JP2003000610A - 負荷をかけた状態およびひび割れ状態の超音波的に同調されているブレードを識別するための方法 - Google Patents

負荷をかけた状態およびひび割れ状態の超音波的に同調されているブレードを識別するための方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 負荷をかけた状態およびひび割れ状態の超音
波的に同調されているブレードを識別するための方法の
提供。 【解決手段】 システムを先ず低い変位の信号により励
起した後に高い変位の信号により励起した時に測定され
るインピーダンスの差により破損状態またはひび割れ状
態のブレードとねばねば状のブレードとの間における超
音波的に同調されている各ブレードを識別するための方
法であり、当該方法はハンド・ピース／ブレードの使用
時間、ハンド・ピースまたはブレードの温度または特定
の種類に無関係に行なうことができ、僅かにひび割れし
ているブレードの自己治癒作用により影響を受けない。
さらに、この方法はブレード上におけるねばねば状の物
質の量の定量的な決定を容易にする。トランスデューサ
またはブレードの絶対インピーダンス測定は不要であ
る。その代わりに、相対インピーダンス測定が必要であ
り、このことにより測定基準が大幅に簡単化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】関連出願 本発明は本発明と同一の発明の名称を有していて本明細
書に参考文献として含まれる２０００年１０月２０日に
出願されている米国仮特許出願第６０／２４１，８８８
号に関連し、これに基づく優先権を主張する。本発明は
一般に超音波外科システムに関し、特に破損またはひび
割れを有する、さらにねばねば状（gunked）の超音波的
に同調されている各ブレードを識別するための方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】電気的な外科用メスおよびレーザーが組
織および血管を焼灼することにより軟質組織の切開およ
び止血を同時に行なうという２種類の機能を実行するた
めの外科装置として使用できることが知られている。し
かしながら、このような装置は凝固状態を形成するため
に極めて高い温度を使用するために気化および発煙なら
びにはねかえりを生じる。さらに、このような装置を使
用することにより、比較的広い熱的な組織損傷の領域を
形成する場合が多い。
【０００３】超音波駆動機構による高速で振動する外科
ブレードによる組織の切断および焼灼も良く知られてい
る。このような超音波切断装置に付随する問題の一例は
無調整状態または無減衰状態の振動および熱、およびこ
れらによる材料疲労である。動作空間の環境内におい
て、ブレードを冷却するための熱交換器によるシステム
の冷却処理を含むことによる上記加熱の問題を制御する
試みがこれまで行なわれてきた。例えば、既知のシステ
ムの一例において、超音波切断および組織フラグメント
化システムは循環水ジャケットおよび切断部位の灌注お
よび吸引のための手段を備えた冷却システムを必要とす
る。別の既知のシステムは切断ブレードへの低温流体の
供給が必要である。
【０００４】トランスデューサ内に発生する熱を制限す
るための手段として当該トランスデューサに供給する電
流を制限することが知られている。しかしながら、この
ことにより患者の最も効果的な治療を必要とする時にブ
レードに不十分な出力を供給することが起こり得る。本
特許出願の譲受人に譲渡されていて本明細書に参考文献
として含まれるThomasに発行されている米国特許第５，
０２６，３８７号はブレードに供給する駆動エネルギー
を制御することにより冷却剤を使用することなく超音波
外科切断および止血システムにおける発熱を調整するた
めのシステムを開示している。この特許によるシステム
において、超音波発生装置は特定の電圧、電流および例
えば１秒当たり５５，５００サイクルの振動数の電気的
信号を生成する超音波発生装置が備えられている。この
発生装置はケーブルを介してハンド・ピースに接続され
ており、このハンド・ピースが圧電セラミック素子を収
容して超音波トランスデューサを形成している。ハンド
・ピース上のスイッチまたは別のケーブルにより発生装
置に接続しているフット・スイッチに応じて、この発生
装置の信号がトランスデューサに供給されて、その素子
における長手方向の振動が生じる。一定の構造体がこの
トランスデューサを外科ブレードに接続しており、これ
により、外科ブレードが発生装置からの信号のトランス
デューサへの供給時に超音波振動数で振動する。さら
に、上記の構造体は所定の振動数で共振するように構成
されているので、トランスデューサにより開始される動
作が増幅できる。
【０００５】トランスデューサに供給される信号はブレ
ードの負荷状態（組織に対する接触または後退）につい
ての継続的または周期的な感知情報に応じて適宜トラン
スデューサに出力を供給するように制御される。この結
果、装置は低出力のアイドリング状態から、外科用メス
の組織への接触の有無に自動的に応じて選択可能な高出
力の切断処理状態に到達する。第３の高出力凝固モード
はブレードが組織に接触していない時のアイドリング出
力レベルへの自動復帰を伴って手動により選択可能であ
る。この超音波出力はブレードに継続的に供給されない
ので、周囲の発熱を減少しながら、必要に応じて切開お
よび焼灼のために組織に十分なエネルギーを供給でき
る。
【０００６】上記Thomas特許におけるコントロール・シ
ステムはアナログ型である。位相ロック・ループ（電圧
制御型オシレータ、周波数分割器、電源スイッチ、整合
ネットワークおよび位相検出器を含む）がハンド・ピー
スに供給される振動数を安定化する。ハンド・ピースに
供給される振動数、電流および電圧等のパラメータはブ
レード上の負荷により変化するので、マイクロプロセッ
サがこれらをサンプリングすることにより出力量を制御
する。
【０００７】上記Thomas特許において記載されているよ
うな典型的な超音波外科システム内の発生装置における
出力対負荷曲線は２個の部分を有している。第１の部分
は負荷の増加に従って出力が増加する定常的な電流供給
を示している正の勾配を有している。第２の部分は負荷
の増加に従って出力が減少する定常的または飽和状態の
出力電圧を示している負の勾配を有している。第１の部
分に対応して調整される電流は各電子部品の設計により
固定され、第２の部分の電圧は設計における最大出力電
圧により制限される。このようなシステムにおける出力
対負荷の出力特性は種々のハンド・ピース・トランスデ
ューサおよび超音波ブレードに対して最適化できないた
めに上記の構成は柔軟性に欠ける。外科装置用の従来の
アナログ型超音波出力システムの性能は部品の許容度お
よび動作温度変化による発生装置の電子部品における可
変性により影響を受ける。特に、温度変化は振動数ロッ
ク範囲、駆動信号レベル、およびその他のシステム性能
測定値を含む重要なシステム・パラメータにおいて多様
な変化を生じる。
【０００８】効率的な様式で超音波外科システムを動作
するために、始動時においてハンド・ピース・トランス
デューサに供給される信号振動数を一定範囲において掃
引することにより共振振動数を位置決めする。この位置
が見つかると、発生装置の位相ロック・ループがその共
振振動数に対してロックし、電圧位相角度に対するトラ
ンスデューサ電流を継続してモニターして、その共振振
動数でトランスデューサを駆動することによりこのトラ
ンスデューサを共振状態に維持する。このようなシステ
ムにおける重要な機能は共振振動数を変化する負荷およ
び温度変化に対してトランスデューサの共振状態を維持
することである。しかしながら、これら従来の超音波駆
動システムは適応振動数制御に関して柔軟性がほとんど
または全く無い。このような柔軟性は不所望な共振を識
別するシステム能力において重要である。特に、これら
のシステムは一方向における共振に応じて、すなわち、
振動数の増減により探索できるのみであり、これらの探
索パタンが固定されている。このシステムは無関係の共
振モードを飛び越えること、またはどの共振を飛び越え
るかまたはロックするか等の任意の発見的決定（heuris
tic decisions）を行なうことができず、適当な振動数
のロックが行なわれている場合のみにおいて出力供給を
確実に行なうことができない。
【０００９】さらに、従来技術の超音波発生装置システ
ムは当該システムにおいて適応制御アルゴリズムの使用
および決定動作を可能にする振幅制御においても柔軟性
がほとんど無い。例えば、これらの固定されたシステム
はブレード上の負荷および／または電圧位相角度に対す
る電流に基づいて例えば電流または振動数等の出力駆動
要素に関する発見的決定を行なう能力に欠けている。こ
のことはトランスデューサの有効寿命を延ばしてブレー
ドに対する安全な動作条件を確定する一定の効率的な性
能に対応する最適なトランスデューサ駆動信号レベルを
設定するためのシステム能力も制限する。さらに、この
ような振幅および振動数に関する制御の欠如により、ト
ランスデューサ／ブレード・システムについての診断検
査および全体的なトラブルシューティングの支援を行な
うシステム能力が低下する。
【００１０】これまでに行なわれているある程度制限さ
れている診断検査は共振状態または別の特定の振動モー
ドにブレードを動作するため、およびシステムを当該モ
ードにするためにトランスデューサに信号を送る処理を
含む。ブレードの応答はシステムが上記モードのいずれ
かである場合にトランスデューサに供給される電気的信
号を測定することにより決定される。本明細書に参考文
献として含まれる２０００年１０月２０日に出願されて
いる米国特許第０９／６９３，６２１号に記載されてい
る超音波システムは出力駆動振動数を掃引して、超音波
トランスデューサおよびブレードの振動数応答をモニタ
ーし、この応答からパラメータを抽出して、これらのパ
ラメータをシステム診断情報として使用する能力を有し
ている。この振動数掃引および応答測定モードはデジタ
ル・コードを介して達成され、その出力駆動振動数が従
来技術の超音波システムにおいて存在しない高い解像
度、精度、および再現性により段階付けできる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の超音波シス
テムに伴う不都合点はブレードにおける高い応力の位置
におけるブレードの破損およびひび割れである。これら
のブレードの破損およびひび割れは超音波発生装置にお
いてロックができなくなること、または長手方向の変位
を維持できなくなることの２種類の主な原因になる。例
えば、ひび割れ（クラック）は超音波発生装置がハンド
・ピース／ブレードの共振を位置決めできなくなる程度
まで振動における振動数および機械的インピーダンスの
変化の大きさを増大するが、さらに進歩している発生装
置はこのようなブレードに連結しているトランスデュー
サに対してロックすることができる。しかしながら、ひ
び割れしたブレードは長手方向に振動する能力が低下し
ている。このような状況においては、ロックする所望の
共振状態の位置決めを行なうための高い能力が有用でな
くなり、最適な切断条件の損失を実際には覆い隠すこと
になり得る。
【００１２】さらに、負荷がかけられた状態またはねば
ねばに粘着した状態のブレード、すなわち、シースがブ
レードを囲っている位置におけるブレードの周囲に堆積
している乾燥状態の血液、皮膚、毛髪および脱水状態の
組織を伴うブレードは清浄なブレードに比べてはるかに
大きな負荷がかけられている。特に、このねばねばの状
態はブレード上の負荷になり、超音波発生装置に対して
供給されるトランスデューサの機械的インピーダンスを
増加する。
【００１３】上記の現象は以下のような不所望な結果を
もたらす。超音波発生装置はハンド・ピース／ブレード
の最適動作が失われる電圧を超えている一定の最大動作
電圧を有している。多くの超音波駆動装置はブレード上
の変化している負荷の存在下においてブレード先端部分
における変位を一定に維持するためにトランスデューサ
に対して一定の駆動電流レベルを維持するように動作す
る。トランスデューサのインピーダンスが（組織圧力、
粘ついた組織等の結果として）増大すると、駆動電流を
一定レベルに維持するために駆動電圧を高める必要があ
る。結局、このようなブレード上の負荷は上記の電圧を
一定の最大レベルに到達させるのに十分な大きさにな
り、さらにブレードに負荷がかかることによりその駆動
電流の信号レベルが低下する。
【００１４】このように、駆動信号の電流レベルが低下
すると、変位が減少し始める。発生装置は（信号対雑音
比の低下またはハンド・ピース／ブレードの共振に対す
る不能性により）共振位置が認識できなくなるような負
荷がハンド・ピース／ブレードにかけられていない場合
に限り一定の増加している負荷を駆動できる。この結
果、共振信号を失う前における最大出力において組織に
加えられる力、すなわち、組織に加えられる最大の力、
および切断／凝固の各動作点の間におけるブレードの切
断／凝固能力が低下する。
【００１５】ブレード上の負荷に付随する不都合点に加
えて、凝塊部分における熱の蓄積の問題がある。この蓄
積物はブレードからエネルギーを吸収して、その位置に
おけるブレードおよびシース部分の両方を加熱する。ひ
び割れまたは破損したブレードは良好な状態のブレード
において可能な共振能力を失うので、廃棄する必要があ
る。しかしながら、ねばねば状のブレードは清浄化して
使用することができ、新しいブレードと同程度に共振す
る。手術室内において、ひび割れたまたはねばねば状の
ブレードを視覚検査する試みは実用的ではない。しかし
ながら、使用者は高価なブレードの廃棄または清浄化の
いずれを決めるかを迅速且つ確信をもって行なうことが
できるので、破損したブレードとねばねば状であるがそ
れ以外は良好な状態であるブレードとを識別することは
有利である。ねばねば状のブレードを清浄な状態にする
ことはその問題以外は良好なブレードであるブレードを
廃棄することに比べて経費の節約として病院の患者に及
ぶことになる購入コストを実質的に削減できる。
【００１６】ブレード上の破片物（debris）の検出およ
びブレードが接触している組織の状態の決定は従来の超
音波システムに伴うさらに別の問題である。一部の超音
波ブレードはブレードを被覆するシースを備えている。
このシースの大部分はブレードに接触していない。ま
た、シースとブレードとの間の空間部分（気孔部分）に
よりブレードが自由に移動できる。使用中において、こ
の空間部分は血液および組織等の破片物により充たされ
る。この破片物はシースとブレードとの間の空間部分を
充たす傾向があり、ブレードとシースとの間の機械的な
結合性を高める。この結果、ブレードにおける不所望な
負荷が増大して、ブレード・シースの温度が上昇し、そ
の先端部分に供給されるエネルギーが減少する可能性が
ある。加えて、シースの内側で破片物が十分に凝固／硬
化すると、組織に接触している状態でブレードの振動を
開始する発生装置の機能が妨げられる。さらに、ブレー
ドの自由空間内における振動／始動も阻害される可能性
がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は破損またはひび
割れた超音波的に同調されているブレードとねばねば状
（gunked）のブレードとを識別するための方法である。
さらに、本発明はブレード・シース内における破片物の
存在を決定するための方法でもある。
【００１８】本発明によれば、上記の方法はハンド・ピ
ース／ブレードの使用時間、ハンド・ピースまたはブレ
ードの温度または特定の種類に無関係に行なわれ、僅か
にひび割れしているブレードの自己発熱作用の影響を受
けない。さらに、この方法はブレード上におけるねばね
ば状の物質の量の定量的な決定を容易にする。トランス
デューサまたはブレードの絶対インピーダンス測定が不
要である。その代わりに、相対インピーダンス測定が必
要であり、この方法は測定基準を大幅に単純化する。上
記の方法はシステムを最初に低変位信号により励起した
後に高変位信号により動作した場合に測定したインピー
ダンス差を評価するために使用される。このことによ
り、ねばねば状の物質の蓄積量を測定する方法が得ら
れ、シースにおいて発生する熱の量を計算／推定する方
法および超音波システムの負荷曲線に対する種々の減衰
量を計算／推定する方法が得られる。
【００１９】本発明の実施形態において、破損したブレ
ードを検出するために所定の駆動電圧レベルにおいて比
較的低い共振振動数を有するブレードを用いる。以下の
方法は一般的にブレードを小刻みに動かす、すなわち、
ブレードを前後に速く動かす。先ず、ハンド・ピースに
対するインピーダンスおよび信号の位相をその共振振動
数の近辺の一定の振動数範囲にわたり通常の励起準位に
おいて測定する。次に、比較的低い励起（電流）準位に
おいて同じ測定を行なう。その後、これらの通常の準位
および低い準位におけるブレードの励起状態の場合の同
一振動数における各測定値を比較する。低い準位におい
て小刻みに移動するブレードは多少均質になるので、最
初の通常の準位の測定値は次の低い準位の測定値に対し
て変化する傾向がある。これらの高準位−低準位の各測
定、すなわち、上記の小刻みな移動を多数回繰り返し
て、そのインピーダンスにおける変化量をブレードがひ
び割れしているか否かを決定するために用いる。破損し
ていないブレードを使用する場合には、このインピーダ
ンス値はこのようなブレードの小刻みな移動の間に大幅
に変化しない。しかしながら、ブレードが破損している
と、高準位においてブレードが部分的に分離し、低準位
では自己治癒性（self healing）が作用してそのインピ
ーダンス・パタンが変化するので、小刻みな移動により
測定値に変化が生じる。
【００２０】本発明の別の実施形態において、上記にお
ける破片物の状態および作用がシースの内側における破
片物の検出に用いられる。この破片物はブレードの振動
を制振し、さらにハンド・ピース／ブレード・システム
のＱ値も低下する。従って、ブレードの制振の程度また
はハンド・ピース／ブレードのＱ値における減少の程度
を測定することによりこのような破片物が検出できる。
この制振を変化している原因が主として破片物に関連し
ているので、その作用はブレードが「空気中（in the a
ir）」に保持されている状態においてよく分かる。特
に、組織に対する接触はブレードに負荷を与えてこれを
制振する。ブレードを空気中に保持することにより、そ
のブレードは組織に接触しなくなり、ねばねば状の物質
のみがブレードに負荷をかけていることになる。この測
定値は使用者により開始／行なわれる場合、および／ま
たは、ハンド・ピース／ブレードのインピーダンスが明
らかに低いためにブレードが組織に接触していないこと
が分かる時に自動的に得られる場合に得ることができ
る。
【００２１】本発明のさらに別の実施形態においては、
シースにおける破片物の実時間検出（すなわち、制振検
査）が行なわれる。この処理はハンド・ピース／ブレー
ドのインピーダンスを測定すること、およびブレードが
作業表面（すなわち、皮膚組織）に対して接触していな
い時間を決定することにより行なうことができる。この
制振検査は測定結果が「接触せず（no contact）」を示
す時はいつでも行なうことができる。使用中のブレード
認識番号（ブレードＩＤ）により、各ブレードの種類が
特定の割り当てられた制振値またはＱ値のレベルを有し
ている。このブレードＩＤとは、ブレードがハンド・ピ
ースに接続しているか否かを認識すること、またはハン
ド・ピースに接続しているブレードの種類を認識するこ
とのためにハンド・ピース内に配置されている持久記憶
装置の中に記憶されているコードの使用である。
【００２２】ブレードを駆動しているコンソールがその
制振値またはＱ値のずれかを検出して、その制振値また
はＱ値をハンド・ピースの中に記憶されている予測値と
比較することにより、そのずれにより破片物がハンド・
ピース／ブレードに与えている影響の程度が分かる。こ
の結果は、定期的なインピーダンスのモニター処理にお
いて、制振状態が実質的に変化してもブレードの除去が
検出されない場合に有利に利用できる。例えば、ブレー
ドが一定の延長された期間にわたり使用されていない場
合に、使用中にシースの隙間に入る血液／組織が凝固し
てブレードを実質的に制振する。このような制振におけ
る変化は観察および検出が可能であり、使用者はその変
化に対して警告を受けることができる。
【００２３】本発明のさらに別の実施形態においては、
組織の状態が決定される。組織に対して接触しているブ
レードはその組織の状態および加えられる圧力に対して
相関的な制振応答を示す。任意のブレード、組織状態お
よび接触圧に応じて、組織状態の変化に従って制振作用
の量が変化する。このため、ブレードが組織に接触して
いる状態で制振作用の相対的な測定値を得ることにより
その組織の状態が決定できる。このことはトランスデュ
ーサに対して通常の駆動信号を定期的に中断すること、
検査駆動信号を供給して短時間の制振測定値を得るこ
と、その後にトランスデューサに対して通常の駆動信号
を再び供給することにより行なうことができる。この方
法は超音波システム全体の性能を低下することがなく、
当該システムの継続的な使用を中断しない。
【００２４】上記の方法は脈管の凝固のような単一の処
理に集中するために有利に利用できる。このような超音
波システムの使用者が血管の凝固を開始すると、そのコ
ンソールが初期的な制振レベルを測定し、この制振レベ
ルが適当に変化するおよび／またはその減衰率が適当に
変化するまで、この減衰測定を定期的に継続して行な
う。適当な制振応答に到達した場合（例えば、一つの種
類または状態の組織が処理されて、ブレードが別の種類
または状態の組織に遭遇した場合）に、コンソールは使
用者にその状態を指示するか、あるいはハンド・ピース
／ブレードに対するエネルギー供給を停止／減少する。
このエネルギー準位は測定した進行中の制振レベルに従
って即時に調節できる。この制振レベルは使用者による
考察用に表示可能であり、あるいはハンド・ピース／ブ
レードに対するエネルギー供給を制御するためのアルゴ
リズムにおいて使用可能である。
【００２５】皮膚組織の相対的な状態、特に、超音波エ
ネルギーにより変化した組織の状態を知ることも望まし
い。このように組織の状態を評価することにより、組織
に供給するエネルギーの適正な調整が可能になり、適当
な焼灼処理、乾燥処理、またはその他の組織作用が生じ
た時を指示することが可能になる。加えて、これらを可
能にすることにより、付加的なエネルギーまたはエネル
ギーの供給時間の延長が必要であるか否かを決定するた
めの手段が提供できる。さらに、上記の組織状態の評価
により、不十分なエネルギー供給および不十分な組織作
用（すなわち、組織の凝固不足または組織の焼灼不足）
を回避することが可能になり、ブレードの使用領域内の
周囲組織に害を与える可能性のある皮膚組織に対する過
剰量の超音波エネルギーの供給も防げる。本発明の上記
およびその他の特徴および利点は以下の添付図面に基づ
く本発明の好ましい実施形態の詳細な説明によりさらに
明らかになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】高励起準位において得られる機械
的または音響的なシステムのインピーダンス測定は低励
起順位において得られるインピーダンス測定よりもはる
かに多くの情報を提供する。さらに、低エネルギーおよ
び高エネルギーの各励起準位の間のインピーダンス測定
値を比較することにより、ハンド・ピース／ブレードの
状態に関するさらに詳細な情報を得ることができる。こ
のハンド・ピース／ブレードの状態は３種類の主なカテ
ゴリーに入る。
【００２７】第１に、シリコン波腹支持体およびブレー
ドの長手方向における機械的抵抗等のその他の機械的な
非能率要素はハンド・ピース／ブレード上のねばねば状
の物質と同一の制振作用を有しているので、ねばねば状
のブレードおよび新しい清浄なブレードは同一のカテゴ
リーに属する。特に、清浄／ねばねば状の各システムは
励起振幅が増大するのに従ってさらに良好な共振器、す
なわち、さらに高いＱ値のシステムになる（最小インピ
ーダンスが著しく低く、最大位相が著しく高くなる。図
１を参照してＢにおいて示すインピーダンス対振動数の
プロットとＥにおいて示すインピーダンス対振動数のプ
ロットを比較すると共に、図２を参照してＨに示す位相
対振動数のプロットとＫに示す位相対振動数のプロット
を比較されたい）。この改善の程度は関係するねばねば
状の物質の負荷作用に対して相関する。励起準位が変化
すると、清浄なハンド・ピース／ブレードの共振振動数
に近い共振振動数において最小の変化が存在する。５ｍ
Ａ程度の低励起準位においては、ひび割れているか僅か
にひび割れしたブレードは一般に自己治癒性であり、ね
ばねば状のブレードと極めて似ている（図１を参照して
Ａに示すインピーダンス対振動数のプロットとＢに示す
インピーダンス対振動数のプロットを比較すると共に、
図２を参照してＧに示す位相対振動数のプロットとＨに
示す位相対振動数のプロットを比較されたい）。この自
己治癒性は、この状態においてブレードの分子状態は過
度に励起されていなければ比較的均質であり、最適に同
調した状態のシステムになる。低励起準位において、ひ
び割れの界面における各表面部分は分離している表面同
士のように作用せずに、無傷のブレードの部分により互
いに近接した状態で保持される。このような状況におい
て、システムは「健全な状態（healthy）」に見える。
【００２８】第２に、２５ｍＡ以上の比較的高い励起準
位においては、ひび割れにおける応力が十分に増大し
て、ひび割れの先端側のブレードの部分が当該ブレード
の基端側の部分に密接に接続している場合のように作用
しなくなる。このようなハンド・ピース／ブレードの特
性は非線形的な性質（すなわち、インピーダンスの大き
さおよび位相における極めて鋭い非連続的な変化）であ
り、この性質は共振振動数に接近してハンド・ピースの
軸部内の応力が増大する時に生じる。振動数が「無傷の
ブレード（intact blade）」の共振に接近すると、ブレ
ードがひび割れの部分において突然に分離する一定の点
まで応力が増大する。このことにより事実上ブレードが
短縮して、その共振子またはブレードが完全に異なる共
振インピーダンス特性を有する。一般に、このような短
縮したブレードのインピーダンスは比較的低いＱ値およ
び比較的低い共振振動数を有するハンド・ピース／ブレ
ードを形成する（図１を参照してＡおよびＣに示す各イ
ンピーダンス対振動数のプロットとＤおよびＦに示す各
インピーダンス対振動数のプロットを比較すると共に図
２を参照してＧおよびＩに示す各位相対振動数のプロッ
トとＪおよびＬに示す各位相対振動数のプロットを比較
されたい）。
【００２９】最後に、重度にひび割れしたブレードはブ
レードに対する機械的応力の作用により先端部分が完全
に取れてしまったブレードを含むがこれらに限らない。
このようなブレードは実質的にねばねば状のブレードと
等価である。しかしながら、これらのブレードは長手方
向において組織を切断／凝固する場合には有用でない。
このようなブレードは比較的高い励起準位において改善
された（周縁部分のみであれば）インピーダンス特性を
提供する点、およびそれらの共鳴振動数が比較的高い励
起準位により影響されない点で同様に作用するように思
える。しかしながら、これらはその極端に高いインピー
ダンス・レベルによりねばねば状のブレードから区別で
きる。この識別は絶対測定を必要とするが、粗い水準の
精度のみが必要とされる。一般に、トランスデューサま
たはブレードの共振振動数は特定の超音波システムにお
いて一般的に使用されている通常の共振からはるかにず
れている。このずれは通常において約２キロヘルツ程度
の共振振動数から下方のずれである。比較的高いレベル
の電流により励起されて比較的低いレベルの電流に対し
て比較した場合に、そのインピーダンスの大きさ、共振
振動数および共振における最大位相は単にねばねば状だ
けであるブレードの対応する諸特性から定量的にはるか
に異なっている（図３を参照してＭにおいて示すインピ
ーダンス対振動数のプロットとＮにおいて示すインピー
ダンス対振動数のプロットを比較し、さらに、Ｏにおい
て示す位相対振動数のプロットとＰにおいて示す位相対
振動数のプロットを比較されたい）。この場合に、ハン
ド・ピース／ブレードは一般的に重度にねばねば状であ
るがそれ以外は良好なブレードのインピーダンスの大き
さよりもひび割れしているブレードの場合に約４００オ
ームほど高い共振におけるインピーダンスの大きさを有
している。なお、図１乃至図３は特定の超音波システム
を例示する値を示す図であり、これらの絶対的な値は各
システムの実際の設計により決まる。
【００３０】大抵の破損またはひび割れしたブレードは
それぞれに付随する自己治癒特性を有している。この自
己治癒特性は、過度に励起されなければブレードの分子
状態が比較的均質になり、最適に同調した状態のシステ
ムになる。この均質さは高励起準位において乱されて、
非同調状態のシステムが形成される。ひび割れまたは破
損したブレードが一定の延長された時間にわたり不作動
状態である、あるいは、一定の時間だけ低い強度で作動
される場合に、これらのブレードは破損していないブレ
ードにより示される機械的インピーダンスに近い機械的
インピーダンスを超音波発生装置に提供する。一方、高
い励起準位においては、ひび割れ部分の先端側のブレー
ド部分がそのハンド・ピース／ブレードに密接して接続
しなくなる。このブレードにおける高励起準位の作用に
より、ひび割れ部分の基端側のブレード部分がひび割れ
部分の先端側のブレード部分に対して「強く打ち当たり
（bangs）」、低励起変位準位における負荷作用よりも
大きい付加作用を生じる。
【００３１】言い換えれば、破損していないブレードの
共振振動数を中心とする約１，０００Ｈｚの振動数範囲
内において、同種類の破損したブレードはその駆動トラ
ンスデューサの低電圧励起準位において一定のインピー
ダンス掃引特性を示し、高電圧励起準位において別のイ
ンピーダンス掃引特性を示す。これと対照的に、破損し
ていないブレードはそのインピーダンス測定が十分に迅
速に行なわれるか、トランスデューサまたはブレードが
過熱しないような十分に低い変位レベルで行なわれる限
り、両方の励起準位において同一のインピーダンスを示
す。上記の熱は共振点を振動数において下方にずらす。
この加熱作用はねばねば状の物質により励起振動数の大
きさが共振振動数に近づくと最高に作用する。
【００３２】加えて、一定の励起しきい値が存在し、こ
れよりも低い範囲において、ブレードが「自己治癒（se
lf heals）」して各駆動要素に対する（経時的に）「同
調した（tuned）」インピーダンス・レベルを増加的に
示し、当該しきい値よりも高い範囲において、ひび割れ
がブレードの均質性に対して不連続性を示す。従って、
このしきい値よりも低い範囲においては、インピーダン
ス特性は全ての励起準位において同一の特性を示し得
る。また、ブレードはそのような低下された励起準位に
おいて自己治癒状態のように見える。一方、この励起し
きい値よりも高い範囲においては、インピーダンスは低
準位のインピーダンス測定値とは異なる様相を示すが、
励起準位の増大に伴う変化は示さない。この励起しきい
値はブレードの各種類およびブレードにおける各ひび割
れ位置により異なり、ブレードの先端部分の負荷となる
ねばねば状の物質の量により変調する。
【００３３】破損したブレードを含むシステムにおいて
見られる（破損していないブレードを含むシステムにお
いては見られない）インピーダンスの差異の一部は、低
い励起電流により先ず駆動された後に高い励起電流によ
り駆動される場合に、破損していないブレードの共振振
動数を中心とする一定の振動数範囲、すなわち、比較的
高い最小インピーダンスおよび／または比較的低い最大
インピーダンスの範囲にわたり、比較的低いＱ値（すな
わち、比較的低い最小インピーダンス値）であることで
ある。このことは比較的高い「位相マージン（phase ma
rgin）」、すなわち、Ｆａ−Ｆｒ（この場合のＦａ−Ｆ
ｒは、それぞれ、反共振振動数−共振振動数である）を
意味すると言える。また、別の差異は正常に動作してい
るシステムの反共振振動数よりも僅かに高い振動数にお
ける比較的高いインピーダンス、適正に動作しているシ
ステムの共振点よりも僅かに低い振動数における比較的
高いインピーダンス、または共振振動数における一定の
大きな変化である。駆動システムに接続しているねばね
ば状または負荷のかけられたブレードはひび割れしたブ
レードの作用に対して幾分対照的な作用を示す。このよ
うな様式で負荷のかけられたシステムは励起電圧の増大
に従ってその共振点の周辺において増加的に改善された
Ｑ値を示す。
【００３４】図４は本発明による方法を実施するための
システムを示す図である。ケーブル２０内の一式のワイ
ヤにより、電気的エネルギー、すなわち、駆動電流がコ
ンソール１０からハンド・ピース３０に送られ、このハ
ンド・ピース３０において、電気的エネルギーが外科メ
ス用ブレード３２のような外科装置に長手方向に沿う超
音波振動動作を与える。このブレード３２は組織の同時
的な切開および焼灼処理のために使用できる。ハンド・
ピース３０に対する超音波電流の供給は当該ハンド・ピ
ース３０上に配置されているスイッチ３４の制御下に行
なうことができ、このスイッチ３４はケーブル２０内の
ワイヤを介してコンソール１０の中の発生装置に接続し
ている。さらに、この発生装置はフット・スイッチ４０
により制御可能であり、このフット・スイッチ４０は別
のケーブル５０を介してコンソール１０に接続してい
る。従って、使用時において、外科医は、自分の指でハ
ンド・ピース上のスイッチ３４を操作するか自分の足で
フット・スイッチ４０を操作して、ハンド・ピースに対
して超音波電気信号を供給することによりブレードを一
定の超音波振動数で長手方向に沿って振動させることが
できる。
【００３５】発生装置のコンソール１０は液晶表示装置
１２を備えており、この表示装置１２は最大切断出力率
または切断出力に付随する数値的出力レベル等の種々の
手段において選択される切断出力レベルを指示するため
に使用できる。この液晶表示装置１２はシステムにおけ
る別のパラメータを表示するために使用することもでき
る。出力スイッチ１１を使用して装置を始動する。ウォ
ーミング・アップ状態において、「待機（standby）」
ライト１３が点灯する。動作準備が完了すると、「準備
完了（ready）」インジケータ１４が点灯して、待機ラ
イトが消える。装置が最大出力を供給する場合に、ＭＡ
Ｘボタン１５が押される。それよりも少ない出力が必要
である場合には、ＭＩＮボタン１７を活性化する。さら
に、ＭＩＮボタン１７を活性化する際の出力レベルがボ
タン１６により設定される。
【００３６】スイッチ３４またはスイッチ４０のいずれ
かの動作により超音波ハンド・ピースに電力が供給され
ると、この組立体は外科用メスまたはブレードを約５
５．５ｋＨｚで長手方向に振動させ、この長手方向の移
動量は使用者により調節可能に選択されて供給される駆
動電力（電流）の量に比例して変化する。比較的に高い
切断出力が供給される場合に、ブレードは超音波振動速
度において約４０乃至１００ミクロンの範囲内で長手方
向に移動するように設計されている。このようなブレー
ドの超音波振動によりブレードが組織に接触する際に熱
が発生する。すなわち、ブレードの組織内における加速
移動により移動しているブレードの機械的エネルギーが
極めて狭い局在化した領域内において熱エネルギーに変
わる。この局在化した熱が直径１ミリメートルよりも小
さい小血管内の出血を減少または消去する狭い領域の凝
固状態を形成する。このブレードの切断効率およびその
止血の程度は供給される駆動電力のレベル、外科医の切
断速度、組織の種類による性質、および組織における血
管分布により異なる。
【００３７】図５においてさらに詳細に示すように、超
音波ハンド・ピース３０は電気的エネルギーを機械的エ
ネルギーに変換してトランスデューサの各端部において
長手方向に沿う振動動作を生じるための圧電トランスデ
ューサ３６を収容している。このトランスデューサ３６
はそのスタック（堆積体）に沿う特定の点に配置されて
いる動作ゼロ点（motion null point）を有する積み重
ね状のセラミック圧電素子の形態である。このトランス
デューサ・スタックは２個のシリンダ３１と３３との間
に取り付けられている。さらに、シリンダ３５がシリン
ダ３３に取り付けられており、当該シリンダ３５は別の
動作ゼロ点３７においてハウジング内に取り付けられて
いる。さらに、ホーン３８はその一端側においてゼロ点
３７に取り付けられていて、その他端側においてカップ
ラー３９に取り付けられている。ブレード３２はこのカ
ップラー３９に固定されている。この結果、ブレード３
２はトランスデューサ３６による一定の超音波振動数の
速度で長手方向に沿って振動する。トランスデューサの
各端部は当該トランスデューサの共振振動数において約
３８０ｍＡ・ＲＭＳの電流により駆動する場合に不動の
節部を構成するスタックの部分を伴って最大の動作を行
なう。しかしながら、この最大動作を行なう電流は各ハ
ンド・ピースにより変化し、システムが使用できるハン
ド・ピースの持久記憶装置に記憶されている弁である。
【００３８】ハンド・ピースの部品はその組み合わせ体
が同一共振振動数で振動するように設計されている。特
に、最終的な各要素の長さが１／２波長になるように各
要素が調製されている。長手方向に沿う前後方向の動作
は音響学的取付ホーン３８のブレード３２に近い方の直
径が減少するに従って増幅される。従って、ホーン３８
およびブレード／カップラーはブレード動作を増幅して
音響システムにおける残りの部分に対して同調した共振
振動を行なうように形状付けられて寸法付けられてお
り、このことにより、ブレード３２に近接している音響
学的取付ホーン３８の端部において最大の前後動作が生
じる。トランスデューサ・スタックにおける動作がホー
ン３８により増幅されて約２０ミクロン乃至２５ミクロ
ンまで移動する。さらに、カップラー３９における動作
がブレードにより増幅されて約４０ミクロン乃至１００
ミクロンまでブレードが移動する。
【００３９】ハンド・ピースの中のトランスデューサを
駆動するための超音波電気信号を形成するシステムを図
６および図７に示す。この駆動装置は柔軟であり、所望
の振動数および出力レベル設定値において駆動信号を形
成できる。システム内のＤＳＰ６０またはマイクロプロ
セッサを使用して適当な出力パラメータおよび振動周波
数をモニターして切断または凝固動作モードのいずれか
において供給される適当な出力レベルを生じる。ＤＳＰ
６０またはマイクロプロセッサはさらにトランスデュー
サ／ブレードのようなシステム中の構成部品について診
断検査を行なうために使用するコンピュータ・プログラ
ムも記憶している。
【００４０】例えば、ＤＳＰまたはマイクロコンピュー
タ６０に記憶されている位相補正アルゴリズム等のプロ
グラムの制御下において、始動中の振動数を特定値、例
えば、５０ＫＨｚに設定できる。このことは共振に接近
していることを示すインピーダンスにおける変化を検出
するまで特定速度で掃引することにより行なうことがで
きる。その後、掃引速度を減少してシステムが共振振動
数、例えば、５５ＫＨｚをオーバーシュートしないよう
にする。この掃引速度は、例えば、５０サイクルの増加
分において振動数変化を得ることにより達成できる。比
較的遅い速度が望まれる場合は、プログラムにおいて、
例えば、２５サイクルにその増加分を減少することがで
き、両方の場合が測定したインピーダンスの大きさおよ
び位相に基づいて適応できる。もちろん、上記増加分の
大きさを増加することによりさらに大きな速度が達成で
きる。さらに、上記の掃引速度は振動数の増加分の更新
速度を変化することにより変更できる。
【００４１】例えば、５１ＫＨｚにおいて不所望な共振
モードが存在することが分かっている場合に、上記プロ
グラムは、例えば６０ＫＨｚから振動数を下げて掃引し
て共振を見つけることができる。さらに、上記システム
は５０ＫＨｚから振動数を上げて掃引して不所望な共振
が存在している５１ＫＨｚを飛び越えることができる。
いずれの場合においても、このシステムは高度の柔軟性
を有している。
【００４２】動作時において、使用者は外科装置におい
て使用する特定の出力レベルを設定する。この処理はコ
ンソールのフロント・パネル上の出力レベルスイッチ１
６により行なわれる。このスイッチはＤＳＰ６０に供給
される信号１５０を発生する。その後、ＤＳＰ６０はコ
ンソール・フロント・パネルの表示装置１２に対して配
線１５２（図７）上に信号を送ることにより所定の出力
レベルを表示する。さらに、ＤＳＰまたはマイクロプロ
セッサ６０はデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３
０によりアナログ信号に変換されるデジタル電流レベル
信号１４８を発生する。
【００４３】実際に外科ブレードを振動させるために、
使用者はフット・スイッチ４０またはハンド・ピース・
スイッチ３４を作動する。この作動により図６における
配線１５４上に信号が送られる。この信号は出力をプッ
シュ−プル増幅器７８からトランスデューサ３６に供給
するために有効である。ＤＳＰまたはマイクロプロセッ
サ６０がハンド・ピース・トランスデューサの共振振動
数をロックして出力がハンド・ピース・トランスデュー
サに継続的に供給されるようになると、オーディオ・ド
ライブ信号が配線１５６上に送られる。このことにより
システム内の音響指示手段が音を発生して、使用者に対
して出力がハンド・ピースに供給されて外科用メスが活
性であり動作状態であることを通知する。
【００４４】インピーダンス測定値および位相測定値を
得るために、ＤＳＰ６０および図６および図７に示す別
の回路要素を使用する。特に、プッシュ−プル増幅器７
８は超音波信号を出力変圧器８６に供給し、さらに、こ
の変圧器８６はケーブル２６内の配線８５を介して信号
をハンド・ピース内の圧電トランスデューサ３６に供給
する。この配線８５内の電流および電圧は電流センス回
路８８および電圧センス回路９２により検出される。こ
れらの電流および電圧の各センス信号は平均電圧回路１
２２および平均電流回路１２０にそれぞれ送られ、各回
路がこれらの信号の平均値を計算する。この平均電圧が
デジタル−アナログ変換器（ＡＤＣ）１２６によりデジ
タル・コードに変換されて、このデジタル・コードがＤ
ＳＰ６０に入力される。同様に、電流平均信号がアナロ
グ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２４によりデジタル・
コードに変換されて、このデジタル・コードがＤＳＰ６
０に入力される。ＤＳＰ装置内において、電圧対電流の
比率が進行中の基準に基づいて計算されて、振動数が変
化する際にその時点におけるインピーダンス値が得られ
る。このインピーダンスにおける大幅な変化は共振が接
近すると生じる。
【００４５】電流センス回路８８および電圧センス回路
９２からの信号は零交叉検出器１００，１０２にもそれ
ぞれ供給される。これらは信号が零に対して交叉する時
はいつでもパルスを生成する。検出器１００からのパル
スは位相検出論理回路１０４に供給され、この回路１０
４は当該信号により開始するカウンタを備えている。ま
た、検出器１０２からのパルスは同様に論理回路１０４
に供給されて上記のカウンタを停止するために使用でき
る。この結果、このカウンタにより得られる計数値は配
線１０４上のデジタル・コードであり、電流と電圧との
間の位相差を示す。さらに、この位相差の大きさはシス
テム共振の指示手段でもある。これらの信号は位相ロッ
ク・ループの一部として使用でき、当該位相ロック・ル
ープは、例えば、位相デルタ（位相角度）をＤＳＰ中の
位相設定点に対して比較することにより発生装置からの
振動数を共振に対してロックして、プッシュ−プル増幅
器７８を駆動する直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路１２
８に対して一定の振動数信号を発生する。
【００４６】さらに、上記インピーダンスおよび位相の
各値はブレードの緩みを検出するための動作の診断段階
において上記に示したように使用できる。このような場
合に、上記ＤＳＰ装置は共振における位相ロックの確立
を探求せずに、むしろ、ハンド・ピースを特定の振動数
において駆動してブレードの固定状態を決定するための
インピーダンスおよび位相を測定する。
【００４７】ＤＳＰが特定の振動数および励起準位にお
いてインピーダンスおよび位相の各値を測定して記憶し
ているので、図１乃至図３におけるプロットのように各
応答をプロットすることができる。従って、ＤＳＰはハ
ンド・ピースのＱ値も計算することができる。
【００４８】図８および図９はそれぞれ本発明の好まし
い実施形態を示しているフロー・チャートである。図６
および図７に示すＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０
の中に記憶されているプログラムの制御下において、本
発明の方法は、工程７００において示すように、ハンド
・ピース／ブレードを励起して５０キロヘルツ乃至６０
キロヘルツの振動数範囲にわたるインピーダンス・デー
タを得るために超音波駆動装置ユニットを使用すること
により実行される。次に、インピーダンスの大きさおよ
びインピーダンス・データの位相を、工程７１０におい
て示すように、５ｍＡ乃至５０ｍＡのような、第１の電
流レベルから第２の電流レベルまでの範囲の２個以上の
励起準位に対応して得る。この範囲内のデータは不連続
的なシーケンスのサンプリング様式における上昇または
下降の掃引処理を含む任意の順番で収集される。次に、
ねばねば状およびひび割れ状のブレードを認識または識
別するために、工程７２０において示すように、得られ
た最小インピーダンス、電流および電圧の間の最大位
相、ブレードの共振振動数等の特性測定値、および／ま
たは、測定データの非線形性および／または連続性の評
価についての比較が行なわれる。
【００４９】比較的低い励起準位におけるインピーダン
ス・データの掃引により、その最小インピーダンスの大
きさが比較的高い励起準位において得た最小インピーダ
ンスの大きさよりも低ければ（工程７３０）、ブレード
またはハンド・ピースはひび割れしていることになり、
工程７３５に示すように、「ひび割れ状のブレード（Bl
ade Cracked）」というメッセージがＬＣＤ１２上に表
示される。あるいは、高準位における共振振動数と低準
位における共振振動数との間の差が２０Ｈｚ等の一定の
しきい値よりも低いかこれに等しいかについての情報が
ひび割れているブレードの存在の有無を示すために利用
できる。一方、比較的低い励起準位における掃引が共振
振動数における変化をほとんどまたは全く示さないか、
比較的高い励起準位における掃引よりも高い最小インピ
ーダンスを示す場合には（工程７４０）、そのブレード
またはハンド・ピースはねばねば状であり、工程７４５
において示すように、「ねばねば状のブレード（Gunked
Blade）」というメッセージがＬＣＤ１２上に表示され
る。さらに、このねばねば状の物質の量が計測されて
「ねばねば状のブレード」のメッセージの表示中に使用
者に伝達された各インピーダンスの大きさにおける差に
より決定される。また、工程７６０において示すよう
に、ねばねば状の物質の位置におけるシースの過剰な熱
の発生量が計算される。この過剰な熱は各インピーダン
ス測定値の大きさにおける相対的な差を計算することに
より推定できる。この熱による温度上昇が過剰であれ
ば、工程７７５において示すように、「ホット・ブレー
ド（Hot Blade）」という警告メッセージがＬＣＤ１２
上に表示され、および／または使用者はシステムを停止
するように通告される。一方、上記の熱が過剰でなけれ
ば、この診断検査は終了する。なお、上記のホット・ブ
レード警告メッセージは各ブレード特性に応じて決ま
る。特定のブレード構成において発生する熱が任意のブ
レードに対応するＩ2 Ｒ出力対熱変換法を採用すること
により決定できる。なお、上記の全ての測定処理は超音
波発生装置内のＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０に
より実行できる。しかしながら、ＣＰＵ、プログラム可
能論理装置（ＰＬＤ）等のような別の装置を上記の各測
定を行なうために使用することも可能である。
【００５０】図１０および図１１は本発明の別の実施形
態を示しているフロー・チャートである。各測定の精度
を高めるために、既知の良好なブレードの初期的検査に
より得た各測定データが未知の状態のブレードの測定デ
ータに対して比較される。次に、既知の良好なブレード
の特性に対して定められた境界値または比率値に基づく
一定のしきい値が計算される。この結果、検査精度が高
められ、各ブレードにおける明瞭さの少ない不完全な作
用も検出できる。加えて、ねばねば状である程度を明確
に決定するための能力も提供できる。このことは一般的
な良好なブレードに付随する予想される作用データを使
用するのではなく、比較用のブレードに特異的な大量の
測定データを取得して使用することにより達成できる。
【００５１】実施形態の一例において、ハンド・ピース
における実際のブレードの検査を行なうことによりデー
タを得る代わりに、ブレードＩＤ内に含まれているまた
はコンソール内に記録されている等の特定のブレード・
モデルに対応するデータ供給源からデータを取得でき
る。このブレードＩＤに関する詳細については、本明細
書に参考文献として含まれる２０００年１０月２０日に
発行されている米国特許出願第０９／８６１，８７０号
を参照することができる。
【００５２】上記の方法はブレードが深刻な状態にある
か否か、またはそれが周縁部分に関する問題か否かの決
定を可能にする。この場合に、使用者はブレードを清浄
にして、その清浄化の進行度の測定およびそのブレード
の清浄化が有効か無効かを使用者が決定できるようにす
るための別の検査を行なうことを試みることができる。
各実施形態において、ブレードを効果的に清浄化した程
度を示すために清浄化の前後における相対的なねばねば
状の物質についての点数付けを行なうことにより「既知
の良好なブレード（known good blade）」の諸特性を利
用することなく「等級付け（grading）」を行なうこと
ができる。
【００５３】図６および図７において示すＤＳＰまたは
マイクロプロセッサ６０の中に記憶されているプログラ
ムの制御下において、本発明の方法は、工程８００にお
いて示すように、新しいブレードまたは良好な状態であ
るブレードのインピーダンス・データを得ることにより
実行される。次に、工程８１０において示すように、超
音波駆動装置ユニットを用いてハンド・ピース／ブレー
ドを励起して５０キロヘルツ乃至６０キロヘルツの一定
の振動数範囲にわたるインピーダンス・データを得る。
その後、工程８２０において示すように、５ｍＡから５
０ｍＡまでのような第１の電流レベルから第２の電流レ
ベルまでの範囲内の２個以上の励起準位に対応してイン
ピーダンスの大きさおよびインピーダンス・データの位
相を得る。この範囲内のデータは不連続なシーケンスの
サンプリング様式における上昇または下降の掃引処理を
含む任意の順番で収集される。次に、ねばねば状および
ひび割れ状のブレードを認識または識別するために、工
程８３０において示すように、得られた最小インピーダ
ンス、駆動電流および駆動電圧の間の最大位相、ブレー
ドの共振振動数等の特性測定値、および／または、測定
データの非線形性および／または連続性の評価について
の比較が行なわれる。
【００５４】比較的低い励起準位におけるインピーダン
ス・データの掃引により、その最小インピーダンスの大
きさが比較的高い励起準位において得た最小インピーダ
ンスの大きさよりも低ければ（工程８４０）、ブレード
またはハンド・ピースはひび割れしていることになり、
工程８４５に示すように、「ひび割れ状のブレード（Bl
ade Cracked）」というメッセージがＬＣＤ１２上に表
示される。あるいは、高準位における共振振動数と低準
位における共振振動数との間の差が２０Ｈｚ等の一定の
しきい値よりも低いかこれに等しいかについての情報が
ひび割れているブレードの存在の有無を示すために利用
できる。一方、比較的低い励起準位における掃引が共振
振動数における変化をほとんどまたは全く示さないか、
比較的高い励起準位における掃引よりも高い最小インピ
ーダンスを示す場合には（工程８５０）、そのブレード
またはハンド・ピースはねばねば状であることになり、
工程８５５において示すように、「ねばねば状の物質の
程度（Extent of Gunk）」というメッセージがＬＣＤ１
２上に表示される。さらに、このねばねば状の物質の量
が計測されて「ねばねば状の物質の程度」のメッセージ
の表示中に使用者に伝達された各インピーダンスの大き
さにおける差により決定される。また、工程８７０にお
いて示すように、ねばねば状の物質の位置におけるシー
スの過剰な熱の発生量が計算される。この過剰な熱は各
インピーダンス測定値の大きさにおける相対的な差を計
算することにより推定できる。この熱による温度上昇が
過剰であれば、工程８８５において示すように、「ホッ
ト・ブレード（Hot Blade）」という警告メッセージが
ＬＣＤ１２上に表示され、および／または使用者はシス
テムを停止するように通告される。一方、上記の熱が過
剰でなければ、この診断検査は終了する。既に述べたよ
うに、上記のホット・ブレード警告メッセージは各ブレ
ード特性に応じて決まる。特定のブレード構成において
発生する熱が任意のブレードに対応するＩ2 Ｒ出力対熱
変換法を採用することにより決定できる。加えて、上記
の各測定処理は超音波発生装置内のＤＳＰまたはマイク
ロプロセッサ６０により実行できる。しかしながら、Ｃ
ＰＵ、プログラム可能論理装置（ＰＬＤ）等のような別
の装置を上記の各測定を行なうために使用することも可
能である。
【００５５】図１２は本発明の別の実施形態を示してい
るフロー・チャートである。先ず、工程９００において
示すように、駆動信号がトランスデューサに供給され、
短時間だけ停止された後に圧電型の自己発生エネルギー
が測定される。次に、工程９１０において示すように、
動作レベル（すなわち、組織の切断および焼灼に付随す
るレベル）に駆動されているブレードのエネルギー、電
圧、電流および／またはインピーダンスに基づいて当該
ブレードの相対的な制振作用が測定される。この場合
に、制振作用の相対的なレベルがハンド・ピース／ブレ
ードのインピーダンス、電圧、電流、キャパシタンス、
またはその他の特性を含む諸特性の逐次時間的な測定を
行なうことにより測定される。この場合に、コンソール
は先ず不所望な共振により変造されていない諸特性を測
定するための有効な振動数を決定する。次に、ブレード
が共振状態で駆動されて、駆動信号が突然に除去され
る。その後、上記の諸特性が３００ミリ秒等の一定時間
にわたり少なくとも１回測定される。これらの測定され
た諸特性は依然として振動しているブレードによる影響
を受けており、この作用がブレード沈下状態の動作とし
ての明瞭さの少ない作用になる。上記の連続的な特性測
定は工程９２０において示すような相対的なブレード動
作状態を示すために使用される。その後、工程９３０に
おいて示すように、制振作用のレベルが諸特性の変化が
停止するために要する時間または諸特性が変化する時点
における速度を計算することにより決定される。
【００５６】図１３は本発明のさらに別の実施形態を示
しているフロー・チャートである。この場合に、ブレー
ド制振の相対的なレベルが振動数のドメイン測定により
決定される。異常に低いシステムＱ値により、シース内
における破片物の存在または高いブレード負荷の発生が
示される。従って、ハンド・ピース／ブレード・システ
ムが工程１０００において示すように任意のレベルにお
いて駆動される。次に、工程１０１０において示すよう
に、振動数ドメイン・データｆD を得るために振動数ド
メイン測定が行なわれる。このｆD が４５オームよりも
低い場合は（工程１０２０）、工程１０２５において示
すように、「ブレードがねばねば状である（Blade is G
unked）」というメッセージがＬＣＤ１２上に表示され
る。この振動数ドメイン測定値ｆD はシース内の破片物
の存在および高いブレード負荷の発生の指示手段を提供
するためにも使用される。このような破片物はブレード
の振動を制振して、ハンド・ピース／ブレード・システ
ムのＱ値も減少する。従って、上記の破片物がブレード
制振の程度またはハンド・ピース／ブレードのＱ値の減
少を測定することにより検出される。この制振を変化し
ている原因が主として破片物に関連しているので、この
作用はブレードが「空気中（in the air）」において保
持されている状態において明瞭に分かる。特に、組織に
対する接触はブレードに負荷をかけて制振する。ブレー
ドが空気中に保持されていて組織に接触していなけれ
ば、ねばねば状の物質のみがブレードに負荷をかけるこ
とになる。このの測定値は使用者により開始／行なわれ
る場合、および／または、ハンド・ピース／ブレードの
インピーダンスが明瞭に高いためにブレードが組織に接
触していないことが分かる場合に自動的に得ることがで
きる。
【００５７】図１４は本発明の別の実施形態を示してい
るフロー・チャートである。この場合に、増加的に大き
くなるまたは減少的に小さくなるエネルギー量を伴うハ
ンド・ピース／ブレードの連続的な駆動により制振の相
対的なレベルが測定される。比較的大きな制振作用を受
けているブレードほどその共振を開始するために比較的
大きなエネルギー量を必要とする。この場合に、共振状
態に対して入る／出るために必要なエネルギーの相対的
なレベルがハンド・ピース／ブレードの制振作用の程度
を示すために用いられる。従って、図１０および図１１
に示すＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０の中に記憶
されているプログラムの制御下において、本発明の方法
が、工程１１００において示すように、２８２ｍＡのピ
ーク値または２００ｍＡ・ＲＭＳ等のレベル１の信号に
よりブレードを励起することにより実行される。
【００５８】次に、工程１１１０において示すように、
共振のプラトー状態に到達するためにブレードにおいて
必要とされる時間が決定される。その後、工程１１２０
において示すように、ブレードに対する励起信号が除去
される。さらに、工程１１３０において示すように、５
６４ｍＡのピーク値または４２５ｍＡ・ＲＭＳ等のレベ
ル５の励起信号がブレードに供給される。次に、工程１
１４０において示すように、共振のプラトー状態に到達
するためにブレードにおいて必要とされる時間が決定さ
れる。さらに、工程１１５０において示すように、レベ
ル１の信号およびレベル５の信号により駆動した場合の
各共振プラトー状態に到達するための時間の比較が行な
われる。レベル１の信号により励起した場合の共振プラ
トー状態に到達するためのブレードに要する時間がレベ
ル５の信号により励起した場合の共振プラトー状態に到
達するためのブレードに要する時間よりもはるかに長け
れば、ねばねば状の物質がブレード上に存在しているこ
とになり、工程１１５５において示すように、「ねばね
ば状のブレード」というメッセージがＬＣＤ１２上に表
示される。一方、レベル５の信号により励起した場合の
共振プラトー状態に到達するためのブレードに要する時
間がレベル１の信号により励起した場合の共振プラトー
状態に到達するためのブレードに要する時間とほぼ等し
ければ（工程１１６０）、工程１１７０において示すよ
うに、「ブレードが良好である（Blade is Good）」と
いうメッセージがＬＣＤ１２上に表示される。
【００５９】本発明のさらに別の実施形態においては、
後に迅速に増加される低いレベルのエネルギーによりブ
レードを初期的に駆動している状態で制振作用の相対的
なレベルが測定される。次に、一定の目的値に到達する
ためにその変位に要する時間が測定される。この変位の
測定値は得られた最小のインピーダンスの大きさ、電流
と電圧との間の最大位相、ブレードの共振振動数等の電
気的測定値の間の相対的な比較、および／または非線形
性および／または測定データの連続性の評価を行なうこ
とにより得られる。
【００６０】本発明の方法を使用することにより、手術
室内での使用中におけるブレードの状態（すなわち、ブ
レードがひび割れ状態である、ねばねば状態である、ま
たは良好である等）を迅速、容易且つ正確に決定でき
る。この方法はハンド・ピース／ブレードの種類、ハン
ド・ピース／ブレードの温度またはＰＺＴ等の使用時間
等に無関係に上記の決定を行なう。さらに、この方法は
ブレード特有の情報を取得することにより決定を行なう
ために必要とされる特性データ点が少ないので、未知の
ブレードの検査を迅速に行なうことができる。また、こ
の方法は破損したハンド・ピース／ブレードを廃棄する
ことの要否を外科医または看護婦に通知すると共に、ね
ばねば状のブレードを洗浄する機会を提供する。
【００６１】以上において本発明を詳細に説明したが、
上記の説明は例証または例示を目的としており、制限を
目的としていないことが明瞭に理解されるべきである。
本発明の範囲および趣旨は特許請求の範囲およびその実
施態様における各用語のみにより制限される。
【００６２】本発明の実施態様は以下の通りである。 （１）前記駆動信号を供給する工程が所定の振動数範囲
に対して一定の超音波信号により前記ハンド・ピースを
励起することを含む請求項１に記載の方法。 （２）前記所定の振動数範囲が５０ｋＨｚ乃至６０ｋＨ
ｚである実施態様（１）に記載の方法。 （３）前記インピーダンス・データを得る工程が、所定
の範囲にわたり少なくとも２個の励起準位に対応するイ
ンピーダンス・データの大きさおよびインピーダンス位
相データを得る工程を含む請求項１に記載の方法。 （４）前記所定の範囲が５ｍＡ乃至５０ｍＡである実施
態様（３）に記載の方法。 （５）前記比較工程が、最小インピーダンスの大きさ、
前記駆動電流と前記駆動電圧との間の最大位相、ブレー
ド共振振動数の少なくとも１個を得られたデータの非線
形性および連続性の評価の少なくとも１個に対して比較
する工程を含む請求項１に記載の方法。
【００６３】（６）さらに、比較的低い励起準位におけ
るインピーダンス・データ掃引が比較的高い励起準位に
おいて得た最小インピーダンスの大きさよりも小さい最
小インピーダンスの大きさを示す場合に前記液晶表示装
置上に第１のメッセージを表示する工程と、比較的低い
励起準位におけるインピーダンス・データ掃引が不変で
ある最小インピーダンスの多きさおよび比較的高い励起
準位において得た最小インピーダンスの大きさよりも高
い最小インピーダンスのいずれか一方を示す場合に前記
液晶表示装置上に第２のメッセージを表示する工程を含
む実施態様（５）に記載の方法。 （７）前記第１のメッセージを表示する工程が前記液晶
表示装置上に「ひび割れ状のブレード（Blade Cracke
d）」というメッセージを表示することを含む実施態様
（６）に記載の方法。 （８）前記低い励起準位が５ｍＡ乃至２５ｍＡの範囲で
ある実施態様（６）に記載の方法。 （９）前記高い励起準が２５ｍＡ乃至５００ｍＡの範囲
である実施態様（６）に記載の方法。 （１０）前記第２のメッセージを表示する工程が前記液
晶表示装置上に「ねばねば状のブレード（Blade Gunke
d）」というメッセージを表示することを含む実施態様
（６）に記載の方法。
【００６４】（１１）さらに、前記ハンド・ピース／ブ
レードのシースにおいて発生する過剰の熱を計算する工
程を含む実施態様（６）に記載の方法。 （１２）前記過剰の熱が各インピーダンスの大きさの間
の差を計算することにより計算される実施態様（１１）
に記載の方法。 （１３）前記各インピーダンスの大きさの間の差が前記
第２のメッセージを表示する工程中に表示される実施態
様（１２）に記載の方法。 （１４）さらに、前記過剰の熱が前記ハンド・ピース／
ブレードが熱いことを示す場合に前記液晶表示装置上に
第３のメッセージを表示する工程と、前記超音波外科シ
ステムの活動を停止する工程の少なくとも一方を含む実
施態様（１１）に記載の方法。 （１５）前記第３のメッセージを表示する工程が前記液
晶表示装置上に「ホット・ハンド・ピース（Hot Hand P
iece）」というメッセージを表示することを含む実施態
様（１４）に記載の方法。
【００６５】（１６）前記駆動信号を供給する工程が所
定の振動数範囲に対して一定の超音波信号により前記ハ
ンド・ピースを励起することを含む請求項２に記載の方
法。 （１７）前記所定の振動数範囲が５０ｋＨｚ乃至６０ｋ
Ｈｚである実施態様（１６）に記載の方法。 （１８）前記インピーダンス・データを得る工程が、所
定の範囲にわたり少なくとも２個の励起準位に対応する
インピーダンス・データの大きさおよびインピーダンス
位相データを得る工程を含む請求項２に記載の方法。 （１９）前記所定の範囲が５ｍＡ乃至５０ｍＡである請
求項２に記載の方法。 （２０）前記比較工程が、最小インピーダンスの大き
さ、前記駆動電流と前記駆動電圧との間の最大位相、ブ
レード共振振動数の少なくとも１個を得られたデータの
非線形性および連続性の評価の少なくとも１個に対して
比較する工程を含む請求項２に記載の方法。
【００６６】（２１）さらに、比較的低い励起準位にお
けるインピーダンス・データ掃引が比較的高い励起準位
において得た最小インピーダンスの大きさよりも小さい
最小インピーダンスの大きさを示す場合に前記液晶表示
装置上に第１のメッセージを表示する工程と、比較的低
い励起準位におけるインピーダンス・データ掃引が不変
である最小インピーダンスの多きさおよび比較的高い励
起準位において得た最小インピーダンスの大きさよりも
高い最小インピーダンスのいずれか一方を示す場合に前
記液晶表示装置上に第２のメッセージを表示する工程を
含む実施態様（２０）に記載の方法。 （２２）前記第１のメッセージを表示する工程が前記液
晶表示装置上に「ひび割れ状のブレード（Blade Cracke
d）」というメッセージを表示することを含む実施態様
（２０）に記載の方法。 （２３）前記低い励起準位が５ｍＡ乃至２５ｍＡの範囲
である実施態様（２１）に記載の方法。 （２４）前記高い励起準位が２５ｍＡ乃至５００ｍＡの
範囲である実施態様（２１）に記載の方法。 （２５）前記第２のメッセージを表示する工程が前記液
晶表示装置上に「ねばねば状の物質の程度（Extent of
Gunk）」というメッセージを表示することを含む実施態
様（２１）に記載の方法。
【００６７】（２６）さらに、前記ハンド・ピース／ブ
レードのシースにおいて発生する過剰の熱を計算する工
程を含む実施態様（２１）に記載の方法。 （２７）前記過剰の熱が各インピーダンスの大きさの間
の差を計算することにより計算される実施態様（２６）
に記載の方法。 （２８）前記各インピーダンスの大きさの間の差が前記
第２のメッセージを表示する工程中に表示される実施態
様（２７）に記載の方法。 （２９）さらに、前記過剰の熱が前記ハンド・ピース／
ブレードが熱いことを示す場合に前記液晶表示装置上に
第３のメッセージを表示する工程と、前記超音波外科シ
ステムの活動を停止する工程の少なくとも一方を含む実
施態様（２６）に記載の方法。 （３０）前記第３のメッセージを表示する工程が前記液
晶表示装置上に「ホット・ハンド・ピース（Hot Hand P
iece）」というメッセージを表示することを含む実施態
様（２９）に記載の方法。
【００６８】（３１）前記ハンド・ピース／ブレードの
相対的な制振作用を測定する工程が、前記ハンド・ピー
ス／ブレードの特性の逐次時間的な測定を行なう工程を
含み、前記ハンド・ピース／ブレードの特性がインピー
ダンス、電圧、電流およびキャパシタンスの少なくとも
１個である請求項３に記載の方法。 （３２）前記逐次時間的な測定を行なう工程が、不所望
な共振により変造されていない特性を計測するために有
効な一定の振動数を決定する工程と、前記ハンド・ピー
ス／ブレードを共振状態で駆動して、その駆動信号を突
然に除去する工程と、一定時間にわたり少なくとも１回
前記特性を測定する工程を含む実施態様（３１）に記載
の方法。 （３３）前記一定時間が３００ミリ秒である実施態様
（３２）に記載の方法。 （３４）前記メッセージを表示する工程が前記液晶表示
装置上に「ねばねば状のハンド・ピース（Hand Piece G
unked）」というメッセージを表示すること、およびハ
ンド・ピース／ブレードの制振レベルを表示することを
含む請求項４に記載の方法。 （３５）前記所定レベルが約４５オームである請求項４
に記載の方法。
【００６９】（３６）前記測定値が使用者により初期化
される場合および前記ハンド・ピース／ブレードのイン
ピーダンスが明らかに低い時に自動的に得られる場合の
少なくとも一方において得られる請求項４に記載の方
法。 （３７）前記第１のメッセージが「ねばねば状のブレー
ド（Blade Gunked）」である請求項５に記載の方法。 （３８）前記第２のメッセージが「ブレードが良好であ
る（Blade is Good）」である請求項５に記載の方法。 （３９）前記第１の信号レベルが概ね２８２ｍＡのピー
ク値および２００ｍＡ・ＲＭＳの一方である請求項５に
記載の方法。 （４０）前記第２の信号レベルが概ね５６４ｍＡのピー
ク値および４２５ｍＡ・ＲＭＳの一方である請求項５に
記載の方法。
【００７０】
【発明の効果】従って、本発明によれば、手術室内での
使用中におけるブレードの状態（すなわち、ブレードが
ひび割れ状態である、ねばねば状態である、または良好
である等）を迅速、容易且つ正確に決定できる方法が提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一定の低い信号レベルまたは一定の高い信号レ
ベルにおいて駆動した場合のひび割れ状態、ねばねば状
態、または良好な状態である超音波ブレードの場合のイ
ンピーダンス対振動数のプロットを示している図であ
る。
【図２】一定の低い信号レベルまたは一定の高い信号レ
ベルにおいて駆動した場合のひび割れ状態、ねばねば状
態、または良好な状態である超音波ブレードの場合の位
相対振動数のプロットを示している図である。
【図３】一定の低い信号レベルまたは一定の高い信号レ
ベルにおいて駆動した場合のひび割れ状態または完全に
破損した状態である超音波ブレードの場合のインピーダ
ンス対振動数のプロットを示している図である。
【図４】本発明の方法を実施するための超音波外科切断
および止血システム用のコンソール、およびハンド・ピ
ースおよびフット・スイッチの斜視図である。
【図５】図４のシステムにおける超音波外科用メスのハ
ンド・ピースにおける概略的断面図である。
【図６】本発明の方法を実施するための超音波発生装置
を示しているブロック図である。
【図７】本発明の方法を実施するための超音波発生装置
を示しているブロック図である。
【図８】 本発明の方法の好ましい実施形態を示してい
るフロー・チャートである。
【図９】 本発明の方法の好ましい実施形態を示してい
るフロー・チャートである。
【図１０】本発明の別の実施形態を示しているフロー・
チャートである。
【図１１】本発明の別の実施形態を示しているフロー・
チャートである。
【図１２】本発明の別の実施形態を示しているフロー・
チャートである。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態を示しているフ
ロー・チャートである。
【図１４】本発明の別の実施形態を示しているフロー・
チャートである。
【符号の説明】
１０ コンソール ２０ ケーブル ３０ ハンド・ピース ３２ 外科メス用ブレード ４０ フット・スイッチ ５０ ケーブル
フロントページの続き (72)発明者 アラン・エル・フリードマン アメリカ合衆国、45237 オハイオ州、シ ンシナティ、ナンバー４、ベラ・アベニュ ー 2522 (72)発明者 ウィリアム・ティー・ドノフリオ アメリカ合衆国、45249 オハイオ州、シ ンシナティ、タナガーウッズ・ドライブ 8755 Ｆターム(参考） 4C060 FF40 JJ17 JJ25 5D107 AA15 BB07 CC01 CD03 FF03 FF08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波外科システム内における超音波的
    に同調されているねばねば状およびひび割れ状のブレー
    ドを検出するための方法において、 一定の駆動電流レベルおよび一定の駆動電圧レベルを有
    する駆動信号を超音波発生装置により超音波ハンド・ピ
    ース／ブレードに供給する工程と、 前記ハンド・ピースに対応するインピーダンス・データ
    を得る工程と、 前記インピーダンス・データを比較して当該インピーダ
    ンス・データが許容可能な制限値の中にあるか否かを決
    定する工程と、 前記インピーダンス・データが許容可能な制限値の中に
    ある場合に、前記発生装置の液晶表示装置上に一定のメ
    ッセージを表示する工程を含む方法。
  2. 【請求項２】 超音波外科システム内における超音波的
    に同調されているねばねば状およびひび割れ状のブレー
    ドを検出するための方法において、 新しいブレードおよび既知のブレードの一方に対応する
    インピーダンス・データを得る工程と、 一定の駆動電流レベルおよび一定の駆動電圧レベルを有
    する駆動信号を超音波発生装置により超音波ハンド・ピ
    ース／ブレードに供給する工程と、 前記ハンド・ピースに対応するインピーダンス・データ
    を得る工程と、 前記超音波ハンド・ピース／ブレードのインピーダンス
    ・データを前記新しいブレードおよび既知のブレードの
    一方のインピーダンス・データに対して比較して当該超
    音波ハンド・ピース／ブレードのインピーダンス・デー
    タが許容可能な制限値の中にあるか否かを決定する工程
    と、 前記インピーダンス・データが許容可能な制限値の中に
    ある場合に、前記発生装置の液晶表示装置上に一定のメ
    ッセージを表示する工程を含む方法。
  3. 【請求項３】 超音波システム内のハンド・ピース／ブ
    レードの制振レベルを決定するための方法において、 駆動信号をハンド・ピース／ブレードのトランスデュー
    サに供給する工程と、 前記駆動信号を短時間だけ停止する工程と、 前記ハンド・ピース／ブレードにおける圧電型の自己発
    生エネルギーを測定する工程と、 前記ハンド・ピース／ブレードの相対的な制振作用を測
    定する工程と、 ブレードの諸特性によりブレードの動作状態を決定する
    工程と、 変化を停止するために前記ブレードの諸特性に応じて必
    要とされる時間および当該ブレードの諸特性が変化する
    速度のいずれか一方により前記ハンド・ピース／ブレー
    ドの制振レベルを計算する工程を含む方法。
  4. 【請求項４】 超音波システム内のブレードの相対的な
    制振レベルを決定するための方法において、 超音波発生装置によりハンド・ピース／ブレードを駆動
    する工程と、 前記ハンド・ピース／ブレードの振動数ドメイン測定を
    行なって振動数ドメイン・データを得る工程と、 前記振動数データを所定のしきい値に対して比較する工
    程と、 前記振動数ドメイン・データが前記所定のレベルよりも
    低い場合に、前記発生装置の液晶表示装置上に一定のメ
    ッセージを表示する工程を含む方法。
  5. 【請求項５】 超音波システム内のハンド・ピース／ブ
    レードの相対的な制振レベルを決定するための方法にお
    いて、 超音波装置により第１の信号レベルにおいてハンド・ピ
    ース／ブレードを駆動する工程と、 一定の共振プラトー状態に到達するための前記ハンド・
    ピース／ブレードに要する第１の時間を決定する工程
    と、 前記ハンド・ピース／ブレードから前記駆動信号を除去
    する工程と、 前記超音波装置により第２の信号レベルにおいて前記ハ
    ンド・ピース／ブレードを駆動する工程と、 前記一定の共振プラトー状態に到達するための前記ハン
    ド・ピース／ブレードに要する第２の時間を決定する工
    程と、 前記第１の時間を前記第２の時間に対して比較する工程
    と、 前記第１の時間が前記第２の時間よりも実質的に長い場
    合に、発生装置の液晶表示装置上に第１のメッセージを
    表示する工程と、 前記第１の時間が前記第２の時間とほぼ等しい場合に、
    発生装置の液晶表示装置上に第２のメッセージを表示す
    る工程を含む方法。
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