JP2013090695A - 超音波振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ全ての径方向に略均等な剛性を確保する。
【解決手段】弾性体からなり略正多角形断面を有する角柱状弾性体１１と、角柱状弾性体１１の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極された板状の圧電素子１２と、角柱状弾性体１１の端部に固定され、角柱状弾性体１１よりも小さな径の棒状接触子１３と、圧電素子１２に対して板厚方向に交番電圧を印加し、角柱状弾性体１１に長手方向に伸縮する縦振動を発生させて棒状接触子１３を超音波振動させる駆動パルス発生回路とを備える超音波外科手術装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波振動装置に関するものである。

従来、脂肪を除去するためのデバイスとして、例えば、特許文献１、２に記載された超音波振動装置が知られている。特許文献１に記載の超音波振動装置は、振動子としてボルト締めランジュバン振動子を備えている。また、特許文献２に記載の超音波外科用器具は、切断／凝固刃のような末端エフェクタを含む板状の弾性体の片側面にのみ圧電素子を貼り付けた振動子を複数枚積層させて備えている。

特公平６−２０４６２号公報 特開２００９−１３６７００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の超音波振動装置は、振動子の直径が小さくなると円環状圧電素子の幅（内径と外径の差）が極端に小さくなり、圧電素子の作成が困難になってボルト締めランジュバン振動子を構成することができなくなるという不都合がある。また、特許文献２に記載の超音波外科用器具は、上記構成により弾性体の厚さ方向、すなわち、振動子の積層方向の剛性が弱く、脂肪に接触させる末端エフェクタの角度によっては効率的な処置を行うことが難しいという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化を図りつつ全ての径方向に略均等な剛性を確保することができる超音波振動装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、弾性体からなり略円形断面または略正多角形断面を有する柱状部材と、該柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極された板状の圧電素子と、前記柱状部材の端部に固定され、該柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、前記圧電素子に対して板厚方向に交番電圧を印加し、前記柱状部材に長手方向に伸縮する縦振動を発生させて前記棒状部材を超音波振動させる電圧印加部とを備える超音波振動装置を提供する。

本発明によれば、電圧印加部により圧電素子に板厚方向に交番電圧を印加すると、圧電素子が分極方向に直交する方向、すなわち、板厚方向に直交する方向に伸縮することによって、弾性体からなる柱状部材に縦振動が発生する。そして、柱状部材が縦振動することにより棒状部材に軸線に沿う方向の振動が伝達され、棒状部材が軸線方向に超音波振動させられる。したがって、このような棒状部材を心膜腔等の体腔内に挿入し、体腔内壁に付着した脂肪に棒状部材の先端を接触させた状態で棒状部材を超音波振動させれば、棒状部材の先端と脂肪との摩擦により脂肪を溶融（乳化）させることができる。

この場合において、断面が略円形または略正多角形を有する柱状部材の側面に板状の圧電素子を固定して構成することで、柱状部材の細径化および圧電素子の小型化を図りつつ、振動子の全ての径方向に対して略均等な剛性を確保することができる。これにより、例えば、脂肪に対して棒状部材の先端をどの角度および向きで接触させても均等に摩擦を生じさせて脂肪を溶融させることができる。

上記発明においては、前記柱状部材が略角柱部材であることとしてもよい。
このように構成することで、柱状部材の各側面に平板状の圧電素子を固定することができる。したがって、例えば、柱状部材が四角柱部材であれば、その４側面に圧電素子を固定して圧電素子を均等に伸縮させることにより、柱状部材に対して縦振動を効率的に発生させて、棒状部材に伝達される軸方向の振動を向上させることができる。なお、柱状部材の対向する１組の２側面に一対の圧電素子を配置すれば、柱状部材を効率的に縦振動させつつ、装置をより小型化することができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材が、前記棒状部材が固定される前記端部に近づくに従って断面積が小さくなる略円錐形状または略角錐形状を有することとしてもよい。
このように構成することで、柱状部材の端部の断面積を棒状部材の断面積に近付けて、柱状部材と棒状部材との固定位置においてこれらの機械インピーダンスを近似させることができる。したがって、柱状部材と棒状部材の機械インピーダンスを良好に整合させ、柱状部材の振動エネルギーを棒状部材に効率よく伝達することができる。

また、柱状部材を略円錐形状または略角錐形状にすることで、棒状部材が固定される端部とは反対側の基端側において断面積を大きくすることができる。これにより、柱状部材の側面の基端側に固定される圧電素子の表面積を大きくし、柱状部材に発生させる振動エネルギーを増大することができる。また、柱状部材の端部を細くすることで、体腔内への挿入性等を向上し、装置の使い勝手をよくすることができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材を挟んで対向配置される一対の前記圧電素子が、互いに分極の向きを同じ方向に向けて前記柱状部材に固定されていることとしてもよい。
このように構成することで、対向する一対の圧電素子を異なる位相のリード線で接続することにより、これら一対の圧電素子を互いに同位相で伸縮させて、柱状部材に縦振動を発生させることができる。したがって、グラウンドに接続するリード線を不要とし、配線の本数を低減することができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材を挟んで対向は位置される一対の前記圧電素子が、互いに分極の向きを反対方向に向けて前記柱状部材に固定されていることとしてもよい。
このように構成することで、対向する一対の圧電素子を同位相のリード線で接続することにより、これら一対の圧電素子を互いに同位相で伸縮させて、柱状部材に縦振動を発生させることができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材を収容するケースと、該ケースと前記柱状部材との間に設けられ、前記柱状部材を縦振動の節部において保持する保持部材とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、保持部材を介して柱状部材をケースに保持することができる。このように柱状部材を屈曲振動の節部で保持することにより、柱状部材に発生する振動エネルギーがケースの外部に漏れることを防止することができる。これにより、棒状部材に超音波振動を効率的に発生させることができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材および前記棒状部材が、組織を吸引可能な吸引路を有することとしてもよい。
このように構成することで、棒状部材の超音波振動により溶解した組織（例えば乳化した脂肪成分）を吸引路を介して外部に排出することができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材および前記棒状部材が、液体を供給可能な給水路を備えることとしてもよい。
このように構成することで、給水路から生理食塩水等の液体を体腔内に供給し、液体により棒状部材の超音波振動を生体に伝播させやすくすることができる。これにより、脂肪の乳化効率を向上することができる。

また、上記発明においては、前記柱状部材の振動を検出する振動検出用電極と、該振動検出電極により検出された振動の振幅値が予め設定された振幅値となるように、前記電圧印加部により印加する交番電圧の周波数を変更する周波数制御部とを備えることとしてもよい。

このように構成することで、振動検出用電極により検出される柱状部材の縦振動の振幅値に負荷変動があった場合において、周波数制御部の作動により柱状部材の縦振動の振幅値、すなわち、棒状部材の超音波振動の振幅値を一定に維持することができる。これにより、安定した脂肪溶解が可能になる。

また、上記発明においては、前記圧電素子が、複数の圧電素子部材を積層して構成されていることとしてもよい。
このように構成することで、単層からなり同じ外形寸法を有する圧電素子（単板圧電素子）を駆動させる場合と比較して、圧電素子部材のほぼ積層枚数の逆数分だけ駆動電圧を低下させることができる。例えば、３層構造の積層圧電素子を用いた場合には、単板圧電素子を用いる場合と比較して、駆動電圧を１／３にすることができる。

本発明によれば、小型化を図りつつ全ての径方向に略均等な剛性を確保することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る超音波外科手術装置の全体構成図である。 図１の振動子の上面図である。 図１の振動子の側面図である。 図２および図３の圧電素子の外観図である。 図１の超音波外科手術装置の要部の上面図である。 図５のＡ−Ａ´断面図である。 図１の振動子を動作させた際の軸線方向の伸縮振動を示す図である。 図１の超音波外科手術装置の作用を説明する図である。 図１の超音波外科手術装置の別の作用を説明する図である。 第１変形例に係る振動子の上面図である。 図１０の振動子の側面図である。 第２変形例に係る振動子の上面図である。 第２変形例に係る別の振動子の上面図である。 第３変形例に係る振動子の上面図である。 図１４の振動子の側面図である。 第４変形例に係る振動子の上面図である。 図１６の振動子の側面図である。 第５変形例に係る振動子の上面図である。 図１８の振動子の側面図である。 第５変形例に係る他の振動子の上面図である。 図２０の振動子の側面図である。 第６変形例に係る振動子の上面図である。 本発明の第２実施形態に係る振動子の上面図である。 図２３の振動子の側面図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波外科手術装置の要部の縦断面図である。 第７変形例に係る振動子の上面図である。 図２６の振動子の側面図である。 図２７の棒状接触子を部分的に拡大した縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧電素子の外観図である。 本発明の第３実施形態に係る超音波外科手術装置の全体構成図である。 図３０の超音波外科手術装置により実行される処理を示すフローチャートである。 図３０の超音波外科手術装置の作用を説明するグラフである。 本発明の第４実施形態に係る圧電素子の外観図である。 図３３の圧電素子の展開図である。 図３３の圧電素子のＡ−Ａ´断面図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態について、図１から図２２を用いて以下に説明する。以降では、本発明に係る超音波振動装置を、体腔内の脂肪を除去するための超音波外科手術装置に適用した例について説明する。

本実施形態に係る超音波外科手術装置１は、図１に示すように、体腔内に挿入される振動子１０と、駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路（電圧印加部）２１と、駆動パルスを増幅して振動子１０に出力するドライブＩＣ２３とを備えている。

振動子１０は、図２および図３に示すように、弾性体からなる四角柱の柱状部材（角柱部材：以下、角柱状弾性体という。）１１と、角柱状弾性体１１の４側面に固定され、それぞれ板厚方向に分極された板状の圧電素子１２と、角柱状弾性体１１の端部に固定され、角柱状弾性体１１よりも小さな径の棒状接触子（棒状部材）１３とを備えている。

角柱状弾性体１１の材質は、チタン合金やステンレス材等のＱ値の大きい部材から構成されている。角柱状弾性体１１の４側面には、エポキシ樹脂を用いて圧電素子１２が接着されている。角柱状弾性体１１の上端部には、穴部が設けられていて、棒状接触子１３が圧入もしくは接着により挿入固定されている。

圧電素子１２の素材はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。圧電素子１２は、図４に示すように、角板形状をしており、表面、裏面には電極が設けられ、板厚方向に分極が施されている。分極の方向は分極ベクトルＰで表わされており、図４に示すように、分極ベクトルＰは、＋面（表面）から−面（裏面）に向かうベクトルとなる。この圧電素子１２を４側面に貼る際には、図２に示すように、分極の方向に注意して、それぞれ分極ベクトルＰが角柱状弾性体１１に向かう方向になるようにする。

図３に示すように、圧電素子１２に交番電圧を印加するためのリード線１４Ａが、導電性接着剤もしくは半田により圧電素子１２の電極面に接合されている。これら４本のリード線１４Ａは互いに結合されて、駆動相としてのＡ端子を形成している。共通電極となるＧＮＤ端子は、角柱状弾性体１１の下面に導電性接着剤もしくは半田により接合されたリード線１４Ｇにより形成されている。

図５および図６に示すように、振動子１０の外側には、振動子１０を包み込むように、円形状のケース１５が設けられている。ケース１５に振動子１０が包み込まれたものが超音波外科手術装置１の要部となる。振動子１０とケース１５の間には、後に説明する振動子１０に生じる縦振動の節近傍にゴム（保持部材）１６が設けられる。すなわち、ゴム１６を介して振動子１０がケース１５に保持されることになる。このように振動子１０を節近傍で保持することにより、振動のエネルギーがケース１５等の外部に漏れることを防止することができる。

また、ケース１５の下面には、リード線１４Ａ，１４Ｇ用のコネクタ１７が設けられている。コネクタ１７には保持ワイヤ１８が接続されている。図には示さないが、保持ワイヤ１８の内部にはリード線１４Ａ，１４Ｇが組み込まれている。また、保持ワイヤ１８は、ケース１５（およびその内部の振動子１０）を保持、操作する役目も兼ねている。

駆動パルス発生回路２１は、図１に示すように、所定の共振周波数に対応する周波数の駆動パルスを出力するようになっている。このようにすることで、駆動パルス発生回路２１は、リード線１４Ａを介して圧電素子１２の板厚方向に交番電圧を印加して、角柱状弾性体１１に縦振動を発生させ、棒状接触子１３に超音波振動を発生させるようになっている。なお、角柱状弾性体１１に縦振動を発生させる際の詳細な動作については後述する。

ドライブＩＣ２３は、駆動パルス発生回路２１からの駆動パルスを増幅して、振動子１０へ出力するようになっている。
上記のように、ドライブＩＣ２３で増幅された駆動パルスを、それぞれ振動子１０のＡ相に印加することで、振動子１０（棒状接触子１３）を軸線方向に伸縮運動させることができる。

上記構成を有する本実施形態に係る超音波外科手術装置１の作用について以下に説明する。
まず、振動子１０の動作について説明する。
Ａ端子とＧＮＤ端子間に交番電圧を印加すると、４つの圧電素子１２に分極方向に直交する方向、すなわち、板厚方向に直交する方向に伸縮する力が発生し、すべての圧電素子１２が一斉に伸びるか、もしくは、一斉に縮む。したがって、角柱状弾性体１１の縦振動（軸線Ｌに沿う方向の振動）の共振周波数の交番電圧を印加することにより、図７に示すように、４つの圧電素子１２の伸縮によって角柱状弾性体１１に縦振動モードを励起することができる。

縦振動モードには低次のものから高次のものまで存在するが、図７に示すように、角柱状弾性体１１のほぼ中央部の１ヶ所に節部Ｓが存在する縦振動モードが励起される。この結果、角柱状弾性体１１が縦振動することにより、棒状接触子１３に軸線Ｌに沿う方向の振動が伝達され、棒状接触子１３が軸線Ｌ方向に超音波振動（縦振動）させられる。

この場合における駆動回路の制御について以下に説明する。
図１に示すように、駆動パルス発生回路２１から所定の共振周波数に対応する周波数の駆動パルスが出力されドライブＩＣ２３により増幅される。ドライブＩＣ２３で増幅された信号はＡ相に印加され、振動子１０（棒状接触子１３）を軸線Ｌ方向に伸縮運動させる。

上記動作を行う振動子１０を備える超音波外科手術装置１の作用について図８および図９を用いて説明する。
図８では、振動子１０がシース等を介して、心膜Ｂと心外膜（心臓の外表面の膜）Ａとの間の空間である心膜腔Ｃに挿入されている。一般に、心筋梗塞等の原因となるのが心筋表面に付着する脂肪Ｄである。縦振動を行っている棒状接触子１３は、その先端が脂肪Ｄに触れることで、超音波振動により脂肪Ｄを溶融（乳化）させることができる。なお、図９に示すように、棒状接触子１３のみを心膜腔Ｃに入れて、脂肪除去を行ってもよい。

以上のように、本実施形態に係る超音波外科手術装置１によれば、４つのすべての圧電素子１２を板厚方向に直交する方向に一斉に伸縮させて角柱状弾性体１１に縦振動を発生させることにより、棒状接触子１３に縦振動が伝達され、棒状接触子１３が軸線Ｌ方向に超音波振動させられる。したがって、このような超音波振動を行っている棒状接触子１３を心膜腔等の体腔内に挿入し、その先端を体腔内壁に付着した脂肪に接触させることで、棒状接触子１３の先端と脂肪との摩擦により脂肪を溶融（乳化）させることができる。

この場合において、断面が略正多角形を有する角柱状弾性体１１の４側面に板状の圧電素子１２を固定して振動子１０を構成することで、角柱状弾性体１１の細径化および圧電素子１２の小型化を図りつつ、振動子１０の全ての径方向に対して略均等な剛性を確保することができる。これにより、例えば、脂肪に対して棒状接触子１３の先端をどの角度およびどの向きで接触させても、均等に摩擦を生じさせて脂肪を溶融させることができる。また、振動子１０を細径化することで、心膜腔内もしくは心膜腔外から、心筋表面に付着している脂肪を容易に溶融させることができる。

〔第１変形例〕
以下に、本実施形態に係る超音波外科手術装置１の第１変形例について説明する。
なお、以降では、各変形例に係る超音波外科手術装置について、前述の実施形態と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

前述の実施形態では、角柱状弾性体１１の４側面に圧電素子１２を接着したが、第１変形例として、図１０および図１１に示すように、角柱状弾性体１１の対向する２側面のみに一対の圧電素子１２を貼ることで、振動子１０をより小型化することができる。このようにした場合も、角柱状弾性体１１および棒状接触子１３に対称性の高い縦振動を発生させ、効率よく脂肪除去することができる。

〔第２変形例〕
本実施形態においては、柱状部材として、四角柱の角柱状弾性体１１を例示して説明したが、略角柱部材であればよく、角数ｎ（ｎは任意の整数。）はこれに限定されるものではない。第２変形例としては、柱状部材として、例えば、図１２に示すような三角柱の角柱状弾性体２１Ａや、図１３に示すような六角柱の角柱状弾性体２１Ｂを用い、これらの各側面に圧電素子１２を固定することとしてもよい。このようにした場合も、角柱状弾性体２１Ａ，２１Ｂおよび棒状接触子１３に対称性の高い縦振動を発生させることができる。

〔第３変形例〕
前述の実施形態では弾性体（柱状部材）として角柱状弾性体１１を用いたが、第３変形例としては、図１４および図１５に示すように、先端に向かうほど横断面積が小さくなる角錐状弾性体３１を用いてもよい。この場合には、圧電素子１２は台形の平面形状を有するものを用いる。

本変形例に係る超音波外科手術装置によれば、棒状接触子１３と角錐状弾性体３１との接続位置近傍において、棒状接触子１３と角錐状弾性体３１との機械インピーダンスを近似させることができる。したがって、機械インピーダンスの整合を良好にとることができ、角錐状弾性体３１の振動エネルギーをより効率よく棒状接触子１３に伝達することができる。

また、角錐状弾性体３１を採用することで、その基端側において角錐状弾性体３１の横断面積を大きくすることができる。これにより、角錐状弾性体３１の側面に接合する圧電素子１２の表面積を大きく確保することができ、角錐状弾性体３１に発生させる振動エネルギーを大きくすることができる。
また、振動子１０の先端を細くすることができ、体腔内への挿入性等を向上して装置の使い勝手を良くすることができる。

〔第４変形例〕
前述の実施形態においては、全ての圧電素子１２の分極の向き（分極ベクトルＰの向き）が角柱状弾性体１１を向くように各圧電素子１２を固定することとしたが、第４変形例としては、図１６および図１７に示すように、対向する圧電素子１２の分極ベクトルＰが同じ方向になるようにして、圧電素子１２を角柱状弾性体１１の４側面に固定する。

また、リード線１４については、共通のＧＮＤ端子はなくして、対向する一対の圧電素子１２の片側をそれぞれＡ＋端子、もう片側をそれぞれＡ−端子として駆動する。このようにすれば、すべての圧電素子１２は互いに同位相で伸縮を行うので、角柱状弾性体１１に縦振動を励起させることができる。また、ＧＮＤ端子の分だけ、リード線１４の本数を低減することができる。

〔第５変形例〕
前述の実施形態においては、角柱状弾性体１１の穴部に棒状接触子１３を圧入もしくは接着により挿入固定することとしたが、第５変形例としては、図１８および図１９に示すように、角柱状弾性体１１と棒状接触子１３との間に、角柱状弾性体１１から棒状接触子１３に近づくに従って横断面積が徐々に小さくなる円錐形状のホーン部材３５を設けている。

このようなホーン部材３５を挿入することで、角柱状弾性体１１と棒状接触子１３との機械インピーダンスの整合をとることができ、棒状接触子１３の振幅を大きくすることができる。
本変形例においては、円錐形状のホーン部材３５を例示して説明したが、これに代えて、角錐形状のホーン部材を採用することとしてもよい。

また、本変形例においては、ホーン部材３５を設けることとしたが、これに代えて、図２０および図２１に示すように、棒状接触子１３自体の形状を円錐型（または、角錐型）のホーン形状とすることとしてもよい。このようにした場合も、棒状接触子１３の断面積が先端に向かって徐々に小さくなるので、角柱状弾性体１１と棒状接触子１３との機械インピーダンスの整合をとり、棒状接触子１３の先端の振幅を大きくすることができる。

〔第６変形例〕
前述の実施形態においては、柱状部材として角柱状弾性体１１を例示して説明したが、第６変形例としては、図２２に示すように、角柱状弾性体１１の角を削り、丸みを帯びた角柱状弾性体(略角柱部材）６１を用いている。このようにすることで、角柱状弾性体６１に鋭部が減り、取り扱いを容易にすることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る超音波外科手術装置２について、図２３から図２８を参照して説明する。以降では、各実施形態に係る超音波外科手術装置について、前述の実施形態と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図２３および図２４に示すように、角柱状弾性体１１の下端部には、軸線方向に突出する後端突起部３７が設けられている。また、棒状接触子１３、角柱状弾性体１１、後端突起部３７には、これらの軸線方向に一気に通貫する貫通穴（吸引路）３６が設けられている。さらに、棒状接触子１３の側面には、貫通穴３６に連通する複数の側部孔３８が設けられている。

図２５に示すように、後端突起部３７はコネクタ１７により吸引ホース３９と接続されており、貫通穴３６と吸引ホース３９とが連通されている。吸引ホース３９と保持ワイヤ１８とは束ねられた状態で延長されている。なお、図示しないが、吸引ホース３９の他の端部には吸引用ポンプが備えられている。

次に、本実施形態に係る超音波外科手術装置２の動作について説明する。
まず、前述の実施形態と同様に、本実施形態に係る超音波外科手術装置２の振動子１０を、シース等を介して心膜腔Ｃに挿入する（図８参照）。この状態において、駆動パルス発生回路２１により圧電素子１２の板厚方向に交番電圧を印加し、角柱状弾性体１１に縦振動を発生させて棒状接触子１３を超音波振動させる。

超音波振動を行っている棒状接触子１３は、その先端が脂肪Ｄに触れることで、脂肪Ｄを乳化させることができる。棒状接触子１３により乳化された脂肪Ｄは、棒状接触子１３の先端面に開口する貫通穴３６もしくは側面に開口する側部孔３８から、吸引ホース３９により吸引され、外部に排出される。

以上のように、本実施形態に係る超音波外科手術装置２によれば、前述の実施形態と同様の効果に加えて、棒状接触子１３の超音波振動により乳化した脂肪成分を体外に排出させることができる。貫通穴３６は、吸引路として用いる場合とタイミングをずらすことにより、給水用の穴として用いることとしてもよい。なお、本実施形態では、作図の都合上、側部孔３８はＸ方向のみに設けられているが、Ｙ方向に設けることとしてもよく、放射状に複数方向に設けることが望ましい。

〔第７変形例〕
本実施形態は以下のように変形することができる。
前述の実施形態においては、棒状接触子１３、角柱状弾性体１１、後端突起部３７に連通する１本の貫通孔３６を設けることとしたが、第７変形例としては、図２６および図２７に示すように、貫通穴として、給水用貫通穴（給水路）３６ａと吸引用貫通穴（吸引路）３６ｂとが独立して設けられている。角柱状弾性体１１の下端面には、それぞれ軸線方向に突出する後端給水突起部３７ａと後端吸引突起部３７ｂとが設けられている。さらに、図２８に示すように、棒状接触子１３の側面には、給水用貫通穴３６ａおよび吸引用貫通穴３６ｂにそれぞれ連通する側部孔３８が設けられている。

本変形例に係る超音波外科手術装置によれば、給水用貫通穴３６を介して体腔内に生理食塩水等の液体を供給して、脂肪部位と棒状接触子１３との間に確実に液体（生理食塩水等。）を介在させることができる。これにより、超音波振動を脂肪に伝播しやすくすることができ、脂肪の乳化効率を向上することができる。なお、本変形例では、作図の都合上、側部孔３８はＸ方向のみに設けられているが、Ｙ方向に設けることとしてもよく、放射状に複数方向に設けることが望ましい。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る超音波外科手術装置３について、図２９から図３２を参照して説明する。
本実施形態に係る超音波外科手術装置の圧電素子４０の特徴は、図２９に示すように、電極が絶縁領域４３を介して２分割されている点である。上部は駆動電極４１で、下部は振動検出電極（振動検出用電極）４２である。この圧電素子４０は、角柱状弾性体１１の４側面に貼る圧電素子１２のうち、少なくとも１ヶ所に設ければよい。なお、圧電素子４０を複数ヶ所設けた場合には、出力は並列接続すればよい。

次に、本実施形態に係る超音波外科手術装置３の動作について説明する。
圧電素子４０は、電圧を印加すると変形する（逆圧電効果）が、変形すると電圧を発生する（圧電効果）。よって、振動検出電極４２の電圧を観測することで、振動の大きさに比例した交番電圧を検出することができる。

図３０にこの振動検出電極４２（振動検出相）を用いた駆動回路を示す。
駆動パルス発生回路２１からは初期値の周波数の交番駆動パルスが出力され、ドライブＩＣ２３で増幅される。増幅された駆動パルスは、振動子１０のＡ相に印加される。

振動子１０が振動すると、振動検出相から交番電圧が出力される。その信号は振動検出回路２４により検出され、所定の増幅率で増幅されて振幅比較回路２６に入力される。振幅比較回路２６では、振幅設定値２５に予め設定された振幅値と振動検出回路２４からの振幅値とが比較され、その判定信号が周波数制御回路（周波数制御部）２７へ出力される。ここで、設定すべき周波数が決まり、その結果が駆動パルス発生回路２１へ出力され、駆動周波数が更新される。その結果、駆動パルス発生回路２１で発生される駆動パルスは、常に望ましい振動振幅値に制御される。

上記の制御について図３１のフローチャートを用いて以下に説明する。
図３０に示すように、振動検出回路２４により検出された駆動パルスの振幅値（以下「検出振幅値」という。）をａ、振幅設定値２５に予め設定された振幅値（以下「設定振幅値」という。）をｂとすると、振幅比較回路２６において、検出振幅値ａと設定振幅値ｂの大きさが比較される（ステップＳ１）。

検出振幅値ａよりも設定振幅値ｂが大きい場合は、周波数制御回路２７により、駆動パルス発生回路２１で発生される駆動パルスの駆動周波数を下げる（ステップＳ２）。一方、検出振幅値ａよりも設定振幅値ｂが小さい場合は、周波数制御回路２７により、駆動パルス発生回路２１で発生される駆動パルスの駆動周波数を上げる（ステップＳ３）。

ここで、図３２に示すように、棒状接触子１３および角柱状弾性体１１の振動振幅は共振周波数（ｆｒ）で最大値となる。棒状接触子１３に負荷がかかると振幅特性は全体的に低下する。よって、その際には、駆動周波数を共振周波数に近づけて、同じ振幅が出るようにする。なお、周波数制御範囲は共振周波数よりも高く設定しておく。

以上のように、本実施形態に係る超音波外科手術装置３によれば、圧電素子４０の電極として振動検出電極４２を設け、常に振動子１０の振動を検出し、その値が一定になるように常に周波数を制御することで、振動振幅を負荷変動があった場合においても、角柱状弾性体１１の振幅値、すなわち、棒状接触子１３の超音波振動の振幅値を一定に維持することができ、安定した脂肪溶解が可能になる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る超音波外科手術装置について図３３から図３５を参照して説明する。
本実施形態で使用する圧電素子５０は、積層構造を有する圧電素子、すなわち、積層圧電素子である。積層圧電素子１２は、図３４に示すように、数十ミクロンの厚さを有する圧電シート（圧電素子部材）５１，５２，５３の面に、それぞれ一部絶縁部を設けて内部電極（銀パラジウム）５４を形成する。これらを図３４に示すように、積層し、その後焼成する。最後に、図３４に示すように、外部電極（銀）５５を焼き付ける。

上記のように積層圧電素子を用いた本実施形態に係る超音波外科手術装置によれば、積層圧電素子を用いることで、駆動電圧をほぼ積層枚数の逆数分だけ低下させることができる。本実施形態では、３層構造の積層圧電素子を用いたことから。通常の単板圧電素子を用いた場合と比較して、駆動電圧を１／３にすることができる。

なお、本実施形態において、内部電極５４として、一部に振動検出領域を設けることで、前述の第３実施形態と同様な制御が可能となり、安定した脂肪溶融が可能となる。
また、本実施形態において、３層構造の積層圧電素子を用いたが、Ｎ層構造の積層圧電素子を用いることとしてもよい（Ｎは任意の整数）。この場合には、駆動電圧を１／Ｎにすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。また、上記各実施形態においては、柱状部材として、略正多角形断面を有する角柱状弾性体１１，３１，６１を例示し説明したが、側面に圧電素子１２を密着させて固定することができれば、略正多角形断面を有する柱状部材に代えて、略円形断面を有する柱状部材を採用することとしてもよい。

１，２，３ 超音波外科手術装置（超音波振動装置）
１１，３１，６１ 角柱状弾性体（柱状部材）
１２ 圧電素子
１３ 棒状接触子（棒状部材）
１５ ケース
１６ ゴム（保持部材）
２１ 駆動パルス発生回路（電圧印加部）
２７ 周波数制御回路（周波数制御部）
３６ 貫通穴（吸引路）
３６ａ 給水用貫通穴（給水路）
３６ｂ 吸引用貫通穴（吸引路）
４２ 振動検出用電極（振動検出用電極）
５１，５２，５３ 圧電シート（圧電素子部材）

Claims (10)

1. 弾性体からなり略円形断面または略正多角形断面を有する柱状部材と、
   該柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極された板状の圧電素子と、
   前記柱状部材の端部に固定され、該柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、
   前記圧電素子に対して板厚方向に交番電圧を印加し、前記柱状部材に長手方向に伸縮する縦振動を発生させて前記棒状部材を超音波振動させる電圧印加部とを備える超音波振動装置。
2. 前記柱状部材が略角柱部材である請求項１に記載の超音波振動装置。
3. 前記柱状部材が、前記棒状部材が固定される前記端部に近づくに従って断面積が小さくなる略円錐形状または略角錐形状を有する請求項１に記載の超音波振動装置。
4. 前記柱状部材を挟んで対向配置される一対の前記圧電素子が、互いに分極の向きを同じ方向に向けて前記柱状部材に固定されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波振動装置。
5. 前記柱状部材を挟んで対向は位置される一対の前記圧電素子が、互いに分極の向きを反対方向に向けて前記柱状部材に固定されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波振動装置。
6. 前記柱状部材を収容するケースと、
   該ケースと前記柱状部材との間に設けられ、前記柱状部材を縦振動の節部において保持する保持部材とを備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波振動装置。
7. 前記柱状部材および前記棒状部材が、組織を吸引可能な吸引路を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波振動装置。
8. 前記柱状部材および前記棒状部材が、液体を供給可能な給水路を備える請求項８に記載の超音波振動装置。
9. 前記柱状部材の振動を検出する振動検出用電極と、
   該振動検出電極により検出された振動の振幅値が予め設定された振幅値となるように、前記電圧印加部により印加する交番電圧の周波数を変更する周波数制御部とを備える請求項１から請求項８のいずれかに記載の超音波振動装置。
10. 前記圧電素子が、複数の圧電素子部材を積層して構成されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の超音波振動装置。
    

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