JP2011120685A

JP2011120685A - 処理装置

Info

Publication number: JP2011120685A
Application number: JP2009279658A
Authority: JP
Inventors: Jun Sakakibara; 潤榊原; Yuichi Kaji; 優一加治; Masaki Yamashita; 正木山下
Original assignee: University of Tsukuba NUC
Current assignee: University of Tsukuba NUC
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】先端から噴射される液体の流速の大幅な低減を図ることができ、白内障手術用ハンドピースなどに適用して好適な処理装置を提供する。
【解決手段】処理装置は、第１の管とこの第１の管を取り囲む第２の管３１とを有する。第２の管３１の内周面に螺旋状の溝３１ｃを設ける。第１の管の一端から吸引を行いながら第１の管の他端側から第１の管と第２の管３１との間の空間に液体を流し、第１の管の一端側から液体を旋回噴流として噴射する。処理装置は例えば白内障手術用ハンドピースである。
【選択図】図４

Description

この発明は処理装置に関し、例えば、白内障手術やエッチングなどの各種の処理に適用して好適なものである。

白内障手術においては、白濁した水晶体を取り除くために、超音波振動を伴う、ハンドピースの先端の細管を水晶体に挿入し、この細管により白濁した水晶体を吸引する（水晶体乳化吸引術）。このとき、吸引と同時にハンドピースの先端から生理食塩水などを眼内に噴射して眼圧を一定に保つ。このために、この細管に、通常、スリーブと呼ばれる外管を取り付け、この外管と細管との間に生理食塩水などを流してスリーブ先端に設けられた孔からＶ字状に２方向に噴射するのが一般的である。

特開２００７−５４６５４号公報

Cornea・Volume 24, Suppl. 1, November 2005, S55-S58

しかしながら、本発明者の検討によれば、従来の白内障手術用ハンドピースでは、先端の細管を水晶体に挿入し、生理食塩水などを眼内に噴射した場合、角膜に流体力学的な高いせん断応力が作用し、角膜内皮細胞の減少や角膜の機能低下などが危惧される。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、先端から噴射される液体の流速の大幅な低減を図ることができ、白内障手術用ハンドピースなどに適用して好適な処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、
第１の管とこの第１の管を取り囲む第２の管とを有し、
上記第２の管の内周面に螺旋状の溝が設けられており、
上記第１の管の一端から吸引を行いながら上記第１の管の他端側から上記第１の管と上記第２の管との間の空間に液体を流し、上記第１の管の上記一端側から上記液体を噴射することを特徴とする処理装置である。

この発明においては、典型的には、第２の管の、第１の管の上記一端側の端の近傍の部分の内周面に螺旋状の溝が設けられる。この螺旋状の溝の断面形状、溝の幅、溝の深さ、溝の幅に対する溝の深さ（溝のアスペクト比）などは、必要な流量が得られるように、適宜選択される。この螺旋状の溝の間隔は、好適には、第２の管の、第１の管の上記一端側の端に向かって徐々に減少するようにするが、これに限定されるものではない。この螺旋の向きは、右回りであっても左回りであってもよく、必要に応じて選択される。螺旋状の溝は、第１の管と第２の管との間の空間を液体が流れやすくし、液体の流量を大きくする観点からは一重螺旋構造が好ましいが、十分な周方向速度を与えるためには、二重螺旋構造または三重螺旋構造を有するのが好ましい。典型的には、螺旋状の溝の間の部分の先端は第１の管の外周面と接触しており、こうすることで、第１の管の他端側から第１の管と第２の管との間の空間に流される液体は全て、螺旋状の溝の内部を通って旋回流となる。第１の管および第２の管は典型的には真っ直ぐな管であるが、必要に応じてその一部または全部が曲がっていてもよい。
処理装置は、好適な一つの例では白内障手術用ハンドピースであるが、洗浄装置、エッチング装置などの各種の処理を行う装置であってよい。

処理装置の用途によっては、第２の管を取り囲む第３の管、第４の管などを設けてもよい。これらの第３の管、第４の管などの内周面には螺旋状の溝を設けても設けなくてもよく、必要に応じて選ばれる。こうすることで、例えば、第２の管と第３の管との間の空間に第１の管と第２の管との間の空間に流す液体と種類が異なる液体を流し、これらの第１、第２および第３の管の前方でこれらの液体を混合し、この混合液体を用いて処理を行うことが可能となる。あるいは、第２の管と第３の管との間の空間に気体を流し、この気体のカーテンの内部で第１の管と第２の管との間の空間から液体を噴射して処理を行うことも可能となる。第１の管と第２の管との間の空間に流す液体および第２の管と第３の管との間の空間に流す液体は、行うべき処理に応じて必要に応じて選ばれるが、例えば、生理食塩水、水（温水を含む）、各種の有機溶剤（アルコール、アセトン、トルエンなど）、エッチング液（フッ酸、リン酸など）などである。気体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、空気、酸素、オゾン、水素、ヘリウム、アルゴンなどである。

この発明によれば、第１の管の他端側から第１の管と第２の管との間の空間に流される液体は第２の管の内周面に設けられた螺旋状の溝を通ることにより旋回が加えられて旋回流となるため、第１の管の一端側から噴射される液体は旋回噴流となる。これによって、第１の管の一端側から噴射される液体の流速の大幅な低減を図ることができる。

この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置を示す斜視図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースを示す正面図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースの先端部の縦断面図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースの先端の細管に取り付けられるスリーブを示す正面図、縦断面図および一部拡大縦断面図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースの先端の細管に取り付けられるスリーブの一部拡大縦断面図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースの先端の細管に取り付けられるスリーブの内周面に設けられる三重螺旋状の溝の形状を示す略線図である。図６に示すθの定義を説明するための略線図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースおよび従来の白内障手術用ハンドピースの先端から噴射される流体の最大速度の先端からの距離に対する依存性を測定した結果を示す略線図である。角膜内皮細胞の剥離率の角膜内皮に作用するせん断応力に対する依存性を示す略線図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースおよび従来の白内障手術用ハンドピースの先端から噴射される流体の流速分布を先端からの距離に対して示す略線図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースおよび従来の白内障手術用ハンドピースの先端から噴射される流体の流速分布を先端からの距離に対して示す略線図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースおよび従来の白内障手術用ハンドピースの先端から噴射される流体の流速分布を先端からの距離に対して示す略線図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースの先端から噴射される旋回流の流速分布をスリーブ長軸方向から見た略線図である。この発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピースの先端から噴射される旋回流の流速分布をスリーブの横方向から見た略線図である。

以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」という。）について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態による超音波白内障手術装置を示す（装置の全体構成については例えば特許文献１を参照）。

図１に示すように、この超音波白内障手術装置は本体１１と手術を行う医師が手に持つ白内障手術用ハンドピース１２とを有する。本体１１には装置全体の制御を行う制御部（図示せず）が収納されている。白内障手術用ハンドピース１２の後部には吸引チューブ１３、灌流チューブ１４および電源コード１５が接続されている。吸引チューブ１３の白内障手術用ハンドピース１２と反対側の端部は廃液袋１６の中に入っている。吸引チューブ１３による吸引は吸引ポンプ部１７により行われる。灌流チューブ１４の白内障手術用ハンドピース１２と反対側の端部は、本体１１に取り付けられたポール１８に吊り下げられた灌流瓶１９の下部に接続されている。灌流瓶１９には生理食塩水などの灌流液が入っている。ポール１８は本体１１に対して上下動可能に構成されており、このポール１８の上下動により灌流瓶１９の高さを変えることができるようになっている。灌流チューブ１４の途中には制御弁２０が取り付けられている。本体１１の入力部２１には、本体１１に接続されたフットスイッチ（図示せず）の踏み込み加減に対応して灌流、吸引、超音波乳化の組み合わせを変更するモードスイッチや、灌流圧、吸引流量、超音波出力などの各種の設定を行うスイッチなどが設けられている。本体１１の底面の四隅にはキャスター（図示せず）が取り付けられており、これらのキャスターにより超音波白内障手術装置を移動させることができるようになっている。

白内障手術用ハンドピース１２を図２に示す。また、この白内障手術用ハンドピース１２の先端部の拡大縦断面図を図３に示す。図２および図３に示すように、白内障手術用ハンドピース１２の先端部は、白内障手術用ハンドピース１２の中心軸上を真っ直ぐに延びた細管３０を有する。この細管３０は、白内障手術用ハンドピース１２の本体１２ａに内蔵され、電源コード１５から電力が供給される超音波振動子によりこの細管３０の中心軸の方向に超音波振動することができるようになっている。この細管３０の中心軸に垂直な断面形状は円環状である。この細管３０の一端は吸引チューブ１３と接続されている。この細管３０は好適にはステンレス鋼により形成されるが、これに限定されるものではない。この細管３０の先端部を取り囲むように細長い円筒状のスリーブ３１が設けられている。このスリーブ３１は好適には光造形技術により形成され、この場合このスリーブ３１は光硬化性樹脂により形成されるが、これに限定されるものではない。

スリーブ３１は後部にフランジ部３１ａを有する。このスリーブ３１の後半部を収容するようにスリーブ３２が設けられている。このスリーブ３２の後半部の内周面には雌ねじ３２ａが切られており、この雌ねじ３２ａが白内障手術用ハンドピース１２の本体１２ａの先端部の外周面に切られた雄ねじ１２ｂにねじ込まれることにより、スリーブ３１のフランジ部３１ａの側面にスリーブ３２の内周面に設けられた突起部が当たって押し付けるようになっている。

図４Ａはスリーブ３１の正面図（スリーブ３１の中心軸に対して垂直な方向から見た図）を示す。図４Ｂは図４ＡのＢ−Ｂ線に沿っての断面図を示す。また、図４Ｃは図４Ｂに示すスリーブ３１の先端部の断面の拡大図を示す。図４ＢおよびＣに示すように、スリーブ３１の先端の近傍の部分の内周面には三重螺旋状に翼３１ｂが設けられており、これらの溝３１ｂの間に三重螺旋状の溝３１ｃが設けられている。この場合、翼３１ｂの断面形状はスリーブ３１の中心軸に平行な二辺およびこの中心軸に垂直な二辺を有する長方形であり、従って溝３１ｃの断面形状も長方形である。これらの翼３１ｂおよび溝３１ｃの間隔はスリーブ３１の先端に向かって徐々に減少している。図３に示すように、翼３１ｂの上面は細管３０の外周面と隙間なく接触している。溝３１ｃは灌流チューブ１４から白内障手術用ハンドピース１２に供給される灌流液が通る流路となる。この場合、この溝３１ｃは三重螺旋状であるため、この溝３１ｃを通る灌流液には旋回が加えられる。この結果、図２に示すように、スリーブ２１の先端から、灌流液の旋回噴流が噴射される。

スリーブ３１の内周面に設けられる翼３１ｂおよび溝３１ｃの各部の寸法の一例を図５に示す。この場合、スリーブ３１の内径は１．５４ｍｍ、細管３０の外径は１．１１ｍｍである。翼３１ｂおよび溝３１ｃの間隔がスリーブ３１の先端に向かって徐々に減少していることが分かる。

スリーブ３１の先端からの距離ｘ（ｍｍ）に対するスリーブ３１の中心軸の周りの翼３１ｂの中心線の回転角θ（°）の変化を計算で求めた結果を図６に示す。図６には、三重螺旋状の三つの翼３１ｂのそれぞれの回転角θ₁、θ₂、θ₃（図７参照）のｘに対する変化を示す曲線を示した。計算の結果、θ₁＝３７．２６１ｘ²−２０４．４６ｘ＋９４．８５３、θ₂＝３７．２６１ｘ²−２０４．４６ｘ−２５．１４７、θ₃＝３７．２６１ｘ²−２０４．４６ｘ−１４５．１５と求められる。

次に、スリーブ３１の先端からの距離ｘに対してスリーブ３１の先端から噴射される噴流の最大速度を測定した結果について説明する。ただし、スリーブ３１と細管３０との間の空間に流す液体として水を用いた。その結果を図８に示す。比較のために、図８には、スリーブ３１の内周面に翼３１ｂおよび溝３１ｃが設けられていない従来の白内障手術用ハンドピースの同様な結果も併せて示す。図８に示すように、スリーブ３１の内周面に翼３１ｂおよび溝３１ｃが設けられていない従来の白内障手術用ハンドピース（旋回なし）ではスリーブの先端から噴射される噴流の下流においても最大流速は約３２０〜４００ｍｍ／ｓと大きいのに対し、三重螺旋状の溝３１ｃにより水に旋回を加えた場合（旋回あり）にはスリーブ３１の先端から噴射される旋回噴流の最大速度は下流において急激に減少し、ｘ≧２ｍｍでは約２５０〜２８０ｍｍ／ｓと３０％前後減少していることが分かる。

上述のようにスリーブ３１の先端から噴射される旋回噴流の最大速度を減少させることができることにより、この白内障手術用ハンドピース１２を用いて白内障手術を行った場合には、角膜内皮細胞の剥離の低減を図ることができる。すなわち、図９は非特許文献１のＦｉｇ．２と同じ図であり、角膜内皮に作用するせん断応力に対する角膜内皮細胞の剥離率を測定した結果を示す。図９より、角膜内皮に作用するせん断応力が減少すると角膜内皮細胞の剥離率は減少する。一方、角膜内皮に作用するせん断応力と白内障手術用ハンドピースのスリーブの先端から噴射される噴流の最大速度とはほぼ比例することが分かっている。このことから、上述のようにスリーブ３１の先端から噴射される旋回噴流の最大速度が従来に比べて３０％前後減少することにより、角膜内皮に作用するせん断応力も３０％前後減少するから、図９に従って角膜内皮細胞の剥離の低減を図ることができることが分かる。

図１０〜図１２は三重螺旋状の溝３１ｃにより水に旋回を加えた場合およびスリーブ３１の内周面に翼３１ｂおよび溝３１ｃが設けられていない従来の場合にスリーブ３１の先端から噴射される噴流の平均速度分布をスリーブ３１の先端からの距離を変えて表示したものである。図１０〜図１２の左側の図が三重螺旋状の溝３１ｃにより水に旋回を加えた場合、右側の図がスリーブ３１の内周面に翼３１ｂおよび溝３１ｃが設けられていない従来の場合の結果を示す。各図の下側の数値のうちｚはスリーブ３１の先端からの距離、ｖ_maxは最大速度（ｍｍ／ｓ）を示す。各図の×印は最大速度の点を示す。図１０〜図１２より、三重螺旋状の溝３１ｃにより水に旋回を加えた場合にスリーブ３１の先端から噴射される噴流が回転している様子が分かる。図１３は図１０〜図１２の左の各図に示される旋回噴流をスリーブ３１の中心軸方向から見たときの三次元的な速度分布を示したものであり、速度ベクトルが螺旋を描いていることが分かる。図１４は図１０〜図１２の左の各図に示される旋回噴流をスリーブ３１の中心軸に対して垂直な方向から見たときの三次元的な速度ベクトル分布を示したものであり、スリーブ３１の先端から出た流れが左右に広がっている様子が分かる。

以上のように、この第１の実施の形態によれば、白内障手術用ハンドピース１２のスリーブ３１の内周面に三重螺旋状の溝３１ｃが設けられていることにより、このスリーブ３１の先端から噴射される噴流を旋回噴流とすることができる。このため、スリーブ３１の先端から噴射される噴流の最大速度の大幅な低減を図ることができるので、白内障手術を行う際の角膜内皮細胞の減少や角膜内皮の機能の低下を大幅に抑えることができ、白内障手術後に角膜に生ずる疾患を抑えることができる。加えて、スリーブ３１の先端から噴射される噴流の最大速度の大幅な低減を図ることができることにより、灌流液の流量および吸引流量を従来に比べて大幅に増加させることができるので、手術時間の大幅な短縮を図ることができる。

次に、この発明の第２の実施の形態によるエッチング装置について説明する。
このエッチング装置は、第１の実施の形態による超音波白内障手術装置の白内障手術用ハンドピース１２と同様な構成を有する。このエッチング装置においては、第１の実施の形態による超音波白内障手術装置における灌流液の代わりに、被エッチング物に応じて選択されるエッチング液を用いる。例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）をエッチングする場合にはフッ酸系のエッチング液を用いる。このエッチング液が接触する細管３０およびスリーブ３１、３２の材料としてはこのエッチング液にエッチングされないものが用いられ、エッチング液に応じて適宜選ばれる。

このエッチング装置においては、細管３０により吸引を行いながら、細管３０とスリーブ３１との間の空間にエッチング液を流し、スリーブ３１の先端から、このエッチング液の旋回噴流を被エッチング物に噴射することにより、被エッチング物をエッチングする。

この第２の実施の形態によれば、被エッチング物を局部的に、例えばｍｍオーダーの大きさの領域をエッチングすることができる。また、このエッチング装置を被エッチング物に対して二次元的または三次元的に移動可能に構成することにより任意の形状の領域をエッチングすることができる。しかもこの際、細管３０の先端から吸引を行うので、被エッチング物からエッチングにより除去された物質を含むエッチング液をエッチング面から迅速に吸引除去することができる。このため、エッチング面を常に新鮮なエッチング液に晒すことができ、エッチングのむらの発生を抑えることができる。さらに、エッチング液の旋回噴流の流速を抑えることができるため、適度なエッチング速度で被エッチング物をエッチングすることができる。

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。

１２…白内障手術用ハンドピース、１２ａ…本体、３０…細管、３１、３２…スリーブ、３１ｂ…翼、３１ｃ…溝

Claims

第１の管とこの第１の管を取り囲む第２の管とを有し、
上記第２の管の内周面に螺旋状の溝が設けられており、
上記第１の管の一端から吸引を行いながら上記第１の管の他端側から上記第１の管と上記第２の管との間の空間に液体を流し、上記第１の管の上記一端側から上記液体を噴射することを特徴とする処理装置。
上記第２の管の、上記第１の管の上記一端側の端の近傍の部分の内周面に上記螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
上記螺旋状の溝の間隔は上記第２の管の、上記第１の管の上記一端側の端に向かって徐々に減少していることを特徴とする請求項１または２記載の処理装置。
上記螺旋状の溝は二重螺旋構造または三重螺旋構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の処理装置。
上記螺旋状の溝の間の部分の先端は上記第１の管の外周面と接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の処理装置。
上記処理装置は白内障手術用ハンドピースであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の処理装置。
上記処理装置は洗浄装置またはエッチング装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の処理装置。