JP2002058679A - 超音波処置具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的とするところは、半波長（λ／
２）の複数倍の共振系に構成される超音波伝達部材にお
いて、振動応力集中や伝達ロスによる破壊や発熱、機械
的剛性低下による操作性や耐久性の低下、および術野の
阻害という諸問題を回避しつつ、処置に十分な振動振幅
を獲得することができる超音波処置具を提供することに
ある。 【解決手段】本発明は、超音波振動子４と、超音波振動
子４に着脱自在に取り付けられ、超音波振動を先端に伝
達する振動伝達部材２とから構成される超音波処置具に
おいて、前記振動伝達部材２は、半波長（λ／２）の複
数倍の共振系として構成され、最も後端側の振動の節近
傍に設けた第１のホーン２１と、この第１のホーン２１
から振動伝達部材２の先端までのほぼ全長を、連続的な
曲線により接続した第２のホーン２２から構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動を利用
して治療を行う超音波処置具に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波処置具による手術システムが普及
しているが、一般的に２０〜６０ｋＨｚの周波数で、外
科手術において生体組織を出血することなく、乳化、破
砕、凝固、切開などの処置を行うようになっている。

【０００３】生体組織の弾性や脆性など物理的特性の差
異のため、超音波振動の周波数による処置性能が異なる
ことが知られており、例えば弾性に富む血管組織を温存
しつつ他組織を乳化、破砕するためには、４０ｋＨｚ以
上の周波数がより有効である。半波長（λ／２）は材料
の音速ｃと振動周波数ｆにより、ｆ・λ＝ｃの式で与え
られる。

【０００４】ここで、振動伝達部材の長さは半波長の整
数倍とする必要がある。このため、超音波振動の周波数
が高い方が振動伝達部材の長さを、より自由に設計する
ことが可能であり、より多くの手技に対応する種々の器
具が容易に提供することができるようになる。ただし、
波長λに対し、振動伝達部材の直径Ｄが大きくなると、
ポアソン振動の影響を大きく受け易くなるため、（λ／
２）≧３・Ｄが成立する範囲で、周波数を決定すること
が一般的である。

【０００５】従来の技術としては、特許第２９５９８５
０号公報に半波長共振モードの振動伝達部材から構成さ
れた超音波処置装置が示されている。ここで、超音波処
置具の振動伝達部材に最もよく用いられるチタン合金
（Ｔi −６Ａl −４Ｖ）の場合、周波数が５０ｋＨｚの
場合、その半波長は約５０ｍｍとなる。振動伝達部にホ
ーンを構成することにより、振動伝達部材を若干長くす
ることは可能であるが、高周波数の場合において半波長
共振の振動伝達部材では一般的な手術装置に求められる
長さを充分に確保することは不可能である。

【０００６】また、半波長の複数倍の共振となる振動伝
達部材に関する従来技術としては、特開平２−９８３４
５号公報、実開平２−１２３２１６号公報または特開平
２−９８３４６号公報に示されている超音波処置装置が
ある。

【０００７】ここで、特開平２−９８３４５号公報の超
音波処置装置では、後端側に唯一のホーンを構成してい
るが、一個所のホーンで振幅拡大するため、処置に必要
な振幅拡大率が得られなかったり、局所的な振幅拡大に
よりホーン部において振動応力集中あるいは振動伝達ロ
スが発生しやすい。さらに、ホーンより先端側が細径に
なるため、機械的剛性が低下し、操作性や耐久性が低下
する。

【０００８】一方、実開平２−１２３２１６号公報の超
音波処置装置では先端の節付近にもホーンを構成してい
るが、これにより先端付近の径が大きくなり、一般に振
動伝達部材は保護シースを被せた状態で使用することを
考慮すると、術部の視野確保が困難になるという問題が
あった。これは特にマイクロサージェリー用処置具にと
っては致命的な問題となる。

【０００９】さらに、特開平２−９８３４６号公報の超
音波処置装置では振動伝達部材の全長をテーパ形状とし
た構成である。この場合、テーパー角度が非常に緩やか
となるため、先端処置部にて必要振幅を得るだけの振幅
拡大率を達成できない。振幅拡大率を大きくするために
は振動の節部にて適度な断面積変化を与える必要があ
る。

【００１０】このように、従来の技術内容の範囲で、半
波長の複数倍の振動設計を行うとすると、振幅不足や振
動応力集中、剛性の低下あるいは術野の阻害といった問
題が生じ、それら全ての問題を解決することは極めて困
難な事情にあった。

【００１１】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、半波長（λ／２）の複数
倍の共振系に構成される超音波伝達部材において、振動
応力集中や伝達ロスによる破壊や発熱、機械的剛性低下
による操作性や耐久性の低下、および術野の阻害という
諸問題を回避しつつ、処置に十分な振動振幅を獲得する
ことができる超音波処置具を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
超音波振動子と、超音波振動子に着脱自在に取り付けら
れ、超音波振動を先端に伝達する振動伝達部材とから構
成される超音波処置具において、前記振動伝達部材は、
半波長（λ／２）の複数倍の共振系として構成され、最
も後端側の振動の節近傍に設けた第１のホーンと、第１
のホーンから振動伝達部材の先端までのほぼ全長を、連
続的な曲線により接続した第２のホーンから構成される
ことを特徴とするものである。

【００１３】請求項２に係る発明は、超音波振動子と、
超音波振動子に着脱自在に取り付けられ、超音波振動を
先端に伝達する振動伝達部材とから構成される超音波処
置具において、前記振動伝達部材は、半波長（λ／２）
の複数倍の共振系として構成され、振動方向を屈曲変換
して伝達する変換手段を有し、前記屈曲手段から先端側
に最も近い振動の節近傍に設けた第１のホーンと、第１
のホーンから振動伝達部材の先端までのほぼ全長を、連
続的な曲線により接続した第２のホーンから構成される
ことを特徴とするものである。

【００１４】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２において、第１のホーンあるいは第２のホーンが
円錐形状に形成されたことを特徴とする超音波処置具で
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１及び図２を
参照して本発明の第１実施形態に係る超音波処置具につ
いて説明する。

【００１６】図１で示すように、超音波処置具は、トラ
ンスデューサーユニット１と、トランスデューサーユニ
ット１に連結される中空の振動伝達部材２と、振動伝達
部材２を覆うシースユニット３とにより構成される。

【００１７】まず、トランスデューサーユニット１の構
成について説明する。この振動子４は半波長（λ／２）
共振のボルト締めランジュバン型振動子で構成され、図
示しない駆動電源から印加される電気エネルギーを機械
エネルギーの超音波振動に変換する。

【００１８】上記振動子４は複数枚の圧電素子５と電極
板６が交互に積層され、積層された圧電素子５及び電極
板６と裏打ち板７にボルト８を貫通して配置し、このボ
ルト８の両側から前面板９とナット１０で挟み込み、ナ
ット１０をねじ込むことにより、電極板５及び裏打ち板
７を前後両側から締め付けて構成されたものである。ボ
ルト８と前面板９にはそれぞれを直線的に貫通し、かつ
上記振動伝達部材２の中空孔２ａと一体に吸引用貫通孔
１ａが設けられている。前面板９に取付けられる振動伝
達部材２の中空孔２ａから上記貫通孔１ａにわたり、つ
まり振動伝達部材２の先端から口金１３にわたって中心
軸に沿う吸引路が形成されている。

【００１９】このように構成された振動子４は振動子カ
バー１１内に配置され、前面板９の周縁に設けたフラン
ジ部９ａを、上記振動子カバー１１とリング状ナット１
２ａ及びパッキン１２ｂとの間に挟み込むことにより、
その振動子カバー１１に固定的に取り付けられている。

【００２０】また、各電極板６にはそれぞれ電線１５が
半田付けされ、コード１６と電気的に接続されている。
ボルト８の端部８ａは振動子カバー１１の背壁に組み付
けられた口金１３にパッキン１４により水密的に嵌め込
まれる。口金１３は振動伝達部材２にまで達する上記吸
引路の貫通孔１ａ及び中空孔２ａ連通する。口金１３に
は吸引ポンプ（図示しない）から延びる吸引チューブ
（図示しない）が接続されるようになっている。前面板
９の先端は振動伝達部材２を着脱自在に取り付けるため
のネジ９ｂを備える。

【００２１】次に、振動伝達部材２の構成について説明
する。振動伝達部材２は振動伝達性が良好で、疲労強度
が高い材料、例えばチタン合金から製作されている。振
動伝達部材２は全長にわたる中空孔２ａを有し、また、
後端部には前面板９のネジ９ｂに螺合するネジ２ｂが備
えられている。振動伝達部材２とトランスデューサーユ
ニット１の前面板９は振動の腹位置の近傍で着脱自在に
接続されている。

【００２２】図１で示すように、振動伝達部材２は最後
端側の節位置の近傍に円錐形状の第１のホーン２１が形
成され、さらに、第１のホーン２１の端部から先端まで
円錐状に接続される第２のホーン２２が形成されてい
る。ここで、図２で示すように、２つのホーンのテーパ
ー角は第１のホーン２１の方が第２のホーン２２のもの
より大きく形成されている。すなわち第２のホーン２２
は第１のホーンから振動伝達部材２の先端までの全長を
連続的な曲線により形成した。ここで、連続的な曲線と
は、エクスポネンシャルでもコニカルホーンでもこの他
のものでもよいし、その組み合わせのものでもよい。曲
線は狭い意味ではなく、振動伝達部材２の径が緩やかに
変化する場合を広く含むものである。また、連続的な曲
線は振動伝達部材２の全長ではなく、一部を残して、ほ
ぼ全長にわたり形成すればよい。

【００２３】一般的な超音波ホーンの特性としてはホー
ンの断面積変化が急激であるほど、また、ホーン部分が
振動の節の近くに位置するほど、振幅拡大率は大きくな
る一方で振動応力集中や振動の伝達ロスが発生し易くな
る。

【００２４】本発明では、第１のホーン２１ではその断
面積を、振動の節部にて急激に変化させることにより、
振動子４の振動を大きく拡大しつつ、先端側に伝達させ
るようにした。図２において、振動伝達部材２の振動振
幅分布を実線で示し、振動応力分布を破線で示す。

【００２５】振動子４の振動振幅、すなわち第１のホー
ン２１の入力振幅は比較的小さいため、第１のホーン２
１における応力集中による破壊や、伝達ロスによる発熱
は、通常問題ないレベルに抑えることができる。第２の
ホーン２２では、緩い断面積変化により、第１のホーン
２１から伝達された振動を、若干振幅を拡大をしつつ先
端部まで伝達させることができる。第２のホーン２２の
入力振幅は比較的大きいが、ホーン部分の断面積変化が
緩いため、応力集中の緩和と伝達ロスが低減され、疲労
破壊や発熱の低減が期待できる。

【００２６】また、本実施形態でのシースユニット３は
着脱部材３１によりトランスデューサーユニット１の振
動子カバー１１の先端にスナップフィットで着脱可能に
接続される保護シース３２を備える。着脱部材３１には
上記保護シース３２が接着により固定的に取り付けられ
ている。保護シース３２は例えばＰＴＦＥなど低摩擦素
材から作られ、振動伝達部材２の先端部以外を被うこと
により、振動伝達部材２の先端部以外の生体組織への接
触を防ぐ。保護シース３２は被嵌する振動伝達部材２の
径に合わせて先端側が細いテーパ状のパイプ材によって
形成されている。

【００２７】（振動伝達部材の変形例）第１実施形態に
おいては振動伝達部材２の第１のホーン２１及び第２の
ホーン２２を共に円錐形状のコニカルホーンとしたが、
これらをホーンの軸方向の断面積変化が指数関数で表わ
されるエクスポーネンシャルホーンあるいは双曲線関数
で表わされるカテノイダホーンに変更しても同様の効果
が期待できる。以上の異なるホーンを組み合せても同様
の効果を得ることが可能である。また、応力集中が許容
される範囲であれば、第１のホーン２１をステップホー
ンで構成すると、最も振幅拡大率を大きくすることがで
きる。一例として、図３の（ａ）はステップホーンとコ
ニカルホーンを組み合わせた構成のものであり、図３の
（ｂ）はエクスポネンシャルホーンとコニカルホーンを
組み合わせた構成のものである。

【００２８】次に、本実施形態の作用について説明す
る。本実施形態に係る超音波処置具を使用する形態は種
々考えられるが、体腔内の患部について使用する場合は
他の誘導器具を併用して使用するのが普通である。

【００２９】体腔内に誘導したところで、駆動電源装置
（図示しない）からの電気エネルギーを振動子４に印加
すると、その電気エネルギーが機械的な振動エネルギー
に変換される。振動伝達部材２の二個所のホーン２１，
２２により、振動子４の振動が増幅されつつ振動伝達部
材２の先端に伝達される。振動伝達部材２の先端に接触
された生体組織が振動を受け、乳化、破砕等の処置作用
がなされる。

【００３０】口金１３に接続された吸引ポンプ（図示し
ない）の吸引作用により、乳化破砕された組織が振動伝
達部材２の先端から吸引路を通り、吸引除去される。ま
た、必要に応じて併用する器具を用いて潅流を行なって
もよい。

【００３１】本実施形態では、半波長（λ／２）の複数
倍の共振となる振動伝達部材２が、後端側の振動の節近
傍にて断面積変化が急激な第１のホーン２１と、この第
１のホーン２１から先端までを断面積変化の緩やかな第
２のホーン２２にて形成されるため、振幅拡大率が大き
く、同時に振動応力および伝達ロスが小さく、十分な有
効長を確保することが可能となった。

【００３２】これによって、多くの症例に使用可能で、
発熱することなく、十分かつ最適な処置性能が得られ
る。また、剛性を保ちつつ、振動伝達部材２をシャープ
な形状に形成できるため、操作性や耐久性を低下させず
に術野の視認性の良好な超音波処置具を提供することが
できる。

【００３３】（第２実施形態）図４及び図５を参照して
本発明の第２実施形態に係る超音波処置具について説明
する。

【００３４】本実施形態では図４で示すように、振動伝
達部材２の振動の腹付近に振動方向をθだけ屈曲変換さ
せる変換手段２３を設ける構成とした。ここでθは、操
作上１０〜３０°に設定されることが一般的である。変
換手段２３は図５で示すように、振動伝達部材２の先端
部分を構成する先端部材２４とネジ締結されている。ま
た、変換手段２３と先端部材２４にはそれぞれ貫通孔２
３ａ，２４ａが形成され、両者は連通して上記同様の吸
引路を形成するようになっている。変換手段２３はその
基端に形成したネジ２３ｂにより上記トランスデューサ
ーユニット１に着脱自在に接続されるように構成されて
いる。

【００３５】先端部材２４は半波長（λ／２）の複数倍
の共振系として構成され、変換手段２３に最も近い振動
の節位置の近傍に円錐形状の第１のホーン２１が形成さ
れる。さらに、第２のホーン２２はその端部から先端ま
で円錐状に接続されるホーンを形成している。ここで、
２つのホーン２１，２２のテーパー角は第１のホーン２
１の方が第２のホーン２２のものよりも大きくなるよう
に形成されている。

【００３６】本実施形態によると、変換手段２３により
振動方向を変換して先端に伝達するので、第１実施形態
の効果に加え、マイクロサージェリーなどの非常に狭く
深い術部の処置における操作性を大幅に向上させること
が可能である。

【００３７】尚、図６で示すように、変換手段２３を半
波長共振とすることにより、屈曲位置を操作牲の良好な
位置に調整することも可能である。また、本実施形態で
は、前述した第１実施形態と同様に、ホーン２１，２２
を様々な曲線で構成することも可能である。また、本発
明は上記の各実施形態のものに限定されるものではな
い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
波長（λ／２）の複数倍の共振系に構成される超音波伝
達部材において、振動応力集中や伝達ロスによる破壊や
発熱、機械的剛性低下による操作性や耐久性の低下、お
よび術野の阻害という諸問題を回避しつつ、処置に十分
な振動振幅を獲得することができる超音波処置具を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波処置具全体
の縦断面図。

【図２】本発明の第１実施形態に係る超音波処置具の振
動伝達部材に振動を伝えたときに示す振幅と応力の関係
を示す特性の説明図。

【図３】本発明の第１実施形態に係る超音波処置具の変
形例であって、（ａ）はステップホーンとコニカルホー
ンを組み合わせた構成の振動伝達部材を示す説明図、
（ｂ）はエクスポネンシャルホーンとコニカルホーンを
組み合わせた構成の振動伝達部材を示す説明図。

【図４】本発明の第２実施形態に係る超音波処置具の振
動伝達部材の振動方向を屈曲変換させる変換手段の説明
図。

【図５】上記変換手段の縦断面図。

【図６】本発明の第２実施形態に係る超音波処置具の変
換手段の変形例の説明図。

【符号の説明】

１…トランスデューサーユニット ２…中空の振動伝達部材 ３…シースユニット ４…振動子 ２１…第１のホーン ２２…第２のホーン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波振動子と、超音波振動子に着脱自在
   に取り付けられ、超音波振動を先端に伝達する振動伝達
   部材とから構成される超音波処置具において、 前記振動伝達部材は、半波長（λ／２）の複数倍の共振
   系として構成され、最も後端側の振動の節近傍に設けた
   第１のホーンと、第１のホーンから振動伝達部材の先端
   までのほぼ全長を、連続的な曲線により接続した第２の
   ホーンから構成されることを特徴とする超音波処置具。
2. 【請求項２】超音波振動子と、超音波振動子に着脱自在
   に取り付けられ、超音波振動を先端に伝達する振動伝達
   部材とから構成される超音波処置具において、 前記振動伝達部材は、半波長（λ／２）の複数倍の共振
   系として構成され、振動方向を屈曲変換して伝達する変
   換手段を有し、前記屈曲手段から先端側に最も近い振動
   の節近傍に設けた第１のホーンと、第１のホーンから振
   動伝達部材の先端までのほぼ全長を、連続的な曲線によ
   り接続した第２のホーンから構成されることを特徴とす
   る超音波処置具。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、第１の
   ホーンあるいは第２のホーンが円錐形状に形成されたこ
   とを特徴とする超音波処置具。