JP2003010202A - 超音波ハンド・ピース／ブレードにおける横モード振動を検出するための方法 - Google Patents

超音波ハンド・ピース／ブレードにおける横モード振動を検出するための方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンド・ピース／ブレードにおける不所望な
振動の存在を決定するために超音波ハンド・ピース／ブ
レードにおける横モード振動を検出するための方法を提
供する。 【解決手段】 発生装置の駆動周波数に中心合わせした
トラッキング・フィルターを用いて当該超音波発生装置
の駆動周波数をモニターして、当該駆動周波数が所定の
レベルを超えている場合にその駆動信号を減衰する。上
記トラッキング・フィルターは広い通過帯域を有してい
る。あるいは、幾つかの領域に分割されている一定の通
過帯域を有するトラッキング・フィルターを用いて第２
の調波における共振等の別の縦方向の共振を回避する
か、あるいは、上記の処置を採らない場合にフィルター
のトラッキング精度により見落とす可能性のある別のス
ペクトルの特徴部分を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に超音波外科シ
ステムに関し、特に、超音波ハンド・ピース／ブレード
における横振動を検出するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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二重の機能を実
行するための外科器具として電気メスおよびレーザーが
使用できることが知られている。しかしながら、これら
の器具は凝固を行なうために極めて高い温度を使用して
おり、蒸発および発煙ならびにはねかえりを生じて、手
術室の人員に対する感染性の病気の広がりの危険性を高
める。加えて、このような器具の使用は熱的な組織損傷
の比較的に広い領域を生じる場合が多い。
【０００３】超音波駆動機構により高速度で振動してい
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器具に付随する問題の
一つは未調整または制振されていない振動および熱、な
らびに、これらによる材料疲労である。そこで、手術室
環境内において、ブレードを冷却するための熱交換装置
を伴う冷却システムの使用によりこの加熱の問題を制御
する試みがなされてきた。既知のシステムの一例におい
て、例えば、超音波切断および組織破断システム等は切
断部位の灌注および吸引のための循環水ジャケットおよ
び手段を増加した冷却システムを必要としている。ま
た、別の既知のシステムは切断ブレードに低温流体の供
給を必要としている。
【０００４】トランスデユーサ内において発生する熱を
制限するための手段として当該トランスデユーサに供給
される電流を制限することが知られている。しかしなが
ら、このような手段は患者の最も効果的な治療が必要と
される時にブレードに対して不十分な出力が生じる可能
性がある。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、ブレードに供給され
る駆動エネルギーを制御することにより、冷却剤を使用
せずに超音波外科切断および止血システムにおける熱を
制御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は、一定の電圧、電流および、例え
ば、５５，５００サイクル／秒の周波数の電気的な信号
を生成する超音波発生装置が備えられている。この発生
装置は超音波トランスデユーサを形成している圧電セラ
ミック素子を収容しているハンド・ピースにケーブルを
介して接続されている。このハンド・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されている
フット・スイッチに応答して、発生装置の信号がトラン
スデユーサに供給され、このトランスデユーサがその各
素子の長手方向に沿う振動を生じる。さらに、一定の構
造体がこのトランスデユ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外科装置の信号のトラ
ンスデユーサへの供給時に振動して、超音波周波数にお
いて振動する。上記の構造体は所定の周波数で共振する
ように設計されており、これによりトランスデユーサに
より開始される動作が増幅される。
【０００５】上記トランスデユーサに供給される信号は
ブレードの負荷条件（組織に対する接触または後退）の
連続的または周期的な感知に応じてトランスデユーサに
対して要求に応じて出力を供給するように調整されてい
る。この結果、この装置は、外科用メスの組織に対する
接触の有無に応じて、アイドリング状態である低出力か
ら、自動的に切断する状態である一定の選択可能な高出
力に移行して動作する。第３に、ブレードが組織に対し
て接触していない時にアイドリング状態の出力レベルへ
の自動的な復帰を伴って高出力凝固モードが手動により
選択できる。この超音波出力はブレードに対して連続的
に供給されないので、周囲の熱の発生が少ないが、必要
な時に切開および焼灼のために組織に対して十分なエネ
ルギーを与えることができる。
【０００６】上記Thomas特許における制御システムはア
ナログ型である。位相ロック・ループ（電圧制御発信
器、周波数分割機、出力スイッチ、整合ネットワークお
よび位相検出器を備えている）がハンド・ピースに供給
される周波数を安定化する。さらに、ブレードにおける
負荷によりハンド・ピースに供給される周波数、電流お
よび電圧が変化するので、マイクロプロセッサがこれら
のパラメータをサンプリングすることにより出力量を制
御する。
【０００７】Thomas特許において記載されているよう
な、一般的な超音波外科システム内の発生装置における
電力対負荷曲線は２個の部分を有している。第１の部分
は負荷の増加時における増加している出力の正の勾配を
有しており、この状態は定常的な電流供給を示してい
る。第２の部分は負荷の増加時に減少している出力の負
の勾配を有しており、この状態は定常的なまたは飽和状
態の出力電圧を示している。上記第１の部分における調
整された電流は各電子部品の設計により固定され、第２
の部分における電圧はこの設計の最大出力電圧により制
限される。この構成はこのような装置における出力の電
力対負荷特性がハンド・ピースのトランスデユーサおよ
び超音波ブレードの多様な種類に対して最適化できない
ために柔軟性を欠いている。このような外科器具におけ
る従来的なアナログ型の超音波出力システムの特性は動
作温度の変化による発生装置内の各電子部品における部
品の許容度およびそれらの変化性の影響を受ける。特
に、温度変化は周波数ロック範囲、駆動信号レベル、お
よびその他のシステム性能測定値等の重要なシステム・
パラメータにおける広範囲な変化を生じる可能性があ
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、開始時において、ハンド・ピースのトラン
スデユーサに供給される信号の周波数を一定の範囲にわ
たり掃引してその共振周波数を位置決めする。この共振
周波数が見つかると、上記発生装置の位相ロック・ルー
プがその共振周波数にロックし、電圧位相角度に対する
トランスデユーサの電流を継続してモニターして、トラ
ンスデユーサをその共振周波数において駆動することに
より共振状態に維持する。このようなシステムにおける
重要な機能は共振周波数を変化する負荷および温度の変
化においてトランスデユーサを共振状態に維持すること
である。しかしながら、上記のような従来的な超音波駆
動システムは適応性のある周波数制御に関してほとん
ど、または全く柔軟性がない。このような柔軟性は不所
望な共振を識別するための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、
すなわち、各周波数の増減による共振に対して探索でき
るだけであり、これらの探索パタンは固定されている。
このようなシステムは（ｉ）どの共振を飛び越えて、ど
の共振にロックするか等の、目的以外の共振を飛び越え
ること、または発見的な決定を行なうことができず、
（ｉｉ）適当な周波数ロックが達成されている時のみに
出力を確実に供給することができない。
【０００９】また、上記従来技術の超音波発生装置のシ
ステムは当該システムに適応性のある制御アルゴリズム
を使用可能にして決定を実行可能にする振幅制御に関し
てほとんど柔軟性がない。例えば、これらの固定された
システムはブレードにおける負荷および／または電圧位
相角度に対する電流に基づく電流または周波数等の出力
駆動に関して発見的な決定を行なう能力に欠けている。
また、このことはトランスデユーサの使用寿命を増加し
てブレードに対応する安全な動作条件を確立することの
できる一貫した効率的な性能のための最適なトランスデ
ユーサの駆動信号を設定するシステム能力も制限する。
さらに、このような振幅に関する制御および周波数制御
の欠如はトランスデユーサ／ブレード・システムについ
ての診断試験を行なうため、および一般に故障探求（ト
ラブルシューティング）を支援するためのシステム能力
を低下させる。
【００１０】過去において行なわれていた一部の制限さ
れた診断試験はトランスデユーサに信号を送り、ブレー
ドを動作させてシステムを共振状態またはその他の振動
モードにする処理を含む。その後、システムがこれらの
モードの一つになった時にトランスデユーサに供給され
る電気的な信号を測定することによりブレードの応答が
決定される。本明細書に参考文献として含まれる２００
０年１０月２０日に出願されている米国特許出願第０９
／６９３，６２１号において記載されている超音波シス
テムは出力駆動周波数を掃引する能力、超音波トランス
デユーサおよびブレードの周波数応答をモニターする能
力、この応答から各パラメータを抽出する能力、および
システム診断のためにこれらのパラメータを使用する能
力を備えている。この周波数掃引および応答測定モード
は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出力駆動周波数を段階
付けできるようにデジタル・コードを介して達成され
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
テムに付随する別の問題はハンド・ピース／ブレード内
の不所望な振動である。超音波ブレードはハンド・ピー
ス／ブレードの振動の長手軸に対して垂直な軸に沿って
も振動する。このような振動は横モード振動と呼ばれ
る。長手方向（または縦方向）の振動をＸ，Ｙ，Ｚの座
標軸におけるＺ方向であると考えると、ブレードのＹ軸
に沿う振動が横方向の「フラップ・モード（flap mod
e）」の振動と呼ばれ、ブレードのＸ軸に沿う振動が横
方向の「フック・モード（hook mode）」の振動と呼ば
れる。一般的に、ブレードはこれらのブレード部分を囲
むシース部分を有している。それゆえ、過度の横モード
の振動は熱を発生し、この熱により高いブレード・シー
スの温度が生じる。このような過度の熱はブレードも加
熱して、凝固の狭い領域を囲む組織に対して損傷を与え
る可能性があり、この損傷は患者の治癒および回復の時
間に悪影響を及ぼす可能性がある。加えて、横モードの
振動はブレード先端部の不良化を生じることも有り得
る。さらに、これらの振動は損傷したトランスデユーサ
・ディスク等のハンド・ピースにおける欠陥部分の指示
手段にもなり得る。過度の横モードの振動は聴取可能な
場合が多いが、超音波発生装置がハンド・ピース／ブレ
ードを駆動不能になるまで使用者がこれらを無視する場
合がかなり多い。それゆえ、過度に加熱されたブレード
により生じ得る組織損傷等の不所望な作用を防ぐために
横モードの振動を検出することが有利である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は超音波ハンド・
ピース／ブレードにおける横モード振動を検出するため
の方法である。発生装置の駆動周波数の中心に設定され
ているトラッキング・フィルターを用いて超音波発生装
置の駆動周波数をモニターして、駆動信号が所定レベル
を超える場合にその信号を減衰する。このトラッキング
・フィルターは広い通過帯域を有している。あるいは、
幾つかの領域に分割される一定の通過帯域を有するトラ
ッキング・フィルターを用いて別の調波における共振等
の別の縦方向の共振を回避する、あるいは、このような
処置を採らない場合にフィルターのトラッキング精度に
より見落とす可能性のある別のスペクトルの特徴部分を
回避する。本発明の実施形態において、上記トラッキン
グ・フィルターはノッチ・フィルター（notch filter）
またはノッチ・フィルターおよび帯域通過フィルターの
組み合わせ体により実施されている。好ましい実施形態
において、これらのノッチ・フィルターまたは帯域通過
フィルターはスイッチ式容量型フィルター等のアナログ
適応型フィルター、または有限インパルス応答（ＦＩ
Ｒ）フィルターまたは無限インパルス（ＩＩＲ）フィル
ター等のデジタル型フィルターのいずれかである。
【００１３】本発明によれば、出力が任意のブレードに
対応する所定の閾値を超えているか否かを決定するため
に、電流センス回路または電圧センス回路の中に配置さ
れているフィルターにおけるｒｍｓ値等の出力レベルを
モニターする。好ましい実施形態において、フィルター
が上記電圧センス回路の中に配置されている。このノッ
チ・フィルターのｒｍｓ値が所定のレベルを超えていれ
ば、そのハンド・ピース／ブレードは横モード振動を含
んでいる。あるいは、ブレードが横方向の挙動を示す寸
前であるか否か、または何らかの横方向の挙動がブレー
ドを使用に適さなくしているか否かを示すために、上記
ｒｍｓ値の負荷についての変化速度が用いられる。
【００１４】本発明の実施形態において、ブレードが頻
発外の横モードを含むか否かを決定するために多数のノ
ッチ・フィルターの互いに対する比率が用いられる。あ
るいは、ノッチ・フィルターの出力レベルの入力駆動信
号レベルに対する比率がハンド・ピース／ブレードの中
に存在している横モードの挙動の有無を示すために用い
られる。
【００１５】本発明の別の実施形態において、上記所定
の閾値レベルがハンド・ピースを超音波発生装置に接続
しているコネクタの中に保管されているブレードＩＤコ
ードに基づいて設定される。
【００１６】上記方法は超音波ハンド・ピース／ブレー
ドにおける共振外の横モード振動の自動検出を行なう。
さらに、この方法は不良のハンド・ピースおよび／また
はブレードの容易な確認を可能にする。この結果、凝固
の狭い領域を囲む組織に対する損傷の減少により患者の
安全性および回復時間が改善される。加えて、上記方法
は横モードの検出のための周波数掃引を行なうために発
生装置のソフトウェア／ハードウェアにＦＦＴアナライ
ザーを加えることに伴う費用を回避する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明による方法を実施す
るためのシステムの概略図である。ケーブル２０内の第
１の組のワイヤにより、電気的なエネルギー、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がブレード３２等の
外科装置を長手方向または縦方向に移動する。このブレ
ードは組織の同時的な切開および焼灼のために使用でき
る。ハンド・ピース３０への超音波電流の供給は当該ハ
ンド・ピース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
を介してコンソール１０内の発生装置に接続されてい
る。さらに、この発生装置は別のケーブル５０によりコ
ンソール１０に接続されているフット・スイッチ４０に
より制御することもできる。従って、外科医は自分の指
によりハンド・ピース上のスイッチ３４を動作するか、
自分の足によりフット・スイッチ４０を動作することに
より、超音波電気信号をハンド・ピースに供給して、一
定の超音波周波数においてブレードを縦方向に振動させ
ることができる。
【００１８】発生装置コンソール１０は液晶表示装置１
２を備えており、この表示装置１２は最大の切断出力に
おける割合または切断出力に付随する数値的な出力レベ
ル等の種々の手段において選択された切断出力レベルを
指示するために使用できる。さらに、この液晶表示装置
１２は上記システムにおける別のパラメータを表示する
ためにも使用できる。さらに、パワー・スイッチ１１が
装置を始動するために使用されている。出力供給時に、
「待機（standby）」ライト１３が点灯する。待機モー
ドにするために、このボタン１３を押す。動作の準備が
完了すると、「準備完了（ready）」指示器１４が点灯
して、待機ライトが消える。さらに、装置が最大出力を
供給する場合に、ＭＡＸボタン１５が押される。また、
比較的に少ない出力が望まれる場合には、ＭＩＮボタン
１７が活性化される。この処理によりＭＡＸボタンは自
動的に不活性化される。さらに、ＭＩＮボタンの活性時
における出力レベルがボタン１６により設定される。
【００１９】上記スイッチ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・ピースに出力を供給
する場合に、上記の組立体は外科用メスまたはブレード
を約５５．５キロヘルツ（ｋＨｚ）において縦方向また
は長手方向に振動させ、この縦方向の移動量は使用者に
より調節可能に選択される様式で供給される駆動出力
（電流）の量に比例して変更できる。比較的に高い切断
出力が供給される場合には、ブレードはその超音波振動
速度において約４０ミクロン乃至１００ミクロンの範囲
内で縦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はブレードが組織に対して接触
する時に熱を発生する。すなわち、ブレードの組織内に
おける加速により、ブレードを移動している機械的なエ
ネルギーが極めて狭い局在化した領域内において熱的な
エネルギー変わる。さらに、この局在化した熱により凝
固の狭い領域が形成され、この凝固領域が１ミリ以下の
直径の小血管における出血を減少または消去する。この
場合のブレードの切断効率ならびに止血の程度は供給さ
れる駆動出力のレベル、外科医の切断速度、組織の種類
による性質および組織の血管分布により変化する。
【００２０】図２においてさらに詳細に示されているよ
うに、超音波ハンド・ピース３０は電気的なエネルギー
を機械的なエネルギーに変換してトランスデユーサの両
端部における縦方向の振動を生じる圧電変換器またはト
ランスデユーサ３６を収容している。このトランスデユ
ーサ３６はセラミック圧電素子の積層体またはスタック
の形態であり、このスタックに沿う特定の点に配置され
ている動作ゼロ点を有している。このトランスデユーサ
・スタックは２個の円筒体３１および円筒体３３の間に
取り付けられている。さらに、円筒体３５が円筒体３３
に取り付けられていて、この円筒体３５が別の動作ゼロ
点３７におけるハウジングに取り付けられている。ま
た、ホーン３８がその一端側において上記ゼロ点に、お
よび他端側においてカップラー３９に取り付けられてい
る。さらに、このカップラー３９にブレード３２が固定
されている。この結果、ブレード３２はトランスデユー
サ３６と共に超音波周波数で縦方向に沿って振動する。
このトランスデユーサの両端部は、当該トランスデユー
サがその共振周波数において約３８０ｍＡ・ＲＭＳの電
流により駆動される時に、不動作の節部を構成している
上記スタックにおける部分を伴って最大動作を達成す
る。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、システムがハンド・ピースを
使用できるように当該ハンド・ピースにおける不揮発性
記憶装置の中に記憶されている弁である。
【００２１】上記ハンド・ピースの各部分はこれらの組
み合わせ体が同一の共振周波数において発振するように
設計されている。特に、各構成要素は当該各要素の最終
的な長さが１／２波長であるように調整されている。縦
方向に沿う前後動作は直径が音響学的な取り付け式のホ
ーン３８のブレード３２に近づくにつれて減少している
場合に増幅される。従って、ホーン３８ならびにブレー
ド／カップラーはブレードの動作を増幅してその音響シ
ステムの残部に対して共鳴している調和振動を行なうよ
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な取り付け式
のホーン３８の端部における最大の前後動作が生じる。
この結果、上記トランスデユーサ・スタックにおける動
作はホーン３８により約２０ミクロン乃至２５ミクロン
の動作に増幅される。さらに、上記カップラー３９にお
ける動作はブレード３２により約４０ミクロン乃至１０
０ミクロンの動作に増幅される。
【００２２】上記ハンド・ピース内のトランスデユーサ
を駆動するための超音波の電気的信号を生じるシステム
が図３および図４において示されている。この駆動シス
テムは柔軟であり、所望の周波数および出力レベルの設
定において駆動信号を生じることができる。このシステ
ムにおけるＤＳＰ６０またはマイクロプロセッサは適当
な出力パラメータおよび振動周波数をモニターするた
め、ならびに、切断モードまたは凝固モードのいずれか
において供給される適当な出力レベルを生じるために用
いられる。また、このＤＳＰ６０またはマイクロプロセ
ッサはハンド・ピース／ブレード等のシステムにおける
各構成部品についての診断試験を行なうために使用され
るコンピュータ・プログラムを記憶している。
【００２３】例えば、上記ＤＳＰまたはマイクロプロセ
ッサ６０において記憶されている、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、始動中の周波数
が、例えば、５０ｋＨｚ等の特定の値に設定できる。次
に、共振に対する接近を示すインピーダンスにおける一
定の変化が検出されるまで特定速度での掃引処理が行な
われる。その後、例えば、５５ｋＨｚ等の共振周波数を
システムがオーバーシュートしないようにこの掃引速度
を減少できる。この掃引速度は、例えば、５０サイクル
等の増加分における周波数変化を有することにより達成
できる。また、さらに遅い速度が望まれる場合は、上記
プログラムはこの増加分を、例えば、２５サイクルに減
少することができ、これらは共に測定したトランスデユ
ーサ・インピーダンスの大きさおよび位相に適応するよ
うに決定できる。もちろん、さらに速い速度も上記増加
分の大きさを増すことにより達成できる。さらに、上記
掃引速度は上記周波数の増加分を更新する速度を変化す
ることにより変えることができる。
【００２４】さらに、例えば、５１ｋＨｚ等における不
所望な共振モードが分かっている場合には、上記プログ
ラムは、例えば、６０ｋＨｚから低周波数側に周波数掃
引して共振を検出できる。また、上記システムは５０ｋ
Ｈｚから掃引して不所望な共振の位置が決定している５
１ｋＨｚを飛び越えることも可能である。いずれの場合
においても、上記システムは高度な柔軟性を有する。
【００２５】操作において、使用者は外科器具に対して
使用するべき特定の出力レベルを設定する。この操作は
上記コンソールのフロント・パネルにおける出力レベル
選択スイッチ１６により行なわれる。このスイッチはＤ
ＳＰ６０に供給される信号１５０を発生する。その後、
ＤＳＰ６０は電線１５２（図４）を介して信号をコンソ
ール・フロント・パネルの表示装置１２に送ることによ
りその選択された出力レベルを表示する。
【００２６】外科ブレードを実際に振動させるために
は、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を活性化する。この活性化により、信
号が図３における電線１５４上に送られる。この信号は
プッシュ−プル増幅器７８からトランスデユーサ３６に
供給される出力を生じるために有効に作用する。上記Ｄ
ＳＰまたはマイクロプロセッサ６０がハンド・ピース・
トランスデユーサの共振周波数のロック・オンを既に実
行していて、出力がハンド・ピース・トランスデユーサ
に有効に供給されている場合に、一定の音響駆動信号が
電線１５６上に送られる。この処理により音を出すため
のシステム内における音響的指示が行なわれ、この指示
により使用者に対して出力がハンド・ピースに供給され
ていること、および外科用メスが活性化していて動作状
態にあることが通知される。
【００２７】さらに、インピーダンス測定値および位相
測定値を得るために、上記ＤＳＰ６０および図３および
図４におけるその他の回路要素が用いられる。特に、プ
ッシュ−プル増幅器７８は出力変圧器８６に対して超音
波信号を供給し、この変圧器８６はさらにケーブル２６
内の電線８５を介してこの信号をハンド・ピース内の圧
電トランスデユーサ３６に供給する。この電線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。さらに、これら電流および
電圧の各センス信号は平均電流回路１２０および平均電
圧回路１２２にそれぞれ送られ、これらの回路はこれら
の信号の平均値をそれぞれ取り出す。この平均の電圧は
アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２６によりＤＳ
Ｐ６０に入力されるデジタル・コードに変換される。同
様に、平均の電流信号がアナログ−デジタル変換器（Ａ
ＤＣ）１２４によりＤＳＰ６０に入力されるデジタル・
コードに変換される。さらに、ＤＳＰ６０において、電
圧対電流の比率値が進行中の基準に基づいて計算され
て、周波数の変化時における現在のインピーダンス値が
得られる。この場合に、共振に接近するとインピーダン
スにおける有意差のある変化が生じる。
【００２８】上記電流センス回路８８および電圧センス
回路９２からの各信号は各零交叉検出器１００，１０２
に対しても供給される。これらの検出器は各信号が零を
交叉する場合にいつでもパルスを発生する。検出器１０
０からのパルスは位相検出論理回路１０４に供給され、
この論理回路１０４は上記信号により開始するカウンタ
ーを備えている。同様に、検出器１０２からのパルスが
論理回路１０４に供給されて、上記カウンターを停止す
るために使用できる。この結果、このカウンターにより
得られたカウント値が電線１０４上のデジタル・コード
になり、このコードが上記電流と電圧との間の差を示
す。さらに、この位相差の大きさは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
使用することができ、この位相ロック・ループは、例え
ば、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１２８に対して一定の周波数信号を
発生するためにＤＳＰ６０における一定の位相設定点に
対して上記位相差を比較することにより、発生装置の周
波数を共振に対してロック・オンする。
【００２９】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の有無を検出するための動作の診
断段階において上述したように使用できる。この場合
に、上記ＤＳＰ６０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・ピースを特定の各周波数
において駆動して、そのインピーダンスおよび位相を測
定することによりブレードが固定されているか否かを決
定する。
【００３０】図５は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３および図４において
示されているＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０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４００において示されているように、ハンド
・ピース／ブレードを励起するために超音波発生装置を
使用することにより実施される。好ましい実施形態にお
いて、この駆動信号は２００ミリアンペア（ｍａ）乃至
４００ミリアンペア（ｍａ）の電流範囲および５５．５
ｋＨｚの周波数を有する超音波信号である。
【００３１】次に、工程４１０において示されているよ
うに、有意差のある量の周波数ずれしている横モード振
動が生じたか否かを検出するために電流センス回路８８
または電圧センス回路９２（図４参照）において配置さ
れているフィルターにより、上記駆動信号の負荷および
温度の結果としての経時的な変化をモニター、すなわ
ち、追跡またはトラッキングする。好ましい実施形態に
おいて、上記フィルターは電圧センス回路９２の中に配
置されている。次に、工程４２０において示されている
ように、上記フィルターの出力信号を測定する。さら
に、工程４３０において示されているように、測定した
出力信号のレベルを所定の閾値に対して比較する。本発
明の実施形態において、上記フィルターはノッチ・フィ
ルターまたはノッチ・フィルターと帯域通過フィルター
との組み合わせ体である。さらに、好ましい実施形態に
おいて、これらのノッチ・フィルターおよび帯域通過フ
ィルターはスイッチ式容量型フィルター等のアナログ適
応型フィルター、または有限インパルス応答（ＦＩＲ）
フィルターまたは無限インパルス（ＩＩＲ）フィルター
等のデジタル適応型フィルターのいずれかである。上記
出力信号のレベルが所定のレベルを超えている場合に、
ハンド・ピース／ブレードが周波数ずれしている共振モ
ードを含んでいることになり、工程４３５において示さ
れているように、「ブレードが横モードを有している
（Blade Has Transverse Mode）」というメッセージが
超音波発生装置に配置されているＬＣＤ（液晶表示装
置）上に表示される。
【００３２】別の実施形態において、上記ノッチ・フィ
ルターおよび帯域通過フィルターの組み合わせ体からの
出力信号のｒｍｓレベルの比率値が測定される。この測
定されたｒｍｓ信号比率値は所定の閾値に対して比較さ
れる。好ましい実施形態において、この所定の閾値は約
−２０ｄｂである。
【００３３】図６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。図３および図４において示さ
れているＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０に記憶さ
れているプログラムの制御下において、超音波発生装置
は、工程５００において示されているように、ハンド・
ピース／ブレードを励起するために用いられる。好まし
い実施形態において、この駆動信号は２００ｍａ乃至４
００ｍａの電流範囲、および５５．５ｋＨｚの周波数を
有する超音波信号である。
【００３４】次に、工程５１０において示されているよ
うに、上記フィルターからの出力信号のｒｍｓ値の負荷
に対する変化率を継続的にモニターする。このフィルタ
ーからの出力信号のｒｍｓ値のレベルにおける変化はブ
レードが横方向の挙動を示す直前にあるか否か、または
何らかの横方向の挙動がブレードを不適当な使用状態に
しているか否かを示すために用いられる。あるいは、上
記フィルター出力のｒｍｓ値のレベルにおける負荷に対
する変化は始動時（すなわち、ブレードが活性される時
間ごと）に検出される。本発明の実施形態において、上
記フィルターはノッチ・フィルターまたはノッチ・フィ
ルターと帯域通過フィルターとの組み合わせ体である。
さらに、好ましい実施形態において、これらのノッチ・
フィルターおよび帯域通過フィルターはスイッチ式容量
型フィルター等のアナログ適応型フィルター、または有
限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルターまたは無限イン
パルス（ＩＩＲ）フィルター等のデジタル適応型フィル
ターのいずれかである。
【００３５】次に、工程５２０において示されているよ
うに、上記測定したｒｍｓ値の負荷に対する変化率を所
定の値に対して比較する。この増加している負荷に対応
する変化率が所定の値よりも高い場合には、ハンド・ピ
ース／ブレードが横方向の挙動を示す直前であるか、ブ
レードを不適当な使用状態にしている横モードの振動が
含まれていることになり、工程５３０において示されて
いるように、「ブレードが横モードを有している（Blad
e Has Transverse Mode）」というメッセージがＬＣＤ
（液晶表示装置）上に表示される。本発明の実施形態に
おいて、上記ノッチ・フィルターおよび帯域通過フィル
ターの組み合わせ体に対応する所定値はゼロよりも大き
い。
【００３６】本発明の実施形態において、ブレードが周
波数ずれしている横モードを含むか否かを決定するため
に多数個の帯域通過フィルターの互いに対する比率値が
用いられる。あるいは、横モードの挙動が存在している
か否かを示すために入力駆動信号レベルに対する帯域通
過フィルターの出力レベルの比率値が用いられる。
【００３７】また、別の実施形態において、上記フィル
ターの出力をモニターするために２個以上のノッチ・フ
ィルターが用いられている。この場合に、これら多数個
のフィルターの出力ｒｍｓレベルが測定されて所定のレ
ベルに対して比較される。このｒｍｓレベルが所定のレ
ベルを超える場合には、横モードの挙動が存在している
ことになる。
【００３８】本発明のさらに別の実施形態において、上
記所定の閾値レベルがハンド・ピースを超音波発生装置
に接続しているコネクターに記憶されているブレードＩ
Ｄコードに基づいて設定される。
【００３９】上記の方法により、超音波ハンド・ピース
／ブレードの振動における横モードの振動の自動検出が
行なえる。また、不良のハンド・ピースおよび／または
ブレードの容易な確認も行なえる。この方法は凝固の狭
い領域を囲む組織に対する損傷の減少による患者の安全
性および患者の治癒時間の改善を提供する。
【００４０】以上において本発明を詳細に説明し図示し
たが、これらの説明および図示は例示を目的としてい
て、本発明の制限を目的としていないことが明らかに理
解されると考える。なお、本発明の範囲および趣旨は本
明細書に記載する特許請求の範囲およびその実施態様の
みにより制限されるべきである。
【００４１】本発明の実施態様は以下の通りである。 （１）前記モニター工程が、有意差のある量の周波数ず
れしている横モードの振動が生じていたか否かを決定す
るために前記駆動信号をトラッキングする工程を含む請
求項１に記載の方法。 （２）前記トラッキング工程がノッチ・フィルターおよ
び帯域通過フィルターの少なくとも一方を用いて行なわ
れる実施態様（１）に記載の方法。 （３）前記ノッチ・フィルターおよび帯域通過フィルタ
ーがアナログ型フィルターおよびデジタル型フィルター
のいずれかである実施態様（２）に記載の方法。 （４）前記アナログ型フィルターがスイッチ式容量型フ
ィルターであり、前記デジタル型フィルターが有限イン
パルス応答フィルターまたは無限インパルス・フィルタ
ーのいずれかである実施態様（３）に記載の方法。 （５）前記トラッキングがノッチ・フィルターおよび帯
域通過フィルターの少なくとも一方を用いて行なわれる
請求項１に記載の方法。
【００４２】（６）前記ノッチ・フィルターおよび帯域
通過フィルターがアナログ型フィルターおよびデジタル
型フィルターのいずれかである実施態様（５）に記載の
方法。 （７）前記アナログ型フィルターがスイッチ式容量型フ
ィルターであり、前記デジタル型フィルターが有限イン
パルス応答フィルターまたは無限インパルス・フィルタ
ーのいずれかである実施態様（６）に記載の方法。 （８）前記所定のレベルがゼロよりも大きい請求項１に
記載の方法。 （９）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「ブレードが横モードを有している」というメ
ッセージを表示する工程を含む請求項１に記載の方法。 （１０）前記駆動信号が約５５．５キロヘルツ（ｋＨ
ｚ）の周波数において供給され、電流が約２００ミリア
ンペア（ｍａ）乃至４００ミリアンペア（ｍａ）の範囲
内で供給される請求項１に記載の方法。
【００４３】（１１）前記モニター工程が、有意差のあ
る量の周波数ずれしている横モードの振動が生じていた
か否かを決定するために前記駆動信号をトラッキングす
る工程を含む請求項２に記載の方法。 （１２）前記トラッキング工程がノッチ・フィルターお
よび帯域通過フィルターの少なくとも一方を用いて行な
われる実施態様（１１）に記載の方法。 （１３）前記ノッチ・フィルターおよび帯域通過フィル
ターがアナログ型フィルターおよびデジタル型フィルタ
ーのいずれかである実施態様（１２）に記載の方法。 （１４）前記アナログ型フィルターがスイッチ式容量型
フィルターであり、前記デジタル型フィルターが有限イ
ンパルス応答フィルターまたは無限インパルス・フィル
ターのいずれかである実施態様（１１）に記載の方法。 （１５）前記トラッキング工程がノッチ・フィルターお
よび帯域通過フィルターの少なくとも一方を用いて行な
われる請求項２に記載の方法。
【００４４】（１６）前記ノッチ・フィルターおよび帯
域通過フィルターがアナログ型フィルターおよびデジタ
ル型フィルターのいずれかである実施態様（１５）に記
載の方法。 （１７）前記アナログ型フィルターがスイッチ式容量型
フィルターであり、前記デジタル型フィルターが有限イ
ンパルス応答フィルターまたは無限インパルス・フィル
ターのいずれかである実施態様（１６）に記載の方法。 （１８）前記所定のレベルがゼロよりも大きい請求項２
に記載の方法。 （１９）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「ブレードが横モードを有している」という
メッセージを表示する工程を含む請求項２に記載の方
法。 （２０）前記駆動信号が約５５．５キロヘルツ（ｋＨ
ｚ）の周波数において供給され、電流が約２００ミリア
ンペア（ｍａ）乃至４００ミリアンペア（ｍａ）の範囲
内で供給される請求項２に記載の方法。
【００４５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、従来に比して
優れた超音波ハンド・ピース／ブレードにおける横モー
ド振動を検出するための方法が提供できる。本発明の上
記およびそれ以外の利点および特徴が以下の添付図面に
基づいて記載されている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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施している超音波外科切断止
血システム用のコンソール、ならびに、ハンド・ピース
およびフット・スイッチの概略図である。
【図２】図１のシステムにおける超音波メス用ハンド・
ピースの断面の概略図である。
【図３】本発明の方法を実施するための超音波発生装置
を示している概略図である。
【図４】本発明の方法を実施するための超音波発生装置
を示している概略図である。
【図５】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６】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 ブレード ３４ スイッチ ４０ フット・スイッチ ５０ 別のケーブル ４００ ハンド・ピース／ブレードの励起工程 ４１０ 信号モニター工程 ４２０ 信号レベル測定工程 ４３０ 信号レベル閾値超過決定工程 ４３５ メッセージ表示工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・アール・ジョーダノ アメリカ合衆国、45040 オハイオ州、ミ ルフォード、チェストナットビュー・レー ン 5647 (72)発明者 フォスター・ビー・ステューレン アメリカ合衆国、45040 オハイオ州、メ イソン、ブリッジウォーター 6254 Ｆターム(参考） 4C060 KK03 KK14 KK23 KK26 MM24

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波ハンド・ピース／ブレードにおけ
    る横振動を検出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／ブレードに駆動
    信号を供給する工程と、 前記駆動信号の経時的な変化をモニターする工程と、 フィルターからの出力信号のレベルを測定する工程と、 前記出力信号を所定のレベルに対して比較する工程と、 前記所定信号が前記所定のレベルを超えている場合に、
    前記発生装置における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】 超音波ハンド・ピース／ブレードにおけ
    る横振動を検出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／ブレードに駆動
    信号を供給する工程と、 フィルターからの出力信号におけるｒｍｓ値の負荷につ
    いての変化をモニターする工程と、 前記フィルターからの出力信号におけるｒｍｓ値の負荷
    についての変化を所定のレベルに対して比較する工程
    と、 前記ｒｍｓ値が前記所定のレベルを超えている場合に、
    一定のメッセージを表示装置上に表示する工程を含む方
    法。
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