JP2001346805A - 超音波手術装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波振動子及び超音波プローブを実駆動さ
せる際の時間を短縮できる超音波手術装置を提供する。 【解決手段】 駆動回路４のＶＣＯ１２により、接続さ
れたハンドピース３Ａ等を駆動した場合の信号と、制御
回路９からの電圧制御により基準発振器７のＶＣＯの発
振周波数を掃引して発振した場合の信号との位相が位相
比較器１３で検出されてその位相が引き込み可能な範囲
内になると、制御回路９により切り替え手段２４は切り
替えられてＰＬＬ制御状態に移行し、かつその場合のＶ
ＣＯ１２を発振させる電圧情報が周波数保存手段１８に
リアルタイムで保存され、次に出力ＳＷ１０がＯＮされ
た場合には、そのＯＮの前に最後にＯＦＦにされた時の
電圧情報で基準発振器７のＶＣＯを発振させることによ
り、ＰＬＬ制御状態への移行及びハンドピース３Ａ等の
実駆動を短時間で可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波により手術
を行う超音波手術装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波により手術を行う超音波手術装置
の先行技術としては、特開平２−２６５６８１号、特開
平７−３１３９３７号、特願平１１−０７８３３４号が
ある。特開平２−２６５６８１号では、可変周波数手段
により超音波振動子を駆動し、帰還信号が共振周波数近
傍であるか否か共振点検出手段にて判断し、帰還信号と
可変周波数手段にて出力されている信号とを切り替えＰ
ＬＬ制御に移行するという実出力へ移行する構成となっ
ている。

【０００３】特開平７−３１３９３７号では、上記と異
なる構成は、上記駆動している周波数がある所定の周波
数範囲内に入っているか監視する監視手段を有してい
る。監視手段の結果、範囲外と判断された場合には出力
を停止させる構成となっている。

【０００４】特願平１１−０７８３３４号では、上記と
異なる構成は、可変発振手段にて異なる共振周波数を持
つ超音波振動子を周波数変化させて予め駆動し、その際
に発生する電流や電圧情報から共振点検出回路にて共振
周波数を検出する。実出力する際には左記共振周波数よ
り駆動を開始するという構成になっている。

【０００５】図６は特願平１１−０７８３３４号に類似
した従来例を示す。超音波手術装置１″は装置本体２″
と、該装置本体２″に着脱自在に接続される超音波手術
器具としてのハンドピース３とからなり、ハンドピース
３には装置本体２″から供給される超音波エネルギを超
音波機械信号に変換する為の超音波振動子を内在してい
る。

【０００６】つまり、ハンドピース３は符号３Ａ、３
Ｂ、３Ｃに示すようにいろいろな形状であり、その形状
によって内蔵している超音波振動子１６ａ、１６ｂ、１
６ｃはそれぞれの共振周波数を持っている。また、プロ
ーブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの長さ、太さ等によっても
共振周波数が異なる。

【０００７】装置本体２″を構成する駆動回路４は超音
波エネルギを発生する為の信号を生成する。この駆動回
路４には増幅器５が接続されている。この増幅器５は、
駆動回路４にて生成された超音波エネルギ信号を電力増
幅する。増幅器５には検出回路６が接続されている。

【０００８】この検出回路６は、増幅器５によって増幅
された超音波エネルギから電圧位相信号θｖ及び電流位
相信号θｉを検出すると共に、ハンドピース３Ｉ（Ｉ＝
Ａ，Ｂ，Ｃ，…）を駆動させた際のインピーダンス｜Ｚ
｜を検出する。その際、検出された電圧位相信号θｖは
駆動回路４に伝達される。

【０００９】また、検出回路６は、ハンドピース３Ｉと
接続され、超音波エネルギをハンドピース３Ｉに供給す
る。また、装置本体２″には基準発振器７が設けられ、
該基準発振器７は駆動回路４にて最初に駆動する超音波
周波数で発振する発振器である。この基準発振器７に
は、切り替え手段８が接続されている。この切り替え手
段８には前述した検出回路６にて検出された電流位相信
号θｉが接点ｂに印加される。

【００１０】また、切り替え手段８には基準発振器７か
ら発振される基準周波数の信号が接点ａに印加されてお
り、駆動発振時には基準発振器７から入力される基準周
波数の信号が駆動回路４に伝達されるように切り替えら
れる。この切り替え手段８の切り替え制御端は制御回路
９が接続されている。この制御回路９は基準発振器７及
び出力ＳＷ１０と接続されている。出力ＳＷ１０はハン
ドピース３を駆動させるＯＮ／ＯＦＦ信号を制御回路９
に伝達する。

【００１１】駆動回路４は、位相比較を行う位相比較器
１３、位相比較器１３の出力信号における低域信号成分
を通すローパスフィルタ１１、このローパスフィルタ１
１を通した低域信号成分の電圧に応じた周波数で発振す
る電圧制御発振器としてのＶＣＯ１２にて構成されてい
る。

【００１２】位相比較器１３の一端には検出回路６にて
検出された電圧位相信号θｖが入力され、他端には切り
替え手段８から入力される基準周波数の信号若しくは電
流位相信号θｉが入力され、双方の波形の位相が一致す
るような周波数とする為の信号を出力する。

【００１３】位相比較器１３にはローパスフィルタ１１
が接続されている。位相比較器１３より出力された信号
に低周波成分を通過するフィルタをかけて電圧位相と電
流位相を一致させる為に必要な電圧を生成する。ローパ
スフィルタ１１にはＶＣＯ１２が接続されている。ＶＣ
Ｏ１２はローパスフィルタ１１にて生成された電圧によ
り電圧位相と電流位相が一致する周波数を増幅器５に伝
達し、ＰＬＬ制御を実現している。

【００１４】また、検出回路６の出力端には共振点検出
回路１５が接続されている。この共振点検出回路１５に
は検出回路６やローパスフィルタ１１、制御回路９から
の信号が入力され、電圧位相信号θｖと電流位相信号θ
ｉとが一致しているかを判断する為の回路が構成されて
おり、その詳細は後述する。

【００１５】また、制御回路９は周波数を保存する周波
数保存手段１８と、告知手段としての表示回路１９及び
音源回路２０と制御開始を促す開始手段１４がそれぞれ
接続されている。開始手段１４はハンドピース３Ｉと接
続され、開始手段１４がＯＮすると、制御回路９に動作
開始の信号（実際には電力）が入力されると共に、ハン
ドピース３Ｉにも入力される。

【００１６】この従来例で制御回路９は出力ＳＷ１０が
出力ＯＮ信号を送る前において、つまり開始手段１４に
て制御回路９の制御開始許可が出ると基準発振器７はハ
ンドピース３Ｉ（Ｉ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）の共振周波数近傍の
周波数を共振周波数の高い周波数から低い周波数に若し
くはその逆の周波数移行で掃引する。その際、共振点検
出回路１５にて共振周波数が判別されることとなる。そ
して共振点検出回路１５による検出結果が制御回路９に
送信され共振周波数データが周波数保存手段１８に保存
される。

【００１７】図７に共振点検出回路１５の構成例を示
す。共振点検出回路１５は比較回路２１にて構成されて
いる。また、基準発振器７がＶＣＯにて構成され、この
ＶＣＯは駆動回路４を構成するＶＣＯ１２と全く同じ特
性で構成されている。周波数掃引の開始許可信号が制御
回路９により基準発振器７へ入力されると、基準発振器
７により発振の周波数掃引が開始される。

【００１８】図８に共振点検出回路１５への入出力信号
を示す。制御回路９からは周波数掃引する為の電圧ａが
入力される。電圧ａが低い際には基準発振器７から出力
される周波数が低い為、位相比較器１３を介してローパ
スフィルタから出力される電圧は電圧ｂのように高く出
力される。つまりＶＣＯ１２が高い周波数で出力するよ
うに制御が働く。その際比較回路２１から出力される電
圧ｃ（の２値化の論理）は“Ｈ”である。

【００１９】制御回路９からの制御電圧ａが徐々に高く
なっていくとローパスフィルタ１１より出力される電圧
ｂは降下していく傾向に有り、その結果電圧ａと電圧ｂ
が一致するポイントがある。これは強制的に出力してい
る周波数と位相比較器１３を介してローパスフィルタ１
１より出力される電圧（により掃引発振されている周波
数）とが一致していることを示しており、共振周波数に
て駆動している事を意味する。

【００２０】この際、比較回路２１より出力される電圧
ｃは論理“Ｌ”に遷移する。制御回路９は左記電圧ｃよ
りとその際に出力していた電圧ａを周波数保存手段１８
に保存する事で次回に実際に出力する際に保存された電
圧ａにて出力する事でＰＬＬ制御への移行の時間短縮を
可能としていた。

【００２１】図９に示す従来技術では共振点検知回路１
５が比較回路２１及び基準電圧源２２にて構成されてい
る。比較回路２１の入出力信号を図１０、図１１に示し
ている。

【００２２】検出回路６よりインピーダンス信号が入力
された際には電圧ｅとなる。基準電圧源２２より比較回
路２１に入力される電圧が電圧ｄであった時、基準発振
器７にて周波数掃引をすると出力電圧信号は電圧ｃとな
り制御回路９に伝達される。電圧ｃが論理“Ｌ”になっ
ている間の周波数に共振周波数が含まれているため、そ
の際の周波数データを周波数保存手段１８に保存する事
で次回、実出力する際に保存された電圧ａにて出力する
事でＰＬＬ制御への移行の時間短縮を可能としていた。

【００２３】また、入力信号が電流信号であった場合、
図１１に示すように入力電圧が電圧ｆと基準電圧である
電圧ｄとを比較する事により比較回路２１の出力結果は
電圧ｃとなる。電圧ｃが論理“Ｈ”になっている間の周
波数に共振周波数が含まれているため、その際の周波数
データを保存手段１８に保存する事で次回実出力する際
に保存された電圧ａにて出力する事でＰＬＬ制御への移
行の時間短縮を可能としていた。

【００２４】さらに、共振点検知回路１５の変形例を図
１２に示す。従来技術では共振検知回路１５が比較回路
２１及びピークホールド回路２３にて構成されている。
比較回路２１の入出力信号は図１３に示している。検出
回路６より入力された電流信号は電圧ｆである。また電
圧ｆはピークホールド回路２３にて電圧ｇのように変化
する。

【００２５】比較回路２１に入力される電圧が電圧ｆ及
び電圧ｇであった時、基準発振器７にて周波数掃引をす
ると出力電圧信号は電圧ｃとなり制御回路９に伝達され
る。電圧ｃが論理“Ｌ”になった瞬間の周波数がほぼ共
振周波数である為、その際の周波数データを周波数保存
手段１８に保存する事で次回実出力する際に保存された
電圧ａにて出力する事でＰＬＬ制御への移行の時間短縮
を可能としていた。

【００２６】図１４、図１５にハンドピースのインピー
ダンス特性とＰＬＬ制御に至る時間を記載した。実線
Ａ、実線Ｄは使用開始時のインピーダンス特性である。
実線Ｂ、実線Ｅは連続使用してハンドピースの各素子が
温度上昇してしまったインピーダンス特性であり全体的
に周波数が下がる傾向がある。

【００２７】実線Ｃ、実線Ｆはハンドピースが冷却され
るなど温度降下したインピーダンス特性であり、全体的
に周波数が上がる傾向にある。実線Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、
Ｄ′、Ｅ′、Ｆ′は超音波出力を開始してからハンドピ
ースの共振周波数に至るまでの時間を示している。

【００２８】超音波処置具に内在されている超音波振動
子や締結されている超音波プローブは超音波電気エネル
ギを超音波機械振動エネルギに変換する時の熱損による
発熱にて共振周波数は減少する方向で微少変化する。

【００２９】この様にハンドピースは内在している振動
子やプローブの物理組成による温度特性を持っており周
波数が変化する傾向にある中で図１４のように超音波出
力をする毎に共振周波数を掃引して検出しＰＬＬ制御
（実出力）に移行する為の時間が異なる。低周波から周
波数掃引をかければ、実線Ｃの傾向に有った場合に余計
に時間がかかってしまう。図示はしなかったが高周波か
ら周波数掃引すれば、実線Ａの傾向に有った場合に余計
に時間がかかってしまうのは言うまでもない。

【００３０】また、図１５のように予め周波数掃引して
共振周波数近傍の周波数を検出し、その周波数結果を用
いて超音波出力を行った場合を示す。この場合でも、上
記図１２の場合の制御ステップよりハンドピースの共振
周波数に至るまでの時間は減少したもののハンドピース
の温度特性等によってＰＬＬ制御が終了（実出力）に至
るまでの時間が異なり、時間がかかってしまう場合があ
る。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】特開平１１−０７８３
３４号の構成では、振動子の共振周波数は振動子を定電
流制御下において周波数掃引を行って得られた駆動イン
ピーダンスが一番低い周波数若しくは電圧位相と電流位
相が一致する周波数を共振周波数として事前に保存して
いる為、超音波振動子や超音波プローブを駆動しつづけ
るとどうしても発熱等による周波数ずれが発生してしま
う。

【００３２】また、上記周波数ずれは再度周波数掃引を
行う事で解決可能であるが、左記ステップが必要となる
為、実際に超音波プローブを駆動できる状態に設定する
までに時間がかかり、レスポンスが低下する。特開平７
−３１３９３７号及び特開平２−２６５６８１号の構成
では、振動子の共振周波数情報は実出力する事前に検出
しておらず、且つある任意の周波数から駆動を開始する
為、上記周波数ずれは一段と大きくなりＰＬＬ移行へ制
御が複雑になり、レスポンスの低下につながる。

【００３３】（発明の目的）本発明は上記問題点に鑑み
てなされたものであり、超音波振動子及び超音波プロー
ブを実駆動させる際の時間を短縮できる超音波手術装置
を提供することを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】共振周波数が異なる複数
の超音波プローブが着脱自在に接続される超音波手術装
置において、周波数を変化させて発振が可能な信号発生
手段と、前記信号発生手段が発生する発振信号を基に超
音波プローブに供給可能な出力信号に増幅する増幅手段
と、前記増幅手段を経て前記超音波プローブに供給する
出力信号の電圧の位相と電流の位相が合致しているか否
かを検出する位相比較手段と、前記位相比較手段により
前記電圧の位相と電流の位相が合致していることが検出
された時の前記信号発生手段が発生する発振信号の周波
数情報を保存する記憶手段と、前記記憶手段に保存され
ている前記周波数情報を選択してこの周波数情報により
前記信号発生手段が発振する発振周波数を制御する制御
手段と、を備えたことにより、周波数を変化させて超音
波プローブに供給する出力信号の電圧の位相と電流の位
相が合致した場合の発振信号の周波数情報を記憶手段に
記憶した後は、その記憶手段に記憶した周波数情報を選
択してこの周波数情報により前記信号発生手段を発振さ
せるようにしているので短時間に超音波プローブを実駆
動させることができるようにしていえる。

【００３５】

【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ないし図４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
超音波手術装置の全体構成を示し、図２は切り替え手段
の構成を示し、図３は動作説明用タイミングチャートを
示し、図４は変形例における一部の構成を示す。図１に
示すように本発明の第１実施の形態の超音波手術装置１
は図６に示す従来例の超音波手術装置１″において、異
なる所は、共振点検出回路１５を有しない構成であり、
また駆動回路４を構成するローパスフィルタ１１からの
出力信号が図６の切り替え手段８とは異なる構成の切り
替え手段２４に入力されるようにしている。

【００３６】また、装置本体２にはリセットを行うリセ
ットＳＷ２５が設けてあり、このリセットＳＷ２５の出
力信号はリセット検出をするリセット検出回路２６に入
力される。このリセット検出回路２６はリセットＳＷ２
５の入力信号を検出し、その結果を制御回路９に伝達す
る。

【００３７】本実施の形態の超音波手術装置１をより詳
細に説明すると以下のようになっている。超音波手術装
置１は装置本体２と、該装置本体２に着脱自在に接続さ
れる超音波手術器具としてのハンドピース３とからな
り、ハンドピース３には装置本体２から供給される超音
波エネルギを超音波機械信号に変換する為の超音波振動
子を内在している。

【００３８】つまり、ハンドピース３は符号３Ａ、３
Ｂ、３Ｃに示すようにいろいろな形状であり、その形状
によって内蔵している超音波振動子１６ａ、１６ｂ、１
６ｃはそれぞれの共振周波数を持っている。また、プロ
ーブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの長さ、太さ等によっても
共振周波数が異なる。

【００３９】装置本体２を構成する駆動回路４は超音波
エネルギを発生する為の信号を生成する。この駆動回路
４には増幅器５が接続されている。この増幅器５は、駆
動回路４にて生成された超音波エネルギ信号を電力増幅
する。増幅器５には検出回路６が接続されている。

【００４０】この検出回路６は、装置本体２に接続され
たハンドピース３Ｉ（Ｉ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，…）を駆動させ
た際における増幅器５によって増幅された超音波エネル
ギから電圧位相信号θｖ及び電流位相信号θｉを検出す
る。その際、検出された電圧位相信号θｖは駆動回路４
（の位相比較器１３）に伝達される。また、装置本体２
には周波数を変化させて発振が可能な基準発振器７が設
けられ、該基準発振器７は駆動回路４にて最初に駆動す
る超音波周波数で発振する発振器である。

【００４１】この基準発振器７は、制御回路９により切
り替えが制御される切り替え手段２４と接続され、切り
替え手段２４を介して発振信号を（駆動回路４の）位相
比較器１３に出力可能である。また、基準発振器７には
制御回路９からの周波数制御電圧と、周波数保存手段１
８に保存された周波数制御電圧と切り替え手段２４を介
してその発振制御端子に印加できるようにしていえる。

【００４２】また、制御回路９は出力ＳＷ１０と接続さ
れ、出力ＳＷ１０はハンドピース３Ｉを駆動させるＯＮ
／ＯＦＦ信号を制御回路９に伝達する。駆動回路４は、
位相比較を行う位相比較器１３、位相比較器１３の出力
信号における低域信号成分を通すローパスフィルタ１
１、このローパスフィルタ１１を通した低域信号成分の
電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振器としての
ＶＣＯ１２にて構成されている。

【００４３】位相比較器１３の一端には検出回路６にて
検出された電圧位相信号θｖが入力され、他端には切り
替え手段２４を介して入力される基準周波数の信号若し
くは電流位相信号θｉが入力され、双方の波形の位相が
一致するようにＶＣＯ１２側の周波数を調整する為の信
号を出力する。

【００４４】位相比較器１３の出力端にはローパスフィ
ルタ１１が接続されている。位相比較器１３より出力さ
れた信号における低周波成分を通過するフィルタをかけ
て電圧位相と電流位相を一致させる為に必要な電圧を生
成する。このローパスフィルタ１１の出力端にはＶＣＯ
１２の入力端（発振周波数を決定する電圧が印加される
入力端）が接続されている。ＶＣＯ１２はローパスフィ
ルタ１１にて生成された電圧により電圧位相と電流位相
が一致する周波数を増幅器５に伝達し、ＰＬＬ制御を実
現している。また、ローパスフィルタ１１の出力端は切
り替え手段２４と接続され、ＰＬＬ制御状態において、
その出力電圧を周波数保存手段１８に保存できるように
している。

【００４５】また、上記位相比較器１３は検出回路６か
ら入力される電圧位相信号θｖと切り替え手段２４を介
して基準発振器７から周波数が掃引されて入力される信
号との位相ずれ（周波数ずれ）がＰＬＬ引き込み可能な
範囲内かの判断を行い、ＰＬＬ引き込み可能な範囲内に
なると、その判断結果の信号を制御回路９に送り、ＰＬ
Ｌ制御状態に移行させてハンドピース３Ｉを実駆動す
る。

【００４６】また、制御回路９は、告知手段としての表
示回路１９及び音源回路２０とそれぞれ接続されてい
る。また、上述のように装置本体２にはリセットを行う
リセットＳＷ２５が設けてあり、このリセットＳＷ２５
の出力信号はリセット検出をするリセット検出回路２６
に入力される。このリセット検出回路２６はリセットＳ
Ｗ２５の入力信号を検出し、その結果を制御回路９に伝
達する。また、このリセット検出回路２６は装置本体２
に接続されるハンドピース３Ｉの接続状態を検出し、そ
の結果を制御回路９に伝達する。

【００４７】図２に示すように切り替え手段２４はリレ
ー手段２７ａ、２７ｂ、２７ｃにて構成されている。リ
レー手段２７ａは、検出回路６から電流位相信号が入力
される端子ａと基準発振器７から基準周波数が入力され
る端子ｂとを制御回路９により切り替えて共通端子ｃか
ら位相制御回路１３に出力可能にしている。リレー手段
２７ｂは、ローパスフィルタ１１からの信号が入力され
る入力端子ｄと、この端子ｄが制御回路９によりＯＮ／
ＯＦＦ制御される端子ｅを有し、端子ｅはリレー手段２
７ｃの端子ｇに接続され、この端子ｇは周波数保存手段
１８に接続されている。

【００４８】また、リレー手段２７ｃは、制御回路９か
らの発振用電圧が入力される端子ｆと前記周波数保存手
段１８に保存されている電圧を入力する端子ｇとが制御
回路９によって、共通端子ｈに導通されるように切り替
えられるようにしている。この共通端子ｈは基準発振器
７を構成するＶＣＯ２８に印加されるようにしている。

【００４９】また、周波数保存手段１８は例えばサンプ
ルホールド回路等のホールド用コンデンサを備えて構成
され、基準発振器７を構成するＶＣＯ２８が発振する発
振周波数を決定する電圧値を保持する電圧保持手段２９
にて構成されている。その他の構成は図６と同様であ
る。

【００５０】本実施の形態では、装置本体２の電源が投
入されて出力ＳＷ１０がＯＮされると、制御回路９は図
３に示すタイミングチャートのように切り替え手段２４
を構成するリレー手段２７ａ、２７ｂ、２７ｃを制御し
て、ＰＬＬ制御状態に移行させてそのＰＬＬ制御状態に
移行した場合におけるＶＣＯ１２の発振周波数を決定す
る周波数情報（具体的にはＶＣＯ２８に対する発振制御
電圧の情報）を周波数保持手段１８で保持し、出力ＳＷ
１０が一旦ＯＦＦにされてから再度出力ＳＷ１０がＯＮ
にされた場合には周波数保存手段１８に保存した最後の
周波数情報で基準発振器７を発振させて短時間でＰＬＬ
制御状態に移行可能にしている。

【００５１】次に本実施の形態の動作を切り替え手段２
４を構成するリレー手段２７ａ、２７ｂ、２７ｃの切り
替えタイミングを示す図３のタイムチャートを参照して
説明する。装置本体２に超音波プローブ３Ｉが接続さ
れ、電源が投入された後、時刻ｔ１で、出力ＳＷ１０が
ＯＮされて超音波出力が開始されるとする。

【００５２】この時リレー手段２７ａの共通端子ｃと導
通する端子はｂとなり、リレー手段２７ｃの共通端子ｈ
と導通する端子はｆとなり、制御回路９からＶＣＯ２８
に対してその発振周波数を制御決定する（発振周波数掃
引用）制御電圧が伝達される為、周波数掃引（発振信号
の周波数掃引）が可能となる。

【００５３】そして、位相比較器１３はＶＣＯ１２の発
振出力が増幅され、検出回路６を介してハンドピース３
Ｉの超音波振動子１６ｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ）を駆動した
状態での電圧信号θｖが入力されると共に、基準発振器
７を構成するＶＣＯ２８の周波数掃引されている発振出
力とが入力され、これらの両信号の位相を比較し、ＰＬ
Ｌ移行可能かの判断をする。

【００５４】そして、ＶＣＯ２８の周波数掃引により時
刻ｔ２では、位相比較器１３にてＰＬＬ移行可能の判断
結果が制御回路９に伝達される。つまり、位相比較器１
３でＰＬＬ移行が可能であると、その判断結果が制御回
路９に伝達される。その結果を受けて制御回路９はリレ
ー手段２７ａの共通端子ｃとＯＮする端子はｂからａに
切り替わる様に制御し、検出回路６から検出される電流
信号との位相比較となりＰＬＬ制御が開始されて超音波
の実出力が開始される。

【００５５】そして装置本体２に着脱自在で接続された
ハンドピース３Ｉ（図１では３Ａ）側に超音波駆動信号
が出力され、それに内蔵された振動子１６ｉに超音波駆
動信号が印加され、超音波手術を行うことができるよう
になる。

【００５６】ＰＬＬ制御状態になって少し時間が経過し
た時刻ｔ３では、リレー手段２７ｂが制御回路９により
ＯＮとなる為、ローパスフィルタ１１からＶＣＯ１２に
出力されている周波数制御電圧が電圧保持手段２９にも
伝達され、リアルタイムでその周波数制御電圧を保持す
る。超音波の実出力が開始し、さらにその状態でのＶＣ
Ｏ１２に対する周波数制御電圧を電圧保持手段２９でリ
アルタイムで保持し、患部等に対して超音波手術を行っ
た後、超音波を停止させたいような時刻ｔ４になる。

【００５７】この時刻ｔ４では、出力ＳＷ１０がＯＦＦ
され、リレー手段２７ｂのリレー端子が時刻ｔ１の状態
に復帰すると共に、リレー手段２７ｃの共通端子ｈと導
通する端子はｆからｇに切り替わる。

【００５８】ここで電圧保持手段２９には、出力ＳＷ１
０にてＯＦＦされる直前にローパスフィルタ１１からＶ
ＣＯ１２に対して伝達された周波数制御電圧が保持され
ている。また、リレー手段２７ｃの共通端子ｈとＯＮ端
子はｆからｇに切り替わっておりＶＣＯ２８には電圧保
持手段２９が保持している電圧がＶＣＯ２８の周波数制
御電圧として伝達可能なように接続されている状態にな
る。

【００５９】そして、時刻ｔ５で、出力ＳＷ１０をＯＮ
にして超音波出力が再度開始されるとする。すると、Ｖ
ＣＯ２８は電圧保持手段２９が保持している電圧を周波
数制御電圧として発振する。このため、位相比較器１３
は時刻ｔ５から非常に短い時間の時刻ｔ６でＰＬＬ移行
が可能な状態と判断し、ＰＬＬ移行可能の判断結果が制
御回路９に伝達される。

【００６０】時刻ｔ６は時刻ｔ２と同様の制御を行って
おり、また時刻ｔ７は時刻ｔ３と同様の制御を行ってお
り、さらに時刻ｔ８では時刻ｔ４と同様の制御を行って
いるのでその説明は割愛する。

【００６１】時刻１〜時刻ｔ４までのステップと時刻ｔ
５〜時刻ｔ８までのステップとで時間的に異なっている
ステップは時刻ｔ５から時刻ｔ６へのステップが短いこ
とである。なぜなら、電圧保持手段２９には前回共振周
波数として追尾する為の周波数制御電圧が保持されいる
為、ＶＣＯ２８にて位相比較器１３に対して出力する
と、それは即共振周波数でＰＬＬ制御可能と判断され、
その結果が制御回路９に伝達される為であり一連の制御
完了までの時間を短縮する事が可能である。

【００６２】つまり一旦時刻ｔ１〜時刻ｔ４までのステ
ップを終えてしまえば、以降の実出力するにあたっては
ステップが時刻ｔ５〜時刻ｔ８のステップにて制御を行
うことを意味している。

【００６３】つまり、本実施の形態では、装置本体２に
接続されたハンドピース３Ｉに対してそれに内蔵された
超音波振動子１６ｉの共振周波数で駆動させた場合、最
初はその共振周波数でＰＬＬ駆動する状態に設定するの
に時間がかかるが、その後はリアルタイムでその共振周
波数の周波数制御電圧を電圧保持手段２９で保持してい
るので、超音波の出力を一旦停止した後、再び超音波の
出力を行うような場合には電圧保持手段２９に保持した
周波数制御電圧で基準発振器７を駆動してＰＬＬ移行さ
せて（ハンドピース３Ｉに）実出力させるまでの時間を
非常に短時間で可能とする。

【００６４】このため、出力ＳＷ１０を頻繁にＯＮ及び
ＯＦＦして、超音波手術を行うような場合には、術者は
出力ＳＷ１０をＯＮした場合には、最初の場合を除いて
殆ど待たされることなく、瞬時にそのハンドピース３Ｉ
の共振周波数で超音波駆動でき、レスポンスが良く術者
にとって非常に使い勝手の良い超音波手術装置１を提供
できる。

【００６５】この場合、出力ＳＷ１０のＯＮ及びＯＦＦ
を繰り返し行って出力ＳＷ１０がＯＮされた累積時間が
長くなるような場合には、超音波振動子１６ｉが発熱し
て共振周波数が徐々にずれる事態も起こりえるが、常に
最後にＯＦＦにした直前の周波数情報を保存していいる
ので、次にＯＮした場合にはその周波数情報で再び駆動
するので、（ＯＦＦからＯＮした場合の時間間隔が大き
い場合を除いて）その間での共振周波数の変化は小さく
なり、ＰＬＬ制御状態への移行を短時間にできる。

【００６６】つまり、本実施の形態によれば、使用中で
の周波数情報をほぼリアルタイムで保持しているので、
ＯＦＦにしてから次にＯＮした場合にはそのＯＮの前の
最後のＯＦＦの際の周波数情報で発振させるようにして
いるので、ハンドピース３Ｉの使用時間が短い場合はも
とより、長くなり、温度が上昇するような場合にも、短
時間で実駆動でき、操作性（使い勝手）を向上できる。

【００６７】一方、ハンドピース３Ｉが着脱し直された
場合、上記電圧保持手段２９に保存されている電圧情報
は着脱し直されたハンドピース３Ｉの共振周波数と異な
ることが考えられる。その際にはハンドピース３Ｉの接
続状態はリセット検出回路２６にて検出しており、その
結果に一端でも非接続状態になるとその信号を制御回路
９に伝達する。制御回路９ではリセット検出回路２６よ
り信号伝達が有った場合、時刻ｔ１からのステップから
制御する様に動作する為、共振周波数が異なる種類のハ
ンドピース３Ｉが接続されても問題ない。また、ユーザ
が独自に周波数情報をリセットしたい場合でも、リセッ
トＳＷ２５の信号をリセット検出回路２６にて検出して
いる為、上記と同様のデータを制御回路９に伝達するこ
とで同様の効果が得られる事は言うまでもない。

【００６８】図４は第１の実施の形態の変形例における
一部の構成を示す。この変形例では、制御回路９はＣＰ
Ｕ３２（中央演算装置）にて構成されている。また、周
波数保存手段１８はＲＡＭ３３及びＤ／Ａコンバータ３
４、Ａ／Ｄコンバータ３５にて構成されており、データ
バスによりＣＰＵ３２、ＲＡＭ３３、Ｄ／Ａコンバータ
３４及びＡ／Ｄコンバータ３５は接続されている。

【００６９】また、Ｄ／Ａコンバータ３４のアナログ出
力端及びＡ／Ｄコンバータ３５のアナログ入力端は基準
発振器７のＶＣＯ２８のＶＣＯ発振させる電圧制御入力
端に接続されている。本変形例では基準発振器７のＶＣ
Ｏ２８の周波数制御電圧を入力するタイミングにてＡ／
Ｄコンバータ３５を用いてその周波数制御電圧をリアル
タイムで検出する。その結果は制御回路９のＣＰＵ３２
を介してＲＡＭ３３へデジタルデータとして保存され
る。

【００７０】この一連のステップは図３にて説明した時
刻ｔ３〜時刻ｔ４若しくは時刻ｔ７〜時刻ｔ８で行われ
る。そして周波数保存手段１８から直接ＶＣＯ２８を駆
動するステップつまり図３にて説明した時刻ｔ５〜時刻
ｔ６のステップではＲＡＭ３３に最終的に保存されたデ
ータをＣＰＵ３２を介してＤ／Ａコンバータ３４より出
力する事で実現が可能となる。

【００７１】本変形例は第１の実施の形態と比べてＶＣ
Ｏ２８の周波数制御する電圧データをデジタルデータに
て保存制御している為、素子のバラツキや温度特性に左
右される事が無く、精度の向上も容易に対応可能であ
る。

【００７２】なお、第１の実施の形態では出力ＳＷ１０
がＯＮになってＰＬＬ移行に移った後、リアルタイムで
の周波数制御電圧を電圧保持手段２９で保持するように
しているが、これに限定されるものでなく、出力ＳＷ１
０がＯＮになった状態の後に出力ＳＷ１０がＯＦＦにさ
れる時の周波数制御電圧を（周波数保持手段１８の）電
圧保持手段２９で保持するようにしても良い。

【００７３】（第２の実施の形態）図５は本発明の第２
の実施の形態の超音波手術装置１′の構成を示す。図５
に示す超音波手術装置１′は図１に示す超音波手術装置
１において、駆動回路４を構成するＶＣＯ１２の代わり
にデジタルデータで発振周波数が可変の可変発振器、よ
り具体的にはＤＤＳ（ダイレクトデジタルシンセサイ
ザ）３６にて構成されており、ＤＤＳ３６の発振出力は
増幅器５に出力され、またＤＤＳの発振制御端子は制御
回路９に接続されている。

【００７４】また図１の超音波手術装置１において、基
準発振器７及び切り替え手段２４が削除された構成とな
っている。そして検出回路６から出力される電圧位相信
号θｖと電流位相信号θｉは位相比較器１３に入力され
る。また、位相比較器１３の出力はローパスフィルタ１
１に入力されると共に、制御回路９に入力されるように
なっている。また、周波数保存手段１８はＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）３７にて構成されている。その他
の構成は第１の実施の形態と同様である。

【００７５】次に本実施の形態の作用を説明する。ま
ず、出力ＳＷ１０の出力ＯＮ信号が伝達される前に制御
回路９から可変発振器としてＤＤＳ３２に対して共振周
波数近傍の周波数を高い周波数から低い周波数へ若しく
はその逆周波数移行でハンドピース３を掃引するように
デジタルデータが送信される。

【００７６】検出回路６にて検出された電圧位相信号θ
ｖ及び電流位相信号θｉは位相比較器１３に伝達され共
振周波数を検出する。換言すると電圧位相信号θｖと電
流位相信号θｉの位相関係が一致した際に制御回路９に
信号を伝達する。

【００７７】上述したように制御回路９は周波数掃引を
行っている為、上記位相一致の信号が位相比較器１３よ
り伝達された場合には制御回路９がＤＤＳ３６を制御す
る周波数デジタルデータは周波数保存手段１８を構成し
ているＲＡＭ３７に伝達されデータ保存される。

【００７８】次回に実出力する際には、ＲＡＭ３７に保
存された共振周波数データを用いてＤＤＳ３６の発振を
開始する事で即ＰＬＬ制御に移行する事が可能となり、
第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００７９】また、リセット検出回路２６及びリセット
ＳＷ２５の構成は第１の実施の形態と同様であり、制御
回路９にリセット信号が入力された場合には、ＲＡＭ３
７の共振周波数データを用いずに周波数掃引することは
可能である。

【００８０】本実施の形態の効果は、可変発振器である
ＤＤＳ３６及び周波数保存手段であるＲＡＭ３７及び制
御回路９も含めて周波数データを全てデジタルデータを
Ｉ／Ｆとして扱っている為、素子のバラツキや温度特性
が優れているばかりか、ＣＰＵによる演算処理を加える
事も可能な構成となっており、ソフトウェアを改良する
事で容易に制御フローを改良できる拡張性に富んでい
る。

【００８１】なお、上述の説明では周波数保存手段１８
に保存した最後の周波数制御電圧の情報を次に再度出力
ＳＷ１０をＯＮした場合に利用するようにしているが、
出力ＳＷ１０がＯＮされた時間や再度出力ＳＷ１０をＯ
Ｎにする時間間隔を計測して、その時間の長さを判断し
たり、超音波プローブ３Ｉ（に内蔵された超音波振動子
１６ｉの温度）を検出して、次に使用する周波数制御電
圧を変更或いは切り替えるようにしても良い。

【００８２】つまり、出力ＳＷ１０を長くＯＮさせたよ
うな場合には、超音波振動子１６ｉが発熱してその共振
周波数が発熱していない状態の場合よりも変化している
ことがある。

【００８３】このような場合には、再度出力ＳＷ１０を
ＯＮした時、その温度があまり変化していないと、その
場合の共振周波数は周波数保存手段１８に保存した最後
の周波数制御電圧の情報のものと殆ど変化していないの
で上述したように短時間でＰＬＬ制御状態への移行を短
時間でできる。

【００８４】しかし、再度出力ＳＷ１０をＯＮするまで
に長い時間が経過すると、発熱が緩和された状態に変化
し、その場合には最初に出力ＳＷ１０をＯＮしてＰＬＬ
制御状態に移行する時に周波数保存手段１８に保存した
最初の方の周波数制御電圧の情報のものの方が適当な場
合もあり得る。

【００８５】このため、次に出力ＳＷ１０がＯＮされる
までの時間が長くかかった場合には周波数保存手段１８
に保存した最初の方の周波数制御電圧の情報を採用し、
次に出力ＳＷ１０がＯＮされるまでの時間が長くかかっ
ていない場合には周波数保存手段１８に保存した最後の
方の周波数制御電圧の情報を採用するように切り替える
（選択する）ようにしても良い。また、時間計測を行う
ことなく、温度で切り替えるようにしても良い。

【００８６】なお、図６の従来例では周波数掃引を行う
時にインピーダンスの絶対値にて共振周波数を検出して
ＰＬＬ制御に移行していたが、定電流フィードバックで
周波数掃引を行ってもインピーダンスの絶対値が大きい
為、所望の電流値が流れない場合がある。このような場
合、定電流フィードバックで周波数掃引を行い、一定値
以上の電流値が検出された場合、共振周波数近傍である
と判断し、その時点でＰＬＬ制御に切り替える事でＰＬ
Ｌ制御開始時の安定性を向上させるようにしても良い。
また、定電流フィードバックで周波数掃引を行い、電流
がピークになった周波数にてＰＬＬ制御に切り替えるよ
うにしても良い。

【００８７】［付記］ １．共振周波数が異なる複数の超音波プローブが着脱自
在に接続される超音波手術装置において、周波数を変化
させて発振が可能な信号発生手段と、前記信号発生手段
が発生する発振信号を基に超音波プローブに供給可能な
出力信号に増幅する増幅手段と、前記増幅手段を経て前
記超音波プローブに供給する出力信号の電圧の位相と電
流の位相が合致しているか否かを検出する位相比較手段
と、前記位相比較手段により前記電圧の位相と電流の位
相が合致していることが検出された時の前記信号発生手
段が発生する発振信号の周波数情報を保存する記憶手段
と、前記記憶手段に保存されている前記周波数情報を選
択してこの周波数情報により前記信号発生手段が発振す
る発振周波数を制御する制御手段と、を備えたことを特
徴とする超音波手術装置。

【００８８】２．前記記憶手段にて記憶された前記周波
数情報に基づいて、前記信号発生手段の発振信号を前記
増幅手段で増幅し、接続された超音波プローブに印加す
ることを特徴とする請求項１に記載の超音波手術装置。 ３．前記記憶手段に保存されている前記周波数情報に基
いて、前記信号発生手段を駆動するか否かを判断する判
断手段を具備した事を特徴とする請求項１に記載の超音
波手術装置。

【００８９】４．複数の異なる超音波手術用器具が着脱
自在に接続される超音波手術装置において、前記超音波
手術用器具に対して周波数の変化する基準信号を供給可
能な基準信号発生手段と、前記超音波手術用器具に対し
て供給される前記基準信号に基いて発生する電圧信号及
び電流信号の位相から前記超音波手術用器具の共振周波
数を検出する位相比較回路と、前記位相比較回路が共振
周波数にて駆動している間は、前記基準信号発生手段の
周波数制御信号を保存する記憶手段と、前記記憶手段に
保存されている周波数制御信号を選択する選択手段と、
を具備した事を特徴とする超音波手術装置。

【００９０】５．前記記憶手段にて記憶された前記共振
周波数情報に基づいて、前記超音波手術用器具を駆動す
る駆動回路を具備したことを特徴とする付記４に記載の
超音波手術装置。 ６．前記記憶手段に保存されている前記共振周波数情報
に基いて、前記基準信号発生手段を駆動するか判断する
判断手段を具備した事を特徴とする付記４に記載の超音
波手術装置。

【００９１】７−１．音波振動子を駆動する超音波振動
子駆動用発振器と、この超音波振動子駆動用発信器によ
り前記超音波振動子へ供給される駆動用信号をフィード
バックするフィードバック手段とを有し、前記フィード
バック手段からのフィードバック信号に応じて前記超音
波振動子駆動用発振器を制御することにより、前記超音
波振動子をその共振周波数にて駆動する超音波振動子の
駆動装置であり、周波数が変化する基準信号を発生する
第１の基準信号発生手段と、周波数を変化させ共振周波
数を検出する為の第２の基準信号発生手段と基準信号発
生手段からの基準信号とを前記２つの帰還信号の一方と
切り替えて前記位相比較器に供給する第１の信号切り替
え手段と前記位相比較器から前記第１の駆動用発振器へ
入力される信号を周波数保存回路に伝達する第２の信号
切り替え手段と周波数保存回路から前記第２の駆動用発
振器へ入力させる第３の信号切り替え手段と前記駆動開
始手段により駆動された際に周波数保存回路に保存され
た周波数情報を基に共振周波数にて発振する第２の基準
発生手段と周波数保存回路に保存されている周波数情報
を基に発振させるか判断するリセット回路とを具備する
事を特徴とする超音波手術装置。

【００９２】７−２．周波数が変化する第１、第２の基
準信号発生手段は電圧制御発振手段であることを特徴と
する７−１に記載の超音波手術装置。 ７−３．周波数保存手段が電圧保存手段であることを特
徴とする７−１に記載の超音波手術装置。 ７−４．周波数保存手段がデジタルアナログ変換手段と
アナログデジタル変換手段とメモリー手段にて構成され
る事を特徴とする７−１に記載の超音波手術装置。

【００９３】７−５．第３の信号切り替え手段を切り替
える判断を行っているリセット検出回路は超音波振動子
と超音波手術装置との接続状態を検出するハンドピース
接続検出回路であることを特徴とする７−１に記載の超
音波手術装置。 ７−６．第３の信号切り替え手段を切り替える判断を行
っているリセット検出回路はユーザーが操作可能なＳＷ
であることを特徴とする７−１に記載の超音波手術装
置。

【００９４】８−１．複数の異なる超音波手術用器具が
着脱自在に接続される超音波手術装置において、前記超
音波手術器具に対して周波数の変化する基準信号を供給
可能な基準信号を発生する基準信号発生手段と前記超音
波手術用器具に対して供給される前記基準信号に基い
て、前記超音波手術用器具の共振周波数を検出する位相
比較手段と前記位相比較手段にて検出された共振周波数
情報を記憶する記憶手段と記憶手段の共振周波数情報を
リセットするリセット検出回路とを具備した事を特徴と
する超音波手術装置。

【００９５】８−２．前記記憶手段に記憶された前記共
振周波数情報に基づいて、前記超音波手術用器具を駆動
する駆動回路を具備した事を特徴とする８−１に記載の
超音波手術装置。 ８−３．前記基準信号発生手段はデジタルシンセサイザ
手段であることを特徴とする８−１に記載の超音波手術
装置。 ８−４．前記記憶手段はメモリ手段であることを特徴と
する８−１に記載の超音波手術装置。

【００９６】８−５．前記記憶手段に保存されている共
振周波数情報をリセットするリセット検出回路は超音波
振動子と超音波手術装置との接続状態を検出するハンド
ピース接続検出回路であることを特徴とする８−１に記
載の超音波手術装置。 ８−６．前記記憶手段に保存されている共振周波数情報
をリセットするリセット検出回路はユーザが操作可能な
ＳＷであることを特徴とする８−１に記載の超音波手術
装置。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、共
振周波数が異なる複数の超音波プローブが着脱自在に接
続される超音波手術装置において、周波数を変化させて
発振が可能な信号発生手段と、前記信号発生手段が発生
する発振信号を基に超音波プローブに供給可能な出力信
号に増幅する増幅手段と、前記増幅手段を経て前記超音
波プローブに供給する出力信号の電圧の位相と電流の位
相が合致しているか否かを検出する位相比較手段と、前
記位相比較手段により前記電圧の位相と電流の位相が合
致していることが検出された時の前記信号発生手段が発
生する発振信号の周波数情報を保存する記憶手段と、前
記記憶手段に保存されている前記周波数情報を選択して
この周波数情報により前記信号発生手段が発振する発振
周波数を制御する制御手段と、を備えているので、周波
数を変化させて超音波プローブに供給する出力信号の電
圧の位相と電流の位相が合致した場合の発振信号の周波
数情報を記憶手段に記憶した後は、その記憶手段に記憶
した周波数情報を選択してこの周波数情報により前記信
号発生手段を発振させるようにしているので短時間に超
音波プローブを実駆動させることができる。

【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の
全体構成を示すブロック図。

【図２】切り替え手段の構成を示す回路図。

【図３】動作説明用のタイミングチャート図。

【図４】変形例における周波数保存手段などの構成を示
すブロック図。

【図５】本発明の第２の実施の形態の超音波手術装置の
全体構成を示すブロック図。

【図６】従来例の超音波手術装置の全体構成を示すブロ
ック図。

【図７】共振点検出回路の構成を示す回路図。

【図８】共振点検出回路への入出力信号を示す図。

【図９】共振点検出回路の構成を示す回路図。

【図１０】図９の比較回路にの入出力信号を示す図。

【図１１】図９の比較回路にの入出力信号を示す図。

【図１２】共振点検出回路の変形例の構成を示す回路
図。

【図１３】図１２の比較回路にの入出力信号を示す図。

【図１４】ハンドピースのインピーダンス特性とＰＬＬ
制御に至る時間を示す図。

【図１５】ハンドピースのインピーダンス特性とＰＬＬ
制御に至る時間を示す図。

【符号の説明】

１…超音波手術装置 ２…装置本体 ３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）…ハンドピース ４…駆動回路 ５…増幅器 ６…検出回路 ７…基準発振器 ９…制御回路 １０…出力ＳＷ １１…ローパスフィルタ １２…ＶＣＯ １３…位相比較器 １６ａ、１６ｂ、１６ｃ…超音波振動子 １８…周波数保存手段 ２４…切り替え手段 ２５…リセットＳＷ ２６…リセット検出回路 ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…リレー手段 ２８…ＶＣＯ ２９…電圧保持手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 裕之 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小野 寛生 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 櫻井 友尚 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4C060 EE03 EE19 JJ11 JJ22 JJ27 5D019 FF06 5D107 AA20 BB07 CD04 CD05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振周波数が異なる複数の超音波プロー
   ブが着脱自在に接続される超音波手術装置において、 周波数を変化させて発振が可能な信号発生手段と、 前記信号発生手段が発生する発振信号を基に超音波プロ
   ーブに供給可能な出力信号に増幅する増幅手段と、 前記増幅手段を経て前記超音波プローブに供給する出力
   信号の電圧の位相と電流の位相が合致しているか否かを
   検出する位相比較手段と、 前記位相比較手段により前記電圧の位相と電流の位相が
   合致していることが検出された時の前記信号発生手段が
   発生する発振信号の周波数情報を保存する記憶手段と、 前記記憶手段に保存されている前記周波数情報を選択し
   てこの周波数情報により前記信号発生手段が発振する発
   振周波数を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする超音波手術装置。
2. 【請求項２】 前記記憶手段にて記憶された前記周波数
   情報に基づいて、前記信号発生手段の発振信号を前記増
   幅手段で増幅し、接続された超音波プローブに印加する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波手術装置。
3. 【請求項３】 前記記憶手段に保存されている前記周波
   数情報に基いて、前記信号発生手段を駆動するか否かを
   判断する判断手段を具備した事を特徴とする請求項１に
   記載の超音波手術装置。