JP2003153919A

JP2003153919A - 超音波ハンド・ピースにおける横振動を検出するための方法

Info

Publication number: JP2003153919A
Application number: JP2001360101A
Authority: JP
Inventors: Eitan T Wiener; エイタン・ティー・ウィーナー; William T Donofrio; ウィリアム・ティー・ドノフリオ; Allan L Friedman; アラン・エル・フリードマン
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-05-27
Anticipated expiration: 2021-10-22
Also published as: JP4156231B2

Abstract

(57)【要約】【課題】過熱したブレードにより生じる組織の損傷の
ような不所望の効果の発生を防止できる、超音波ハンド
・ピースにおける横振動を検出するための方法を提供す
る。【解決手段】ハンド・ピース／ブレードに供給される
出力をモニターして、これに供給される出力レベルが変
化するときに予想通り増加するかを決定することにより
行う。ブレードが中空に保持されている間、ハンド・ピ
ース／ブレードに供給される出力またはインピーダンス
を第１の出力レベルで測定する。第１の出力レベルで得
られた測定値を用いて第２の出力レベルにおいて予想さ
れる出力を計算し、実際に測定値に対して合格／不合格
の閾値レベルを設定する。ハンド・ピース／ブレードに
供給された実際の出力および／またはインピーダンスを
レベル５の出力環境で測定し、横モード動作を示すかを
実際の測定値が合格／不合格閾値を越えているかに基づ
いて決定する。越えていれば、発生装置の動作を停止
し、エラー・コードを発生装置に記憶し、発生装置の液
晶ディスプレイにメッセージを表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

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６０／２４２，２５１
号に関連し、これに基づく優先権を主張する。

【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
における横モード振動を検出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の出力におけ
る出力対負荷の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され、電圧位相角度に対してト
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当該装
置を共振状態に維持する。このようなシステムにおける
重要な機能はトランスデューサを負荷の存在下に共振す
る状態に維持することおよび共振振動数を変化する温度
変化である。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対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探索できるのみで
ある、すなわち、振動数の増減を伴い、これらの探索パ
ターンが固定されている。このシステムは（ｉ）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（he
uristic decisions）を行なうことができず、（ｉｉ）
適当な振動数の係止が行なわれている時のみにおいて出
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】過去に行われたいくつかの限定された診断
検査は信号をトランスデューサに供給してブレードを動
かし、システムを共鳴その他の振動モード状態にする。
次いで、システムがこれらモードの一つの状態にあると
きにトランスデューサに供給される電気信号を測定する
ことにより、ブレードの応答を決定している。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（digital code）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】従来の超音波システム
に付随する他の問題点はハンド・ピース／ブレードにお
いて望まない振動が起きることである。超音波ブレード
はこのハンド・ピース／ブレードの振動の長手軸に垂直
である軸に沿っても振動する。このような振動は横モー
ド振動と呼ばれている。長手方向振動がＸ，Ｙ，Ｚ座標
系におけるＺ方向であると考えると、このブレードのＹ
軸に沿う振動は横「フラップ・モード（flap mode）」
振動と呼ばれ、このブレードのＸ軸に沿う振動は横「フ
ック・モード（hook mode）」と呼ばれる。ブレードは
典型的にはそれらの刃の部分を包囲するシースを有す
る。

【００１２】横モード振動は熱を発生し、それにより高
いブレードおよび／またはブレード・シース温度がもた
らされる。これにより凹んだ（indented）狭い切断箇所
（cut）を囲む組織または凝固領域を損傷し、患者の治
癒および回復時間に悪影響を及ぼすことがある。さら
に、横モード振動はブレード先端の破損を引き起こすこ
とがある。これらの振動はトランスデューサにおけるデ
ィスクの損傷のようなハンド・ピースの傷を示している
こともある。過剰な横モード振動により発生する音が時
には耳に煩わしいが、使用者はできるだけこれを無視し
ようとする場合が多い。従って、過熱したブレードによ
り生じる組織の損傷のような不所望の効果の発生を防止
するため、横モード振動を検出することは有益である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は超音波トランス
デューサ／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。この方法では、ハンド・ピース／ブレ
ードに供給される出力レベルが変化した際に、それが予
想した通りに変化しているか否かを決定するために当該
ハンド・ピース／ブレードに供給する出力を多数の出力
レベルでモニターしている。（出力レベルは、ブレード
にかかる負荷の変化の程度にかかわらず、発生装置がハ
ンド・ピース／ブレードを駆動する特定の電流と関連し
ている。）

【００１４】横モード振動は長手方向振動とハンド・ピ
ース／ブレードとの（非線形）相互作用により励起され
る。これらの振動によりブレードが屈曲し、それにより
熱が発生し、その結果望んでいる長手方向振動からエネ
ルギーが徐々に流失する。このエネルギーの流出はハン
ド・ピース／ブレードのインピーダンスの増加として現
れ、それによりハンド・ピースのトランスデューサを通
して必要とされる電流を維持するためにハンド・ピース
／ブレードに供給される出力の増加を必要とする。

【００１５】長手方向振動から横振動への非線形機械的
カップリングは一定のエネルギー／変位の閾値より上で
のみ容易に感知できる。従って、低い「基準（referenc
e）」出力レベルにおいて見られるインピーダンスがよ
り高い出力レベルにおける同じハンド・ピース／ブレー
ドのインピーダンスよりも少ないと、横振動は非常に起
きやすい。本発明の実施形態において、検査している低
出力レベルにおける出力測定値を用いて高出力レベルに
おいて予想される出力を計算する。

【００１６】低出力レベル環境における基準電力消費測
定を実行する。この測定は高出力レベル環境において合
格／不合格の出力消費レベルを確定するのに用いられ
る。この基準出力レベル測定は本質的であるが、その理
由は発生装置により見られるトランスデューサ／ブレー
ドのインピーダンスは使用するブレードによって決まる
からである。

【００１７】本発明によれば、ブレードが中空（midai
r）に保持されている間に、ハンド・ピース／ブレード
に供給される出力を、駆動電流が低く横振動を誘発しな
い低出力レベル環境において測定する。低駆動電流環境
で得られた値を用いて第２の高出力において予想される
出力を計算し、これを用いて高出力レベル環境における
第２の測定の合格／不合格の閾値を設定する。次に、ハ
ンド・ピース／ブレードに供給される実際の出力を高出
力レベル環境において測定し、高出力レベル環境で実際
に測定した出力が上記確定された合格／不合格の閾値レ
ベルを超えたか否かに基づいて、ハンド・ピース／ブレ
ードが横モード振動を示すか否かの決定をする。超えて
いれば、発生装置の動作を停止し、「横モード振動がハ
ンド・ピース／ブレードに存在します（Transverse Mod
e Vibrations Present in Hand Piece/Blade）」という
エラー・コードをこの発生装置に記憶するとともにコン
ソールのＬＣＤ上に「ハンド・ピース不良（Bad Hand P
iece）」というメッセージを表示する。

【００１８】本発明の実施形態の一例において、ブレー
ドが中空に保持されている間に、駆動電流レベルを最小
駆動電流から最大駆動電流まで掃引する。この電流掃引
時にトランスデューサ電圧と電流駆動信号とをモニター
し、これらを発生装置に配置された不揮発性メモリに記
憶する。記憶された電圧および電流データを用いて、ト
ランスデューサに供給される出力を計算し、供給電圧
（Power-Delivered）対駆動電流（Drive Currenｔ）曲
線とハンド・ピース／ブレードインピーダンス（Hand P
iece/Blade Impedance）対駆動電流（Drive Current）
曲線を生成する。生成された応答曲線を用いて外挿を実
行してハンド・ピース／ブレードが横モード振動を示し
ているか否かを決定する。示していれば、発生装置の動
作を停止し、「横モード振動がハンド・ピース／ブレー
ドに存在します（Transverse ModeVibrations Present
in Hand Piece/Blade）」というエラー・コードをこの
発生装置に記憶するとともにコンソールのＬＣＤ上に
「ハンド・ピース不良（Bad Hand Piece）」というメッ
セージを表示する。

【００１９】本発明の別の実施形態において、多レベル
駆動出力（Multiple Level Drive Power）対供給出力
（Power Delivered）関係および／または、多レベル駆
動出力（Multiple Level Drive Power）対インピーダン
ス（Impedance）関係を、使用する出力レベルの正常な
範囲を超える１つまたは複数の出力駆動レベルにおける
ハンド・ピースの「オーバードライブ（over-drive）」
とともに、潜在的な横モードの問題を検出または予言す
るのに用いる。これらの「オーバードライブ」出力レベ
ルは問題のある、または問題を生じる可能性のある横モ
ード状態を迅速に認識するのに特に有効である。

【００２０】本発明の別の実施形態において、高出力駆
動信号がハンド・ピースに供給されている間、ハンド・
ピースに供給される出力を複数の振動数において測定す
る。あるいはまた、「オーバードライブ」を用いる。こ
こでは、３つの振動数、すなわち、第１の振動数、第２
の振動数および第３の振動数を相互に近接して測定す
る。第１の振動数はハンド・ピース／ブレードの一次的
共鳴振動数であり、主要または意図する長手共鳴振動数
と別称される。第２の振動数は第１の振動数の少し下に
ある。第３の振動数は第１の振動数の少し上にある。予
想されるインピーダンスまたは出力は第２の振動数およ
び第３の振動数において若干増加する。インピーダンス
または出力が実質的により高いか、または予想よりも高
い場合は、この状態は、不所望の熱を発生しおよび／ま
たは組織に供給される超音波エネルギーを減少させる横
共鳴の存在を示す。この場合、発生装置のコンソールに
より待機指令または警報が発せられる。必要ならば、ハ
ンド・ピース駆動装置のハンディキャップ付き機能制限
または完全な無力化が実行される。

【００２１】ハンド・ピースのインピーダンスまたはそ
れに供給される出力をモニターする代わりに、位相、電
流、電圧、出力係数（power factor）その他の変数を比
較のためにモニターすることもできる。あるいはまた、
一次的振動数の測定値を僅かに高いおよび僅かに低い振
動数測定の双方と比較する代わりに、「二次的振動数」
でのみまたは「三次的振動数」でのみ比較を実行する。
その結果、追加の振動数をモニターすることが必須では
なくまたは必要とされない場合にモニタリング過程が促
進される。

【００２２】本発明の別の実施形態において、ブレード
が中空に保持されているか、または組織に接している間
に、ハンド・ピース／ブレードに供給される出力を第１
の振動数および第２の振動数において測定する。第１の
振動数および第２の振動数において得られた値を用いて
第３の振動数、第４の振動数および第５の振動数におけ
る予想される出力を計算し、実際に測定される第３の出
力乃至第５の出力に対する合格／不合格の閾値レベルを
それぞれ設定するために使用する。次に第３の振動数、
第４の振動数および第５の振動数においてハンド・ピー
ス／ブレードに供給される実際の出力を測定する。実際
に測定した出力のいずれかが上記確定された合格／不合
格の閾値レベルを超えたか否かに基づいて、ハンド・ピ
ース／ブレードが横モード振動を示すか否かの決定をす
る。超えていれば、発生装置の動作を停止し、警告（al
ert）／警報（alarm）メッセージおよび／または音によ
る警告／警報が発せられる。ハンド・ピースに供給され
る出力をモニターするのではなく、別の実施形態では、
位相、インピーダンス、電流、電圧、出力係数（power
factor）、位相マージン、その他の変数を比較のために
モニターすることもできる。

【００２３】本発明のさらに別の実施形態において、横
振動が起きるのが意図する駆動共鳴の近くに位置決めさ
れるか否かを決定するので、高出力において一次的／主
要共鳴駆動振動数により励振される横モードの検出に関
連する困難が解消される。

【００２４】この方法は出力レベル検査に不合格となっ
たハンド・ピースが使用時に横振動モードを示すか否か
の指標を与える。さらに、この方法は診断検査時にハン
ド・ピースとともに使用されているブレードの特定のタ
イプを知る必要がなくなる。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。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明による方法を実施す
るためのシステムを示している図である。ケーブル２０
内の第１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３
４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１
０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。

【００２６】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を作動する。さら
に、ＭＩＮボタン１７を作動する際の出力レベルがボタ
ン１６により設定される。

【００２７】出力がスイッチ３４またはスイッチ４０の
いずれかの操作により超音波ハンド・ピースに供給され
る場合に、この組立体は外科用メスまたはブレードを約
５５．５ｋＨｚで長手方向に沿って振動させ、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る駆動
出力（電流）の量に比例して変化する。比較的高い切断
出力が供給される場合に、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、ブレードが組織内にお
いて加速することにより移動す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で熱エネルギーに
変換する。この局在化した熱が狭い領域の凝固を形成
し、これにより直径が１ミリメートルよりも小さい血管
における出血が減少または消去できる。このブレードの
切断効率および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、組織の性質および血管分布によ
り変化する。

【００２８】図２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変換トラン
スデューサ３６を収容している。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とシリンダ３
３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３
５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３２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
おいて一定の最大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
・ピースの不揮発性メモリーに記憶されているバルブで
ある。

【００２９】ハンド・ピースの各部品はその組み合わせ
体が同一の共振振動数で振動するように設計されてい
る。特に、最終的なこれらの各要素の長さが１／２波長
になるように各要素が同調される。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２
５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３２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。

【００３０】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
３および図４に示す。この駆動システムは柔軟であり、
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。Ｄ
ＳＰ６０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。

【００３１】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、始動中の振動数を一定の範
囲、例えば２０ｋＨｚ乃至７０ｋＨｚ内の特定値に設定
できる。好適な実施形態においては、始動中の振動数を
５０ｋＨｚに設定する。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け
る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。

【００３２】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。

【００３３】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４）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。

【００３４】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３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動
作状態になっていることを通知する。

【００３５】図６および図７は本発明の実施形態の一例
を示すフロー・チャートである。良好な状態のトランス
デューサとブレードを自由状態の空気中にある場合、発
生装置により測定されるインピーダンスは使用時の特定
の出力レベルに対応する駆動電流とは無関係であり、出
力レベル対供給出力の曲線は二次の関係式に従う。従っ
て、低出力レベル／駆動電流により横振動が誘導されな
い単一の基準低出力レベル環境において供給される出力
を測定する際に、他の出力レベルにおいて供給される予
想される出力は測定された単一の基準低出力レベルから
外挿することができる。この数学的関係はハンド・ピー
スとともに使用するブレードのタイプにかかわらず、該
当する。本発明の目的においては、出力という用語は出
力と電圧、インピーダンスおよび電流を始めとしてその
任意の構成要素を含む。

【００３６】ハンド・ピース／ブレードを駆動するため
に超音波発生装置により使用される典型的な最大出力レ
ベルを図５に示す。レベル５の横モード動作を示すハン
ド・ピースとブレードの組立体は出力レベル１または２
において横モード動作を示さず、出力レベル３において
は非常に稀にしか横モード動作を示さない。ハンド・ピ
ース／ブレード組立体は出力レベル４においてときどき
横モード動作を示す。横モード動作は所定の負荷（この
場合、ブレードが自由状態で動作している）に対してハ
ンド・ピース／ブレード組立体に供給される出力がブレ
ードに供給される特定の出力レベルに対して予想される
よりも高いときに示される。

【００３７】各出力レベルは発生装置がハンド・ピース
のトランスデューサを駆動する特定の電流と関連してお
り、ブレードにかかる負荷の変化にわたって制御してい
る。トランスデューサ／ブレードが横振動を示さない場
合は、出力レベルが増加しても発生装置により測定され
るトランスデューサ／ブレードのインピーダンスは増加
しない。この場合、トランスデューサ／ブレードに供給
される出力の予想される増加は既知の関係（すなわち、
供給された出力は駆動電流の関数）に従う。この関係は
発生装置により測定されるトランスデューサ／ブレード
のインピーダンスのレベルが発生装置出力レベル環境と
関連する駆動電流とは無関係である場合（すなわち、横
振動が存在しない場合）に該当する。駆動電流レベルの
関数としての供給された出力とトランスデューサ／ブレ
ードのインピーダンスとの数学的関係は図１３に示すよ
うに二次の関係である。この好適な実施形態では、上記
二次の関係は次式の通りである：Ｐ_L＝（Ｉ_L）²＊Ｚ（１）式中、Ｐ_Lはトランスデューサ／ブレードに供給される
出力、Ｉ_Lはトランスデューサに供給される電流（上記
５つの出力レベルのそれぞれにプリセットされている）
であり、Ｚはインピーダンスの実部である。

【００３８】トランスデューサ／ブレードが横振動を示
す場合は、出力レベルが増加すると、発生装置により測
定されるトランスデューサ／ブレードのインピーダンス
のレベルが増加する。その結果、横振動が存在する場合
は、トランスデューサ／ブレードに実際に供給される出
力は予想される出力を超える。一般に横振動は低出力レ
ベルでは稀にしか存在しない。これにより、低出力レベ
ル環境における基準出力消費測定の性能によって高出力
レベル環境に対する合格／不合格の出力消費レベルを確
定することが可能となる。基準出力レベルの測定は必須
の測定であるが、その理由は発生装置により測定される
トランスデューサ／ブレードのインピーダンスが使用す
るブレードによって決まるからである。横モード振動の
存在についての正確な指標は、いつ出力消費が高出力レ
ベルにおいて予想される閾値よりも大きくなるかである
（図１４参照）。

【００３９】従って、本発明の方法は、工程５００に示
すように、図３および図４に示すＤＳＰまたはマイクロ
コンピュータ６０に記憶されているプログラムの制御下
において、ハンド・ピース／ブレードが中空に保持され
ている間に、超音波発生装置を使用してこのハンド・ピ
ース／ブレードを励振することにより実施される。ハン
ド・ピース／ブレードが依然として中空に保持されてい
る間に、工程５１０に示すように、ハンド・ピース／ブ
レードに供給される出力を出力レベル１において測定す
る。工程５２０に示すように、出力レベル１において測
定されたハンド・ピース／ブレードに供給される出力を
用いて、出力レベル５に対する予想される出力を計算
し、この予想される出力に基づいて、出力レベル５に対
して合格／不合格の閾値を設定する。これらの合格／不
合格の閾値は、ハンド・ピース／ブレードに横振動が存
在しない場合に測定される、上記計算された予想出力の
所定のパーセント上に設定される。この好適な実施形態
において、この閾値は予想測定出力の約１０％上に設定
される。

【００４０】出力レベル５においてハンド・ピース／ブ
レードに供給される実際の出力を工程５３０に示すよう
に測定する。次に、工程５４０に示すように、この実際
に測定された出力を出力レベル５に対する上記合格／不
合格の閾値と比較する。実際に測定された出力がそれぞ
れの上記合格／不合格の閾値（工程５５０）よりも大き
い場合は、工程５５５に示すように、発生装置の動作を
停止し、「横モード振動がハンド・ピース／ブレードに
存在します（Transverse Mode Vibrations Present in
Hand Piece/Blade）」というエラー・コードをこの発生
装置に記憶するとともにコンソールのＬＣＤ上に「ハン
ド・ピース不良（Bad Hand Piece）」というメッセージ
を表示する。一方、工程５６０に示すように、実際に測
定された出力のいずれもそれぞれの上記合格／不合格の
閾値よりも大きくない場合は、ハンド・ピースは横モー
ド振動を含まないので良好である。

【００４１】インピーダンス測定値および位相測定値を
得るために、図３および図４のＤＳＰ６０および他の回
路要素を用いる。特にプッシュ−プル増幅器７８が超音
波信号を電源変圧器８６に送り、この電源変圧器８６が
今度は信号をケーブル２６中の配線８５を介してハンド
・ピースの中の圧電トランスデューサ３６に送る。配線
８５の電流とその配線の電圧を電流感知回路８８と電圧
感知回路９２とによりそれぞれ検出する。電流および電
圧感知信号を平均電圧回路１２２と平均電流回路１２０
とにそれぞれ送り、これらの回路がこれらの平均値をと
る。平均電圧はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１
２６によりデジタル・コードに変換され、このデジタル
・コードがＤＳＰ６０に入力される。同様に、電流平均
信号はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２６によ
りデジタル・コードに変換され、このデジタル・コード
がＤＳＰ６０に入力される。ＤＳＰにおいて、電流に対
する電圧の比を継続して計算して振動数が変化に応じた
現在のインピーダンス値を得る。共鳴状態に近づくとイ
ンピーダンスに有意の変化が起きる。

【００４２】電流センス８８および電圧センス９２もそ
れぞれのゼロ・クロス検出器１００，１０２にも供給さ
れる。これらの検出器はそれぞれの信号がゼロと交差す
るとパルスを生成する。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、位相検出論理回路１
０４はそのパルスにより開始されるカウンタを備えてい
てもよい。検出器１０２からのパルスも同様に位相検出
論理回路１０４に供給され、上記カウンタを停止するた
めに使用することができる。その結果、カウンタにより
到達されたカウントは配線１０４上のデジタル・コード
であり、このデジタル・コードは電流と電圧の間の位相
差を表す。この位相差の大きさも共鳴の指標である。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への振動数信号を発生するため
に位相デルタをＤＳＰの位相設定点と比較することによ
り、これらの信号を、発生装置の振動数を共鳴状態にロ
ックする位相ロック・ループの一部分として使用するこ
とができる。

【００４３】さらに、インピーダンス値と位相値を上述
のように動作の診断フェーズにおいてブレードの取り付
けが緩んでいるか検出するために使用することができ
る。そのような媒、ＤＳＰは位相ロックを共鳴状態に確
立しようとせず、むしろハンド・ピースを特定の振動数
で駆動してブレードの取り付けが緊密であるかを決定す
るためにインピーダンスと位相を測定する。

【００４４】図８および図９は本発明の別の実施形態を
説明するフロー・チャートである。良好なトランスデュ
ーサとブレードとを中空または組織内で駆動する場合、
振動数対供給出力曲線は既知の関係式に従う。従って、
３つの近接する振動数（すなわち、一次的共鳴状態とわ
ずかに共鳴状態から離れて一次的共鳴の上または下の状
態）においてハンド・ピースのインピーダンスを測定す
る際に、他の振動数におけるハンド・ピースの予想され
るインピーダンスはこれらの先行する測定値から外挿す
ることにより得ることができる。一般に、そのような相
対的関係が広範囲のブレードとシャリング機に対して存
在する。

【００４５】横モードの共鳴を検出するためにそのよう
な振動数−シフトを利用することの利点はブレードが組
織内にある間に検査を実行することができる点にある。
この一次的共鳴からシフトしてずらすことは非常に短時
間で達成される。その結果、組織による負荷は瞬間的な
シフトの間に認識可能なほどには変化しない。従って、
組織による負荷の効果は共鳴振動と得られる横モード検
出能力とに実質的に影響を及ぼすことはない。その結
果、システム使用時に、特に横モードにより発生する熱
の問題がもっとも生じやすいレベル５またはレベル４に
おいて、診断手順を実行することが可能である。本発明
の方法は、使用者が開始した診断および／または例えば
ブレードが中空に保持されまたは組織に摂食している間
のように他の所望の時点で発生装置がハンド・ピース／
ブレードを駆動中に、例えば１０秒毎にのように、周期
的に実行することが可能である。

【００４６】レベル１、レベル２またはレベル３におい
て使用する際よりも実質的な横モード動作を励起し誘起
する可能性がより高いレベル５および／またはレベル４
における使用の際のような使用の際に周期的に短期間、
駆動振動数を一次的共鳴からわずかに離れるように移動
する。この好適な実施形態において、一次的共鳴を約５
０ヘルツ乃至５００ヘルツ変化させ、上記短期間は約１
０ミリ秒（msec）乃至０．５秒である。出力電力、出力
電流または他のパラメータが実質的にシフトした場合
（すなわち、例えばインピーダンスが認識し得るほど増
加した場合）、横振動数は一次的振動数からの励振を介
して駆動されつつあるか、または駆動されつつある状態
に近い。例えば、発生装置はブレードを一次的な意図さ
れた共鳴において駆動を続けることができ、横モード共
鳴に近づくと振動数がその横モード共鳴に向けてわずか
にシフトすることによりさらに励振されることが大いに
あり得る。一次的共鳴からわずかにシフトするだけでも
近接する任意の横モード共鳴に相当なエネルギーカップ
リングが引き起こされる。一次的共鳴からわずかに共鳴
から離れた振動数へシフトする際のインピーダンスの差
および／または出力変化を測定し、これを適切に動作し
ている非横モード状態のシステムについてのインピーダ
ンスの変化と比較する。横モード共鳴が問題となってお
り、または問題になりそうな場合は、共鳴からわずかに
離れるインピーダンスの変化は良好対問題のある横モー
ドハンド・ピースに対して異なる。この好適な実施形態
において、測定された変化は出力レベル、電流レベル、
インピーダンス、位相その他である。

【００４７】適切に動作している非横モード状態のシス
テムとの比較は確立された合格／不合格の基準に基づい
ておよび／または先ず特定のブレードを用いて信頼し得
る基準線測定値を得ることにより実行してもよい。例え
ば、予想される一次的共鳴の概略的近傍において駆動信
号の振動数を掃引し、存在する共鳴を認識することによ
りもっとも近い横振動数を決定する。そのような掃引は
ブレードがハンド・ピースに最初に取り付けられたとき
に実行する。その後、発生装置はシフトが起きていない
かモニターするためにハンド・ピース／ブレードをこれ
らの特定の横振動数で周期的に駆動する。あるいはま
た、ハンド・ピースに取り付けられたブレードのタイプ
が既知である場合は、そのブレードに対する合格／不合
格の閾値を使用に先立ってブレードを実際に掃引するこ
となく、より詳細に規定することができる。

【００４８】図３および図４に示すＤＳＰまたはマイク
ロプロセッサ６０に記憶したプログラムの制御の下に、
本発明の方法を、工程６００に示すように、超音波駆動
ユニットを用いて一次的共鳴振動数においてハンド・ピ
ース／ブレードを駆動することにより実施される。好適
な実施形態において、この一次的共鳴振動数は５５Ｋｈ
ｚである。

【００４９】工程６１０に示すように、ハンド・ピース
に供給される出力を測定する。工程６２０に示すよう
に、一次的駆動振動数を約２００Ｈｚ下げてシフトす
る。工程６３０に示すように、ハンド・ピースのインピ
ーダンスの測定を実行する。工程６４０に示すように、
この一次的共鳴におけるハンド・ピースのインピーダン
が、一次的振動数を２００Ｈｚ下回る振動数において測
定されたハンド・ピースのインピーダンスよりも２０％
以下低いか否かを決定するために検査する。

【００５０】一次的共鳴におけるハンド・ピースのイン
ピーダンスが一次的振動数を２００Ｈｚ下回る振動数に
おいて測定されたハンド・ピースのインピーダンスより
も２０％より多く低い場合は、工程６５０に示すよう
に、横モードの誤動作が存在することを示すために警告
または警報が発せられる。一次的共鳴におけるハンド・
ピースのインピーダンスが、一次的振動数を２００Ｈｚ
下回る振動数において測定されたハンド・ピースのイン
ピーダンスよりも２０％以下低い場合は、駆動振動数
は、工程６６０に示すように、一次的共鳴振動数の約２
００Ｈｚ上側にシフトされる。工程６７０に示すよう
に、ハンド・ピースのインピーダンスを測定する。工程
６８０に示すように、この一次的共鳴におけるハンド・
ピースのインピーダンスが、一次的共鳴振動数の約２０
０Ｈｚ上側の振動数において測定されたハンド・ピース
のインピーダンスよりも２０％以下低いか否かを決定す
るために検査する。

【００５１】測定された一次的共鳴におけるハンド・ピ
ースのインピーダンスが一次的共鳴振動数の約２００Ｈ
ｚ上側の振動数において測定されたハンド・ピースのイ
ンピーダンスよりも２０％以下低い場合は、休止が開始
され（工程６８５）、工程６００への帰還が起こる。こ
の好適な実施形態において、この休止は約１０秒であ
る。一方、一次的共鳴におけるハンド・ピースのインピ
ーダンスが一次的共鳴振動数の約２００Ｈｚ上側の振動
数において測定されたハンド・ピースのインピーダンス
よりも２０％よりも多く低い場合は、工程６５０への帰
還が起こり、横モードの誤動作が存在することを示すた
めに工程６５０で警告または警報が発せられる。あるい
はまた、ハンド・ピースに供給される出力を一定した駆
動を用いることにより測定してもよい。横モード振動が
存在する場合は、ハンド・ピースに供給される出力は認
識し得る程度により大きくなっている。

【００５２】図１０は本発明の別の実施形態を説明する
フロー・チャートである。良好な振動数とブレードとを
自由状態の空気内で駆動する場合、供給出力対駆動電流
レベル曲線とハンド・ピース／ブレードのインピーダン
ス対駆動電流レベル曲線は既知の数学的関係に従う。図
１３に示すように、ハンド・ピース／ブレードのインピ
ーダンス対駆動電流レベル曲線の場合、この数学的関係
はほぼ直線（すなわち、発生装置により測定されたイン
ピーダンスは駆動電流レベルと無関係）であり、供給出
力対駆動電流レベル曲線の場合は、この数学的関係は２
次である。これらの数学的関係はハンド・ピースと一緒
に使用するブレードのタイプにかかわらず該当する。

【００５３】横モード動作が存在すると、供給出力対駆
動電流レベル曲線とハンド・ピース／ブレードのインピ
ーダンス対駆動電流レベル曲線は既知の数学的関係に従
わない。横モード動作は、図１４に示すように、所定の
負荷（この場合、ブレードが自由状態でまたは中空にお
いて動作している間）に対して振動数とブレードの組立
体に入る出力がブレードに供給されている特定の出力レ
ベルに対して予想されるよりも高い（すなわち、より高
いインピーダンスとより高い出力）。

【００５４】従って、図３および図４に示すＤＳＰまた
はマイクロプロセッサ６０に記憶したプログラムの制御
の下に、ブレードが中空に自由状態で保持されている間
に、本発明の方法を、工程７００に示すように、最小駆
動電流レベルから最大駆動電流レベルまでハンド・ピー
ス／ブレードに供給される駆動電流レベルを掃引するた
めに超音波駆動ユニットを用いることにより実施する。
この好適な実施形態において、最小駆動電流レベルは１
００ｍＡＲＭＳおよび最大駆動電流レベルは４２５ｍ
ＡＲＭＳである。

【００５５】電流掃引の際、工程７１０に示すように、
振動数の電圧レベルと電流駆動レベルとをモニターして
発生装置内に配置された不揮発性メモリ記憶する。工程
７２０に示すように、記憶された電圧および電流データ
を用いて、振動数に供給される出力を計算し、供給出力
対駆動電流レベル曲線とハンド・ピース／ブレードのイ
ンピーダンス対駆動電流レベル応答曲線を作成する。

【００５６】作成された応答曲線を用いて、工程７３０
に示すように、ハンド・ピース／ブレードが、熱を発生
することがある横モード振動を示すか否か決定するため
に外挿を実行する。この外挿は、それらの曲線が直線に
均等な関係を表すわすか否か（例えば、インピーダンス
の比較のために）、または二次の関係（例えば、出力の
比較のために）を決定するために作成された応答曲線を
検査することを含む。この好適な実施形態では、二次関
係は式１に従う。横モード動作が存在する場合（工程７
４０）は、すなわち、曲線は予想される数学的関係に従
わない（すなわち、関係は超過している）場合は、工程
７４５に示すように、発生装置の動作を停止し、「横モ
ード振動がハンド・ピース／ブレードに存在します（Tr
ansverseMode Vibrations Present in Hand Piece/Blad
e）」というエラー・コードをこの発生装置に記憶する
とともにコンソールのＬＣＤ上に「ハンド・ピース不良
（Bad Hand Piece）」というメッセージをコンソールの
ＬＣＤ上に表示する。一方、上記曲線が予想される数学
的関係と一致する場合、工程７５０に示すように、ハン
ド・ピース／ブレードは良好であるが、その理由はハン
ド・ピース／ブレードが横モード振動を含まないからで
ある。

【００５７】図１１および図１２はそれぞれ本発明の好
適な実施形態を説明するフロー・チャートである。図３
および図４に示すＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０
に記憶したプログラムの制御の下に、本発明の方法を、
工程８００に示すように、ハンド・ピース／ブレードが
中空に保持されている間に、超音波発生装置を使用して
このハンド・ピース／ブレードを励振することにより実
施される。ブレードが依然として中空に保持されている
間に、工程８１０に示すように、ハンド・ピース／ブレ
ードに供給される出力を出力レベル１において測定す
る。工程８２０に示すように、出力レベル１において測
定されたハンド・ピース／ブレードに供給される出力を
用いて、出力レベル５に対する予想される出力を計算
し、この予想される出力に基づいて、出力レベル５に対
して合格／不合格の閾値を設定する。これらの合格／不
合格の閾値は、ハンド・ピース／ブレードに横振動が存
在しない場合に測定される、上記計算された予想出力の
所定のパーセント上に設定される。この好適な実施形態
において、この閾値は予想測定出力の約１０％上に設定
される。

【００５８】出力レベル５においてハンド・ピース／ブ
レードの実際のインピーダンスを工程８３０に示すよう
に測定する。次に、工程８４０に示すように、この実際
に測定されたインピーダンスを出力レベル５に対する上
記合格／不合格の閾値と比較する。実際に測定されたイ
ンピーダンスがそれぞれの上記合格／不合格の閾値（工
程８５０）よりも大きい場合は、工程８５５に示すよう
に、発生装置の動作を停止し、「横モード振動がハンド
・ピース／ブレードに存在します（TransverseMode Vib
rations Present in Hand Piece/Blade）」というエラ
ー・コードをこの発生装置に記憶するとともにコンソー
ルのＬＣＤ上に「ハンド・ピース不良（Bad Hand Piec
e）」というメッセージを表示する。一方、工程８６０
に示すように、実際に測定された出力のいずれもそれぞ
れの上記合格／不合格の閾値よりも大きくない場合は、
ハンド・ピースは横モード振動を含まないので良好であ
る。

【００５９】さらなる実施形態において、回路が横状態
で駆動しているか、または横モードが生じようとしてい
るかを決定する。特に、システム使用時に周期的に、好
ましくは実質的な横モード動作をより励振しやすいレベ
ル５で動作するときに、駆動振動数を短期間、わずかに
共鳴から離れるように変化（すなわち、一次的／主共鳴
の上側／下側）させる。ここで、ブレードは依然として
実質的にその主共鳴振動数において駆動する。横モード
振動数がすぐ近くにあると、駆動振動数をわずかにシフ
トすることにより、より多く励振されることがおおいに
起こり得る。の意図は一次的共鳴ピーク（例えば、約１
００Ｈｚ乃至５００Ｈｚ）から広がりすぎず、一次的共
鳴および任意の隣接する横モード振動数に対して依然と
して顕著な量のエネルギーカップリングが起きるように
することである。

【００６０】次に、一次的共鳴振動数からこの共鳴振動
数わずかに離れた振動数へ移動するときのインピーダン
スおよび／または出力の差を検査する。例えば、適切に
動作している非横モード状態の、問題のないシステムに
ついて測定された出力変化を予想される出力変化との比
較を実行する。横モードが問題となっているか、または
まさに問題となりつつある場合、共鳴からわずかに離れ
るインピーダンスの変化は良好（good）対問題のある
（problematic）ハンド・ピース／ブレードに対して異
なる。この共鳴からわずかに離れる検査は短期間であ
り、比較的使用者にとって判りやすい。この好適な実施
形態において、共鳴状態での測定値とわずかに共鳴から
離れた状態の測定値との比較を出力、インピーダンス、
位相シフト又は他の変数の間で実行する。この比較は絶
対値、デルタ、変化率および／または２次微分係数の少
なくとも１つの間で実行する。

【００６１】横モード振動数が検出されると、一次的共
鳴駆動振動数がこの共鳴振動数からわずかに中心から離
れるようにシフトされるように当該一次的共鳴駆動振動
数をシフトすることにより、横モード活動を減衰するこ
とができる。この好適な実施形態において、振動数を横
モード感受性の方向と反対の方向にシフトする。横モー
ド活動に対する検査を繰り返し、この減衰により横モー
ド動作が停止されない場合は、超音波システムの動作を
停止しおよび／または使用者は不所望の状態に対して警
告がなされる。この実施形態はブレードの過熱、ブレー
ドの損傷、またはハンド・ピースの過熱を安全に回避す
る手段を提供する。

【００６２】別の実施形態において、多レベル駆動出力
（Multiple Level Drive Power）対供給出力（Power De
livered）関係および／または多レベル駆動出力（Multi
pleLevel Drive Power）対インピーダンス（Impedanc
e）関係を潜在的な横モード問題を、使用する出力レベ
ルの正常な範囲を超える１つまたは複数の出力駆動レベ
ルにおけるハンド・ピースの「オーバードライブ（over
-drive）」とともに、潜在的な横モードの問題を検出ま
たは予言するのに用いる。これらの「オーバードライ
ブ」出力レベルは問題のある、または問題を生じる可能
性のある横モード状態を迅速に認識するのに特に有効で
ある。

【００６３】別の実施形態において、高出力駆動信号が
ハンド・ピースに供給されている間にハンド・ピースに
供給される出力を複数の振動数において測定する。ある
いはまた、「オーバードライブ」を用いる。ここでは、
３つの振動数、すなわち、第１の振動数、第２の振動数
および第３の振動数を相互に近接して測定する。第１の
振動数はハンド・ピース／ブレードの一次的共鳴振動数
であり、主要または意図する長手方向共鳴振動数と別称
される。第２の振動数は第１の振動数の少し下にある。
第３の振動数は第１の振動数の少し上にある。

【００６４】一般に、出力レベル５は使用時に出力され
る最大出力である。この出力はハンド・ピースに供給さ
れる出力の測定を実行することを意図されたレベルのう
ちの最大のレベルである。しかしながら、この実施形態
によると、レベル５を超える出力（すなわち、電流）は
ハンド・ピース／ブレードに短期間（例えば、１００ミ
リ秒（msec））供給される。この短期間供給される出力
は組織に対して与える衝撃は最小であるが、ハンド・ピ
ースに対して実質的により多くの出力を供給して隣接す
る横モード共鳴振動数とより有効に係合し、より有効に
潜在する横モードの問題を認識することができる。その
結果、レベル５と関連して正常な最大範囲において駆動
した場合に、この意図的な過剰な駆動が迅速に横モード
共鳴の応答を誘起する、他の方法ではみられないかまた
は十分に優れてはいない、より高い能力を有するため、
「オーバードライブ（over-drive）」は潜在的に問題の
ある横モードを認識するより高い能力を提供する。ある
いはまた、多数の「オーバードライブ（over-drive
s）」を、出力レベル同士の間の非線形性を迅速に認識
し、それにより潜在的な横モード状態を明示し、低動作
レベルにおける測定を実行する必要性を低減化するため
に使用することが可能である。

【００６５】あるいはまた、ハンド・ピース／ブレード
を使用時に出力レベル５の最大値を約１０％上回る一つ
の「オーバードライブ（over-drive）」出力レベルにお
いて瞬間的に駆動駆動する。横モードが存在するか、ま
たはその予兆がある場合は、そのような「オーバードラ
イブ（over-drive）」により、レベル５において正常に
予想されるよりも顕著に高い出力または異なるインピー
ダンスが迅速に明らかになる。実施形態の一例におい
て、比較は、例えば自動ブレード認識によりまたは手動
で記入したブレードタイプのような、ブレードのタイプ
に対して示された普通に予想される合格／不合格の限界
の表に基づいている。

【００６６】本発明の別の実施形態において、横モード
振動の存在は振動数駆動電圧と振動数の駆動電流の両方
をモニターしてハンド・ピース／ブレードのインピーダ
ンス対駆動電流レベル曲線または供給出力対駆動電流レ
ベル曲線が比較的に急勾配の、予想される曲線から逸れ
ているか否か検出することにより決定する。この実施形
態によると、ブレードが中空にまたは組織内に保持され
ている間、振動数を最小振動数から最大振動数まで掃引
する。振動数の掃引時、振動数の電圧レベルと電流レベ
ルをモニターし、発生装置またはブレードの中に配置さ
れたメモリに記憶する。この記憶された電圧および電流
データを用いてハンド・ピースに供給される出力を計算
し、供給出力対駆動電流レベル曲線とハンド・ピース／
ブレードのインピーダンス対駆動電流レベル応答曲線を
作成する。これらの作成された応答曲線を用いて、ハン
ド・ピース／ブレードが横モード振動を示すか否か、ま
たは限界状態にあり従ってまさに横モード動作を示そう
としているかを決定するために外挿を実行する。そのよ
うな横モードによりシステムの望まない位置において熱
が発生することがあり、これは非常に危険であり得る。
横モード共鳴が存在することが決定された場合、警告ま
たは警報が発生装置により発せられ、使用者はシステム
の使用を停止しまたは他の適切な措置を講ずることが可
能となる。別の実施形態において、発生装置は自動的に
ハンド・ピースの駆動を停止する。

【００６７】別の実施形態において、横モード振動状態
の存在は多数の出力レベルにおいて測定されたインピー
ダンスの比率を計算し、これらの計算された比率に基づ
いて横振動の存在を決定することにより検出する。好適
な実施形態において、レベル５におけるインピーダンス
を測定し、そしてレベル１におけるインピーダンスを測
定する。次に、測定された出力レベルを所定の閾値と比
較して横振動が存在するか否かを決定する。好適な実施
形態において、この所定の閾値は１．６である。

【００６８】本発明のさらに別の実施形態において、横
モード共鳴の開始を回避または低減するために予言的手
段を用いる。横モード共鳴は一次的共鳴に近いまたはそ
れにおける振動数により励振されることが多い。そのよ
うな共鳴同士の間の振動数の「ギャップ（gap）」は使
用時にブレードの加熱により縮まり、このため最終的に
は横モード振動数においてハンド・ピース／ブレードを
偶発的に駆動する結果となることがある。もっとも近い
横モード共鳴振動数を周期的にモニターすることによ
り、そのような共鳴振動数間のギャップを決定すること
ができ、ハンド・ピース／ブレードを横モード振動数に
おいて偶発的に駆動するための相対的ポテンシャルを測
定することができ、潜在的な横モードの問題点を予言す
るのに使用することができる。例えば、駆動レベルが高
いとブレードが速く加熱しやすく、このためギャップが
より迅速に減少する。この予言的情報を用いてその後振
動数の駆動を停止し、使用者に潜在的な横モード問題が
まさに起きようとしていることを警告し、または一次的
駆動振動数を変えて駆動振動数を理想的共鳴からわずか
に離れるようにバイアスして、横モード振動数からさら
に離れた振動数にしてもよい。ギャップの大きさ、ギャ
ップの変化率および／またはギャップの２次微分係数を
相対的ポテンシャルおよび／または横モードの存在につ
いての予言的情報を得るために使用することができる。

【００６９】本発明の好適な実施形態において、電流
（すなわち、「出力レベル（power level）」は出力に
関係式Ｐ＝Ｉ²＊Ｚ、式中電流Ｉはｒｍｓアンペアで
あり、Ｚはインピーダンスの実部である。従って、第１
の低レベルにおいて、Ｐ₁＝Ｉ ₁ ²＊Ｚ₁である。第２の
低レベルにおいて、Ｐ₂＝Ｉ₂ ²＊Ｚ₂である。Ｚが増加
しない（または減少しない）場合は、Ｐ₂／Ｐ₁＝（Ｉ
₂／Ｉ₁）²である。従って、Ｐ₁およびＰ₂の実際の
測定値がＰ₂／Ｐ₁＞（Ｉ₂／Ｉ₁）²である場合、横
振動がハンド・ピースに存在する。

【００７０】本発明の方法を使用すると、出力レベル検
査で不合格となったハンド・ピースが横振動モードを示
すか否かの指標が提供される。さらに、ブレードのタイ
プにかわらず該当する数学的関係の結果、本発明の方法
は任意のハンド・ピース／ブレード組立体と一緒に使用
することができる。さらに、本発明の方法はブレードの
過熱を防止することによりハンド・ピースの安全な動作
を確実にし、それによりブレードに対する損傷またはハ
ンド・ピースを使用する個人に対する障害が回避され
る。

【００７１】以上において、本発明を詳細に図示および
説明したが、これらは例示を目的としていることが明ら
かに理解でき、（本発明を）制限するためのものではな
いと考えるべきである。本発明の範囲および趣旨は本明
細書において記載する特許請求の範囲およびその実施態
様における用語のみにより限定される。

【００７２】本発明の実施態様は以下の通りである。（１）前記第１のメッセージをが「ハンド・ピース／ブ
レード合格（Hand Piece/Blade Passed）」メッセージ
である請求項１に記載の方法。（２）前記第１の出力レベルが約１００ｍａＲＭＳであ
る請求項１記載の方法。（３）前記計算工程が予想される出力をレベル５の環境
に対して計算する工程を含む実施態様（２）に記載の方
法。（４）前記第２のメッセージを表示する工程が「横モー
ド振動がハンド・ピース／ブレードに存在します（Tran
sverse Mode Vibrations Present in Hand Piece/Blad
e）」エラー・コードを発生装置内に記憶する工程と、
「ハンド・ピース不良（Bad Hand Piece）」というメッ
セージを発生装置の液晶ディスプレイ上に表示する工程
を含む請求項１記載の方法。（５）前記駆動信号が約２０ＫＨｚ乃至７０ＫＨｚの振
動数を有する請求項１記載の方法。

【００７３】（６）前記合格／不合格の閾値が予想され
る出力の約１０％である請求項１記載の方法。（７）前記レベル５環境が約４２５ｍａＲＭＳである実
施態様（２）記載の方法。（８）前記シフト工程が駆動振動数を第１の振動数を通
り越して下方にシフトする工程を含む請求項２記載の方
法。（９）前記第１の振動数が約２００Ｈｚである実施態様
（８）記載の方法。（１０）前記一次的共鳴が約５５ｋＨｚである請求項２
記載の方法。

【００７４】（１１）前記比較工程が、一次的共鳴にお
けるハンド・ピースのインピーダンスがシフトした共鳴
振動数におけるハンド・ピースのインピーダンスよりも
２０％以下低いか否かを決定する工程と、一次的共鳴に
おけるハンド・ピースのインピーダンスがシフトした共
鳴振動数におけるハンド・ピースのインピーダンスより
も２０％以下低い場合に、横モードの誤動作が存在する
ことを示すために警報を開始する工程を含む請求項２記
載の方法。（１２）駆動振動数を上方にシフトする工程をさらに含
む請求項２記載の方法。（１３）前記シフト工程が駆動振動数を所定の振動数だ
け一次的共鳴の上にシフトする工程と、所定の振動数に
おいてハンド・ピースのインピーダンスを測定する実施
態様（１２）記載の方法。（１４）前記所定の振動数が約２００Ｈｚである実施態
様（１２）記載の方法。（１５）一次的振動数において測定されたインピーダン
スを一次的振動数の上の所定の振動数において測定され
たインピーダンスと比較する工程をさらに含む実施態様
（１３）記載の方法。

【００７５】（１６）前記比較工程が一次的共鳴におけ
るハンド・ピースのインピーダンスが、一次的共鳴の上
の、所定の振動数におけるハンド・ピースのインピーダ
ンスよりも２０％以下低いか否かを決定する工程を含む
実施態様（１５）記載の方法。（１７）前記所定の振動数が約２００Ｈｚである実施態
様（１６）記載の方法。（１８）一次的共鳴におけるハンド・ピースのインピー
ダンスが一次的共鳴振動数の約２００Ｈｚ上側の振動数
において測定されたハンド・ピースのインピーダンスよ
りも２０％以下低い場合に、休止を開始する工程と、一
次的共鳴振動数における駆動信号を超音波発生装置によ
り超音波ハンド・ピースに供給する工程に帰還する工程
をさらに含む実施態様（１６）記載の方法。（１９）前記休止が少なくとも１０秒である実施態様
（１８）記載の方法。（２０）前記一次的共鳴におけるハンド・ピースのイン
ピーダンスが、一次的共鳴の上の、所定の振動数におけ
るハンド・ピースのインピーダンスよりも２０％より多
く低い場合に、前記警報を開始する工程に帰還する工程
をさらに含む実施態様（１６）記載の方法。

【００７６】（２１）前記駆動信号が一定の電流レベル
を有する請求項２記載の方法。（２２）前記メッセージが「ハンド・ピース／ブレード
は横モード振動を含んでいます（Hand Piece/Blade Con
tains Transverse Mode Vibration）」メッセージであ
る請求項３記載の方法。（２３）前記供給工程が駆動信号を最小駆動電流レベル
から最大駆動電流レベルまで供給する請求項３記載の方
法。（２４）前記最小駆動電流レベルが約１００ｍａＲＭＳ
であり、かつ最大駆動電流レベルが約４２５ｍａＲＭＳ
である実施態様（２３）記載の方法。（２５）前記応答曲線が供給電圧（Power-Delivered）
対駆動電流（Drive Current）曲線とハンド・ピース／
ブレードインピーダンス（Hand Piece/Blade Impedanc
e）対駆動電流（Drive Current）曲線の少なくとも１つ
である請求項３記載の方法。

【００７７】（２６）前記外挿が作成された応答曲線を
検査して直線および二次関係の少なくとも１つを表す任
曲線が存在するか否かを決定する工程を含む請求項３記
載の方法。（２７）前記第１のメッセージをが「ハンド・ピース／
ブレード合格（Hand Piece/Blade Passed）」メッセー
ジである請求項４に記載の方法。（２８）前記第１の出力レベルが約１００ｍａＲＭＳで
ある請求項４記載の方法。（２９）前記計算工程が予想される出力をレベル５の環
境に対して計算する工程を含む実施態様（２８）に記載
の方法。（３０）前記第２のメッセージを表示する工程が「横モ
ード振動がハンド・ピース／ブレードに存在します（Tr
ansverse Mode Vibrations Present in Hand Piece/Bla
de）」エラー・コードを発生装置内に記憶する工程と、
「ハンド・ピース不良（Bad Hand Piece）」というメッ
セージを発生装置の液晶ディスプレイ上に表示する工程
を含む請求項４記載の方法。

【００７８】（３１）前記駆動信号が約２０ＫＨｚ乃至
７０ＫＨｚの振動数を有する請求項４記載の方法。（３２）前記合格／不合格の閾値が予想される出力の約
１０％である請求項４記載の方法。（３３）前記レベル５の環境が約４２５ｍａＲＭＳであ
る実施態様（２８）記載の方法。

【００７９】

【発明の効果】従って、本発明によれば、過熱したブレ
ードにより生じる組織の損傷のような不所望の効果の発
生を防止できる、超音波ハンド・ピースにおける横振動
を検出するための方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】図１の超音波外科切断および止血システムの超
音波外科用メスのハンド・ピースにおける概略的切断図
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
を示すブロック図である。

【図４】本発明の方法を実施するための超音波発生装置
を示すブロック図である。

【図５】ハンド・ピースを駆動する種々の出力レベルと
関連する最大電力環境を示すである。

【図６】本発明の方法の実施形態の一例を示すフロー・
チャートである。

【図７】本発明の方法の実施形態の一例を示すフロー・
チャートである。

【図８】本発明の実施形態の一例を示すフロー・チャー
トである。

【図９】本発明の実施形態の一例を示すフロー・チャー
トである。

【図１０】本発明の別の実施形態を示すフロー・チャー
トである。

【図１１】本発明の好適な実施形態の一例を示すフロー
・チャートである。

【図１２】本発明の好適な実施形態の一例を示すフロー
・チャートである。

【図１３】ハンド・ピース／ブレードに横振動が存在し
ない場合の種々の発生装置出力レベル環境におけるトラ
ンスデューサ／ブレードの出力消費をプロットした図で
ある。

【図１４】ハンド・ピース／ブレードに横振動が存在す
る場合の種々の発生装置出力レベル環境におけるトラン
スデューサ／ブレードの出力消費をプロットした図であ
る。

【図１５】ハンド・ピース／ブレードに横振動が存在し
ない場合の種々の発生装置出力レベル環境におけるトラ
ンスデューサ／ブレードのインピーダンスをプロットし
た図である。

【図１６】ハンド・ピース／ブレードに横振動が存在す
る場合の種々の発生装置出力レベル環境におけるトラン
スデューサ／ブレードのインピーダンスをプロットした
図である。

【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 (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 Ｆターム(参考） 4C060 GG36 JJ17 JJ25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波ハンド・ピースにおける横振動を
検出するための方法において、駆動信号を超音波発生装置により超音波ハンド・ピース
に供給する工程と、ハンド・ピース／ブレードが中空（midair）に保持され
ている間に第１の出力レベルにおいてハンド・ピース／
ブレードに供給される出力を測定する工程と、第１の出力レベルにより予想される出力を計算する工程
と、予想された出力に基づいて実際の測定値に対する合格／
不合格の閾値を設定する工程と、ハンド・ピース／ブレードに供給される実際の出力を測
定する工程と、測定された実際の出力が合格／不合格の閾値よりも小さ
い場合に、発生装置の液晶ディスプレイ上に第１のメッ
セージを表示する工程と、測定された実際の出力が合格／不合格の閾値よりも大き
い場合に、発生装置の液晶ディスプレイ上に第２のメッ
セージを表示する工程を含む方法。
【請求項２】超音波ハンド・ピースにおける横振動を
検出するための方法において、一次的共鳴振動数における駆動信号を超音波発生装置に
より超音波ハンド・ピースに供給する工程と、一次的共鳴振動数におけるハンド・ピース／ブレードの
インピーダンスを測定する工程と、駆動信号の一次的共鳴振動数をシフトする工程と、一次的共鳴振動数において測定されたハンド・ピースの
インピーダンスをシフトされた共鳴振動数におけるハン
ド・ピースのインピーダンスと比較する工程と、測定されたインピーダンス所定の閾値よりも大きい場合
に、発生装置の液晶ディスプレイ上にメッセージを表示
する工程を含む方法。
【請求項３】超音波ハンド・ピースにおける横振動を
検出するための方法において、超音波ハンド・ピース／ブレードに供給される電圧およ
び電流を有する駆動信号を超音波発生装置により掃引す
る工程と、ハンド・ピース／ブレードに供給される電圧と電流をモ
ニターし、超音波発生装置内に配置された不揮発性メモ
リに記憶する工程と、ハンド・ピースに供給される出力を記憶された電圧およ
び記憶された電流に基づいて計算する工程と、記憶された電圧および記憶された電流に基づいて応答曲
線を作成する工程と、応答曲線により外挿を実行してハンド・ピース／ブレー
ドが横モードを示すか否かを決定する工程と、ハンド・ピース／ブレードが横モードを示す場合、発生
装置の液晶ディスプレイ上にメッセージを表示する工程
を含む方法。
【請求項４】超音波ハンド・ピースにおける横振動を
検出するための方法において、駆動信号を超音波発生装置により超音波ハンド・ピース
に供給する工程と、ハンド・ピース／ブレードが中空に保持されている間、
第１の出力レベルにおいてハンド・ピース／ブレードの
インピーダンスを測定する工程と、第１の出力レベルにより第２の出力レベルにおいて予想
されるインピーダンスを計算する工程と、計算された予想されるインピーダンスに基づいてハンド
・ピース／ブレードのインピーダンスの増加に対して合
格／不合格の閾値を設定する工程と、第２の出力レベルにおけるハンド・ピース／ブレードの
インピーダンスを測定する工程と、第２の出力レベルにおける測定されたインピーダンスを
合格／不合格の閾値と比較する工程と、ハンド・ピース／ブレードの測定されたインピーダンス
が合格／不合格の閾値よりも小さい場合に、発生装置の
液晶ディスプレイ上に第１のメッセージを表示する工程
と、測定された実際の出力が合格／不合格の閾値よりも大き
い場合に、発生装置の液晶ディスプレイ上に第２のメッ
セージを表示する工程を含む方法。