JP2006231084A - 超音波手術システムの制御方法 - Google Patents

超音波手術システムの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ハンドピースの故障状態や異常を早期に調べることが可能な超音波手術システムの制御方法を提供する。
【解決手段】超音波振動を発生可能な超音波振動子を有するハンドピースと、超音波振動子を駆動するための駆動信号を発生する発振手段を有する装置本体とが着脱自在に接続される超音波手術システムの制御方法において、発振手段の周波数を所定の周波数範囲で掃引する掃引ステップと、掃引ステップで駆動信号の駆動周波数を変化させたときに超音波振動子のインピーダンスを検出する検出ステップと、検出ステップの検出結果をハンドピースに設けられたメモリ手段に予め記憶された内部データと比較し、ハンドピースの異常を判別する異常判別ステップと、異常判別ステップで異常と判別されたときに告知する告知ステップとを有する。
【選択図】図14

Description

本発明は、超音波振動によって生体組織を処置する超音波手術システムの制御方法に関する。
一般に、従来から超音波振動を利用して生体組織を凝固しながら切開する超音波手術装置が実用化されている。この種の超音波手術装置では、生体組織を処置する処置部を備えたハンドピースの内部に、超音波振動を発生する超音波振動子と、この超音波振動子からの超音波振動を前記処置部に伝達するプローブとを内蔵した構造になっている。そして、超音波手術装置は、内視鏡下手術に応用されており、ハンドピースに設けられたハンドルの操作によって、ハンドピース先端に設けられている組織把持具であるジョーが超音波振動しているプローブに向かって閉じるように動作し、プローブとジョーとの間に生体組織を挟み込んで超音波振動エネルギーを与えることで、該組織を凝固切開する。
このような超音波手術装置においては、プローブとジョーの間の把持力が過大であったり、プロープとジョーの根元部分に組織が詰まってしまい、プローブの超音波振動に対する負荷が過大になってしまうと、超音波振動の出力が行われなくなってしまう。
このことに対応して、例えば、本件出願人による特開平11−70118号には、超音波振動を出力して処置を行っている間、超音波振動に対する負荷状態を検出してそれをバーグラフで表示する超音波手術装置が開示されている。この超音波手術装置では、状態を利用者に告知することで、把持力を適切にするか、またはハンドピース先端部の洗浄を促すことで、手術をスムーズに進行することを可能にしている。
特開平11−70118号
上述したように従来の超音波手術装置では、ハンドピースは洗浄、滅菌を行って繰り返して使用する事が出来るが、洗浄やオートクレーブ滅菌等を行なった場合、ケーブルや水密構造部分に傷がついて超音波振動子を内蔵するハンドピースのケース内部に蒸気や水分が僅かづつ浸入したり、ケーブルが断線したり、或いは短絡するなどの故障状態となる可能性がある。また長期間に亘って繰り返して使用していくうちに、超音波振動子が劣化していく場合がある。さらに、ハンドピースのケース内部への水分の浸入等による特性の変化は、それがわずかな場合には特に支障は無いが、あるレベル以上浸入すると超音波振動子での振動が十分発生せず動作が不安定になる虞がある。しかしながら、前述の超音波手術装置では、超音波振動を出力して処置を行っている間しか超音波振動子に対する負荷状態をモニターできず、ハンドピースの故障状態や異常を早く知ることができなかった。
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、ハンドピースの故障状態や異常を早期に調べることが可能な超音波手術システムの制御方法を提供することを目的とする。
本発明の超音波手術システムの制御方法は、超音波振動を発生可能な超音波振動子を有するハンドピースと、前記超音波振動子を駆動するための駆動信号を発生する発振手段を有する装置本体とが着脱自在に接続される超音波手術システムの制御方法において、前記発振手段の周波数を所定の周波数範囲で掃引する掃引ステップと、前記掃引ステップで前記駆動信号の駆動周波数を変化させたときに前記超音波振動子のインピーダンスを検出する検出ステップと、前記検出ステップの検出結果を前記ハンドピースに設けられたメモリ手段に予め記憶された内部データと比較し、前記ハンドピースの異常を判別する異常判別ステップと、前記異常判別ステップで異常と判別されたときに告知する告知ステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、ハンドピースの故障状態や異常を早期に調べることが可能な超音波手術システムの制御方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
図1及び図2は本発明に係る超音波手術システムの第1の実施の形態を超音波凝固切開装置に適用したものを示し、図1はシステム全体を示す説明図、図2は第2の超音波処置具を示す説明図である。
図1において、超音波手術システム1には、装置本体2と、この装置本体2に接続されたフットスイッチ3と、第1の超音波処置具100Aのハンドピース4Aとがそれぞれ設けられている。また、ハンドピース4Aには接続ケーブル5の基端部が接続されている。この接続ケーブル5の先端部にはコネクタ6が接続されている。ここで、装置本体2のフロントパネル7には超音波処量具接続部8が設けられている。そして、この接続部8には第1の超音波処量具100Aのコネクタ6が着脱自在に連結されるようになっている。
なお、本発明で使用される超音波処置具としては、図1に示す第1の超音波処置具100Aや、図2に示す第2の超音波処置具100Bなどがある。ここで、図1の第1の超音波処置具100Aのハンドピース4Aには、細長いシース9と、このシース9の基端部に連結された手元側の操作部10と、シース9の先端部に設置された処置部11とがある。またハンドピース4Aの内部には超音波振動を発生する超音波振動子と、この超音波振動子からの超音波振動を処置部11に伝達するプローブ12とが含まれる。さらに処置部11にはシース9の先端部に回転可能な把持部(ジョー)13が設けられている。この把持部13はプローブ12の先端部に対して接離可能になっている。
またハンドピース4Aの手元側の操作部10には固定ハンドル14aと可動バンドル14bとが設けられている。そして固定ハンドル14aに対して可動ハンドル14bを開閉動作することによって処置部11の把持部13をプローブ12の先端部に対して接離させることができる。このような構造により処置部11は、生体組織を処置するようになっている。
一方、第2の超音波処置具100Bのハンドピース4Bには第1の超音波処置具100Aと異なる構成の処置部15が設けられている。この処置部15にはシース9の先端部に固定された略L字状の受け部16とシース9内に軸方向にスライド可能な突き当て部17とが設けられている。ここで受け部16または突き当て部材17のいずれか一方には超音波振動するプローブ12が連結されている。
このような第1及び第2の超音波処置具100Bのいずれにおいても、固定ハンドル14aと可動バンドル14bを開閉操作することで生体組織が先端処置部に把持され、フットスイッチ3を操作することで超音波振動が発生し組織を凝固切開することが可能となる。
図3は図1の装置本体2をさらに詳細に示す斜視図である。
また装置本体2のフロントパネル7には、図3に示すように、電源スイッチ18と表示パネル19とが設けられている。さらに表示パネル19の中には超音波振動の大きさ(振幅の大きさ)を設定した値を示す設定表示部20と超音波振動子の状態を表示するバーグラフ表示部22が設けられている。また設定部21には設定を行うためのアップスイッチ21aとダウンスイッチ21bがある。またフロントパネル7には、超音波振動子の状態をチェックする動作をスタートさせるためのスタートスイッチ23が設けられている。
図4は装置本体2の回路構成を示すブロック図である。
図4において、装置本体2内部には、超音波振動子の駆動周波数を発生する信号発生部24と、信号発生部24で発生させた信号を増幅するアンプ25と、アンプ25から出力される駆動信号の電圧と電流を検出する検出部26と、超音波振動子と駆動装置とを絶縁分離する出力トランス27とが設けられている。
ハンドピース4Aの内部にはそのハンドピースの種類を示すID手段28が設けられている。一方、装置本体2には、ハンドピース種類判別手段29が設けられている。ハンドピース種類判別手段29は、前記ID手段28の読み取りを行うことにより、ハンドピースの種類を判別する。その結果は駆動制御部30に伝えられて、駆動制御部30は、各ハンドピースの種類に従った駆動パラメータ (基本周波数や電流値、最大連続出力時間等)を設定し、前記超音波振動子の駆動信号の電圧と電流の検出結果に基づいて信号発生部24に駆動開始周波数と超音波出力の大きさに関連する信号を伝達して、フットスイッチ3の操作によって超音波振動出力を行わせるようになっている。
なお超音波出力の大きさは設定表示部20に表示される。また、超音波出力の大きさは設定部21によって設定が可能になっている。
装置本体2には、さらに振動子状態検知制御部31が設けられており、ハンドピース種類判別手段29の結果を受けて、各ハンドピース毎の状態検出を電圧電流の検出結果を基に行う。この場合、装置本体2は、スタートスイッチ23を操作することで振動子状態検知制御部31が駆動制御部30に、振動子の状態を検出するのに必要な周波数と超音波出力の大きさの指示信号を送出し、得られた結果を状態表示部22に表示するようになっている。
このような構成により、信号発生部24、アンプ25及び出力トランス27は、前記超音波振動子を駆動する駆動信号を発生する発振手段となっている。駆動制御部30は、この発振手段の周波数を所定の周波数範囲で掃引する掃引手段となっている。検出部26及び振動子状態検知制御部31は、この掃引手段により前記駆動信号の駆動周波数を変化させたときに前記超音波振動子のインピーダンスを検出する検出手段となっている。状態表示部22は、この検出手段の検出結果を告知する告知手段となっている。また、前記掃引手段の掃引範囲は、前記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲としている。さらに、振動子状態検知制御部31は、前記検出手段の検出結果の最大値を保持する保持手段を具備している。
(作用)
ここで、図5を用いてハンドピースの内部の超音波振動子の特性について説明する。
図5は一般的な超音波振動子の電気的特性を説明する説明図であり、図5(a)は超音波振動子を電気回路記号で示し、図5(b)は図5(a)の超音波振動子を電気的等価回路で示している。
一般に図5(a)に示す超音波振動子41は、図5(b)に示すインダクタンス成分L、キャパシタンス成分C、及び抵抗成分Rの直列共振部と、物理的キャパシタンス成分(制動キャパシタンス)Cbとの並列回路で示される。
図6は図5に比べて効率化を図った超音波振動子の電気的特性を説明する説明図であり、図6(a)は超音波振動子を電気回路記号で示し、図6(b)は図6(a)の超音波振動子を電気的等価回路で示している。
超音波振動子41を効率よく駆動するためには、図6(a)に示すように並列にインダクタンスLmを挿入する。これにより図6(b)に示すようにLmとCbが共振周波数で並列共振をおこさせて、実質的にこれらに流れるエネルギーをキャンセルする。
図7は図6(b)の状態で超音波振動子のインピーダンス特性による動作を説明する説明図である。
図7(a)は図6(b)の状態でのインピーダンス特性を示している。
超音波振動子41とインダクタンスLmの並列接続は、極小値(=R)となる共振周波数frを中心として周波数fが変化すると、図7(a)のインピーダンス特性を示す。この場合、flとf2は反共振周波数であり、この2か所でインピーダンス|Z|は極大値をとる。超音波振動子41が正常な場合は図における実線のような変化を示すが、もし超音波振動子41を内蔵するハンドピース内部に水分が多量に浸入した場合、図における破線のような変化を示す。
図7(b)は、振動子状態検知制御部3に検知したインピーダンス|Z|のピークをホールドする機能を動作させて振動子に印可する周波数fをfl側からf2側に変化させた場合の検出結果を示したものである。この場合、この図から分かるように、ハンドピースが正常の場合はインピーダンス|Z|の大きさのピークは高いのでその結果に基づいてインジケータ22が高いレベルの表示を行い、故障状態の場合はインピーダンス|Z|の大きさのピークが低下するのでその結果をインジケータ22で示すことで、ハンドピースの状態を告知することが可能である。
図8はこのような超音波手術システムの動作を示すフローチャートである。
図8に示すように、まず、装置本体2は、ステップS1において、電源スイッチ18がオンされると、ステップS2において、ハンドピース種類判別手段29がハンドピースの接続状態を確認し、接続された場合には、ステップS3において、ハンドピースの種類を判別して、その結果によって各種パラメーターをセットする。この後、ステップS4において、ハンドピースチェックのスタートスイッチ23が押されたら、駆動制御部30はステップS5の処理に移行して信号発生部24が発生する信号に対して本駆動時(超音波振動を出力して処置を行っている状態)より小さいチェック用の信号レベルにセットし、ステップS6の処理に移行して信号発生部24に対して周波数fを各ハンドピースに従ったスキャン範囲にセットし、ステップS7において、振動子状態検知制御部31はスキャンを開始してインピーダンス|Z|の大きさをピークホールドし、ステップS8において、その結果を状態表示部22のインジケータに表示させる。
ここで、著しくインピーダンス|Z|が低下している場合はステップS9において故障と判断し、ステップS10に移行して超音波出力を行わずにその旨を告知するようにする。この場合、インジケータ22にもその状態は表示される。インピーダンス|Z|があまり低下していない場合は、ステップS9において問題無しと判断し、ステップS11の超音波処置のための超音波出力を行う処理に進む。
図9はハンドピースの各種状態におけるインピーダンス|Z|のスキャンの結果を示すグラフであり、Aはハンドピースが正常な場合、Bは水分浸入など故障の場合、Cはハンドピースへのコードが断線している場合、Dはショートしている場合を示している。
Aの状態は図5(a)の実戦の状態、Bの状態は図5(b)の破線の状態と同様である。Cのハンドピースへのコードが断線している状態では、周波数fに関係なく測定上の最大値の状態を示している。Dのショートしている状態では、インピーダンス|Z|が0の状態を示している。
図10はインジケータ22によるインピーダンス表示を示す説明図であり、図10(a)は図9のAの状態、図10(b)は図9のBの状態、図10(c)は図9のCの状態、図10(d)は図9のDの状態における表示を示している。
図10において、インジケータ22はインピーダンス|Z|の大きさをバーグラフ式で表示するものであり、複数の発光ダイオード(LED)の発光部44,44…を横に並べている。この場合、発光している発光部44を斜線で示している。
図10(a)では、発光部44を左から85%を点灯させ、インピーダンス|Z|が大きめの状態(測定上の最大値の85%程度)を示している。図10(b)は、発光部44の左から40%を点灯させ、インピーダンス|Z|が小さめ状態(測定上の最大値の40%程度)を示している。図10(c)は発光部44の全てを点灯させ、インピーダンス|Z|が測定上の最大値の状態を示している。図10(d)は発光部44の全てを消灯させ、インピーダンス|Z|が0の状態を示している。
インジケータ22は、図10(a)〜(d)に示すように表示することで、故障状態や異常を告知することが可能である。なお図10(c)や図10(d)のように、断線やショートと明確に判別できる状態の場合には別の表示手段で異常状態を告知しても構わない。
(効果)
この実施の形態によれば、スタートスイッチ23により超音波振動子の状態をチェックする動作をスタートさせるので、本駆動時でなくても、インジケータ22のインピーダンス|Z|の表示によって、ハンドピースの故障状態、例えばハンドピースへの水分の浸入や経年変化、及び断線やショートを使用前に確認できる。またその異常のレベルを知ることができる。これにより、ハンドピースの故障状態や異常を早期に調べることが可能で、ハンドピースを適切な時期に交換したり修理することができる。
図11は図1の装置本体2の変形例を示す斜視図である。
図11に示すように、この変形例の装置本体2には、インピーダンス|Z|の周波数fに対する変化の様子をグラフ状に示す表示手段(例えば液晶表示パネル)32を設けている。
本変形例では、このような表示手段32でインピーダンス|Z|の周波数fに対する変化を表示することで、ハンドピースの状態をより正確に把握することができる。
(第2の実施の形態)
以下、図12及び図13を用いて第2の実施の形態を説明する。この場合、回路構成については図1乃至図6を代用して説明する。
図12は超音波振動子が故障状態となり制動キャパシタンスCb(図5及び図6参照)が正常状態より大きくなった場合のインピーダンス|Z|の特性を示すグラフである。
図12において、実線には超音波振動子が正常状態のインピーダンス|Z|の特性を示し、破線には超音波振動子が故障状態のインピーダンス|Z|の特性を示している。超音波振動子のインピーダンス|Z|の特性は、故障状態するとCb値が大きくなることで、正常な状態の共振点flとf2がそれぞれ低域側の共振点f3とf4に移動し、且つインピーダンス|Z|の大きさがアンバランスとなる。この事を利用して装置本体2(図4及び図5参照)は、振動子状態検知制御部31で前記状態を検出し、ハンドピースの故障状態や異常を告知する。
(作用)
図13にこの第2の実施の形態の動作を示すフローチャートであり、図8のフローチャートと同じ処理部分は説明を省略する。
図13において、ステップS21より前の動作は、図8に示すステップS6までの動作と同様である。ステップS21において、周波数のスキャン動作を開始してインピーダンス|Z|の大きさを第1極大点(fl)、極小点=共振点(fr)、第2極大点(f2)の周波数とそのポイントでのインピーダンス|Z|の大きさを検知しておく。次に、ステップS22において、そしてflからfrまでの周波数差とfrからf2までの周波数差を比較し、その同等性をステップS23においてインジケータに表示する。上記2つの差の値が極端に異なっている場合はハンドピースの故障と判断してステップS25において告知を行う。上記2つの差の値があまり異なっていない場合はハンドピースの正常と判断して図8に示すステップS11の処理を行い、処理を終了する。
なお、周波数差ではなくflとf2におけるレベルの差をもってハンドピースの状態を判断することも可能である。
(効果)
この実施の形態によれば、超音波振動子の制動キャパシタンス成分の変化の様子が分かるので、ハンドピース内部で超音波振動子に接続されている複数のワイヤの内一部のワイヤが断線またはショートした状態についても分かり、修理等を迅速に行う事が出来る。
(第3の実施の形態)
次に、図14から図15を用いて、第3の実施の形態を説明する。
図14は本発明に係る第3の実施の形態を示すブロック図である。
ハンドピース204A,204Bには、個々のハンドピース毎に記憶内容が設定されたメモリ手段233A,233Bが設けられている。装置本体202には、このメモリー手段233A,233Bの内容を読み書きする手段234と手段234を制御する制御部231が設けてある。装置本体202には、図4における超音波振動子の駆動手段(信号発生部24と、信号発生部24、アンプ25、検出部26、出力トランス27、駆動制御部30)と同等な駆動手段235を設けている。
ここで、図1乃至図10に示した第1の実施の形態では、装置本体2によって状態の検知結果を一時的に保管するようになっていたが、本実施の形態では、状態の検知結果をハンドピース204A,204B側に設けてあるメモリ手段(RAM)233A,233Bに保管させるようになっている。
(作用)
図15は第3の実施の形態における動作を説明するフローチャートである。
図15において、まず、装置本体202は、ステップS31において、電源スイッチ18がオンされると、ステップS32において、ハンドピース内のメモリ手段から前回の状態検知結果を読み出す。この後、ステップS33において、ハンドピースチェックをスタートさせ、駆動時より小さいチェック用の信号レベルで、また周波数fを各ハンドピースに従ったスキャン範囲で、超音波振動子に印可し、スキャンを開始してインピーダンス|Z|の大きさをピークホールドしておく。この場合、第2の実施の形態のように周波数fの情報を検出しても良い。この後、ステップS34において、それらのチェック結果とメモリ手段に記憶されていた前回までのチェック結果とを比較する。この比較結果をステップS35において参照して差があるかどうかを判別し、差が大きければ異常と判定してステップS36において告知する。またそのレベルをインジケーターに表示する。
ステップS35において、前記差が大きくなければ正常であると判断してステップS37の超音波出力の処理に進む。また今回のチェック結果はステップS37においてハンドピース204A,204B側のRAMに書き込んでおく。
なお一番最初のチェック結果あるいは工場出荷時の結果は消去せずにRAMに残しておいて、経時的変化を見るようにしても良い。
(効果)
この第3の実施例によれば、個々のハンドピースのチェック結果がハンドピース自身にデータとして残されるため、このデータを読み出すことで経歴がわかり、また遠隔地にそのデータを送ることで離れたところからでもハンドピースの状態を確認することが可能となる。
[付記]
以上詳述したような本発明の上記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
(1) 超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動を処置部に伝達するプローブと、前記超音波振動子を超音波振動させる駆動信号を発生する駆動手段と、から成る超音波手術システムにおいて、
前記駆動手段には前記超音波振動子への印加周波数とインピーダンスの関係を観測するモニタ手段と、
前記モニタ手段による結果に基づいて前記超音波振動子の状態を告知する告知手段と、
を具備したことを特徴とする超音波手術システム。
(2) 前記超音波振動子の共振周波数近傍の任意の範囲での周波数信号を超音波振動子に印加して、該周波数に対するインピーダンス値を測定し、その値をインジケータ手段に表示することを特徴とする付記1記載の超音波手術装置。
(3) 前記超音波振動子の共振周波数近傍の任意の範囲で連続的に可変した周波数信号を超音波振動子に印加して、該周波数に対するインピーダンス値を測定し、その時の最大値をホールドしてその値をインジケータ手段に表示することを特徴とする付記1記載の超音波手術装置。
本発明に係る超音波手術システムの第1の実施の形態を示す説明図。 図1の超音波手術システムに用いることが可能な第2の超音波処置具を示す説明図。 図1の装置本体をさらに詳細に示す斜視図。 図1の装置本体の回路構成を示すブロック図。 図1の超音波手術システムに用いる一般的な超音波振動子の電気的特性を説明する説明図。 図5に比べて効率化を図った超音波振動子の電気的特性を説明する説明図。 図6(b)の状態でのインピーダンス特性による動作を説明する説明図。 図1の超音波手術システムの動作を示すフローチャート。 図1のハンドピースの各種状態におけるインピーダンスのスキャンの結果を示すグラフ。 図1のインジケータによるインピーダンス表示を示す説明図。 図1の装置本体の変形例を示す斜視図。 本発明に係る第2の実施の形態を説明するためのグラフ。 本発明に係る第2の実施の形態の動作を示すフローチャート。 本発明に係る第3の実施の形態を示すブロック図。 本発明に係る第3の実施の形態の動作を示すフローチャート。
符号の説明
1…超音波手術システム
2…装置本体
3…フットスイッチ
4A…ハンドピース
11…処置部
12…プローブ
24…信号発生部
25…アンプ
26…検出部
27…出力トランス
30…駆動制御部
31…振動子状態検知制御部
100A…超音波処置具

Claims (1)

  1. 超音波振動を発生可能な超音波振動子を有するハンドピースと、前記超音波振動子を駆動するための駆動信号を発生する発振手段を有する装置本体とが着脱自在に接続される超音波手術システムの制御方法において、
    前記発振手段の周波数を所定の周波数範囲で掃引する掃引ステップと、
    前記掃引ステップで前記駆動信号の駆動周波数を変化させたときに前記超音波振動子のインピーダンスを検出する検出ステップと、
    前記検出ステップの検出結果を前記ハンドピースに設けられたメモリ手段に予め記憶された内部データと比較し、前記ハンドピースの異常を判別する異常判別ステップと、
    前記異常判別ステップで異常と判別されたときに告知する告知ステップと、
    を有することを特徴とする超音波手術システムの制御方法。
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