    ており、さらに、 前記伝送ロッドの先端部に取り付けられた超音波により
    作動するブレードから成り、当該超音波により作動する
    ブレードが、 先端部と、 長手方向における振動節部点において前記伝送ロッドに
    接続する基端部と、 少なくとも１個の機能的非対称形部分を含む治療処理部
    分と、 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
    記節部点から前記治療処理部分まで延在しており、治療
    処理部分が平衡化部分から前記ブレードの先端部まで延
    在していることを特徴とする超音波外科手術器具。
  4. 【請求項４】 超音波外科手術器具において、 ハンドルと、 基端部および先端部を有する超音波伝送ロッドとから成
    り、当該基端部が前記ハンドルに操作可能に接続してお
    り、さらに、 前記伝送ロッドの先端部に取り付けられた超音波により
    作動する平衡化ブレードから成り、当該超音波により作
    動する平衡化ブレードが、 先端部と、 基端部と、 湾曲状の治療処理部分と、 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
    記ブレードの基端部から前記治療処理部分まで延在して
    おり、治療処理部分が平衡化部分から前記ブレードの先
    端部まで延在していることを特徴とする超音波外科手術
    器具。
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