JP2003526415A - ねじれ型超音波ハンドピース - Google Patents

ねじれ型超音波ハンドピース

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JP2003526415A
JP2003526415A JP2001552833A JP2001552833A JP2003526415A JP 2003526415 A JP2003526415 A JP 2003526415A JP 2001552833 A JP2001552833 A JP 2001552833A JP 2001552833 A JP2001552833 A JP 2001552833A JP 2003526415 A JP2003526415 A JP 2003526415A
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ultrasonic
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ボークニー，ミカイル
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アルコン，インコーポレイティド
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
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    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
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Abstract

(57)【要約】 少なくとも１組の圧電素子を有するハンドピース。上記圧電素子は縦方向運動とねじり運動の両方を生成するセグメントから構成される。適切な超音波ドライバが上記の素子の組をそれぞれの共振周波数で駆動して縦方向の振動とねじり振動とを生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は超音波装置、特に眼の水晶体乳化処置(phacoemulsification)用ハン
ドピースに関する。
【０００２】 （発明の背景） 眼科処置に適する典型的な超音波手術用装置は超音波で駆動されるハンドピー
ス、付属の中空カッティングティップ(cutting tip)、洗浄スリーブ及び電子制
御コンソールからなる。ハンドピースアセンブリは電気ケーブル及びフレキシブ
ルな配管によって制御コンソールに取付けられる。電気ケーブルを介してコンソ
ールはハンドピースによってそれに取付けられたカッティングティップへ伝達さ
れるパワーレベルを変え、また、フレキシブルチューブはハンドピースアセンブ
リを介して洗浄液(irrigation)を眼に供給し、眼から吸出し液(aspiration flui
d)を引き出す。
【０００３】 ハンドピースの作動部は、中央に位置し、一組の圧電クリスタル(piezoelectr
ic crystal）に直接取付けられた中空の共振バーあるいはホーンである。クリス
タルは水晶体乳化処置中にホーンと付属カッティングティップの両方を駆動する
ために必要とされる所望の超音波振動を供給し、そのクリスタルはコンソールに
よって制御される。クリスタル／ホーンのアセンブリは中空ボディすなわちハン
ドピースのシェル内にその節点(nodal point)に比較的堅いマウンティング(moun
ting)によって吊下げて支持される。ハンドピースボディはボディの末端の径が
細くなった部分すなわち円錐型頭部(nosecone)で終わっている。この円錐型頭部
は洗浄スリーブを受け入れるために外部にネジ山が切られている。同様に、ホー
ン孔もカッティングティップの外側のネジ山を受けるためにその末端で内部にネ
ジ山が切られている。洗浄スリーブもやはり円錐型頭部の外側のネジ山の上にね
じ留めされる内部にネジ山を切られた孔を有する。カッティングティップは、テ
ィップ(tip)が予め決められた量だけ洗浄スリーブの開放端の向こうに突き出る
ように調整される。超音波ハンドピース及びカッティングティップは、米国特許
第3,589,363、4,223,676、4,246,902、4,493,694、4,515,583、4,589,415、4,60
9,368、4,869,715、及び4,922,902により詳細に述べられており、これらの内容
は全て参照のため本明細書に援用される。
【０００４】 水晶体乳化処置を行うために使用されるときは、カッティングティップ及び洗
浄スリーブの端部は眼の前室(anterior chamber)に接近するために眼の組織内の
角膜、強膜(sclera)、あるいはその他の位置内の所定の幅の小さな切込み(incis
ion)の中に挿入される。カッティングティップはクリスタル駆動される超音波ホ
ーンによって洗浄スリーブ内のその縦軸に沿って超音波で振動され、それによっ
て選択された組織にその場で接触して乳化する。カッティングティップの中空孔
はホーン内の孔に通じ、この孔は今度はハンドピースからコンソールへの吸出し
管(aspiration line)に通じる。コンソール内の減圧あるいは真空源はカッティ
ングティップの開放端、カッティングティップの孔、ホーン孔、及び吸出し管を
通って眼から乳化された組織を収集装置に引き出すあるいは吸出す。乳化された
組織の吸出しは、洗浄スリーブの内面とカッティングティップの外面の間の小さ
な環状ギャップを通して手術箇所に注入される塩水水洗溶液(saline flushing s
olution)あるいは洗浄剤(irrigant)の助けを受けて行われる。
【０００５】 カッティングティップの超音波縦方向運動(ultrasonic longitudinal motion)
をティップの回転あるいは振動運動(rotational or oscillating motion)と組合
せる試みが以前から行われていた。本明細書に参照のため援用される米国特許第
5,222,959 (Anis)、5,722,945 (Anis他)及び4,504,264 (Kelman)を参照。これら
の先行する試みはティップの回転を与えるために電気モータを使用していたが、
これはＯリングあるいは他のシールを必要とし、これは、複雑さが増すことやモ
ータの故障が起こる可能性に加えて故障の原因となる。
【０００６】 従って、縦方向とねじり方向の両方で振動する信頼性の高い超音波ハンドピー
スに対する必要性が依然として存在する。
【０００７】 （発明の概要） 本発明は少なくとも１組の圧電素子(piezoelectric element)を有するハンド
ピースを備えることによって先行技術の超音波装置を改善するものである。圧電
素子は縦方向とねじりの両方の運動を生じさせるセグメントから構成される。適
切な超音波ドライバが縦方向の振動(longitudinal vibration)とねじり振動(tor
sional oscillation)を生成するためにそれぞれの共振周波数で上記の１組の素
子を駆動する。
【０００８】 従って、縦方向とねじりの両方の運動を有する超音波ハンドピースを提供する
ことが本発明の目的である。
【０００９】 本発明のもう１つの目的は縦方向の運動を生み出すように分極された１対の圧
電素子とねじり運動を生み出すように分極された１対の圧電素子とを有する超音
波ハンドピースを提供することである。
【００１０】 本発明のその他の目的、特徴及び利点は図面を参照し、また図面及び特許請求
項の以下の記載を参照して明らかになるであろう。
【００１１】 （本発明の詳細な記載） 図１で最もよく分かるように、本発明を用いた使用に適するハンドピース１０
の１実施例は一般にカッティングティップ１２、ハンドピースシェル１４、超音
波ホーン１６、ねじり超音波クリスタル(torsional ultrasound crystal)１８及
び縦方向クリスタル２０を有する。ホーン１６はアイソレータ１７によってシェ
ル１４内に保持されている。クリスタル１８と２０はシェル１４内に保持され、
後部シリンダ２２とボルト２４とに接触している。クリスタル１８と２０は超音
波発生器２６によって発生される信号に応答して超音波で振動する。クリスタル
１８はねじれ運動(torsional motion)を生み出すように分極されている。クリス
タル２０は縦方向の運動(longitudinal motion)を生み出すように分極されてい
る。
【００１２】 代案として、図６に示すように、クリスタル２３は縦方向とねじれの両方の運
動を生成するために使用することができる。クリスタル２３は一般にリング形状
にされ、中空シリンダに似ており、複数のクリスタルのセグメント２５から構成
される。セグメント２５の上側部分２７は時計方向の運動を生成するよう分極さ
れるのに対しセグメント２５の下側部分２９は反時計方向の運動を生成するよう
に分極される、あるいはその逆にすることができる。セグメント２５がクリスタ
ル２３内に組み立てられるとき、セグメント２５の分極(polarization)はクリス
タル２３が励起されるときにそのクリスタル２３が捩れるようにする。更に、ク
リスタル２３の捩れ運動(twisting motion)は縦方向の運動を生成するが、この
ような縦方向の運動は、ねじれ運動とは異なった共振周波数で共振することにな
る。たとえば、クリスタル２３におけるねじれ運動は凡そ１８キロヘルツ（kHz
）と２５kHzの間で生じることができるのに対し、クリスタル２３における縦方
向の運動は凡そ３３kHzと４３kHzの間で生じることができ、それぞれ約２１kHz
と約３８kHzで好適である。この差は、このような振動に反抗するクリスタル上
の力が縦方向とねじれ方向とにおいて異なっているためである。同業者はクリス
タル２３の構造に依存して異なった周波数を使用することができることを認識す
るであろう。クリスタル２３に２つの信号を、１つはねじり共振周波数で、そし
て１つは縦方向共振周波数で与えることによって、クリスタル２３にねじりと縦
方向の両方の運動を生成することができる。ハンドピース１０は任意の適切な数
の対、例えば単一の対、あるいは２対のクリスタル２３とすることができる。
【００１３】 図２に見られるように、超音波発生器２６は超音波ハンドピースを駆動する信
号（「駆動信号」）の少なくとも１つの成分を発生するために広帯域スペクトル
源(broad-spectrum source)を用いている。広帯域スペクトル源はプログラム可
能であり、従ってこの発生源に供給されるあるきまった入力情報を変えることに
よって容易に調整可能である。しかしながら、固定スペクトル源も問題なく使用
することができる。高速フーリエ変換（「FFT」）ディジタルシグナルプロセッ
サ（「DSP」）を駆動信号の広帯域スペクトル成分に対するハンドピース１０の
応答を分析するために使用することができる。リアルタイムのアプリケーション
では、FFT DSPの出力は適切なフィードバック信号内に含まれる制御パラメータ
を発生するために使用され、これは駆動信号の態様(aspect)を変えるために駆動
信号を発生する回路に供給される。図３に見られるように、超音波発生器２６は
駆動信号に対するハンドピース１０の応答を分析するために従来型のシグナルプ
ロセッサを使用することもできる。ここで使用される「駆動信号」という用語は
少なくとも超音波ハンドピースにパワーを供給するためにもっぱら有用な信号、
ハンドピースをチューニングあるいは校正するためにもっぱら有用である信号、
及びこのようなパワー信号とチューニングあるいは校正信号の組合せを含む。
【００１４】 図２に示されているように、広帯域スペクトル信号源２８は駆動信号４を発生
し、これはそれぞれ、ねじれ単一周波数源３０及び縦方向単一周波数源３２から
の駆動信号５及び６と増幅器３４で結合される。増幅器３４は駆動信号３６をハ
ンドピース１０とFFT DSP３８とに供給する。FFT DSP３８はまたハンドピース１
０からフィードバック信号４０を受信する。FFT DSP３８は駆動信号３６とフィ
ードバック信号４０を、その全内容が参照のため本明細書に援用される一般に認
知された米国特許出願第08/769,257（PCT特許出願第PCT/US97/15952に対応する
）にもっと詳細に開示されているようにして、処理して、ハンドピース１０の動
作特性を決定する。FFT DSP３８は広帯域スペクトル信号４に対するハンドピー
ス１０の電気応答を決定し、信号４２をDSP３９に供給して、それぞれ駆動信号
５と６を調整するように、信号源３２と３０の周波数及び（あるいは）出力電圧
を調整するための調整信号６０と６１を発生する。
【００１５】 図３に示されているように、その全内容が参照のため本明細書に援用されてい
る米国特許第5,431,664号、あるいは米国特許出願第08/769,257（PCT特許出願第
PCT/US97/15952に対応する）に記載されているような２つの従来型の駆動信号源
を使用してもよい。例えば、信号源４４はねじれ用クリスタル１８のために駆動
信号４５を発生し、信号源４６は縦方向のクリスタル２０のために駆動信号４７
を発生することができる。駆動信号４５と４７は増幅器１３４で結合され、ハン
ドピース１１０に供給される駆動信号１３６となる。ハンドピースのフィードバ
ック信号１４０はセパレータ４８を介してフィルタにかけられて、信号源４４と
４６に調整信号５０と５２を供給する。セパレータ４８は、ローパスあるいはハ
イパスフィルタあるいはヘテロダイン受信機のような、任意の数の市販のアナロ
グあるいはディジタルのデバイスでもよい。
【００１６】 ホーン１６のねじれ運動はカッティングティップ１２を弛める可能性がある。
カッティングティップがゆるくなる機会を減らすために、ティップ１２は図４や
５に見られるように非対称な形状にすることができる。この非対称形状は、その
全内容が参照のため本明細書に援用される米国特許第5,676,649号により詳細に
述べられているようにしてティップ１２上に働く流体力学的力を増大させるため
に、ティップ１２内にスパイラル状ねじ(spiral thread)１３をカッティングに
よってつけることができる。
【００１７】 本発明のある特定の実施例を上記に述べたが、これらの記載は図示と説明のた
めに与えられたものである。上述したシステム及び方法からの変形、変更、修正
及び逸脱は本発明の範囲あるいはその精神から逸脱することなしに採用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の超音波ハンドピースの１実施例の断面図である。
【図２】 本発明で使用することができる第１の駆動回路のブロック図である。
【図３】 本発明で使用することができる第２の駆動回路のブロック図である。
【図４】 本発明で使用することができる水晶体乳化処置用ティップの斜視図である。
【図５】 図４に示した水晶体乳化処置用ティップの図４の線５−５から見た断面図であ
る。
【図６】 本発明で使用することができる超音波圧電クリスタルの斜視図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 a）ハンドピースシェルと、 b）前記シェル内に保持された超音波ホーンと、 c）縦方向運動とねじり運動との両方を生成するように分極された少なくとも
    １対の超音波クリスタルであって、前記超音波ホーンと接触して保持されたクリ
    スタルと、 d）前記クリスタルと対向する前記ホーン上に取付けられたカッティングティ
    ップと、を含む超音波手術ハンドピース。
  2. 【請求項２】 前記カッティングティップは非対称形状である請求項１に記
    載のハンドピース。
  3. 【請求項３】 前記クリスタルは２つの別個の周波数を有する駆動信号が与
    えられたときに縦方向の運動とねじり運動との両方を生成する請求項１に記載の
    ハンドピース。
  4. 【請求項４】 前記クリスタルはクリスタルセグメントから構成されている
    請求項１に記載のハンドピース。
  5. 【請求項５】 前記周波数の１つは約１８kHzと２５kHzの間にあり、他の周
    波数は約３３kHzと４３kHzの間にある請求項３に記載のハンドピース。
JP2001552833A 2000-01-21 2000-12-18 ねじれ型超音波ハンドピース Pending JP2003526415A (ja)

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