JP2012170627A - 超音波手術装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で軽量であり、低い駆動電圧で駆動させることができる超音波手術装置を提供することを目的とする。
【解決手段】処置部１２と、処置部１２を共振により駆動させる駆動部２０と、駆動部２０を駆動制御する操作部本体１４と、処置部１２と操作部本体１４とを接続する接続部２４と、を有し、駆動部２０は圧電体膜４２であり、接続部２４内の処置部１２上に形成されており、圧電体膜４２は、ペロブスカイト構造を有し、構成する結晶が（１００）方向あるいは（００１）方向に、配向度が６０％以上で配向していることを特徴とする超音波手術装置１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波手術装置に係り、特に、低い駆動電圧で使用可能な超音波手術装置に関する。

従来、胃や腸、例えば大腸や小腸などにポリープや早期がんが発見された場合に、内視鏡を用いて、生体にできるだけ損傷を与えないで、ポリープや早期の胃がん、大腸がん、小腸がんなどのがん組織を局部的に切除する処置として、内視鏡的粘膜下層剥離術（ＥＳＤ：Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｕｂｍｕｃｏｓａｌ Ｄｉｓｓｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる処置がある。このＥＳＤ処置は、粘膜のうち、切除しようとする部位をマーキングして、局注により病変粘膜の部位を膨張させ、次いで高周波処置具（超音波処置具）を用いてマーキング領域に沿って粘膜を切開して、粘膜下層を構成する繊維を切断して粘膜を筋層から剥離するようにして行われる。

このような超音波処置具として、下記の特許文献１には、ランジュバン形振動子を用い、ホーンで振幅を拡大した後、治療工具に伝達する超音波手術装置が記載されている。特許文献２にも、超音波振動子で発生した超音波振動を、ホーンに伝達し、このホーンで増幅された超音波振動がプローブに伝わり、先端の固定刃に伝える超音波処置装置が記載されている。

また、非特許文献１には、水熱合成により形成された圧電体膜を超音波メスに適用することが記載されている。

特開昭６１−２７９２３９号公報 特開２００２−１８６６２７号公報

黒澤実、笹沼健史「ＰＺＴ膜を用いたマイクロ超音波メス用振動子の振動速度向上」 社団法人 電子情報通信学会、信学技法、ＵＳ２００９−１０９（２１３）３１．

特許文献１、２に記載されている超音波処置具は、ランジュバン振動子が用いられており、これは、バルク圧電体材料を積層したものであり、このような構成では、圧電体膜のサイズが大きくなり直接体内に入れることができなかった。そのため、ランジュバン振動子を体外に設け、その先端にホーンを介して超音波を幹部に伝達させて処置を行なっていた。しかしながら、振動をホーンを用いて直線的に伝えるため、処置具を直線的な構造とする必要があり、更なる改良が望まれていた。

また、非特許文献１による水熱合成による圧電体膜の材料では、充分な性能が得られていなかった。そのため、メスとして充分な性能である速度７ｍ／ｓｅｃの振動速度を得るためには、駆動電圧を４０Ｖ程度以上とする必要があり、安全性を考慮すると、体内にて駆動させる場合には、電圧を低くすることが望まれていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型で軽量であり、低い駆動電圧で駆動させることができ、体内で直接振動させても安全な超音波手術装置を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、処置部と、前記処置部を共振により駆動させる駆動部と、前記駆動部を駆動制御する操作部本体と、前記処置部と前記操作部本体とを接続する接続部と、を有し、前記駆動部は圧電体膜であり、前記接続部内の前記処置部上に形成されており、前記圧電体膜は、ペロブスカイト構造を有し、構成する結晶が（１００）方向あるいは（００１）方向に、配向度が６０％以上で配向していることを特徴とする超音波手術装置を提供する。

本発明によれば、処置部を駆動させる駆動部として圧電体膜を用いており、この圧電体膜を構成する結晶構造を、（１００）方向あるいは（００１）方向に、配向度が８０％以上で配向している。配向度を高くすることにより、圧電定数ｄ_３１（ｐｍ／Ｖ）を向上させることができるので、低い駆動電圧で処置部を駆動させることができる。低い電圧で駆動させることにより、生体内に挿入する部分に駆動部を設けることができる。これにより、装置本体と処置部を接続する構造の設計の自由度を上げることができる。

本発明は、前記圧電体膜の誘電損失が０．４以下であることが好ましい。

本発明によれば、圧電体膜の誘電損失を０．４以下とすることにより、発熱を抑えることができる。したがって、体内に挿入される部分に駆動部を設けても安全に作業することができる。

本発明は、前記圧電体膜が、柱状構造体であり、結晶粒が１ミクロン以下であることが好ましい。

本発明によれば、圧電体膜を柱状構造とすることで、振動方向を柱と直行する方向とすることができるので、耐久性を向上させることができる。また、材料が変位する方向も一方向となるので、ランダム構造の圧電体膜と比較して、発熱を抑えることができる。なお、結晶粒が１ミクロン以下とは、１ミクロン以下のものが主であればよく、１ミクロン以上の結晶粒を含んでいても構わない。全体の６０％以上が、１ミクロン以下であることが好ましい。

本発明は、前記圧電体膜は、下部電極を介して前記処置部上に形成されており、前記下部電極と前記処置部は異なる材料で形成されていることが好ましい。

本発明によれば、圧電体膜と処置部を下部電極を介して接続しており、下部電極の材料と処置部の材料とで異なる材料を用いている。下部電極を設けることにより、圧電体膜と処置部の間に酸化膜が形成されるのを防止することができるので、駆動電圧が高くなることを防止することができる。

本発明は、前記下部電極が貴金属であることが好ましい。

本発明によれば、下部電極として貴金属を用いているので、酸化を防止することができる。酸化により抵抗値が上がり、駆動電圧が高くなることを防止することができる。

本発明は、前記圧電体膜の厚みが１０ミクロン以下であることが好ましい。

本発明によれば、圧電体膜の厚みを１０ミクロン以下としているので、圧電体膜の厚みを薄くすることで、駆動電圧を低くすることができる。

本発明は、前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、または、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）からなるペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。

本発明は、圧電体膜の材料を規定したものであり、上記材料を用いることで、圧電性能の良好な膜を形成することができる。

本発明は、前記圧電体膜の上に上部電極を備え、上部電極、または、上部電極および圧電体膜を覆う樹脂を備えることが好ましい。

本発明によれば、上部電極を覆うことで、生体内に挿入した際の感電を防止することができる。また、圧電体膜として鉛材料を用いる場合は、圧電体膜を樹脂で覆うことが好ましい。

本発明は、前記圧電体膜は、前記処置部の両面に形成されており、前記圧電体膜に１５Ｖの駆動電圧をかけた時の振動速度が８ｍ／ｓ以上であることが好ましい。

本発明によれば、圧電体膜を両面に形成することで、より低い駆動電圧で手術装置として充分な性能を有する８ｍ／ｓの振動速度を得ることができる。

本発明は、前記処置部の前記駆動部が形成されている部分から、前記処置部の先端に向かい、前記処置部の幅が狭くなることが好ましい。

本発明によれば、処置部の駆動部が形成されている部分から先端に向かい、処置部の幅が狭くなるようにしたので、処置部先端の振動速度を速くすることができる。

本発明の超音波手術装置によれば、駆動部を圧電体膜とすることで小型化、軽量化することができる。また、低い駆動電圧で処置部を作動させることができるので、駆動部を体内に挿入し、直接振動させても安全に使用することができる。

超音波手術装置の全体構成図である。 スパッタリング装置の概略断面図である。 配向度と圧電定数ｄ_３１との関係を示すグラフ図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る超音波手術装置の好ましい実施の形態について小説する。

〔超音波手術装置の全体構成〕
図１は、本発明の超音波手術装置１０の全体構成図である。本発明の超音波手術装置１０は、ＥＳＤ処置において、針状ナイフや周辺切開および粘膜剥離用ナイフ（以下、「切開剥離ナイフ」ともいう）などの超音波ナイフ（メス）として機能するナイフ部１２と、ナイフ部１２を超音波ナイフとして機能させるように術者によって操作される操作部本体１４とを有し、超音波手術装置１０は、ナイフ部１２に高周波電圧を供給する高周波発生装置１６から構成される。

ここで、ナイフ部１２は、刃部（処置部）１８、圧電素子２０、固定部２２、可撓性を有するシース（接続部）２４、第１の電極（接地電位）２６、第２の電極２８、樹脂封止材３０、可撓性コード４６を有する。圧電素子２０は、下部電極４０、圧電体膜４２、上部電極４４から構成される。

また、操作部本体１４は、刃部１８の操作用のリング３２ａ、リング３２ｂ、リング３２ｃおよび高周波発生装置１６への接続用端子であるコネクタ３４を有する。

なお、操作部本体１４のコネクタ３４と高周波発生装置１６とは、コード３８によって電気的に接続されている。

ナイフ部１２の刃部１８は、ＥＳＤ処置において、周辺切開、全周切開（カット）や粘膜下層の剥離などに用いられる切開剥離ナイフとして機能するもので、圧電素子２０の振動により刃部１８が振動可能に構成されている。刃部１８の材料としては、チタン、チタン合金、ステンレス，ジュラルミン、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ系超硬合金鋼等金属系材料が通例であるが、さらには超硬セラミック材料などを用いることができる。

刃部１８の幅は、圧電素子２０が形成されている部分から先端に向かって幅が狭くホーン部を有する構造とすることもできる。ホーン部を設けることにより、刃部１８の先端の振動速度を高めることができるので、低い駆動電圧で所望の振動速度を得ることができる。刃部１８の先端の振動速度は、圧電素子２０が形成されている部分の幅と、刃部１８の先端の幅との比である変成比により決定することができ、変成比を大きくする（先端の幅を小さくする）ことで、振動速度を速くすることができる。

圧電素子２０は、下部電極４０、圧電体膜４２、上部電極４４から構成される。下部電極４０に接続されている第１の電極２６、上部電極４４に接続されている第２の電極２８により、圧電素子２０に印加する電界強度を増減させて圧電素子２０を伸縮させ、これによって、刃部１８を図中矢印に示す方向に超音波振動させることにより切開を行なうことができる。なお、下部電極４０は、必要に応じて設ければよく、下部電極４０を設けない場合は、刃部１８に第１の電極２６を接続することで、圧電素子２０に電圧を印加する。

固定部２２は、シース２４の内部先端に固定され、刃部１８を往復移動（進退）可能に支持する機能を有する。すなわち、刃部１８のシース２４の先端からの突出および退避に際し、シース２４に対し、刃部１８を進退可能に支持する。

シース２４は、可撓性を有する絶縁性材料で構成され、刃部１８、圧電素子２０、第１の電極２６、第２の電極２８を物理的かつ電気的に保護するものである。

第１の電極２６、第２の電極２８は、圧電素子２０に高周波電圧を供給するためのもので、導電性材料で構成され、リング３２ｂおよび３２ｃに連結されている。

樹脂封止材３０は、シース２４の生体側を封止するために設けられる。本発明においては、圧電素子２０を体内に挿入する部分に設けることができるので、感電を防止するために樹脂で覆うことが好ましい。また、圧電体膜４２の材料として鉛を用いることができるので、樹脂で覆うことが好ましい。シース２４の封止材として樹脂を用いることで、刃部１８の駆動時の共振周波数の影響を少なくすることができる。

次に、図１に示す超音波手術装置１０の操作方法を説明することにより、超音波手術装置１０の構成および作用、特に、操作部本体１４の構成および作用について説明する。

術者が操作部本体１４のリング３２ａに親指を、操作用スライダのリング３２ｂおよび３２ｃに人差指と中指を挿入し、操作部本体１４に対して操作用スライダをスライドさせると、このスライドにより、操作用スライダに連結している可撓性コード４６を介して刃部１８は、シース２４から進退（往復移動）できるようになっている。

コネクタ３４には、高周波発生装置１６から高周波電圧コード３８が接続されており、第１の電極２６と第２の電極２８が電気的に接続されているため、この高周波電圧は、第１の電極２６および第２の電極２８の両方に加えられ、圧電素子２０が振動することで、刃部１８を超音波振動させ、切開剥離ナイフとして機能させることができる。

〔圧電素子〕
次に本発明の圧電素子について説明する。本発明の超音波手術装置１０は、刃部１８に駆動部である圧電素子２０が一体となって設けられている。圧電素子２０は、下部電極４０、圧電体膜４２、上部電極４４から構成される。

下部電極４０は必要に応じて設けることができる。下部電極４０を設けない場合は、第１の電極２６を刃部１８に直接接地することで、圧電素子２０に電圧を印加することができる。下部電極４０を設けることにより、圧電体膜４２と刃部１８との境界に酸化物が形成されることを防止することができ、駆動電圧が高くなることを防止することができる。例えば、従来の水熱合成による直接成長法では、Ｔｉ金属に直接圧電体膜を成長させて形成していたため、圧電体膜とメス本体との境界に酸化物が形成されており、より高い駆動電圧が必要となる可能性があった。このような理由から、下部電極４０は、刃部１８と異なる材料で形成されており、酸化されにくい貴金属であることが好ましく、例えば、酸化されにくい貴金属（Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ）あるいは、酸化されても低抵抗な貴金属（Ｉｒ、Ｒｕ）であることが好ましい。

上部電極４４の組成は特に制限なく、下部電極４０で例示した材料、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｕなどの一般的な半導体プロセスで用いられている電極材料、およびこれらの組み合わせが挙げられる。

圧電体膜４２としては、下記一般式（Ｐ１）で表される１種または２種以上のペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。

一般式ＡＢＯ_３・・・（Ｐ１）
（Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｋ、およびランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｈｆ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。Ｏ：酸素。Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上記一般式（Ｐ１）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛などが挙げられる。圧電体膜は、これら上記一般式（Ｐ１）で表されるペロブスカイト型酸化物の混晶系であってもよい。

また、他の材料として、ペロブスカイト構造を有する下記式（Ｐ２）を用いることができる。

一般式（Ｂｉ_{（１−ｘ）}Ｌａ_ｘ）ＦｅＯ_３・・・（Ｐ２）
（但し、０＜ｘ＜１であり、好ましくは、０＜ｘ≦０．３０である。ｘは、ペロブスカイト型構造のＡサイトにおけるＬａ組成である。）
また、下記一般式（Ｐ３）で表されるペロブスカイト型複合酸化物からなり、結晶系が単斜晶構造を含んでいる材料を用いることができる。

一般式Ａ（Ｚｎ_ｘＴｉ_{（１−ｘ）}）_ｙＭ_{（１−ｙ）}Ｏ_３・・・（Ｐ３）
（式中、ＡはＢｉ元素であり、ＭはＦｅ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｍｎ、Ｙ、Ｇａ、Ｙｂのうちの少なくとも１種の元素である。ｘは０．４≦ｘ≦０．６の数値を表す。ｙは０．１７≦ｙ≦０．６０の数値を表す。）
また、（Ｎａ_ｘＫ_ｙＬｉ_ｚ）ＮｂＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるペロブスカイト型酸化物を主相とする圧電体層でよく、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）やニオブ酸リチウムカリウムナトリウムに、圧電特性や表面粗さを損なわない範囲で、所定量のＴａ（タンタル）やＶ（バナジウム）などをドーピングすることもできる。

〔圧電体膜の製造方法〕
圧電体膜は、基板とターゲットとを対向させて、プラズマを用いた気相成長法により基板上にターゲットの構成元素を含む膜を成膜することにより製造することができる。気相成長法としては、例えば、２極スパッタリング法、３極スパッタリング法、直流スパッタリング法、高周波スパッタリング法（ＲＦスパッタリング法）、ＥＣＲスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、パルススパッタ法、およびイオンビームスパッタリング法等のスパッタリング法が挙げられる。本発明が適用可能な気相成長法としては、スパッタリング法の他、イオンプレーティング法、およびプラズマＣＶＤ法等により行なうことができる。

スパッタ法において、成膜される膜の特性を左右するファクターとしては、成膜温度、基板の種類、基板に先に成膜された膜があれば下地の組成、基板の表面エネルギー、成膜圧力、雰囲気ガス中の酸素量、投入電力、基板−ターゲット間距離、プラズマ中の電子温度および電子密度、プラズマ中の活性種密度および活性種の寿命等が考えられる。

例えば、成膜温度Ｔｓと、Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖｓは成膜時のプラズマ中のプラズマ電位、Ｖｆはフローティング電位）、Ｖｓ、および基板−ターゲット間距離Ｄのいずれかを好適化することにより、良質な膜を成膜できる。すなわち、成膜温度Ｔｓを横軸にし、Ｖｓ−Ｖｆ，Ｖｓ，および基板−ターゲット間距離Ｄのいずれか縦軸にして、膜の特性をプロットすると、ある範囲内において良質な膜を成膜できる。

図２を参照して、スパッタリング装置の構成例と成膜の様子について説明する。ここでは、ＲＦ電源を用いるＲＦスパッタリング装置を例として説明するが、ＤＣ電源を用いるＤＣスパッタリング装置を用いることもできる。図１は装置全体の概略断面図である。

図２に示すように、スパッタリング装置１００は、内部に、成膜基板Ｂを保持すると共に成膜基板Ｂを所定温度に加熱することができる静電チャック等の基板ホルダ１１１と、プラズマを発生させるプラズマ電極（カソード電極）１１２とが備えられた真空容器１１０から概略構成されている。

基板ホルダ１１１とプラズマ電極１１２とは互いに対向するように離間配置され、プラズマ電極１１２上にターゲットＴが装着されるようになっている。プラズマ電極１１２はＲＦ電源１３に接続されている。

真空容器１１０には、真空容器１１０内に成膜に必要なガスＧを導入するガス導入管１１４と、真空容器１１０内のガスの排気Ｖを行なうガス排出管１１５とが取り付けられている。ガスＧとしては、Ａｒ、又はＡｒ／Ｏ２混合ガス等が使用される。

本発明の圧電体膜をスパッタ法により成膜する場合、成膜温度Ｔｓ（℃）と、成膜時のプラズマ中のプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）とフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）との差であるＶｓ−Ｖｆ（Ｖ）とを制御しながら成膜することが可能である。

〔圧電体膜の性能〕
本発明の超音波手術装置１０に用いられる圧電体膜の性能について説明する。

気相成長法により形成された圧電体膜は、ペロブスカイト構造を有しており、（１００）あるいは（００１）方向に配向しており、配向度が６０％以上である。なお、配向度は、配向度＝Σ（（１００）方向のピーク＋（２００）方向のピーク）／Σ（（１００）方向のピーク＋（２００）方向のピーク＋（１１０）方向のピーク＋（１１１）方向のピーク）により求めた。なお、（１００）方向、（２００）方向のピークは、（００１）方向、（００２）方向のピークでも構わない。

配向度と圧電定数ｄ_３１との関係を図３に示す。図３に示すように、配向度を上げることにより、圧電定数を向上させることができる。圧電定数を高くすることにより、より低い駆動電圧で駆動させることができるので、本発明のように、駆動部を体内に設置する超音波手術装置においても安全に使用することができるので、好ましく用いることができる。配向度は、６０％以上であることが好ましく、より好ましくは、８０％以上である。なお、バルクの多結晶体の場合は、配向度で表すと約０．２であり、ｄ_３１＝９１ｐｍ／Ｖ程度となる。

また、圧電体膜を本発明の超音波手術装置の刃部を振動させる用途で用いる場合は、駆動電圧を上げていくにつれて、発熱が顕著になる。発熱は、電界の強さ（Ｅ／ｄ）の２乗、周波数ｆ、比誘電率ε_ｒ、誘電損失ｔａｎδに比例する（Ｐ_０＝（Ｅ／ｄ）^２×５．５６×１０^−１１×ｆ×ε_ｒ×ｔａｎδ）。したがって、比誘電率ε_ｒと誘電損失ｔａｎδの低い材料を用いることが好ましい。比誘電率ε_ｒに関しては、（１００）方向に配向した膜では約１２００、（００１）方向に配向した膜では、約４００となるため、配向性としては（００１）方向に配向した膜を用いることが好ましい。

誘電損失ｔａｎδに関しては、膜の配向性によらず膜の質により異なる。配向度の異なる膜でｔａｎδが同じであれば、より配向度が高い方が、より低い電圧で駆動できるため好ましい。本発明においては、誘電損失を０．４未満とすることが好ましい。誘電損失を０．４以上とすると、駆動時に発熱が見られ、充分な振動速度を得ることができない。そのため、誘電損失を０．４以上とする場合には、冷却や間欠駆動などの工夫が必要となる。誘電損失ｔａｎδの値は、一般的には、１ｋＨｚで測定した値であり、この値と駆動時の発熱は比例している。

本発明においては、圧電体膜を気相成長法により形成しているため、圧電体膜を柱状構造とすることができ、結晶粒を１μｍ以下のものを主にすることができる。振動を柱状構造と垂直方向に振動させることで、伸び率が良くなり、圧電体膜の耐久性を向上させることができる。従来の水熱合成により製造された圧電体膜は、結晶粒が１ミクロン以上であり、配向がランダム構造となっているので、材料が変位する方向もランダムとなり、発熱がより大きくなることが考えられる。

また、形成された圧電体膜の厚みは１０ミクロン以下であることが好ましい。処置部に厚みのある圧電体膜を形成することで、駆動時により高い電圧が必要になるため、圧電体膜の厚みは、１０ミクロン以下であり、駆動電圧が３０Ｖ以下であることが好ましい。駆動電圧はより好ましくは、２０Ｖ以下であり、さらに好ましくは１５Ｖ以下である。

このように形成された圧電体膜は、低い駆動電圧で所望の振動速度を得ることができるので、体内に挿入する処置部近傍に駆動部（圧電体膜）を形成することができ、装置本体からフレキシブルなケーブルを備えて、折り曲げながら体内に挿入することができ、内視鏡などの体内に挿入する処置具として好適に用いることができる。

［実施例］
刃部（メス部）の基材として、Ｔｉ板３００ミクロンを加工した材料を用いた。基板にスパッタ法にて下部電極としてＴｉ（２０ｎｍ）／Ｉｒ（１５０ｎｍ）を形成した。下部電極上にスパッタ法にて、圧電体膜としてＰＺＴＮ（ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛）膜を５ミクロンの厚みで形成した。圧電体膜上に上部電極としてＰｔをパターン形成した。

得られたメスは、反りがなく、膜の剥離もなく良好に形成されていた。また、圧電体膜は、ＸＲＤ測定により、基板に（１００）配向しており、その配向度は８０％以上であった。さらに断面ＳＥＭ観察から粒サイズが１ミクロン以下であった。また、得られた圧電体膜の誘電特性は、ε＝３００、ｔａｎδ＝０．３であった。また、別途、Ｔｉ基板に同じ条件で、ＰＺＴＮ膜を作製し、圧電定数ｄ_３１を測定したところ、約２００ｐｍ／Ｖであった。

得られたメスを駆動したところ、約３２０ｋＨｚのところに縦方向の振動共振が存在していた。この周波数にて、３０Ｖで駆動し、先端をレーザードップラー振動計で測定したところ８ｍ／ｓｅｃの振動速度が得られ、メスとして充分な性能を有することが確認できた。

従来技術として挙げた非特許文献１、黒澤実、笹沼健史「ＰＺＴ膜を用いたマイクロ超音波メス用振動子の振動速度向上」 社団法人 電子情報通信学会、信学技法、ＵＳ２００９−１０９（２１３）３１．には、図１１において、厚さ０．３ｍｍのＴｉ金属を用いて、ＰＺＴ膜を両面に形成し、約２０Ｖで駆動させることで、振動速度４ｍ／ｓを得ている。外挿すると３０Ｖ程度で７ｍ／ｓとなる。また、片面駆動であれば、３０Ｖで約３ｍ／ｓ程度である。

これに対し、本発明の超音波手術装置に用いられる圧電体膜によると、厚み０．３ｍｍのＴｉにて、片面駆動で３０Ｖにおいて。振動速度８ｍ／ｓとすることができる。実用的な観点を考慮すると、従来の材料では、超音波メスとしては、使用することはできないが、本発明の圧電素子を用いることで、３０Ｖの駆動電圧で充分な働きをするメスを作成することができる。また、圧電体膜を両面に適用することで、約１５Ｖの駆動電圧で８ｍ／ｓの振動速度が期待できる。さらに、ホーンの先端の太さを変えて変成比を大きく取ることによって、より大きな振動速度がより低い駆動電圧で期待できる。以上のことから本発明の超音波処置具を用いることにより、低い駆動電圧にて体内に安全にて使用することが可能であり、超音波メスとして著しい性能アップという効果が確認できた。

１０…超音波手術装置、１２…ナイフ部、１４…操作部本体、１６…高周波発生装置、１８…刃部（処置部）、２０…圧電素子、２２…固定部、２４…シース（接続部）、２６…第１の電極（接地電極）、２８…第２の電極、３０…樹脂封止材、３２…リング、３４…コネクタ、３８…高周波コード、４０…下部電極、４２…圧電体膜、４４…上部電極、４６…可撓性コード

特許文献１、２に記載されている超音波処置具は、ランジュバン振動子が用いられており、これは、バルク圧電体材料を積層したものであり、このような構成では、圧電体膜のサイズが大きくなり直接体内に入れることができなかった。そのため、ランジュバン振動子を体外に設け、その先端にホーンを介して超音波を患部に伝達させて処置を行なっていた。しかしながら、振動をホーンを用いて直線的に伝えるため、処置具を直線的な構造とする必要があり、更なる改良が望まれていた。

以下、添付図面に従って本発明に係る超音波手術装置の好ましい実施の形態について詳説する。

圧電素子２０は、下部電極４０、圧電体膜４２、上部電極４４から構成される。下部電極４０に接続されている第１の電極２６、上部電極４４に接続されている第２の電極２８により、圧電素子２０に印加する電界強度を増減させて圧電素子２０を伸縮させ、これによって、刃部１８を図１中矢印に示す方向に超音波振動させることにより切開を行なうことができる。なお、下部電極４０は、必要に応じて設ければよく、下部電極４０を設けない場合は、刃部１８に第１の電極２６を接続することで、圧電素子２０に電圧を印加する。

これに対し、本発明の超音波手術装置に用いられる圧電体膜によると、厚み０．３ｍｍのＴｉにて、片面駆動で３０Ｖにおいて、振動速度８ｍ／ｓとすることができる。実用的な観点を考慮すると、従来の材料では、超音波メスとしては、使用することはできないが、本発明の圧電素子を用いることで、３０Ｖの駆動電圧で充分な働きをするメスを作成することができる。また、圧電体膜を両面に適用することで、約１５Ｖの駆動電圧で８ｍ／ｓの振動速度が期待できる。さらに、ホーンの先端の太さを変えて変成比を大きく取ることによって、より大きな振動速度がより低い駆動電圧で期待できる。以上のことから本発明の超音波処置具を用いることにより、低い駆動電圧にて体内に安全にて使用することが可能であり、超音波メスとして著しい性能アップという効果が確認できた。

Claims (10)

1. 処置部と、前記処置部を共振により駆動させる駆動部と、前記駆動部を駆動制御する操作部本体と、前記処置部と前記操作部本体とを接続する接続部と、を有し、
   前記駆動部は圧電体膜であり、前記接続部内の前記処置部上に形成されており、
   前記圧電体膜は、ペロブスカイト構造を有し、構成する結晶が（１００）方向あるいは（００１）方向に、配向度が６０％以上で配向していることを特徴とする超音波手術装置。
2. 前記圧電体膜の誘電損失が０．４以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波手術装置。
3. 前記圧電体膜が、柱状構造体であり、結晶粒が１ミクロン以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波手術装置。
4. 前記圧電体膜は、下部電極を介して前記処置部上に形成されており、前記下部電極と前記処置部は異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波手術装置。
5. 前記下部電極が貴金属であることを特徴とする請求項４に記載の超音波手術装置。
6. 前記圧電体膜の厚みが１０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波手術装置。
7. 前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、または、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）からなるペロブスカイト型酸化物を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波手術装置。
8. 前記圧電体膜の上に上部電極を備え、上部電極、または、上部電極および圧電体膜を覆う樹脂を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波手術装置。
9. 前記圧電体膜は、前記処置部の両面に形成されており、前記圧電体膜に１５Ｖの駆動電圧をかけた時の振動速度が８ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波手術装置。
10. 前記処置部の前記駆動部が形成されている部分から、前記処置部の先端に向かい、前記処置部の幅が狭くなることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波手術装置。

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