JP2006513737A

JP2006513737A - 流体管理機能を備えた超音波外科器具

Info

Publication number: JP2006513737A
Application number: JP2004538222A
Authority: JP
Inventors: メセリー・ジェフリー; ファラー・クレイグ
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: EP1549232A4; WO2004026104A3; CN100382768C; AU2003275034A1; JP4588452B2; EP1549232A2; CN1694649A; US8348880B2; CA2499171A1; CA2499171C; US20050049546A1; AU2010200725A1; WO2004026104A2

Abstract

１つの内腔または複数の内腔からなる先端側／基端側に移動可能な流体管理システムを有する超音波外科装置を開示する。本発明は、ブレードへの負荷を最小にしながら、ブレードの組織効果部分にイリゲーション流体を送達すること、ブレードの組織効果部分から流体、デブリ、または蒸気を除去することを含む。外科装置のブレードは、自然のブレードシステムの周波数で励起されると、長手方向運動、横方向運動、及び／またはねじれ運動によって特徴付けられるモード形状を有し、ブレードの組織効果部位の長さに沿った位置にこれらの運動の節の位置を有する。本装置は、流体管理システムを１または複数の運動の節に配置して、超音波外科ブレードのこのような節に集積される傾向にある組織や流体を効果的に除去するようにデザインされている。

Description

発明の詳細な説明

関連出願に対するクロスリファレンス
本願は、２００１年４月４日出願の係属中の米国特許出願第０９／８２６，０７０号（名称：「超音波外科装置用の機能的なバランス非対称性を備えたブレード（Blades with Functional Balance Asymmetries for Use with Ultrasonic Surgical Instruments）」）の一部継続出願であり、２００２年９月２３日出願の米国仮特許出願第６０／４１２，８４５号の優先権を主張するものである。これらの特許文献は、言及することを以ってその開示の全てを本明細書の一部とする。

発明の分野
本発明は、組織を切断、凝固、把持、及び／またはブラント切開（blunt-dissecting）するための超音波外科器具に関し、詳細には、外科部位に対する吸引やイリゲーションなどの流体、蒸気、及び／またはデブリの管理を行うためのポートまたは内腔を有する超音波外科器具に関する。本発明は、一実施形態では、特に内視鏡下外科手術に適合されているが、他の医療用途にも用いることができる。

発明の背景
従来技術では、水晶体超音波吸引器の先端部に吸引システムが配置されている場合が多い。これにより、吸引／イリゲーションが可能であるが、水晶体超音波吸引器に吸引されるすなわち排出される流体が超音波ブレードに直接接触するためその流体が加熱されてしまうという問題がある。超音波ブレードと直接接触する流体は、温度を相当低下させて器具の焼灼効果を低下させてしまう。超音波ブレードに直接接触する流体により、利用できる超音波エネルギーが減少する。つまり、このような流体がブレードシステムを弱めるすなわち負荷をかけるため、所望の組織効果（tissue effect）を達成するためにはより大きな電力が必要となる。加えて、ブレードのキャビティを介して移送される組織及び／または流体は、ブレードの節に集積される傾向にある。この集積により、ブレード内に妨害物が形成され、更に流れが悪くなってブレードに負荷がかかり更なる電力損失が起こる。

ブレードの熱放射を増大（例えば、デブリの集積によるブレードシステムの負荷によって）または低下（例えば、対流冷却によって）させない、そして動作に利用できるブレードの正味出力を低下させない吸引及び／またはイリゲーション能力を備えた超音波外科装置が要望されている。また、超音波ブレードの節（長手方向、ねじれ、及び／または横方向のモードまたは運動）またはその近傍に集積されることが知られているデブリを効果的に除去する超音波外科装置が要望されている。加えて、使用者が見易いようにするために超音波ブレードから蒸気を除去したいという要望がある。

本発明は、従来技術の欠点に取り組み、開放外科手術及び内視鏡下外科手術、更にロボット支援外科手術に有用な超音波外科器具を提供する。

発明の要約
本発明は、超音波ブレードとの接触が最小になるように配置される１つの内腔または複数の内腔からなる先端側／基端側に移動可能な流体管理システムを有する超音波外科装置を提供する。本発明は、ブレードに対する負荷を最小にしながら、ブレードの組織効果部分に対する流体、デブリ、または蒸気の制御された送達／除去のための手段を提供する。好適な実施形態のブレードは、少なくとも１つの平面で非軸対称であり、長手方向、横方向、及び／またはねじれの運動パターンによって特徴付けられる所定の自然の励起周波数におけるモード形状を有する。ブレードの組織効果部分に沿って少なくとも１つの節点が存在し、ある方向のブレードの最小（約０）振動運動によって画定され、同じ方向の運動が最大である少なくとも１つの腹の位置が組織効果部分（例えば、先端部）に沿って存在する。本発明は、上記した任意の形式（長手方向、横方向、及びねじれ）またはその組合せで振動運動を伝播する、組織効果のために少なくとも１つの運動節点が利用できる軸対称ブレードにも用いることができる。好適な器具は、１または複数の横方向（モードまたは運動）の節に流体管理システムを配置して、軸対称でない超音波外科ブレードのこのような節に集積する傾向にある組織または流体の除去の効率を改善するようにデザインされている。

超音波外科処置中、流体及び組織が節（長手方向、横方向、及びねじれのモードまたは運動）に集積することが分かっている。本発明は、移動可能な１つの内腔または移動可能な複数の内腔を用いてこの現象を利用している。このような内腔は、吸引／イリゲーションのためにエンドエフェクタの動作部分内の任意の節に配置することができる。エンドエフェクタの動作部分に沿った任意の位置に内腔を配置できることは外科医にとって有利である。従って、既に節の近傍に集積された組織または粒子の除去には少ない吸引で済む。

本発明は、超音波ブレードから離れた位置に移動可能な吸引／イリゲーション内腔を有するという利点がある。従来技術では、超音波ブレードに接触した吸引システム、イリゲーションシステム、または両システムを有する器具は、上記したように複数の不都合がある。移動可能な吸引／イリゲーション内腔をブレードから離して配置することにより、ブレードの凝固温度が低下せず、ブレードの横方向（モードまたは運動）の節への組織の集積によるブレードの不所望の温度上昇が防止される。本発明では、超音波ブレードは、従来技術に不可欠な中空ブレードではなく中実にすることができる。この中実構造により、ブレードの強度が高まり、多様な構造及び形状が可能となる。

移動可能な吸引／イリゲーション内腔により、医師が最適な位置で吸引／イリゲーションを行うことができる。様々なブレードは、使用中に励起されるブレードの特徴的なモード形状に影響するブレードの長さ、動作周波数、材料、及び形状が様々であることにより、様々な位置に節（長手方向、横方向、及びねじれのモードまたは運動）を有する。移動可能な吸引／イリゲーション内腔により、医師が、所定のブレードのどこであろうと所望の位置（節または他の位置）に吸引／イリゲーションシステムを配置することができる。

本発明はまた、超音波ブレードの組織効果部分に配置された溝を有するという利点がある。溝が集積された粒子が吸引装置から逃げるのを防止するため、節の位置に集積する傾向にある流体及び組織を容易に除去することができる。このような溝を用いて、外科部位にイリゲーション流体を案内することもできる。加えて、内腔を支持するためまたは部分的に拘束するために溝を内腔に接触させることができる。溝は、スプーン形状や広い曲線状などの様々な実施形態にすることができる。内腔はまた、処置中に外科部位からエアロゾル及び／または蒸気を排出するために、基端側に移動させることもできる。

装置を介したイリゲーションのために１または複数の内腔を配置することもできる。イリゲーションは、時には、ブレードが動作している時に装置から組織及び／または血液を除去するのに有用である。目的の部位を見易くするためまたはきれいにするための外科部位のイリゲーションも有用である。１または複数の内腔は、エンドエフェクタの動作部分に沿って限りなく移動させることができる。外科部位のイリゲーションの場合、内腔をブレードの先端部を越えて移動できるようにするのが有利である。

発明の詳細な説明
本発明の新規の特徴は、特に添付の特許性球の範囲に記載する。しかしながら、本発明自の作機構及び動作方法、並びに発明の更なる目的及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めばよりよく理解できるであろう。

本発明を詳細に説明する前に、本発明の適用または使用が添付の図面及び以下に説明する構成要素の詳細な構造及び構成に限定されるものではないことを理解されたい。本発明の例示的な実施形態は、他の実施形態、変更形態、及び変形形態で実施したり、このような形態に含めることでき、様々な方法で具現または実施できるであろう。例えば、以下に説明する本発明の外科器具及びブレードの構造は例示目的であって、本発明の範囲または適用を限定するものではない。更に、特段の記載がない限り、ここで用いる用語及び表現は、読者が分かり易いように本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定することを目的とするものではない。

更に、任意の１または複数の後述する実施形態、実施形態の表現、例、及び方法などは、任意の１または複数の他の後述する実施形態、実施形態の表現、例、及び方法などと組み合わせることができ、このような他の後述する実施形態、実施形態の表現、例、及び方法などの説明であることを理解されたい。

本発明は、ブレードのみとの組合せ、ブレード及びクランプとの組合せ、剪断構造との組合せ、または様々な他のエンドエフェクタとの組合せに有用である。超音波外科器具の例は、米国特許第５，３２２，０５５号及び同第５，９５４，７３６号に開示されており、超音波ブレードと外科器具の組合せの例は、例えば米国特許第６，３０９，４００Ｂ２号及び同第６，３２５，８１１Ｂ１号に開示されている。これらの特許文献は、言及することを以ってその開示内容の全てを本明細書の一部とする。これらの特許文献はまた、ブレードの長手方向のモードが励起されるブレードのデザイン及び超音波外科器具のデザインが開示されている。非対称性により、このようなブレードは、横方向運動及び／またはねじれ運動を有する。この長手方向ではない運動の特徴的な「波長」は、ブレード及びその延長部分の一般的な長手方向運動の波長よりも小さい。従って、長手方向ではない運動の波形は、組織エフェクターに沿った横方向運動／及びねじれ運動の節位置を表し、動作中のブレードの組織エフェクターに沿った正味運動は非ゼロである（すなわち、ブレードは、組織エフェクターの先端部から長手方向運動の腹を経て、組織エフェクター部分の基端側の長手方向運動の第１の節位置に至る長さに沿った少なくとも１つの長手方向運動を有する）。

図１に、本発明に従った、超音波トランスデューサ８２、ハンドピースハウジング２０、及びクランプ凝固装置１２０を備えた、超音波信号発生器１５を含む超音波システム１０が例示されている。クランプ凝固装置１２０は、開放外科手術または腹腔鏡外科手術に用いることができる。「ランジュバン・スタック（Langevin stack）」として知られている超音波トランスデューサ８２は通常、変換部分９０、第１の共振器またはエンドベル９２、及び第２の共振器またはフォアベル９４、及び補助構成要素を含む。超音波トランスデューサ８２は、詳細を後述するように１／２の整数倍のシステム波長（ｎλ／２）を有するのが好ましい。音響組立体８０が、超音波トランスデューサ８２、取付け台３６、速度変成器６４、及び表面９５を含む。

エンドベル９２の先端部は、変換部分９０の基端部に接続され、フォアベル９４の基端部は、変換部分９０の先端部に接続されている。フォアベル９４及びエンドベル９２は、変換部分９０の厚み、エンドベル９２及びフォアベル９４の製造に用いる材料の密度及び弾性率、及び超音波トランスデューサ８２の共振周波数を含む様々な変数によって決定される長さを有する。フォアベル９４は、速度変換器６４として超音波振動の振幅を増幅するために基端部から先端部にかけて先細にすることもできるし、増幅部分を含まないようにすることもできる。

圧電素子１００は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛（lead meta-niobate）、チタン酸鉛、または他の圧電結晶材料などの任意の好適な材料から形成することができる。陽極電極９６、陰極電極９８、及び圧電素子１００はそれぞれ、中心を通る孔を有する。陽極電極９６及び陰極電極９８はそれぞれ、電線１０２及び１０４に電気的に接続されている。電線１０２及び１０４は、ケーブル２５で被覆されており、超音波システム１０の超音波信号発生器１５に電気的に接続することができる。

音響組立体８０の超音波トランスデューサ８２は、超音波信号発生器１５からの電気信号を機械エネルギーに変換する。この機械エネルギーは、超音波トランスデューサ８２及びエンドエフェクタ１８０の主に長手方向の振動運動（超音波周波数）になる。好適な発生器は、オハイオ州シンシナティに所在のエシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッド（Ethicon Endo-Surgery,Inc.）のモデル番号ＧＥＮ０１として販売されている。音響組立体８０にエネルギーが供給されると、振動運動定在波が音響組立体８０によって生成される。音響組立体８０に沿った任意の点における振動運動の振幅は、振動運動が測定される音響組立体８０に沿った位置によって異なる。振動運動定在波における最小交差またはゼロ交差は、一般に節（すなわち、運動が通常は最小の部分）と呼ばれ、振動運動定在波における絶対値の最大すなわちピークは腹と通常は呼ばれる。腹とその腹に最も近い節との距離は、１／４の波長（λ／４）である。

電線１０２及び１０４によって、電気信号が超音波信号発生器１５から陽極電極９６及び陰極電極９８に送信される。圧電素子１００は、フットスイッチ１１８に応答して超音波信号発生器１５から送信される電気信号によってエネルギーが供給され、音響組立体８０で音響定在波を生成する。この電気信号により、材料内での大きな圧縮力となる小さな反復変位の形態で圧電素子１００に乱れが起こる。この小さな反復変位により、圧電素子１００が電圧の傾きの軸に沿って連続的に伸縮し、超音波エネルギーの長手方向の波が生成される。この超音波エネルギーは、音響組立体８０を介してエンドエフェクタ１８０に送られる。

音響組立体８０がエネルギーをエンドエフェクタ１８０に送るためには、音響組立体８０の全ての構成要素を、クランプ凝固装置１２０の音響的にアクティブな部分に音響的に結合しなければならない。超音波トランスデューサ８２の先端部は、スタッド５０などのねじ結合によって超音波導波管１７９の基端部に表面９５で音響的に結合することができる。

音響組立体８０の構成要素は、音響的に同調するように任意の組立体の長さが１／２の整数倍の波長（ｎλ／２）であるのが好ましい。ここで、波長λは、音響組立体８０の所定または動作中の長手方向の振動を誘導する周波数ｆ_dの波長であり、ｎは任意の整数である。音響組立体８０は、音響要素の任意の好適な構成を含むことができる。

クランプ凝固装置１２０は、器具ハウジング１３０及び細長い部材１５０を含むことができる。細長い部材１５０は、器具ハウジング１３０に対して選択的に回動させることができる。外側チューブ１６０の先端部に、例えば組織の把持及び切断などの様々な機能を果たすエンドエフェクタ１８０が配置されている。

図２-図４に、エンドエフェクタ１８０及びその構成要素が詳細に示されている。エンドエフェクタ１８０は通常、例えば、組織を把持するためまたは超音波ブレード８８に組織を押し付けるために非振動クランプアーム組立体３００を含む。エンドエフェクタ１８０は、図２及び図４にクランプが開いた位置で例示されており、クランプアーム組立体３００は、外側チューブ１６０の先端部に回動可能に取り付けられるのが好ましい。クランプアーム２０２は、超音波ブレード８８とクランプアーム組立体３００との間の組織を圧迫するための鋸歯状部分２１０を備えた組織パッド２０８を有する。

内側チューブ１７０のチューブ状部材１７４の先端部は、そこから延出したフィンガーまたはフランジ１７１を含むのが好ましい。このフランジ１７１は、クランプアーム２０２の第１のポスト２０６Ａ及び第２のポスト２０６Ｂを受容するために開口１７３Ａ及び開口１７３Ｂ（不図示）を有する。細長い部材１５０の内側チューブ１７０が軸方向に移動すると、フランジ１７１はクランプアーム組立体３００の第１のポスト２０６Ａ及び第２のポスト２０６Ｂに係合しながら前方または後方に移動してクランプアーム２０２を開くまたは閉じる。

細長い部材１５０の超音波導波管１７９が、内側チューブ１７０の通路内に延在している。超音波導波管１７９は、実質的に半可撓性であるのが好ましい。超音波導波管１７９は、実質的に硬質または可撓性のワイヤとすることができることを理解されたい。超音波振動は、長手方向の超音波導波管１７９に沿って送られ、超音波ブレード８８を振動させる。

超音波導波管１７９は、例えば、１／２の整数倍のシステム波長（ｎλ／２）に実質的に等しい長さを有することができる。超音波導波管１７９は、チタン合金（すなわち、Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ）またはアルミニウム合金などの超音波エネルギーを効率的に伝播する材料から形成された中実のコアシャフトから製造するのが好ましい。超音波導波管１７９は、当分野で周知のように超音波ブレード８８に伝達される機械振動を増幅することができる。

超音波ブレード８８は、１／２の整数倍のシステム波長（ｎλ／２）に実質的に等しい長さを有することができる。超音波ブレード８８の先端部は、先端部の長手方向の最大偏位運動を得るために腹の近傍に配置することができる。トランスデューサ組立体にエネルギーが供給されると、超音波ブレード８８の先端部は、波高値が、例えば約１０μｍ〜５００μｍの範囲、より好ましくは約３０μｍ〜１５０μｍの範囲で、所定の振動周波数で運動するように形成されている。

超音波ブレード８８は、例えばチタン合金（すなわち、Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ）またはアルミニウム合金などの超音波エネルギーを伝播する材料から形成された中実コアシャフトから形成するのが好ましく、様々な形状を有することができる。図３Ａ-図３Ｃ及び図４に例示されているように、超音波ブレード８８の形状は、クランプされた組織を従来の装置よりもより均一に超音波出力を送ることができる。エンドエフェクタ１８０がブレードの先端部が見易くするため、外科医は、ブレード８８が切断または凝固する構造に亘って延在しているか確認することができる。これは、大きな血管の縁を確認する際に特に重要である。この形状はまた、生体構造の曲線に正確に似せることで組織にアクセスし易くしている。ブレード８８は、クランプした凝固、クランプした切断、把持、逆切断（back-cutting）、切開、スポット凝固、先端部刺入、及び先端部の切れ目付けなどの様々な組織効果を実施できるようにデザインされた複数の縁及び表面を提供する。

ブレード８８の最先端部は、接線６３すなわち先端部の曲率に対する接線に垂直な表面５４を有する。２つのフィレット状構造６１Ａ及び６１Ｂを用いて、表面５１、表面５２、及び表面５４をつなげて、スポット凝固用の尖っていない先端部を形成することができる。ブレード８８の上部とクランプアーム組立体３００との間に組織をクランプするために、ブレード８８の上部は広い縁或いは表面５６を提供するべく丸くて尖っていない。この表面５６を用いて、ブレードが動作していない時にクランプして組織を切断及び凝固したり、組織を操作することができる。

底面には、曲線カット５３により、ブレード８８の底部に沿って細い縁すなわち鋭利な刃５５が形成されている。材料のカットは、半径Ｒ１の弧を通るように球状エンドミルをスウィープし、そのカットをブレード８８の底面５８に一致させる第２の小さな半径Ｒ２を用いてそのカットを仕上げることで達成される。半径Ｒ１は、好ましくは１２．７ｍｍ〜５０．８ｍｍ（０．５インチ〜２インチ）の範囲、より好ましくは２２．８６ｍｍ〜２７．９４ｍｍ（０．９インチ〜１．１インチ）の範囲、最も好ましくは約２７．１３ｍｍ（１．０６８インチ）である。半径Ｒ２は、好ましくは３．１７５ｍｍ〜１２．７０ｍｍ（０．１２５インチ〜０．５インチ）の範囲、最も好ましくは約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）である。第２の半径Ｒ２及びそれに対応したブレード８８の底面５８との一致により、この一致なしでカットを終了するのに比べて曲線カットの先端部での応力集中を軽減することができる。鋭利な刃５５により、より小さな血管組織を通る切開及びクランプしない切断（逆切断）が容易になる。

ブレード８８の底面５８の曲線カット５３により、ブレード８８から少量の材料を除去するだけで鋭利な刃５５を形成することができる。ブレード８８の底面の曲線カット５３では、後述する角αを用いて鋭利な刃５５が形成される。この角αは、例えば、オハイオ州シンシナティに所在のエシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッド（Ethicon Endo-Surgery,Inc.）が製造するＬＣＳ-Ｋ５などの従来の剪断装置に類似している。しかしながら、ブレード８８は、通常加える力に対して角αの向きにすることで従来の装置よりも高速にカットすることができる。従来の剪断装置の場合、刃が対称であり、加えられる力が均等である。本発明の刃は非対称であり、この刃の非対称が、迅速に組織を分離または切断できることを示している。この非対称は、尖っていない形状を残しながらそれ程多くの材料を除去せずに、音響的に作動された時により効果的な鋭利な刃を提供できるという利点を有する。この非対称の角及びブレードの湾曲が、僅かにフック状の動作或いは楔状の動作を利用する逆切断の際に、組織が自身を引張るように作用する。

超音波ブレード８８の鋭利な刃５５は、底面５８に曲線カット５３が形成された後に残った表面５３と第２の表面５７との交差によって画定されている。クランプアーム組立体３００は、超音波ブレード８８に対して回動でき、かつ超音波ブレード８８とクランプアーム組立体３００との間に組織をクランプできるように、外側チューブ１６０の先端部に回動可能に取り付けられている。内側チューブ１７０の往復運動により、クランプアーム組立体３００が弧状に回動し、垂直面１８１を画定する。鋭利な刃５５の曲線カット５３の接線６０が、図３Ｂに例示されているように、第２の表面５７の接線６２に対して角αをなしている。角αの二等分線５９は水平面１８１に存在するのではなく、角βずれるのが好ましい。曲線カット５３の接線６０は、好ましくは垂直面１８１から約５度〜５０度の範囲に位置し、最も好ましくは、曲線カット５３の接線は垂直面１８１から約３８．８度に位置する。角αは、好ましくは約９０度〜１５０度の範囲であり、最も好ましくは角αは約１２１．６度である。

図３Ｃを参照すると、非対称の細い刃を備えた代替の実施形態が例示されている。鋭利な刃５５Ａの曲線カット５３Ａの接線６０Ａは、図３Ｃに例示されているように、第２の表面５７Ａの接線６２Ａに対して角αＡをなしている。角αＡの２等分線５９Ａは、垂直面１８１Ａに存在するのではなく、角βＡずれるのが好ましい。

超音波ブレード８８の曲線状のデザインはまた、組織がブレード８８に対してクランプされた時にその組織により均一にエネルギーを供給することができる。均一なエネルギーの供給は、エンドエフェクタ１８０の長さに沿って一定の組織効果（熱処置及び横切開処置）が得られるため望ましい。ブレード８８の先端１５ｍｍは、組織効果を得るために用いる動作部分である。詳細を後述するように、曲線状の剪断ブレード８８に沿った位置の変位ベクトルは、従来の器具に対する本発明の改善によって、図３Ａ-図３Ｃに例示されているｘ‐ｙ平面に概ね延在する方向性を有する。従って、ブレード８８の運動は、クランプアーム組立体３００がクランプする力の方向に対して垂直な平面（ｘ‐ｙ平面）内である。

一般に、直線状の対称の超音波ブレードは、図３Ａ-図３Ｃにｘ軸として示されている長手方向の軸に沿って延在する先端偏位運動を有する。横方向の運動は、内側チューブ１７０に不所望の熱が発生するため通常は望ましくない。言及することをもって本明細書の一部とする米国特許出願第０９／１０６，６８６号に開示されている湾曲エンドエフェクタなどの超音波ブレードに機能的非対称を適用すると、機能的非対称により超音波導波管に不釣り合いが生じる。この不釣り合いが修正されないと、不所望の熱、ノイズ、及び組織効果の低下が起こる。米国特許出願第０９／１０６，６８６号にバランス非対称の基端側で釣り合った超音波ブレードをどのように提供するかが例示されているが、エンドエフェクタの先端部分は少なくとも２つの軸方向に偏位運動を有する。エンドエフェクタが、曲線状のエンドエフェクタなどのように一平面に機能的非対称を有するがその他は対称である場合、最先端部の平面に偏位運動が延在する。

ｚ軸方向における超音波ブレード８８の全ての偏位運動を最小限にするのが望ましい場合が多い。ｚ軸方向における超音波ブレード８８の偏位運動は、システムの効率を低下させ、不所望の加熱、電力損失、及びノイズを起こし得る。エンドエフェクタ１８０におけるＺ軸方向の超音波ブレード８８の偏位運動は、超音波ブレード８８とクランプアーム組立体３００の間に延在する組織に超音波ブレード８８を衝突させる。図３Ａ-図３Ｃに示されているｘ‐ｙ平面に対する超音波ブレード８８の偏位運動を限定するのが望ましい。こうすることにより、超音波ブレード８８がその超音波ブレード８８とクランプアーム組立体３００の間の組織に対して衝突するのではなく擦れ、組織の加熱が最適となり、最適な凝固を達成することができる。エンドエフェクタ１８０及び超音波ブレード８８の基端側におけるｚ軸方向の偏位運動を最小にすることは、適切に曲線カット５３を選択することで達成することができる。

しかしながら、図３及び図４に例示されている超音波ブレード８８などの複数の機能的非対称を有する超音波ブレード８８を備えた超音波エンドエフェクタ１８０は、適切に釣り合っていないにしてもｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の三方向全てにおいて先端部の偏位運動を有する傾向にある。例えば、図３Ａに例示されている超音波ブレード８８は、その先端部でｙ方向に曲がっている。エンドエフェクタ１８０の基端側では釣り合っているが、この曲がりにより、超音波ブレード８８が作動するとｘ方向及びｙ方向の両方に偏位運動が生じる。曲線カット５３を設けることにより、別のレベルの非対称が超音波ブレード８８に加わえられ、これにより、補正しないと全ての３つの軸で先端部の偏位運動が起こり、効率を低下させる超音波導波管１７９でｚ軸方向の不釣り合いが起こる。

超音波導波管１７９におけるｚ軸方向の偏位運動を最小にするべく機能的非対称を最適化して、機能的非対称の基端側のｚ軸方向の先端部の偏位運動を最小にし、改善された組織効果で効率を最大にすることが可能である。図３に例示されているように、曲線カット５３は、最先端部から超音波ブレード８８の基端方向の任意の位置まで延在することができる。例えば、図３に、超音波ブレード８８に延在する曲線カット５３の第１の位置６６、第２の位置６７、及び第３の位置６８が例示されている。

以下に示す表１に、第１の位置６６、第２の位置６７、及び第３の位置６８として図３に例示されている超音波ブレード８８の曲線カット５３の３つの可能な長さが示されている。表１において、行は超音波ブレード８８のカットの長さについて示し、列は、それぞれのカットの長さに対するそれぞれの軸に沿った釣り合い状態及び偏位運動について示している。表１から分かるように、第１の位置６８に一致する長さの曲線カット５３を形成すると、機能的非対称の基端側のｚ軸方向の偏位運動が最小になる。機能的非対称の基端側のｚ軸方向の偏位運動を１５％未満に超音波ブレード８８を釣り合わせるのが好ましく、機能的非対称の基端側のｚ軸方向の偏位運動を５％未満に超音波ブレード８８を釣り合わせるのが最も好ましい。クランプ凝固装置１２０は、空気中（負荷は空気のみ）で作動したときに釣り合うようにデザインし、次いで他の負荷をかけて釣り合いを確認するのが好ましい。

表１において、エンドエフェクタ１８０におけるクランプ器具の標準化偏位運動率（％ｚ）は、クランプアームが完全に閉じた位置でそのクランプアームに対して垂直方向における偏位運動の値を、先端部最大振動偏位運動（先端部主振動偏位運動とも呼ぶ）の値で除し、次いでその除した値に１００を乗じて求めることができる。先端部主振動偏位運動は、超音波ブレード８８が作動した時に超音波ブレード８８の最先端の点で生成される楕円の主軸の値である。偏位運動の測定については、言及することを以って本明細書の一部とするＩＥＣ国際標準６１８４７（名称：「超音波外科システムの基本出力特性の測定及び宣言（Measurement and Declaration of the Basic Output Characteristics of ultrasonic surgical systems）」）に詳細に説明されている。超音波ブレード８８または超音波導波管１７９における標準化偏位運動率（％ｘ、％ｙ、％ｚ）は、第２の振動偏位運動の値を先端部主振動偏位運動の値で除し、その除した値に１００を乗じて求めることができる。第２の先端部振動偏位運動は、超音波ブレード８８が作動した時の超音波ブレード８８の最先端の点で生成される楕円の短軸または他の任意の軸の値である。

図５に、外科処置中のイリゲーション／吸引を可能にする内腔９を備えた超音波エンドエフェクタ１８０が示されている。内腔９は、１つの内腔を備えた１つのチューブ、複数のチューブ、または複数の内腔を備えた１つのチューブからなることができる。加えて、内腔は、限定するものではないが、円、半円、部分円、長方形、及びピラミッド型を含む様々な製造可能なデザインから選択される断面形状を有することができる。内腔９は、ブレード６に対して伸縮させることができる。好適な実施形態では、内腔９は、節（長手方向、横方向、またはねじれのモードまたは運動）位置７または一般的なブレード６に沿った任意の他の所望の位置まで延ばされるまたは引き戻される。ブレード６の形状及び長さは、スプーン型、極端なカーブを備えたブレード６、及び平坦なカーブを備えたブレード６などのように様々にすることができる。超音波外科装置１４のこのような実施形態では、節位置７の位置が変わり、時にはブレード６に沿って複数の節位置７が生成される。このような特定の例は、長手方向のモードに一致する周波数で励起されるようにデザインされているが、組織効果部分に沿った１または複数の位置における非長手方向の節によってある波形パターンで起こる非長手方向の運動（すなわち、横方向の運動）を有する。内腔９は伸縮可能であり、その端部を横方向の節位置７の１つに配置することができる。内腔９は、手動による伸長、ギアによる伸長、トリガーによる伸長を含む様々な手段によって、並びに医療器具のデザインの当業者に周知のように外科装置１４の基端部に配置できる他の機械動作の手段によって伸縮させることができる。内腔９を介した吸引／イリゲーションの形成は、独立型の吸引／イリゲーションモジュール、タワーに取り付けられた吸引２００及び／またはイリゲーション２０２モジュール（図１）、または一体型超音波発生器／吸引／イリゲーションモジュールを内腔９に手術室で取り付けるなどの様々な方法によって行うことができる。装置ハンドル内で吸引／イリゲーション制御装置（すなわち、トランペット型バルブなど）と吸引またはイリゲーションを選択するための手段を一体化するのが有利であろう。

好適な実施形態では、内腔９は、ブレード６の凹面に配置されるが、内腔９のブレー６ド周囲への配置は、医師の要求、ブレードの形状、及び／または音響特性によって様々にすることができる。内腔９は、様々な材料から形成することができるが、好適な実施形態では、内腔９の材料はポリマーの性質を有する。内腔の材料の例として、限定するものではないが、ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）、ＥＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ナイロン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ: perfluoroalkoxy）、ポリ酢酸ビニリデン（ＰＶＤＡ：polyvinylidene acetate）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、及びポリエチレン（高密度及び低密度）を挙げることができる。好適な実施形態では、内腔９は、ブレードに沿って内側作動チューブ１５内に配置され、一連のシラスチック・スタンドオフまたはポリマー・スタンドオフ（不図示）によってブレードから離間して保持されている。他の実施形態は、ブレードとチューブの間（ブレードのみの構造の場合）または内側チューブ１５と外側チューブ１６０の間（剪断機またはブレードのみの構造の場合）に配置された内腔９、チューブに一体型化された内腔９、または１つの外側支持チューブ１６０の外側に沿って配置された内腔９を含むことができる。内腔９はまた、ブレード６の全長１１に沿って伸縮可能であるが、外科処置中の内腔９端部の好適な位置は、流体及び／またはデブリを吸引除去する場合は節位置７またはそのすぐ基端側、イリゲーションの場合はエンドエフェクタの先端部の先、蒸気及び／またはエアロゾルを吸引除去する場合はエンドエフェクタの基端部である。

図６Ａ-図６Ｃに、ブレード６の幾つかの代替の実施形態が示されている。図６Ａには、スプーン型のブレード６が示されている。スプーン型のブレード６は、ブレード６の湾曲部分に凹面または溝１１０が形成されている。溝１１０により、節位置７に粒子を収集して、ブレード６から粒子が逃げるのを防止することができる。好ましくは横方向運動の節位置７またはそのすぐ基端側に位置する内腔９が溝１１０から粒子を吸引する。図６Ｂ及び図６Ｃのそれぞれに、著しく湾曲したブレード６及び広いスパチュラ状ブレード６が例示されている。ブレード６は、限定するものではないが、チタン、アルミニウム、ステライト（Stellite）、またはセラミックなどの様々な材料から形成することができる。

図７Ａ及び図７Ｂに、医師の要求に応じて超音波外科器具１４に設けることができるキャビティまたは溝１１０の２つの代替の実施形態が例示されている。図７Ａには、ブレードの先端部まで延びている湾曲した溝１１０を有する湾曲ブレード６が示されている。図７Ｂには、直線状のブレード６に形成された溝１１０の第２の実施形態が例示されている。溝１１０は、スプーン形、湾曲形、直線形、及び鋭利なナイフの刃などの様々な実施形態を有することができる。溝１１０はまた、ブレードによって様々な長さ、幅、及び深さにすることができる。溝１１０は、ブレードの長さに沿って幅及び深さを様々にすることができる。更に、溝１１０は、Ｖ溝または方形溝などの他の形態をとることもできる。この溝は、１または複数の内腔を支持するまたは拘束するようにデザインすることができる。

図８に、内腔９が存在する超音波剪断装置１４の一実施形態が例示されている。この代替の実施形態では、スポット凝固／キャビテーション部分１２、及びクランプ面１３にするのに好適な部分が示されている。クランプ装置と共に用いる場合、クランプ面１３がクランプ凝固及び切断に好適な部分であるが、この好適な部分はこの位置に限定されるものではない。図８にはまた、ブレード６に対して先端側／基端側に伸縮可能な内腔９が例示されている。

図９Ａ-図９Ｅに、ブレード６及び溝１１０ａ-１１０ｅの様々な断面の実施形態が例示されている。

複数の実施形態を用いて本発明を例示したが、出願者は、添付の特許請求の範囲及び概念をそのような詳細に限定することを意図していない。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更形態、変形形態、及び置換形態に想到するであろう。更に、本発明に関連したそれぞれの要素の構造は、その要素によって実施される機能を提供するための手段として記載することもできる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及び概念によってのみ限定されるものである。

本発明に従った、超音波発生器の立面図、超音波トランスデューサの断面図、クランプ凝固装置の部分断面図を含む超音波外科システムを示す図である。クランプアームが開いた状態のクランプ凝固装置のエンドエフェクタの側面図である。クランプ凝固装置のブレードの平面図である。クランプ凝固装置のブレードの断面図である。クランプ凝固装置のブレードの代替の実施形態の断面図である。クランプ凝固装置のエンドエフェクタの斜視図である。クランプ及び湾曲したブレード超音波エンドエフェクタと共に用いるための流体管理内腔の一実施形態の斜視図である。超音波ブレードエンドエフェクタの代替の実施形態と組み合わせた流体管理内腔の斜視図である。超音波ブレードエンドエフェクタの代替の実施形態と組み合わせた流体管理内腔の斜視図である超音波ブレードエンドエフェクタの代替の実施形態と組み合わせた流体管理内腔の斜視図である溝を有する超音波ブレードエンドエフェクタと組み合わせた流体管理内腔の斜視図である。溝を有する超音波ブレードエンドエフェクタと組み合わせた流体管理内腔の斜視図である。流体管理内腔と組み合わせたブレード及びクランプの代替の実施形態の斜視図である。流体管理内腔と組み合わせて用いるための代替の超音波ブレードデザインの立面図である。流体管理内腔と組み合わせて用いるための代替の超音波ブレードデザインの立面図である。流体管理内腔と組み合わせて用いるための代替の超音波ブレードデザインの立面図である。流体管理内腔と組み合わせて用いるための代替の超音波ブレードデザインの立面図である。流体管理内腔と組み合わせて用いるための代替の超音波ブレードデザインの立面図である。

Claims

基端部及び先端部を画定する超音波外科器具であって、
前記外科器具の前記先端部に配置された非対称ブレードと、
前記ブレードの上に重なるように配置された先端部を有する内腔とを含むことを特徴とする超音波外科医具。
前記内腔によって、外科部位から流体、デブリ、または蒸気を吸引して除去できることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記内腔によって、イリゲーション流体を外科部位に供給できることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記内腔の前記先端部が移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記ブレードが、横方向モードまたはねじれモードと共に長手方向モードで振動するようにデザインされていることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記内腔が、横方向の節またはねじれの節に近接した位置で固定されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波外科器具。
前記内腔が、横方向の節またはねじれの節に近接した位置に対して移動可能であることを特徴とする請求項７に記載の超音波外科器具。
前記横方向の節またはねじれの節により、吸引によるデブリまたは流体の除去が促進されることを特徴とする請求項６に記載の超音波外科器具。
前記内腔が前記ブレードの前記先端部の先端側に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記内腔が、前記ブレードに対して径方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記外科器具の前記基端部が、吸引機能及び／またはイリゲーション機能の制御部を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記ブレードが溝を画定していることを特徴とする請求項１に記載の超音波外科器具。
前記溝が、吸引除去するためにデブリ及び／または流体を前記内腔に向かって案内することを特徴とする請求項１２に記載の超音波外科器具。
前記溝が、前記内腔から外科部位にイリゲーション流体を案内することを特徴とする請求項１２に記載の超音波外科器具。
前記溝が、前記内腔を支持するまたは拘束することを特徴とする請求項１２に記載の超音波外科器具。
基端部及び先端部を画定する超音波外科器具であって、
前記外科器具の前記先端部に配置された、少なくとも１つの平面において対称なブレードと、
前記ブレードの上に重なるように配置された少なくとも１つの内腔とを含むことを特徴とする超音波外科器具。
前記内腔によって、外科部位から流体、デブリ、または蒸気を吸引して除去できることを特徴とする請求項１６に記載の超音波外科器具。
前記内腔によって、イリゲーション流体を外科部位に供給できることを特徴とする請求項１６に記載の超音波外科器具。
前記内腔の前記先端部が移動可能であることを特徴とする請求項１６に記載の超音波外科器具。
前記ブレードが、横方向モードまたはねじれモードと共に長手方向モードで振動するようにデザインされていることを特徴とする請求項１６に記載の超音波外科器具。