JP2001161706A - 超音波手術装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プローブの異常発熱や破損を防止すると共
に、駆動電源に負担をかけることなく、正常に駆動でき
るようにした超音波手術装置を実現する。 【解決手段】 超音波手術装置として超音波吸引装置１
は、超音波吸引器本体２と、送水ポンプ３と、電源４と
から主に構成され、前記超音波吸引器本体２は超音波を
発生する振動子１１及びこの振動子１１に機械的に結合
し、生体組織に前記振動子１１からの超音波を伝達して
処置を施すプローブ１３を備えたハンドピース１０とか
ら構成されている。前記電源４は、共振点の周波数と反
共振点の周波数及び機械的インピーダンスＺを検出する
ことによって、偽の共振点を検出する検知回路２３と、
この検知回路２３の結果に基づいて、異常状態を報知す
る報知部２４とを具備して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動により
生体組織に対して超音波処置を行うプローブを有する超
音波手術装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波振動により生体組織に
対して超音波処置を行う超音波手術装置として、生体組
織を乳化・破砕・吸引する超音波吸引装置や生体組織を
凝固・切開する超音波凝固切開装置等が知られている。

【０００３】これらの超音波手術装置は、駆動電源とこ
の駆動電源により超音波振動を発生する振動子と、この
振動子と機械的に結合して規定の共振周波数のもとで振
動し生体組織に超音波振動を与えるプローブとから構成
されている。そして、超音波手術装置が正常に作動する
には、前記振動子と前記プローブとが機械的に結合した
状態で規定の共振周波数を有するようになっていること
が必要であり、この共振周波数で振動子を駆動するよう
になっている。

【０００４】また、プローブに機械的負荷を与えると機
械的負荷状態として機械的インピーダンスが上昇する
他、負荷の状況によっては正規の共振周波数から共振周
波数が変動する場合もあった。その他、プローブの形状
によってはスプリアス現象と呼ばれる現象により、反射
波が生じて設計上の正規の共振周波数とは異なる偽の共
振周波数が現れることも知られている。

【０００５】このような超音波振動によって生体組織を
処置するプローブの一般的な形態は、図４に示すように
構成されている。このプローブ１０１には、内設した振
動子による超音波振動が基端部１０２から入力され、プ
ローブ１０１の先端部から生体組織に与えられるように
なっている。ここで、基端部１０２の端部とプローブ１
０１先端部の端部とが振動の腹となっており、その間に
振動の節が生じるようになっている。

【０００６】超音波振動は、基本的に入力端と出力端の
断面積に比例して振幅が拡大されるという特性があり、
効率的に拡大するには、前記振動の節にホーン１０４の
様な断面積が小さくなる部分を設けるように構成してい
る。そして、前記プローブ１０１は振動子に機械的に結
合された状態で、図５に示すような正規の共振点（最も
振動しやすい周波数が現れる位置）を有するようにその
形状を定められ、この共振周波数の超音波振動が駆動さ
れる。

【０００７】そして、この周波数から大きく離れた周波
数で駆動すると、機械的インピーダンスＺが大きいため
にロスが大きくなり、プローブ１０１の異常発熱や破損
を招くので、必ず共振周波数で駆動することが求められ
る。また、共振点における機械的インピーダンスが大き
すぎる場合にも、過剰な電力が必要となるために駆動電
源に大きな負担が掛かり、正常に駆動できないことも知
られている。

【０００８】また、プローブ１０１に急激に形状が変化
する部分がある場合、例えばホーン１０４において急激
に断面積を小さくする場合、又は基端部１０２の質量と
先端部１０３の質量比が大きい場合、或いはプローブ１
０１が屈曲角度の大きい屈曲部を有するような形状の場
合には、この部分でスプリアス（反射）現象と呼ばれる
現象が生じ、この部分を先端とした場合の偽の共振周波
数が現れる場合がある。例えば、この偽の共振周波数に
よる偽の共振点は、正規の共振点とは異なる周波数に発
生し（図５参照）、なおかつ機械的インピーダンスＺの
値が正規の値よりも大きくなることが多い。又、スプリ
アス現象の状況によっては、反共振点の周波数と機械的
インピーダンスが変わることも知られている。

【０００９】この偽の共振点が生じた場合に、プローブ
１０１の先端部に適当な機械的負荷を与えると、この偽
の共振点が消失して正規の共振点が現れることが知られ
ている。これは前述のような急激な形状変化によるスプ
リアス現象が、プローブ１０１の先端部に機械的負荷を
与えることによって低減されるためである。そして、こ
の場合には、共振点のインピーダンスＺも正規の値まで
下がることも知られている。また、スプリアス現象が発
生していない場合でも、プローブ１０１に対する機械的
負荷の状況によって、共振点の周波数と機械的インピー
ダンス、反共振点の周波数と機械的インピーダンスとが
変化することもある。

【００１０】ところで、このようなプローブを備えた超
音波手術装置として例えば前記した超音波吸引装置は、
生体組織に超音波振動を与えることにより、生体組織を
乳化・破砕し、プローブに形成された吸引孔から吸引す
るようになっている。このときに比較的長時間連続して
プローブに超音波振動を与えるため、このプローブの発
熱による破損防止及び生体組織の損傷防止のために冷却
水によってプローブを冷却する必要があり、冷却水の無
い状態で使用すると不具合が生じる虞れがあった。

【００１１】このような問題を解決するために、特開平
０５−０２３３４５号公報に記載の超音波手術装置で
は、プローブを冷却するための冷却水が充填されたこと
を吸引管路に設けたセンサによって検知し、冷却水が充
填されない場合には振動子を駆動できないようにしたも
のが提案されている。一方、特開平０３−１４６０４８
号公報に記載の超音波手術装置では、冷却水が充填され
ている場合に、プローブと振動子との機械的インピーダ
ンスが変動することを利用し、冷却水の充填を機械的イ
ンピーダンスの変化にて検知するようになっているもの
が提案されている。

【００１２】しかしながら、前者（特開平０５−０２３
３４５号公報）の超音波吸引装置では、冷却水を検知す
るために特別なセンサを冷却系統に組み込む必要があっ
た。一方、後者（特開平０３−１４６０４８号公報）の
超音波吸引装置では、例えばプローブ先端が生体組織に
触れている場合にも機械的インピーダンスが変動するた
め、この機械的インピーダンスだけで制御を行うには検
知精度を上げる必要があった。また、超音波凝固切開装
置の場合には、機械的インピーダンスによって生体組織
を把持しているかどうかを判断するようにしているが、
その場合にも機械的インピーダンスのみで判断すること
は困難である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように超音波
手術装置は、プローブが振動子に機械的に結合された状
態で正規の共振周波数で振動しないと、振動子を駆動す
る駆動手段に過重な負荷をかけ振動子を正常に駆動する
ことが困難となり、またプローブが最適な振動を行え
ず、生体組織に所望な処置を行うことが困難となる。

【００１４】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
ものであり、プローブの異常発熱や破損を防止すると共
に、駆動電源に負担をかけることなく、正常に駆動でき
るようにした超音波手術装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に係る本発明の超音波手術装置は、超音波振動
により生体組織に対して処置を行うプローブと、このプ
ローブを振動させる振動子と、この振動子を駆動する駆
動手段と、前記プローブの正規の共振点とは周波数が異
なる偽の共振点を検出する検出手段と、この検出手段の
結果に基づいて、前記駆動手段を制御する制御手段とを
具備したことを特徴としている。また、請求項２に記載
の本発明の超音波手術装置は、超音波振動により生体組
織に対して処置を行うプローブと、このプローブを振動
させる振動子と、この振動子を駆動する駆動手段と、前
記プローブの正規の共振点とは周波数が異なる偽の共振
点を検出する検出手段と、この検出手段の結果に基づい
て、異常状態を報知する報知手段とを設けたことを特徴
としている。この構成により、プローブの異常発熱や破
損を防止すると共に、駆動電源に負担をかけることな
く、正常に駆動できるようにした超音波手術装置を実現
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 （第１の実施の形態）図１及び図２は本発明の第１の実
施の形態に係り、図１は本発明の第１の実施の形態の超
音波手術装置としての超音波吸引装置の全体構成を示す
全体構成図、図２は図１の超音波吸引器本体の詳細構成
を説明する構成図である。

【００１７】図１に示すように超音波手術装置としての
超音波吸引装置１は、例えば超音波吸引器本体２と、こ
の超音波吸引器本体２に冷却水を送水する送水器３と、
前記超音波吸引器本体２に電力及び冷却水を供給する電
源４とから主に構成されている。尚、送水器３は、冷却
水ボトル３ａ及び送水ポンプ３ｂからなり、必要に応じ
て、図示しない吸引ポンプ及び吸引容器を備えても良
い。

【００１８】前記超音波吸引器本体２は、超音波を発生
する振動子１１及びこの振動子１１に機械的に結合し、
前記振動子１１からの超音波をホーン１２を介して伝達
して生体組織に処置を施すプローブ１３を備えたハンド
ピース１０とから構成されている。

【００１９】前記電源４は、前記送水器３の送水ポンプ
３ｂから送水される冷却水を前記ハンドピース１０に送
水するための送水回路２１と、前記振動子１１を駆動す
るための駆動回路２２と、図５で説明した共振点の周波
数と反共振点の周波数及び機械的インピーダンスＺを検
出することによって、偽の共振点を検出する検知回路２
３と、この検知回路２３の結果に基づいて、異常状態を
報知する報知部２４とから主に構成されている。尚、必
要に応じて、冷却水や生体組織を吸引するための吸引回
路を備えても良い。前記検知回路２３は、前記プローブ
１３と前記振動子１１とを機械的に結合した状態での周
波数特性を測定することができるようになっており、そ
の検知結果によって前記駆動回路２２を制御するように
なっている。

【００２０】次に、図２を用いて超音波吸引器本体２の
詳細構成を説明する。前記プローブ１３は、前記振動子
１１に機械的に結合したホーン１２に接続部３１で結合
されていて、前記ハンピース１０の後端部の電源コード
４ａにより前記電源４からの電力を供給するようになっ
ている。そして、前記プローブ１３から振動子１１を経
由して吸引ポート３２まで吸引路３３が形成されてお
り、図示しない吸引手段によってプローブ１３先端から
生体組織を吸引できるようになっている。

【００２１】前記プローブ１３は、屈曲部３４で屈曲し
ており、例えば手術用顕微鏡下で使用する場合等に使い
易くなっている。また、プローブ１３はシース３５で覆
われており、その隙間は冷却水路３６となり、送水ポー
ト３７と疎通して冷却水をプローブ１３先端まで送るこ
とができるようになっている。また、前記プローブ１３
は、無負荷の状態では前記したようにスプリアス現象が
発生し、冷却水を充填すると適切な負荷が掛かってスプ
リアス現象が消失するように形成されている。

【００２２】前記検知回路２３は、図示しないが例えば
駆動回路２２内部に設けられた基準発振器の基準振動と
比較して、前記プローブ１３の共振点及び反共振点を検
出する共振点検出回路と、前記プローブ１３に設けられ
た圧力センサ及び前記シース３５内に設けられた冷却水
検出センサからの信号により機械的インピーダンスを検
出する機械的インピーダンス検出回路とから構成されて
いて、これら共振点検出回路及び機械的インピーダンス
検出回路により、共振点及び反共振点の周波数と機械的
インピーダンスＺの値というパラメータを複合的に使用
し周波数特性の波形で偽の共振点を検出するようになっ
ている。

【００２３】このように構成されている超音波吸引装置
１を用いて、生体組織に超音波処置を施す。使用者が使
用準備して、電源を入れるとプローブ１３に図５で説明
した偽の共振点が前記検知回路２３により検出されるよ
うになっている。すると検知回路２３は異常状態と判断
し、駆動回路２２が作動できないように指令を出す。同
時に検知回路２３は報知部２４に指令を出して、異常状
態の警告報知を行う。尚、この警告報知は、図示しない
が電源４に設けたＬＥＤ等の発光体を発光させたり、ス
ピーカによってビープ音を発生させたりする構成にして
も良い。また、これら警告報知をハンドピース１０に設
けても良い。

【００２４】次いで、使用者はこの警告報知に従い、送
水回路２１を操作して冷却水を冷却水路３６に充填し、
プローブ１３全体が冷却水によって覆われるようにす
る。すると、冷却水によってプローブ１３に適度な機械
的負荷が掛かり、前述のスプリアス現象が低減されて検
知回路２３によって正規の共振点が検知され、駆動回路
２２が作動可能となり、超音波吸引器本体２が使用可能
となる。

【００２５】この場合の検知方法は、共振点及び反共振
点の周波数と機械的インピーダンスＺの値による複合的
な検知によって行われ、単純に周波数、機械的インピー
ダンスＺだけで行う場合に対して、例えば冷却水が無
い、生体組織に触れている等の機械的負荷の違いも高度
に判別できるようになっている。

【００２６】例えばプローブ１３は、スプリアス現象が
起きないように設計され、冷却水の有無の判断を機械的
インピーダンスＺのみで行う場合、冷却水が無くて生体
組織にプローブ１３が触れているような際に、冷却水が
充填されているときと偶然に同じ値が検出され誤作動す
る可能性もある。

【００２７】それを防止するには、機械的インピーダン
スＺの検出精度を高いものにする等の対策が必要で、そ
の精度向上が困難であったが、共振点及び反共振点の周
波数と機械的インピーダンスＺの値というパラメータを
複合的に使用し周波数特性の波形で認識するようにすれ
ば、検出精度を簡単に向上できる。

【００２８】これにより、冷却水が充填されていない状
態で振動子１１を駆動し、プローブ１３を破損したり生
体組織に熱傷を与えたりする虞れが回避される。

【００２９】また、冷却水が充填され正常に駆動してい
る状況において、例えばプローブ１３先端を強く生体組
織に押し当てたり、非常に硬い組織に無理に押し当てた
場合等にも、前述の各値が変動するために検知回路２３
が検知して駆動回路２２を停止するようにすることもで
きる。

【００３０】例えば脳腫瘍の摘出の場合、腫瘍の硬さと
いうのは同じ種類の腫瘍であっても、患者ごとに異なる
上に、腫瘍の周辺と内部によって異なる場合が多い。そ
こで例えば前述のパラメータから非常に柔らかい組織で
あるという判断が成された場合に、駆動回路２２の出力
を自動的に低下させて不用意に強い出力を加えないよう
にしたり、急に硬い組織に変わった場合に自動的に出力
を増加させたりするようなことも可能である。

【００３１】つまり、本実施の形態によれば、プローブ
１３に掛かる機械的負荷によって、共振点と反共振点の
周波数と機械的インピーダンスＺの値が変化することを
利用して自動的に安全で効率的な作動状態に調節するこ
とが可能となり、手術のクオリティを向上させことが可
能である。

【００３２】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態に係る超音波手術装置としての超音波凝固
切開装置を構成する超音波凝固切開鉗子を示す構成図で
ある。上記第１の実施の形態では、超音波手術装置とし
て超音波吸引装置１を用いて本発明を適用するように構
成していたが、本第２の実施の形態として、超音波手術
装置として超音波凝固切開鉗子を用いた超音波凝固切開
装置に本発明を適用した構成とする。

【００３３】図３に示すように超音波凝固切開鉗子５０
は、図１で説明した電源４と同様な電源に電源コード４
ａを介して接続され、超音波凝固切開装置として使用さ
れる。前記超音波凝固切開鉗子５０は、振動子１１に機
械的に結合したプローブ５１を備え、このプローブ５１
先端に対峙するジョー５２が挿入部５０ａ先端に設けら
れて構成されている。前記ジョー５２は、手元側のハン
ドピース５３に取り付けられた可動ハンドル５４を固定
ハンドル５５に対して開閉操作することにより、連動し
てプローブ５１に対して開閉するようになっている。そ
して、挿入部５０ａには回転ノブ５６が設けられてお
り、これを回動操作することによって挿入部５０ａとそ
れに付随してプローブ５１、ジョー５２を長軸方向を中
心として回転することができるようになっている。尚、
符号５７は前記プローブ５１と、前記ジョー５２の図示
しない開閉動作伝達部を覆うシースである。

【００３４】ここで第１の実施の形態と同様にプローブ
５１は、無負荷状態でスプリアス現象を発生し、ジョー
５２とプローブ５１で生体組織を規定の力量の範囲で把
持することによって発生する機械的負荷により、このス
プリアス現象が消滅するように形成されている。

【００３５】そのため、凝固切開する目的の生体組織を
把持しない状態では、図１で説明した駆動回路２２が作
動しないため、超音波振動が発生しない。また、生体組
織を把持して凝固切開した後は、生体組織が切断されて
ジョー５２がプローブ５１から離れ、ジョー５２が直接
プローブ５１に力量を加えるため、生体組織を所定の力
量で把持した状態とは第１の実施の形態で説明したよう
に、共振点と反共振点の周波数とインピーダンスＺが異
なるため、検知回路２３により駆動回路２２は停止す
る。更に、所定の力量未満もしくは以上で生体組織を把
持した場合にも、前述の各パラメータが変わるために駆
動回路２２は作動しない。尚、このとき、第１の実施の
形態と同様に報知部２４によって警告報知を行う構成に
しても良い。

【００３６】この結果、本第２の実施の形態では、良好
な把持状態以外では超音波振動が発生しないため、生体
組織を過少もしくは過剰な力量で把持して処置した場合
に発生する出血等の虞れ回避される他、不用意に超音波
振動が生体組織に加えられて損傷してしまうことも防止
できる。

【００３７】以上上記した実施の形態で説明したよう
に、超音波振動を利用して生体組織を処置する超音波手
術装置において、予め規定された所定範囲の機械的負荷
状態かどうかを共振点と反共振点の周波数及び機械的イ
ンピーダンスを検出することによって、偽の共振点を検
出して 駆動回路の制御を行うことにより、より一層簡
単で精度の高い制御が行えることになり、手術の安全
性、しいてはクオリティを向上させるものであれば、そ
の実施形態には特に制限は無い。

【００３８】なお上述した各実施の形態等を部分的等で
組み合わせて構成される実施の形態も本発明に属する。

【００３９】［付記］ （付記項１） 超音波振動により生体組織に対して処置
を行うプローブと、このプローブを振動させる振動子
と、この振動子を駆動する駆動手段と、前記プローブの
正規の共振点とは周波数が異なる偽の共振点を検出する
検出手段と、この検出手段の結果に基づいて、前記駆動
手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする
超音波手術装置。

【００４０】（付記項２） 超音波振動により生体組織
に対して処置を行うプローブと、このプローブを振動さ
せる振動子と、この振動子を駆動する駆動手段と、前記
プローブの正規の共振点とは周波数が異なる偽の共振点
を検出する検出手段と、この検出手段の結果に基づい
て、異常状態を報知する報知手段を設けたことを特徴と
する超音波手術装置。

【００４１】（付記項３） 超音波振動により生体組織
に対して処置を行うプローブと、このプローブを振動さ
せる振動子と、この振動子を駆動する駆動手段と、前記
プローブを覆うシースと、このシースと前記プローブと
の間に冷却水を流入させる送水手段と、前記プローブの
反射波によって正規の共振点とは周波数が異なる偽の共
振点を検出し、前記駆動手段を停止させる停止手段とを
具備したことを特徴とする超音波手術装置。

【００４２】（付記項４） 前記冷却水が前記プローブ
に付着することによって、前記予め規定された範囲の負
荷状態になることを特徴とする付記項３に記載の超音波
手術装置。

【００４３】（付記項５） 前記プローブが生体組織に
接触している場合に、前記予め規定された範囲の負荷状
態になることを特徴とする付記項１〜３に記載の超音波
手術装置。

【００４４】（付記項６） 前記プローブとの間に生体
組織を把持するための前記プローブに対して開閉するジ
ョーと、前記ジョーを操作するハンドルを有するもので
あうことを特徴とする付記項５に記載の超音波手術装
置。

【００４５】（付記項７） 前記プローブが受ける機械
的負荷状態により、前記偽の共振点にて共振する形状で
あることを特徴とする付記項１〜３に記載の超音波手術
装置。

【００４６】（付記項８） 前記プローブの受ける機械
的負荷状態が無負荷状態のとき、前記偽の共振点にて共
振する形状であることを特徴とする付記項１〜３に記載
の超音波手術装置。

【００４７】（付記項９） 前記偽の共振点を検出した
際に、前記駆動手段を停止させる制御手段を設けたこと
を特徴とする付記項１〜３に記載の超音波手術装置。

【００４８】（付記項１０） 前記規定された共振点に
おける駆動手段の駆動モードが、それぞれの前記規定さ
れた共振点に対応した少なくとも１つ以上の異なるモー
ドを有することを特徴とする付記項１〜３に記載の超音
波手術装置。

【００４９】（付記項１１） 前記プローブが機械的無
負荷状態と少なくとも１つ以上の予め規定された範囲の
機械的負荷状態において、それぞれ周波数の異なる複数
の共振点を有するものであることを特徴とする付記項１
〜３に記載の超音波手術装置。

【００５０】（付記項１２） 前記異なる複数の共振点
のうち、少なくとも１つ以上の規定された共振点が検出
された場合においてのみ前記駆動手段が前記振動子を駆
動できるようになっていることを特徴とする付記項１〜
３に記載の超音波手術装置。

【００５１】（付記項１３） 前記複数の共振周波数の
区別に少なくとも共振点の周波数と機械的負荷状態とし
て機械的インピーダンスをパラメータとして用いること
を特徴とする付記項７に記載の超音波手術装置。

【００５２】（付記項１４） 前記パラメータに少なく
とも前記共振点に最も反共振点の周波数を用いることを
特徴とする付記項１３に記載の超音波手術装置。

【００５３】（付記項１５） 前記反共振点を少なくと
も前記共振点に最も近いものから２つ以上用いることを
特徴とする付記項１４に記載の超音波手術装置。

【００５４】（付記項１６） 前記パラメータに少なく
とも前記反共振点の周波数と機械的インピーダンスを用
いることを特徴とする付記項１４、１５に記載の超音波
手術装置。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ローブの異常発熱や破損を防止できると共に、駆動電源
に負担をかけることなく、適切な状態で駆動電源を制御
することができるので、精度の高い制御が行え、手術の
安全性やクオリティを向上させる効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波手術装置と
しての超音波吸引装置の全体構成を示す全体構成図

【図２】図１の超音波吸引器本体の詳細構成を説明する
構成図

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超音波手術装
置としての超音波凝固切開装置を構成する超音波凝固切
開鉗子を示す構成図

【図４】プローブの基本形態を説明する説明図

【図５】図４のプローブに現れる超音波振動の正規の共
振点、反共振点及び偽の共振点を説明する説明図

【符号の説明】

１ …超音波吸引装置（超音波手術装置） ２ …超音波吸引器本体 ３ …送水器 ４ …電源 １０ …ハンドピース １１ …振動子 １３ …プローブ ２１ …送水回路 ２２ …駆動回路 ２３ …検知回路 ２４ …報知部 ３３ …吸引路 ３６ …冷却水路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動により生体組織に対して処置
   を行うプローブと、このプローブを振動させる振動子
   と、この振動子を駆動する駆動手段と、前記プローブの
   正規の共振点とは周波数が異なる偽の共振点を検出する
   検出手段と、この検出手段の結果に基づいて、前記駆動
   手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする
   超音波手術装置。
2. 【請求項２】 超音波振動により生体組織に対して処置
   を行うプローブと、このプローブを振動させる振動子
   と、この振動子を駆動する駆動手段と、前記プローブの
   正規の共振点とは周波数が異なる偽の共振点を検出する
   検出手段と、この検出手段の結果に基づいて、異常状態
   を報知する報知手段を設けたことを特徴とする超音波手
   術装置。