JP2006340837A

JP2006340837A - 超音波手術器

Info

Publication number: JP2006340837A
Application number: JP2005168177A
Authority: JP
Inventors: Gen Ogura; 玄小倉; Taizo Kihara; 泰三木原; Shusuke Kato; 秀典加藤; Takashi Ota; 敬太田; Takashi Hosobe; 孝細部
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】超音波ホーンの破断強度を向上させる。
【解決手段】（Ａ）には、（Ｂ）に示す超音波ホーン１０のＡＡ断面が図示されている。（Ａ）の円状の超音波ホーン１０の断面の中心には、超音波ホーン１０の内部において軸方向に沿って管状に刳り貫かれた吸引路１２の断面が示されている。また、複数のスリット１４は、円状の超音波ホーン１０の断面内において、中心角４５度の間隔で８本設けられている。各スリット１４は、その断面がＵ字形状となるように底部１４ａが半円型に刳り貫かれている。このように、各スリット１４の底部が丸みを帯びて刳り貫かれているため、振動に伴う応力が特定部分に集中することなどが回避され、各スリット１４の底部の破断強度が向上する。
【選択図】図５

Description

本発明は、超音波振動によって硬組織を破砕する超音波手術器に関し、特に、超音波ホーンの改良に関する。

超音波振動によって骨などの硬組織を破砕する超音波ホーンを備えた超音波手術器が知られている。超音波ホーンを備えた超音波手術器は、例えば、神経などの組織を傷つけないように骨だけを精密に破砕、切削する作業に特に適している。例えば、ドリルやのみを利用した破砕に比べて、超音波ホーンによる破砕は精密性に優れている。このため、外科手術などにおいて超音波ホーンを備えた超音波手術器が利用される場面も少なくない。こうした背景において、超音波ホーンに関する様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１や特許文献２には、超音波ホーンの周面に溝（スリット）を設けることによって、捩り振動成分を発生させる技術が開示されている。超音波ホーンが捩り振動を伴うことにより、破砕力が向上すると指摘されている。

特開２００１−１７８７３６号公報特開２００２−２０９９０６号公報

特許文献１や特許文献２に開示されているように、従来から超音波ホーンの周面にスリットを設けて捩り振動成分を発生させる技術が知られていた。ところが、捩り振動が発生すると、その捩り振動成分に伴う応力が超音波ホーンに加わり、例えば、周面に設けられたスリットのエッジ部分に応力が集中し、振動振幅が大きい場合にはスリットのエッジ部分に亀裂（破断）が発生してしまう。

本発明は、このような背景においてなされたものであり、その目的は、超音波ホーンの破断強度を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波手術器は、超音波振動によって硬組織を破砕する超音波手術器において、超音波振動子を内蔵した把持部と、前記超音波振動子が発生する超音波振動を伸長方向の先端に向かって伝達し、先端に設けられた作業部が振動することによって硬組織を破砕する超音波ホーンと、を有し、前記超音波ホーンは、その外面に、らせん状に刳り貫かれた複数のスリットを備え、これにより、前記超音波振動を縦振動成分と捩り振動成分を合成した合成振動に変換し、前記各スリットは、その断面がＵ字形状となるように底部が丸みを帯びて刳り貫かれ、これにより、各スリットの底部の破断強度を向上させる、ことを特徴とする。

上記構成によれば、各スリットの底部が丸みを帯びて（望ましくは半円に）刳り貫かれているため、各スリットの底部の破断強度が向上する。例えば、各スリットの底部が矩形状に刳り貫かれている場合、振動に伴う応力が矩形状の底部の角（エッジ）部分に集中し、その結果、振動振幅が大きいとスリットのエッジ部分に亀裂などが発生し、超音波ホーンが破断してしまう。これに対し、上記本発明の好適な態様では、各スリットの底部が丸みを帯びて刳り貫かれており、振動に伴う応力が特定部分に集中することなどが回避され、各スリットの底部の破断強度が向上する。

本発明により、超音波ホーンの破断強度が向上する。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る超音波手術器の好適な実施形態を説明するための図であり、図１（Ａ）には、超音波ホーン１０を備えた超音波手術器１００が示されている。

図１（Ａ）において、ハンドピース３０の内部には、図示されていない超音波振動子が内蔵されている。その超音波振動子で発生した超音波振動は、ハンドピース３０の内部で超音波振動子に接続された超音波ホーン１０に伝達される。超音波ホーン１０の周囲にはホーンカバー２０が設けられており、超音波ホーン１０の先端側のみがホーンカバー２０から外に露出している。ホーンカバー２０から外に露出した超音波ホーン１０の先端側の作業部分で組織の破砕、切削が行われる。

この超音波手術器１００を利用する際、例えば、医師などのユーザがハンドピース３０を手に持ち、破砕対象となる骨などの組織に超音波ホーン１０の先端部分を当て、その組織を破砕する。本実施形態の超音波ホーン１０は、その外面に、らせん状に刳り貫かれた複数のスリットを備え、これにより、超音波振動が縦振動成分と捩り振動成分を合成した合成振動に変換される。本実施形態の超音波ホーン１０について、特にそのスリットについては、後に図３から図６を利用して詳述する。

超音波手術器１００を利用して組織を破砕する際、破砕部分に洗浄液が供給される。洗浄液としては、例えば、生理食塩水が用いられる。洗浄液は洗浄液容器４０に蓄えられており、洗浄液容器４０に蓄えられた洗浄液が供給量制御機構５０によって流量調整され、超音波ホーン１０とホーンカバー２０との間の隙間を通って超音波ホーン１０の先端側（作業端側）へ供給される。つまり、図１（Ａ）の符号８０の破線矢印で示す経路で洗浄液が超音波ホーン１０の先端側へ供給される。

一方、供給された洗浄液とともに破砕による破砕組織が超音波ホーン１０の棒状の本体部を軸方向に貫く通路を介して吸引される。つまり、図１（Ａ）の符号９０の破線矢印で示す経路で、吸引量制御機構６０によって吸引物（洗浄液と破砕組織）が吸引されて吸引物容器７０に集められる。吸引量制御機構６０によって吸引の強さ（吸引圧力）が制御される。なお、吸引物容器７０から洗浄液のみをさらに別の容器へ吸引してもよい。

図１（Ｂ）には、図１（Ａ）の超音波ホーン１０の先端側部分の拡大図が示されている。上述したように、洗浄液は、超音波ホーン１０とホーンカバー２０との間の隙間を通って超音波ホーン１０の先端側へ供給される。そして、超音波ホーン１０によって破砕された骨などの破砕組織が洗浄液とともに吸引物として吸引される。その際、棒状の超音波ホーン１０の内部において軸方向に沿って管状に刳り貫かれた吸引路１２を通って、吸引物が吸引される。吸引路１２は、例えば、超音波ホーン１０の先端から超音波振動子との接続端まで円筒形に刳り貫かれて形成される。

なお、図１には、超音波振動子や超音波振動子を駆動制御する制御回路などが図示省略されている。超音波振動子を駆動制御する制御回路などは、例えば、図示しない装置本体内に収められており、装置本体からケーブルなどを介してハンドピース３０内の図示しない超音波振動子が制御される。

図２は、本実施形態の超音波手術器のハンドピース３０周辺の斜視図である。ハンドピース３０内部の図示されていない超音波振動子は、ケーブル３２を介して超音波手術器の装置本体に電気的に接続されている。また、超音波ホーン１０は、ハンドピース３０内で超音波振動子に接続されている。

洗浄水供給チューブ８２内を流れる洗浄液は、超音波ホーン１０とホーンカバー２０との間の隙間を通って超音波ホーン１０の先端側へ供給される。一方、供給された洗浄液とともに破砕による破砕組織が超音波ホーン１０の棒状の本体部を軸方向に貫く通路を介して吸引チューブ９２へ吸引される。

図３は、超音波振動子３４に接続された超音波ホーン１０の斜視図であり、図３（Ａ）は、超音波ホーン１０の先端側から見た斜視図であり、図３（Ｂ）は、超音波振動子３４側から見た斜視図である。

超音波ホーン１０と超音波振動子３４は、ハンドピースの内部において、図３に示すように、超音波ホーン１０の軸方向に沿って連なるように接続される。超音波ホーン１０と超音波振動子３４は、互いに、例えばねじ締めによって接続される。超音波振動子３４において発生した超音波振動は、超音波ホーン１０に伝達され、そして超音波ホーン１０の先端側が振動して、先端側の作業部１８によって骨などの硬組織を破砕する。

超音波ホーン１０は、チタン合金によって形成されることが望ましいが、ジュラルミンなどによって形成されてもよい。超音波ホーン１０は、その外面に、らせん状に刳り貫かれた複数のスリット１４を備えている。複数のスリット１４を備えることにより、超音波振動子３４から伝達される超音波振動が、縦振動成分と捩り振動成分を合成した合成振動に変換される。

図４は、超音波ホーン１０のスリット１４周辺の拡大図である。複数のスリット１４は、例えば、超音波ホーン１０の振動の節の部分又はその近傍に設けられる。各スリット１４は、超音波ホーン１０の外面（周面）において、らせん状に刳り貫かれた溝である。複数のスリット１４は、互いに略平行に設けられ、そして、スリット１４の本数は、例えば８本である。本実施形態の超音波ホーン１０は、各スリット１４の断面形状に一つの特徴がある。

図５は、スリット１４の断面形状を説明するための図であり、図５（Ａ）には、図５（Ｂ）に示す超音波ホーン１０のＡＡ断面が図示されている。つまり、図５（Ｂ）は、超音波ホーン１０の側面図であり、図５（Ａ）は、スリット１４が設けられた部分における超音波ホーン１０の軸方向に垂直な断面図である。

図５（Ａ）の円状の超音波ホーン１０の断面の中心には、超音波ホーン１０の内部において軸方向に沿って管状に刳り貫かれた吸引路１２の断面が示されている。また、複数のスリット１４は、円状の超音波ホーン１０の断面内において、中心角４５度の間隔で８本設けられている。

そして、図５（Ａ）に示すように、各スリット１４は、その断面がＵ字形状となるように底部１４ａが半円型に刳り貫かれている。なお、図５（Ａ）において、各スリット１４の断面の幅が、径方向の外側に向かうに従って広くなっている。これは、図５（Ｂ）に示すように、らせん状に伸長される各スリット１４の伸長方向に対して、直線ＡＡが斜めに交差してスリット１４を切断するためである。

図６は、らせん状に伸長されるスリットの伸長方向に対して垂直な面でスリットを切断した場合の断面図であり、図６（Ａ）には、本実施形態のスリット１４の垂直断面が示されている。図６（Ａ）に示すように、垂直断面内においては、スリット１４の幅は深さに関係なく一定である。ただし、スリット１４の底部は半円状の断面となっている。本実施形態においては、スリット１４の底部が半円状であるため、底部が矩形状に刳り貫かれている場合に比べて、破断強度が向上する。

図６（Ｂ）には、比較例であるスリット１４´の垂直断面が示されている。比較例のスリット１４´は、垂直断面が長方形となるように刳り貫かれたものであり、底部が矩形状である。長方形状に刳り貫かれたスリット１４´は、振動に伴う応力が矩形状の底部のエッジ１５部分に集中し、その結果、振動振幅が大きいとエッジ１５部分に亀裂などが発生し、超音波ホーン１０が破断してしまう。

これに対し、図６（Ａ）に示すように、各スリット１４の底部が半円型に刳り貫かれていると、振動に伴う応力が特定部分に集中することなどが回避され、各スリット１４の底部の破断強度が向上する。

例えば、図６（Ａ）に示すように、本実施形態のスリット１４の垂直断面における幅を１．０ｍｍ、深さを１．５ｍｍ、底部の半円の半径を０．５ｍｍとする。一方、図６（Ｂ）に示すように、比較例のスリット１４´の垂直断面における幅を１．０ｍｍ、深さを２．０ｍｍとする。こうして、本実施形態のスリット１４と比較例のスリット１４´の相違を底部の形状のみに限定した条件下で、本実施形態の超音波ホーン１０と比較例の超音波ホーン１０の許容振動振幅を計測する。実験結果の一例によれば、比較例の超音波ホーン１０が、縦振動成分２０４μｍ、捩れ振動成分１８７μｍでスリット１４´のエッジ１５に亀裂が確認されたのに対し、本実施形態の超音波ホーン１０は、縦振動成分２８０μｍ、捩れ振動成分２３４μｍでもスリット１４に亀裂は確認されなかった。この実験結果によれば、許容振動振幅の比較において、本実施形態の超音波ホーン１０は、比較例に対して約３０パーセント以上の破断強度の向上が確認された。

このように、本実施形態の超音波ホーン１０は、各スリットの断面がＵ字形状となるように底部が丸みを帯びて刳り貫かれることにより、破断強度を向上させている。なお、各スリットは、例えば、切削刃を利用した機械加工によって形成されてもよいし、放電加工によって形成されてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る超音波手術器の好適な実施形態を説明するための図である。ハンドピース周辺の斜視図である。超音波振動子に接続された超音波ホーンの斜視図である。超音波ホーンのスリット周辺の拡大図である。スリットの断面形状を説明するための図である。スリットの伸長方向に対する垂直断面によるスリットの断面図である。

符号の説明

１０超音波ホーン、１４スリット、２０ホーンカバー、３０ハンドピース、１００超音波手術器。

Claims

超音波振動によって硬組織を破砕する超音波手術器において、
超音波振動子を内蔵した把持部と、
前記超音波振動子が発生する超音波振動を伸長方向の先端に向かって伝達し、先端に設けられた作業部が振動することによって硬組織を破砕する超音波ホーンと、
を有し、
前記超音波ホーンは、その外面に、らせん状に刳り貫かれた複数のスリットを備え、これにより、前記超音波振動を縦振動成分と捩り振動成分を合成した合成振動に変換し、
前記各スリットは、その断面がＵ字形状となるように底部が丸みを帯びて刳り貫かれ、これにより、各スリットの底部の破断強度を向上させる、
ことを特徴とする超音波手術器。
請求項１に記載の超音波手術器において、
前記各スリットは、らせん状の伸長方向に垂直な面による底部の断面が半円である、
ことを特徴とする超音波手術器。