JP2014013040A - Fluid jetting device, fluid jetting surgical instrument and fluid jetting method - Google Patents

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泰弘 小野
Kinya Matsuzawa
欣也 松澤
Takeshi Seto
毅 瀬戸
Yasuyoshi Hama
康善 濱
Hideki Kojima
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid jetting device, a fluid jetting surgical instrument and a fluid jetting method which enable a pressure of fluid jetted from a nozzle can be appropriately adjusted in accordance with a distance between the nozzle and a fluid jetting object.SOLUTION: A fluid jetting device 1 comprises: volume change means 401 for changing a volume of a fluid chamber 501; and a pulsation generation section 100 having an inlet flow passage 503 and an outlet flow passage 511 which communicate with the fluid chamber 501. The fluid jetting device 1 further comprises: flow passage pipe 200 having a connection flow passage 201 communicating with the outlet flow passage 511 and a fluid jetting port 212; fluid supply means 20 for supplying fluid to the inlet flow passage 503; control means 30 for controlling the volume change means 401; and distance detection means 40 for detecting a distance between the fluid jetting port 212 and a fluid jetting object. The control means 30 controls the volume change means 401 in accordance with the distance detected by the distance detection means 40.

Description

本発明は、加圧した流体を噴射する流体噴射装置、流体噴射手術器具及び流体噴射方法に関する。   The present invention relates to a fluid ejecting apparatus that ejects pressurized fluid, a fluid ejecting surgical instrument, and a fluid ejecting method.

従来、この種の技術としては、例えば、加圧ポンプからハンドピースに加圧した流体を供給することによって、ハンドピースの先端に設けられたノズルから高圧流体を噴射する流体噴射装置がある(特許文献1参照)。また、この流体噴射装置では、ノズルに吸引チューブが配設され、吸引チューブに接続された吸引ポンプを駆動することによって、噴射対象物に噴射された流体を吸引する。
そして、上記従来技術では、ノズルと流体噴射対象物の表面との距離を測定可能な測定部を備え、測定部が測定した距離に応じて、加圧ポンプを調整することによって、ノズルから噴射される流体の圧力を調整する。
ここで、一般的に、流体噴射装置に用いられる加圧ポンプは、ハンドピースに対して大きな構成となっている。したがって、流体噴射装置においては、加圧ポンプはハンドピースから離間して配置され、加圧ポンプとハンドピースとはチューブ等によって接続されている。
Conventionally, as this type of technology, for example, there is a fluid ejecting apparatus that ejects high-pressure fluid from a nozzle provided at the tip of the handpiece by supplying pressurized fluid to the handpiece from a pressure pump (patent) Reference 1). Further, in this fluid ejecting apparatus, a suction tube is disposed in the nozzle, and the fluid ejected to the ejection target is sucked by driving a suction pump connected to the suction tube.
And in the said prior art, the measurement part which can measure the distance of a nozzle and the surface of a fluid injection target object is provided, and it injects from a nozzle by adjusting a pressurization pump according to the distance which the measurement part measured. Adjust the fluid pressure.
Here, generally, the pressurizing pump used in the fluid ejecting apparatus has a large configuration with respect to the handpiece. Therefore, in the fluid ejecting apparatus, the pressurizing pump is disposed away from the handpiece, and the pressurizing pump and the handpiece are connected by a tube or the like.

特開平5−76540号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-76540

従来技術においては、ハンドピースと離間して配置された加圧ポンプを調整するため、また、ノズルから噴射される流体が連続流であるため、ノズルと流体噴射対象物との距離に応じて、ノズルから噴射される流体の圧力を適切に調整することが困難であった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、ノズルと流体噴射対象物との距離に応じて、ノズルから噴射される流体の圧力を適切に調整することが可能な流体噴射装置、流体噴射手術器具及び流体噴射方法を提供することを課題とする。
In the prior art, in order to adjust the pressurization pump that is arranged apart from the handpiece, and because the fluid ejected from the nozzle is a continuous flow, depending on the distance between the nozzle and the fluid ejection object, It has been difficult to properly adjust the pressure of the fluid ejected from the nozzle.
The present invention has been made in view of the above prior art, and is a fluid ejecting apparatus capable of appropriately adjusting the pressure of fluid ejected from a nozzle according to the distance between the nozzle and a fluid ejecting object. It is an object of the present invention to provide a fluid ejection surgical instrument and a fluid ejection method.

上記目的を達成するために、第一の発明に係る流体噴射装置は、流体が流入する流体室と、流体室の容積を変更する容積変更手段と、流体室に連通する入口流路及び出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、入口流路に流体を供給する流体供給手段と、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御する制御手段と、流体噴射口と流体噴射対象物との距離を検出する距離検出手段と、を備え、制御手段は、距離検出手段が検出した距離に応じて、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fluid ejecting apparatus according to a first invention includes a fluid chamber into which a fluid flows, volume changing means for changing the volume of the fluid chamber, an inlet channel and an outlet flow communicating with the fluid chamber. A pulsation generator having a channel, a channel tube having a connection channel whose one end communicates with the outlet channel and the other end communicates with the fluid ejection port, and fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel And a control means for controlling the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means, and a distance detecting means for detecting the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object, and the control means is detected by the distance detecting means. The change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means is controlled according to the distance.

第一の発明に係る流体噴射装置では、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流路管に連通する脈動発生部を制御するため、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流体噴射口から噴射される流体の圧力を適切に調整することが可能となる。
例えば、第一の発明に係る流体噴射装置では、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて流体噴射口から噴射される流体の圧力を調整する際に、流路管に連通する脈動発生部を制御する。これにより、流体供給手段(ポンプ)を制御する場合と比較して、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流体噴射口から噴射される流体の圧力を高い応答性をもって調整することが可能となる。
In the fluid ejection device according to the first aspect of the present invention, the pulsation generating unit communicating with the flow path pipe is controlled according to the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object. Depending on the distance, it is possible to appropriately adjust the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port.
For example, in the fluid ejection device according to the first aspect of the invention, the pulsation communicated with the flow path tube when adjusting the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port according to the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object. Control the generator. Thereby, compared with the case where the fluid supply means (pump) is controlled, the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port is adjusted with high responsiveness according to the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object. It becomes possible.

また、噴射される流体の圧力を調整する際に、流路管に連通する脈動発生部を制御するため、ウォーターハンマー現象の発生を抑制することができる。
なお、第一の発明に係る流体噴射装置では、脈動発生部を備えることによって、流体噴射口から噴射される流体が脈動流となる。ここで、流体噴射口から脈動流を噴射する場合、連続流を噴射する場合と比較して噴射する流体の流量が少なくてすむ。したがって、流体噴射口から噴射される流体の圧力を調整した際の噴射される流体の流量の変化が、連続流を噴射する場合と比較して小さくなる。これにより、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて流路管から噴射される流体の圧力を調整する際に、吸引ポンプの調整が不要となる。
Moreover, since the pulsation generation | occurrence | production part connected to a flow-path pipe is controlled when adjusting the pressure of the fluid injected, generation | occurrence | production of a water hammer phenomenon can be suppressed.
In the fluid ejecting apparatus according to the first aspect of the present invention, the fluid ejected from the fluid ejection port becomes a pulsating flow by providing the pulsation generating unit. Here, when the pulsating flow is ejected from the fluid ejection port, the flow rate of the fluid to be ejected can be reduced as compared with the case of ejecting the continuous flow. Therefore, the change in the flow rate of the fluid to be ejected when the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port is adjusted is smaller than that in the case of injecting a continuous flow. Thereby, when adjusting the pressure of the fluid injected from a flow-path pipe | tube according to the distance of a fluid injection opening and a fluid injection target, adjustment of a suction pump becomes unnecessary.

ここで、流体室としては、例えば、後述する流体室501が該当する。容積変更手段としては、例えば、後述する圧電素子401が該当する。入口流路としては、例えば、後述する入口流路503が該当する。出口流路としては、例えば、後述する出口流路511が該当する。脈動発生部としては、例えば、後述する脈動発生部100が該当する。接続流路としては、例えば、後述する接続流路201が該当する。流体噴射口としては、例えば、後述する流体噴射開口部212が該当する。流路管としては、例えば、後述する接続流路管200が該当する。流体供給手段としては、例えば、後述するポンプ20が該当する。制御手段としては、例えば、後述する制御手段30が該当する。距離検出手段としては、例えば、後述する距離検出手段40が該当する。   Here, for example, a fluid chamber 501 described later corresponds to the fluid chamber. For example, a piezoelectric element 401 described later corresponds to the volume changing unit. For example, an inlet channel 503 described later corresponds to the inlet channel. For example, an outlet channel 511 described later corresponds to the outlet channel. As the pulsation generation unit, for example, a pulsation generation unit 100 described later corresponds. For example, a connection channel 201 described later corresponds to the connection channel. For example, a fluid ejection opening 212 described later corresponds to the fluid ejection port. An example of the flow path tube is a connection flow path tube 200 described later. For example, a pump 20 described later corresponds to the fluid supply unit. For example, the control means 30 described later corresponds to the control means. As the distance detection means, for example, the distance detection means 40 described later corresponds.

また、第二の発明に係る流体噴射装置は、第一の発明に係る流体噴射装置において、距離検出手段は、光を出射する光源部と、光源部から出射された光を、流体噴射口まで導光して、流体噴射対象物に向けて出射し、流体噴射対象物に向けて出射した光が流体噴射対象物において反射した反射光を受光し、受光した反射光を導光する光伝送部と、光伝送部により導光された反射光を受光し、受光に応じた信号を出力する受光部と、受光部により出力された信号に基づいて、流体噴射口と流体噴射対象物との距離を算出する信号処理部と、を有することを特徴とする。   Further, the fluid ejection device according to the second invention is the fluid ejection device according to the first invention, wherein the distance detection means transmits the light emitted from the light source and the light emitted from the light source to the fluid ejection port. A light transmission unit that guides the reflected light that is guided by the light and emitted toward the fluid ejection target, receives the reflected light reflected by the fluid ejection target and is reflected by the fluid ejection target And a light receiving unit that receives the reflected light guided by the light transmission unit and outputs a signal corresponding to the received light, and a distance between the fluid ejection port and the fluid ejection target object based on the signal output by the light receiving unit And a signal processing unit for calculating.

第二の発明に係る流体噴射装置では、光源部から出射された光を流体噴射口まで導光するとともに、流体噴射対象物において反射した反射光を導光する光伝送部を有することにより、流路管の交換に伴い距離検出手段を交換する際、光伝送部のみを交換すればよいため、コストを削減することができる。
ここで、光源部としては、例えば、後述する光源部41が該当する。光伝送部としては、例えば、後述する光伝送部42が該当する。受光部としては、例えば、後述する受光部43が該当する。信号処理部としては、例えば、後述する信号処理部44が該当する。
In the fluid ejecting apparatus according to the second aspect of the invention, the light ejected from the light source unit is guided to the fluid ejecting port, and the light transmitting unit guides the reflected light reflected from the fluid ejecting object. When exchanging the distance detection means in accordance with the exchange of the path pipe, only the optical transmission unit needs to be exchanged, so that the cost can be reduced.
Here, as the light source unit, for example, a light source unit 41 described later corresponds. As the optical transmission unit, for example, an optical transmission unit 42 described later corresponds. For example, the light receiving unit 43 described later corresponds to the light receiving unit. For example, the signal processing unit 44 described later corresponds to the signal processing unit.

また、第三の発明に係る流体噴射装置は、第一又は第二の発明に係る流体噴射装置において、容積変更手段は、圧電素子であり、制御手段は、距離検出手段が検出した距離に応じて、圧電素子に印加する電圧を制御することを特徴とする。
第三の発明に係る流体噴射装置では、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて圧電素子に印加する電圧を制御するため、流体噴射口から噴射される流体の圧力の調整が簡易となる。
ここで、圧電素子としては、例えば、後述する圧電素子401が該当する。
The fluid ejection device according to the third invention is the fluid ejection device according to the first or second invention, wherein the volume changing means is a piezoelectric element, and the control means is in accordance with the distance detected by the distance detection means. The voltage applied to the piezoelectric element is controlled.
In the fluid ejecting apparatus according to the third aspect of the invention, the voltage applied to the piezoelectric element is controlled according to the distance between the fluid ejecting port and the fluid ejecting object, so that the adjustment of the pressure of the fluid ejected from the fluid ejecting port is simple. It becomes.
Here, for example, a piezoelectric element 401 described later corresponds to the piezoelectric element.

また、第四の発明に係る流体噴射装置は、第一乃至第三のうちいずれか一の発明に係る流体噴射装置において、制御手段は、距離検出手段が検出した距離が大きいほど、流体噴射口から噴射される流体の圧力が高くなるように、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御することを特徴とする。
第四の発明に係る流体噴射装置では、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流体噴射口から噴射される流体の圧力をより適切に調整することが可能となる。例えば、流体噴射口と流体噴射対象物との距離が変化した場合でも、流体噴射対象物における噴射された流体の圧力が一定になるように制御することができる。特に、流体噴射装置を手術対象部位を切開又は切除する流体噴射手術器具に適用した場合、流体噴射口と手術対象部位との距離が変化した場合でも、手術対象部位に対して一定の切開又は切除能力を維持することができる。
The fluid ejection device according to a fourth aspect of the present invention is the fluid ejection device according to any one of the first to third aspects, wherein the control means increases the fluid ejection port as the distance detected by the distance detection means increases. The change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means is controlled so that the pressure of the fluid ejected from is increased.
In the fluid ejection device according to the fourth aspect of the present invention, it is possible to more appropriately adjust the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port according to the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object. For example, even when the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object is changed, the pressure of the ejected fluid in the fluid ejection object can be controlled to be constant. In particular, when the fluid ejecting apparatus is applied to a fluid ejecting surgical instrument for incising or excising a surgical target site, even if the distance between the fluid ejection port and the surgical target site is changed, a constant incision or excision with respect to the surgical target site is performed. Ability can be maintained.

また、第五の発明に係る流体噴射手術器具は、流体が流入する流体室と、流体室の容積を変更する容積変更手段と、流体室に連通する入口流路及び出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、入口流路に流体を供給する流体供給手段と、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御する制御手段と、流体噴射口と手術対象部位との距離を検出する距離検出手段と、を備え、制御手段は、距離検出手段が検出した距離に応じて、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御し、容積変更手段が流体室の容積を変更することにより流体噴射口から噴射される流体によって手術対象部位を切開又は切除することを特徴とする。
第五の発明に係る流体噴射手術器具では、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流路管に連通する脈動発生部を制御するため、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流体噴射口から噴射される流体の圧力を適切に調整することが可能となる。
The fluid ejection surgical instrument according to the fifth aspect of the present invention includes a fluid chamber into which fluid flows, volume changing means for changing the volume of the fluid chamber, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber. A pulsation generating section; a channel pipe having a connection channel whose one end communicates with the outlet channel and the other end communicates with a fluid ejection port; fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel; and volume changing means Control means for controlling the change of the volume of the fluid chamber by the distance detection means for detecting the distance between the fluid ejection port and the surgical target site, the control means according to the distance detected by the distance detection means, The change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means is controlled, and the volume changing means changes the volume of the fluid chamber so that the surgical target site is incised or excised by the fluid ejected from the fluid ejection port.
In the fluid ejection surgical instrument according to the fifth invention, the fluid ejection port, the fluid ejection object, and the fluid ejection object are controlled in accordance with the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object, in order to control the pulsation generating unit communicating with the flow path pipe The pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port can be appropriately adjusted according to the distance.

また、第六の発明に係る流体噴射方法は、接続流路に連通する流体室に流体を供給し、流体室の容積を変更することによって、接続流路に連通する流体噴射口から加圧された流体を噴射し、流体噴射口と流体噴射対象物との距離を検出し、検出した距離に応じて、流体室の容積の変更を制御することを特徴とする。
第六の発明に係る流体噴射方法では、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流路管に連通する脈動発生部を制御するため、流体噴射口と流体噴射対象物との距離に応じて、流体噴射口から噴射される流体の圧力を適切に調整することが可能となる。
In the fluid ejection method according to the sixth aspect of the present invention, the fluid is supplied from the fluid ejection port communicating with the connection flow path by supplying fluid to the fluid chamber communicating with the connection flow path and changing the volume of the fluid chamber. The fluid is ejected, the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object is detected, and the change of the volume of the fluid chamber is controlled according to the detected distance.
In the fluid ejection method according to the sixth aspect of the present invention, the pulsation generation unit communicating with the flow path pipe is controlled according to the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object, Depending on the distance, it is possible to appropriately adjust the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port.

本発明の実施の形態に係るウォーターパルスメスを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the water pulse knife which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すウォーターパルスメスの脈動発生部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the pulsation generation | occurrence | production part of the water pulse knife shown in FIG. 図2に示す脈動発生部を分解した状態の概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of the state which decomposed | disassembled the pulsation generation | occurrence | production part shown in FIG. 図2に示す脈動発生部の入口流路を示す平面図であり、上ケースを下ケースとの接合面側から視認した状態を表している。It is a top view which shows the inlet flow path of the pulsation generation | occurrence | production part shown in FIG. 2, and represents the state which visually recognized the upper case from the joint surface side with a lower case. 距離検出手段及び制御手段の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a distance detection means and a control means. 電圧制御部による圧電素子に印加する電圧の制御の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of control of the voltage applied to a piezoelectric element by a voltage control part. 距離検出手段及び電圧制御部が実行する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which a distance detection means and a voltage control part perform.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明に係る流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メス等に適用することが可能である。
本実施形態では、本発明に係る流体噴射装置を、手術対象部位の生体組織を切開又は切除することに好適なウォーターパルスメスに適用した場合について説明する。したがって、本実施の形態で用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The fluid ejecting apparatus according to the present invention can be applied to drawing using ink or the like, washing of fine objects and structures, a scalpel for surgery, and the like.
In the present embodiment, a case will be described in which the fluid ejection device according to the present invention is applied to a water pulse knife suitable for incising or excising a living tissue at a site to be operated. Therefore, the fluid used in the present embodiment is water, physiological saline, a chemical solution, or the like.

(構成)
図1は、本発明の実施の形態に係るウォーターパルスメスを示す概略構成図である。
図1に示すウォーターパルスメス(流体噴射装置、流体噴射手術器具)1は、流体を収容する流体容器10と、一定の圧力で流体を供給するポンプ20と、ポンプ20から供給される流体を脈動流動する脈動発生部100と、脈動発生部100及びポンプ20を制御する制御手段30と、距離検出手段40とを備える。
流体容器10は、水、生理食塩水、薬液等の流体を収容する。
ポンプ20は、接続チューブ15を介して流体容器10に収容された流体を吸引する。また、ポンプ20は、吸引した流体を、一定の圧力で接続チューブ25を介して脈動発生部100に供給する。ポンプ20の吐出圧力は概ね3気圧(0.3MPa)以下に設定する。
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a water pulse knife according to an embodiment of the present invention.
A water pulse knife (fluid ejecting apparatus, fluid ejecting surgical instrument) 1 shown in FIG. 1 pulsates a fluid container 10 that contains fluid, a pump 20 that supplies fluid at a constant pressure, and fluid supplied from the pump 20. A pulsation generation unit 100 that flows, a control unit 30 that controls the pulsation generation unit 100 and the pump 20, and a distance detection unit 40 are provided.
The fluid container 10 contains a fluid such as water, physiological saline, or a chemical solution.
The pump 20 sucks the fluid stored in the fluid container 10 through the connection tube 15. The pump 20 supplies the sucked fluid to the pulsation generator 100 through the connection tube 25 at a constant pressure. The discharge pressure of the pump 20 is generally set to 3 atm (0.3 MPa) or less.

なお、このウォーターパルスメス1を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部100または接続流路管200である。したがって、脈動発生部100までの接続チューブ25はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部100に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
脈動発生部100は、流体室501(図2、参照)と、流体室501の容積変更手段とを備えている。本実施形態では、流体室501の容積変更手段として、圧電素子401を用いている。
Note that when performing an operation using the water pulse knife 1, the part grasped by the operator is the pulsation generator 100 or the connecting flow channel tube 200. Therefore, it is preferable that the connection tube 25 up to the pulsation generator 100 be as flexible as possible. For this purpose, it is preferable that the pressure is reduced within a range in which fluid can be sent to the pulsation generator 100 with a flexible and thin tube.
The pulsation generator 100 includes a fluid chamber 501 (see FIG. 2) and a volume changing unit for the fluid chamber 501. In the present embodiment, the piezoelectric element 401 is used as the volume changing means of the fluid chamber 501.

次に、脈動発生部100について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図2は、図1に示すウォーターパルスメスの脈動発生部を示す断面図である。なお、図2は、図4に示すA−A´線の断面図である。図3は、図2に示す脈動発生部を分解した状態の概略を示す斜視図である。
図2及び図3に示すように、脈動発生部100は、上ケース500と、下ケース301とを有する。そして、上ケース500及び下ケース301は、互いに対向する面において接合され、4本の固定螺子(図示せず)によって螺着されている。
下ケース301は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板311で密閉されている。この下ケース301の内部空間に圧電素子401が配設される。
Next, the pulsation generator 100 will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a pulsation generating portion of the water pulse knife shown in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a state in which the pulsation generator shown in FIG. 2 is disassembled.
As shown in FIGS. 2 and 3, the pulsation generator 100 includes an upper case 500 and a lower case 301. Then, the upper case 500 and the lower case 301 are joined on the surfaces facing each other, and are screwed together by four fixing screws (not shown).
The lower case 301 is a cylindrical member having a flange, and one end is sealed with a bottom plate 311. A piezoelectric element 401 is disposed in the internal space of the lower case 301.

圧電素子401は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する。圧電素子401の一方の端部は、上板411を介してダイアフラム400に固着されている。また、圧電素子401の他方の端部は、底板311の上面312に固着されている。
ダイアフラム400は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース301の凹部303内において周縁部が凹部303の底面に密着固着されている。容積変更手段としての圧電素子401に駆動信号を入力することで、圧電素子401の伸張、収縮に伴いダイアフラム400を介して流体室501の容積を変更する。このように、容積変更手段として圧電素子401とダイアフラム400とを採用する構造にすることにより、構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室501の容積変化の最大周波数を1KHz以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適となる。
The piezoelectric element 401 is a laminated piezoelectric element and constitutes an actuator. One end of the piezoelectric element 401 is fixed to the diaphragm 400 via the upper plate 411. The other end of the piezoelectric element 401 is fixed to the upper surface 312 of the bottom plate 311.
Diaphragm 400 is formed of a disk-shaped metal thin plate, and a peripheral edge thereof is closely fixed to a bottom surface of recess 303 in recess 303 of lower case 301. By inputting a drive signal to the piezoelectric element 401 as volume changing means, the volume of the fluid chamber 501 is changed via the diaphragm 400 as the piezoelectric element 401 expands and contracts. Thus, by adopting a structure that employs the piezoelectric element 401 and the diaphragm 400 as the volume changing means, the structure can be simplified and the size can be reduced accordingly. Moreover, the maximum frequency of the volume change of the fluid chamber 501 can be set to a high frequency of 1 KHz or more, which is optimal for high-speed pulsating flow injection.

ダイアフラム400の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板410(図3において図示せず)が積層配設される。
上ケース500は、下ケース301と対向する面の中心部に凹部を有している。そして、この凹部とダイアフラム400とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室501である。つまり、流体室501は、上ケース500の凹部の封止面505と内周側壁501aとダイアフラム400とによって囲まれた空間である。流体室501の略中央部には出口流路511が穿設されている。
出口流路511は、流体室501から、上ケース500の一方の端面に突設された出口流路管510の端部まで貫通されている。出口流路511の流体室501の封止面505との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。
On the upper surface of the diaphragm 400, a reinforcing plate 410 (not shown in FIG. 3) made of a disk-shaped thin metal plate having an opening at the center is laminated.
The upper case 500 has a recess at the center of the surface facing the lower case 301. A fluid chamber 501 is a rotating body formed of the recess and the diaphragm 400 and filled with fluid. That is, the fluid chamber 501 is a space surrounded by the sealing surface 505 of the concave portion of the upper case 500, the inner peripheral side wall 501 a, and the diaphragm 400. An outlet channel 511 is formed in a substantially central portion of the fluid chamber 501.
The outlet channel 511 is penetrated from the fluid chamber 501 to the end of the outlet channel pipe 510 protruding from one end surface of the upper case 500. A connection portion between the outlet channel 511 and the sealing surface 505 of the fluid chamber 501 is smoothly rounded to reduce fluid resistance.

なお、流体室501の形状は、本実施形態(図2参照)では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよい。例えば、出口流路511と封止面505との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室501内の気泡を排出しやすくなる。
出口流路管510には接続流路管200が接続されている。接続流路管200には接続流路201が穿設されている。接続流路201の直径は、出口流路511の直径より大きく形成されている。また、接続流路管200の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
接続流路管200の先端部には、ノズル211が挿着されている。ノズル211には、流体噴射口212が穿設されている。流体噴射口212の直径は、接続流路201の直径より小さい。
In addition, although the shape of the fluid chamber 501 is a substantially cylindrical shape with both ends sealed in this embodiment (see FIG. 2), it may be conical, trapezoidal, hemispherical, or the like when viewed from the side. For example, if the connecting portion between the outlet channel 511 and the sealing surface 505 is shaped like a funnel, bubbles in the fluid chamber 501 described later can be easily discharged.
A connection channel pipe 200 is connected to the outlet channel pipe 510. A connection channel 201 is formed in the connection channel pipe 200. The diameter of the connection channel 201 is formed larger than the diameter of the outlet channel 511. Further, the thickness of the pipe portion of the connection flow path pipe 200 is formed in a range having rigidity that does not absorb the pressure pulsation of the fluid.
A nozzle 211 is inserted into the distal end portion of the connection flow channel pipe 200. A fluid ejection port 212 is formed in the nozzle 211. The diameter of the fluid ejection port 212 is smaller than the diameter of the connection channel 201.

上ケース500の側面には、ポンプ20から流体を供給する接続チューブ25を挿着する入口流路管502が突設されている。入口流路管502には、入口流路側の接続流路504が穿設されている。接続流路504は入口流路503に連通している。入口流路503は、流体室501の封止面505の周縁部に溝状に形成され、流体室501に連通している。
上ケース500と下ケース301との接合面において、ダイアフラム400の外周方向の離間した位置には、下ケース301側にパッキンボックス304、上ケース500側にパッキンボックス506が形成されている。パッキンボックス304及びパッキンボックス506により形成される空間に、リング状のパッキン450が装着されている。
On the side surface of the upper case 500, an inlet channel tube 502 into which the connection tube 25 that supplies fluid from the pump 20 is inserted is projected. A connection channel 504 on the inlet channel side is formed in the inlet channel tube 502. The connection channel 504 communicates with the inlet channel 503. The inlet channel 503 is formed in a groove shape on the peripheral edge of the sealing surface 505 of the fluid chamber 501 and communicates with the fluid chamber 501.
A packing box 304 is formed on the lower case 301 side and a packing box 506 is formed on the upper case 500 side at a position spaced apart in the outer peripheral direction of the diaphragm 400 on the joint surface between the upper case 500 and the lower case 301. A ring-shaped packing 450 is mounted in a space formed by the packing box 304 and the packing box 506.

ここで、上ケース500と下ケース301とを組立てたとき、ダイアフラム400の周縁部と補強板410の周縁部とは、上ケース500の封止面505の周縁部と下ケース301の凹部303の底面によって密接されている。この際、パッキン450は上ケース500と下ケース301によって押し圧されて、流体室501からの流体漏洩を防止している。
流体室501内は、流体吐出の際に30気圧(3MPa)以上の高圧状態となり、ダイアフラム400、補強板410、上ケース500、下ケース301それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン450によって漏洩を阻止している。
図2に示すようにパッキン450を配設すると、流体室501から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン450が圧縮され、パッキンボックス304,506内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室501内の高い圧力上昇を維持することができる。
Here, when the upper case 500 and the lower case 301 are assembled, the peripheral portion of the diaphragm 400 and the peripheral portion of the reinforcing plate 410 are the peripheral portion of the sealing surface 505 of the upper case 500 and the concave portion 303 of the lower case 301. It is closely attached by the bottom. At this time, the packing 450 is pressed by the upper case 500 and the lower case 301 to prevent fluid leakage from the fluid chamber 501.
The fluid chamber 501 is in a high pressure state of 30 atm (3 MPa) or more when fluid is discharged, and the fluid may slightly leak at the joints of the diaphragm 400, the reinforcing plate 410, the upper case 500, and the lower case 301. However, the packing 450 prevents leakage.
When the packing 450 is disposed as shown in FIG. 2, the packing 450 is compressed by the pressure of the fluid leaking from the fluid chamber 501 at a high pressure, and is further pressed against the walls in the packing boxes 304 and 506. Leakage can be more reliably prevented. From this, a high pressure rise in the fluid chamber 501 can be maintained during driving.

次に、上ケース500に形成される入口流路503について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図4は、図2に示す脈動発生部の入口流路を示す平面図であり、上ケースを下ケースとの接合面側から視認した状態を表している。
図4に示すように、入口流路503は、一方の端部が流体室501に連通し、他方の端部が接続流路504に連通している。入口流路503と接続流路504との接続部には、流体溜り507が形成されている。入口流路503と接続流路504との接続部に流体溜り507を設けることにより、接続流路504のイナータンスが入口流路503に与える影響を抑制することができる。そして、流体溜り507と入口流路503との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
Next, the inlet channel 503 formed in the upper case 500 will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 4 is a plan view showing the inlet flow path of the pulsation generating section shown in FIG. 2, and shows a state in which the upper case is viewed from the joint surface side with the lower case.
As shown in FIG. 4, the inlet channel 503 has one end communicating with the fluid chamber 501 and the other end communicating with the connection channel 504. A fluid reservoir 507 is formed at a connection portion between the inlet channel 503 and the connection channel 504. By providing the fluid reservoir 507 at the connection portion between the inlet channel 503 and the connection channel 504, the influence of the inertance of the connection channel 504 on the inlet channel 503 can be suppressed. The connection between the fluid reservoir 507 and the inlet channel 503 is smoothly rounded to reduce the fluid resistance.

また、入口流路503は、流体室501の内周側壁501aに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ20(図1参照)から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁501aに沿って(図4において矢印で示す方向)流動して流体室501に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁501a側に押し付けられるとともに、流体室501内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路511から排除される。このことから、出口流路511は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。図4では、入口流路503は平面形状が湾曲されている。入口流路503は、直線で流体室501に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路503の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
In addition, the inlet channel 503 communicates with the inner peripheral side wall 501a of the fluid chamber 501 in a substantially tangential direction. The fluid supplied at a constant pressure from the pump 20 (see FIG. 1) flows along the inner peripheral wall 501a (in the direction indicated by the arrow in FIG. 4) to generate a swirling flow in the fluid chamber 501. The swirling flow is pressed against the inner peripheral side wall 501a by the centrifugal force caused by swirling, and the bubbles contained in the fluid chamber 501 are concentrated at the center of the swirling flow.
Then, the bubbles collected at the center are excluded from the outlet channel 511. For this reason, it is more preferable that the outlet channel 511 is provided in the vicinity of the center of the swirling flow, that is, in the axial center portion of the rotating body. In FIG. 4, the planar shape of the inlet channel 503 is curved. The inlet channel 503 may be communicated with the fluid chamber 501 in a straight line, but is curved from the need to increase the channel length of the inlet channel 503 in order to obtain a desired inertance in a narrow space. .

なお、図2に示したように、ダイアフラム400と入口流路503が形成されている封止面505の周縁部との間には、補強板410が配設されている。補強板410を設ける意味は、ダイアフラム400の耐久性を向上することである。入口流路503の流体室501との接続部には切欠き状の接続開口部509が形成されるので、ダイアフラム400が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部509近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板410を配設することで、ダイアフラム400に応力集中が発生しないようにしている。   In addition, as shown in FIG. 2, the reinforcement board 410 is arrange | positioned between the diaphragm 400 and the peripheral part of the sealing surface 505 in which the inlet flow path 503 is formed. The meaning of providing the reinforcing plate 410 is to improve the durability of the diaphragm 400. Since the notch-like connection opening 509 is formed in the connection portion of the inlet channel 503 with the fluid chamber 501, stress concentration occurs in the vicinity of the connection opening 509 when the diaphragm 400 is driven at a high frequency. May cause fatigue failure. Therefore, by providing the reinforcing plate 410 having a continuous opening without a notch, stress concentration does not occur in the diaphragm 400.

また、上ケース500の外周隅部には、4箇所の螺子孔500aが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース500と下ケース301とが螺合接合される。
なお、図示は省略するが、補強板410とダイアフラム400とを接合し、一体に積層固着することができる。補強板410とダイアフラム400とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部100の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム400の外周縁部の補強効果もある。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板410とダイアフラム400とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
Further, four screw holes 500a are formed at the outer peripheral corner of the upper case 500, and the upper case 500 and the lower case 301 are screwed and joined at the screw hole positions.
Although illustration is omitted, the reinforcing plate 410 and the diaphragm 400 can be joined and integrally laminated and fixed. If the reinforcing plate 410 and the diaphragm 400 are laminated and fixed together, the assembling property of the pulsation generating unit 100 can be improved, and the outer peripheral edge of the diaphragm 400 can be reinforced. As an adhering means, solid layer diffusion bonding, welding, or the like can be adopted even when sticking using an adhesive, but the reinforcing plate 410 and the diaphragm 400 are more closely attached to each other at the joining surface. preferable.

図5は、距離検出手段及び制御手段の概略構成図である。
距離検出手段40は、流体噴射口212と手術対象部位(流体噴射対象物)の表面との距離を検出する。距離検出手段40は、図5に示すように、光を出射する光源部41と、光伝送部42と、受光部43と、信号処理部44とを有する。
光源部41としては、半導体レーザー、発光ダイオード等を用いることができる。本実施形態では、光源部41としてパルスレーザーが用いられ、所定の周期で光を出射する。
光伝送部42としては、本実施形態では光ファイバーが用いられている。光伝送部42は、光源部41から出射された光を、接続流路管200の先端部(流体噴射口212)まで導光して、手術対象部位の表面に向けて出射する。また、光伝送部42は、手術対象部位の表面に向けて出射した光が、手術対象部位の表面において反射した反射光を受光し、受光した反射光を受光部43に導光する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the distance detection means and the control means.
The distance detection means 40 detects the distance between the fluid ejection port 212 and the surface of the surgical target site (fluid ejection target). As shown in FIG. 5, the distance detection unit 40 includes a light source unit 41 that emits light, an optical transmission unit 42, a light receiving unit 43, and a signal processing unit 44.
As the light source unit 41, a semiconductor laser, a light emitting diode, or the like can be used. In the present embodiment, a pulse laser is used as the light source unit 41 and emits light at a predetermined cycle.
As the optical transmission unit 42, an optical fiber is used in this embodiment. The light transmission unit 42 guides the light emitted from the light source unit 41 to the distal end portion (fluid ejection port 212) of the connection flow channel tube 200 and emits the light toward the surface of the surgical target site. In addition, the light transmission unit 42 receives the reflected light reflected on the surface of the surgical target site by the light emitted toward the surface of the surgical target site, and guides the received reflected light to the light receiving unit 43.

具体的には、光伝送部42は、図2に示すように、距離検出手段40の光源部41から接続チューブ25、脈動発生部100の接続流路504及び出口流路511並びに接続流路管200の接続流路201に沿って延びるように設けられている。そして、光伝送部42の先端部は、ノズル211において流体噴射開口部212と並ぶ位置まで延びている。この場合、光伝送部42は、接続流路管200の接続流路201及び流体噴射開口部212を阻害しない位置に設けられている。そして、光伝送部42は、先端部から、光源部41から出射された光を出射する。また、光伝送部42は、先端部により、出射した光が手術対象部位の表面において反射した反射光を受光する。
受光部43としては、本実施形態では、フォトダイオードが用いられている。受光部43は、光伝送部42により導光された反射光を受光し、受光した反射光に応じた信号を信号処理部44に入力する。
Specifically, as shown in FIG. 2, the optical transmission unit 42 is connected to the connection tube 25, the connection flow channel 504 and the outlet flow channel 511 of the pulsation generation unit 100, and the connection flow channel tube from the light source unit 41 of the distance detection unit 40. It is provided so as to extend along 200 connection flow paths 201. The distal end portion of the light transmission unit 42 extends to a position where the nozzle 211 is aligned with the fluid ejection opening 212. In this case, the light transmission unit 42 is provided at a position that does not obstruct the connection flow path 201 and the fluid ejection opening 212 of the connection flow path pipe 200. And the optical transmission part 42 radiate | emits the light radiate | emitted from the light source part 41 from the front-end | tip part. Moreover, the light transmission part 42 receives the reflected light which the emitted light reflected in the surface of the surgery object site | part by the front-end | tip part.
In the present embodiment, a photodiode is used as the light receiving unit 43. The light receiving unit 43 receives the reflected light guided by the light transmission unit 42 and inputs a signal corresponding to the received reflected light to the signal processing unit 44.

信号処理部44は、光源部41を駆動して、所定の周期で光を出射させる。また、信号処理部44は、光源部41が出射する光の周期と受光部43から入力された反射光に応じた信号の周期との位相差を算出し、算出した位相差に基づいて接続流路管200の先端部と手術対象部位の表面との距離(以下、対象物距離という)を算出する。そして、信号処理部44は、算出した対象物距離を、制御手段30の電圧制御部32に入力する。
制御手段30は、図5に示すように、ポンプ20を制御するポンプ制御部31と、脈動発生部100の圧電素子401を制御する電圧制御部32とを有する。
ポンプ制御部31は、ポンプ20が脈動発生部100に供給する流体の圧力を制御する。
The signal processing unit 44 drives the light source unit 41 to emit light at a predetermined cycle. Further, the signal processing unit 44 calculates a phase difference between the cycle of light emitted from the light source unit 41 and the cycle of the signal corresponding to the reflected light input from the light receiving unit 43, and the connection flow is calculated based on the calculated phase difference. A distance between the distal end portion of the path tube 200 and the surface of the surgical target site (hereinafter referred to as a target distance) is calculated. Then, the signal processing unit 44 inputs the calculated object distance to the voltage control unit 32 of the control unit 30.
As shown in FIG. 5, the control unit 30 includes a pump control unit 31 that controls the pump 20 and a voltage control unit 32 that controls the piezoelectric element 401 of the pulsation generating unit 100.
The pump control unit 31 controls the pressure of the fluid that the pump 20 supplies to the pulsation generating unit 100.

電圧制御部32は、信号処理部44から入力された対象物距離に応じて、脈動発生部100の圧電素子401に印加する電圧を制御する。この場合、電圧制御部32は、信号処理部44から入力された対象物距離が大きいほど、流体噴射開口部212から噴射される流体の圧力が高くなるように、圧電素子401に印加する電圧を制御する。好ましくは、電圧制御部32は、対象物距離が変化した場合でも、手術対象部位の表面における噴射された流体の圧力が一定になるように圧電素子401に印加する電圧を制御する。すなわち、対象物距離が変化した場合でも、手術対象部位に対して一定の切開又は切除能力を維持するように圧電素子401に印加する電圧を制御する。
ここで、電圧制御部32は、信号処理部44から入力された対象物距離に基づき、距離を電圧に変換する所定の変換式を用いて圧電素子401に印加する電圧を算出する。また、電圧制御部32は、信号処理部44から入力された対象物距離に基づき、距離を電圧に変換する所定の変換テーブルを用いて圧電素子401に印加する電圧を決定してもよい。
The voltage control unit 32 controls the voltage applied to the piezoelectric element 401 of the pulsation generation unit 100 according to the object distance input from the signal processing unit 44. In this case, the voltage control unit 32 sets the voltage applied to the piezoelectric element 401 so that the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection opening 212 increases as the object distance input from the signal processing unit 44 increases. Control. Preferably, the voltage control unit 32 controls the voltage applied to the piezoelectric element 401 so that the pressure of the ejected fluid on the surface of the surgical target site is constant even when the object distance changes. That is, even when the object distance changes, the voltage applied to the piezoelectric element 401 is controlled so as to maintain a constant incision or excision capability with respect to the surgical target site.
Here, the voltage control unit 32 calculates a voltage to be applied to the piezoelectric element 401 using a predetermined conversion formula for converting the distance into a voltage based on the object distance input from the signal processing unit 44. In addition, the voltage control unit 32 may determine a voltage to be applied to the piezoelectric element 401 using a predetermined conversion table for converting the distance into a voltage based on the object distance input from the signal processing unit 44.

図6は、電圧制御部による圧電素子に印加する電圧の制御の一例を示す図である。
具体的には、図6に示すように、電圧制御部30は、信号処理部44から入力された対象物距離が大きいほど、圧電素子に入力する駆動信号の波形において、電圧の立ち上がり部の傾きを増加(角度Sを小さく)する。また、電圧制御部30は、信号処理部44から入力された対象物距離が大きいほど、圧電素子に入力する駆動信号の波形において、ピーク電圧の値を大きくしてもよい。さらに、電圧制御部30は、信号処理部44から入力された対象物距離が大きいほど、圧電素子に入力する駆動信号の波形の周期を短くしてもよい。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of control of a voltage applied to the piezoelectric element by the voltage control unit.
Specifically, as shown in FIG. 6, the voltage control unit 30 increases the slope of the rising portion of the voltage in the waveform of the drive signal input to the piezoelectric element as the object distance input from the signal processing unit 44 increases. Is increased (the angle S is decreased). The voltage control unit 30 may increase the value of the peak voltage in the waveform of the drive signal input to the piezoelectric element as the object distance input from the signal processing unit 44 increases. Furthermore, the voltage control unit 30 may shorten the period of the waveform of the drive signal input to the piezoelectric element as the object distance input from the signal processing unit 44 is larger.

次に、距離検出手段40及び電圧制御部32が実行する処理について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図7は、距離検出手段及び電圧制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
ここで、距離検出手段40及び電圧制御部30は、術者により流体の噴射を開始するためのスイッチ(図示せず)がON状態に操作されている際、図7に示す処理を繰り返し実行する。
術者により流体の噴射を開始するためのスイッチがON状態に操作されると、図7に示すように、まず、ステップS1において、制御手段30のポンプ制御部31は、ポンプ20を駆動し、脈動発生部100に一定の圧力で流体を供給する。
Next, processing executed by the distance detection unit 40 and the voltage control unit 32 will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 7 is a flowchart showing processing executed by the distance detecting means and the voltage control unit.
Here, the distance detection means 40 and the voltage control unit 30 repeatedly execute the processing shown in FIG. 7 when a switch (not shown) for starting the ejection of fluid is operated by the surgeon. .
When the switch for starting the ejection of the fluid is operated by the surgeon, as shown in FIG. 7, first, in step S1, the pump control unit 31 of the control means 30 drives the pump 20, A fluid is supplied to the pulsation generator 100 at a constant pressure.

次に、ステップS2において、距離検出手段40の信号制御部44は、光源部41を駆動して、所定の周期で光を出射させる。光源部41を駆動すると、光源部41から出射された光が、光伝送部42を介して手術対象部位の表面に向けて出射される。
次に、ステップS3において、距離検出手段40の受光部43は、手術対象部位の表面において反射した反射光を受光する。この場合、受光部43は、光伝送部42を介して手術対象部位の表面において反射した反射光を受光する。そして、受光部43は、受光した反射光に応じた信号を信号処理部44に入力する。
Next, in step S2, the signal control unit 44 of the distance detection unit 40 drives the light source unit 41 to emit light at a predetermined cycle. When the light source unit 41 is driven, the light emitted from the light source unit 41 is emitted toward the surface of the surgical site through the light transmission unit 42.
Next, in step S3, the light receiving unit 43 of the distance detecting unit 40 receives the reflected light reflected on the surface of the surgical target site. In this case, the light receiving unit 43 receives the reflected light reflected on the surface of the surgical target site via the light transmission unit 42. The light receiving unit 43 inputs a signal corresponding to the received reflected light to the signal processing unit 44.

次に、ステップS4において、距離検出手段40の信号制御部44は、受光部43から入力された信号に基づいて、対象物距離を算出する。そして、信号制御部44は、算出した対象物距離を、制御手段30の電圧制御部32に入力する。
次に、ステップS5において、制御手段30の電圧制御部32は、信号制御部44から入力された対象物距離に応じて、脈動発生部100の圧電素子401に印加する電圧を調整(制御)する。そして、電圧制御部32から駆動信号が圧電素子401に入力されることにより、接続流路201にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。
Next, in step S <b> 4, the signal control unit 44 of the distance detection unit 40 calculates the object distance based on the signal input from the light receiving unit 43. Then, the signal control unit 44 inputs the calculated object distance to the voltage control unit 32 of the control unit 30.
Next, in step S <b> 5, the voltage control unit 32 of the control unit 30 adjusts (controls) the voltage applied to the piezoelectric element 401 of the pulsation generation unit 100 according to the object distance input from the signal control unit 44. . Then, when a drive signal is input from the voltage control unit 32 to the piezoelectric element 401, a pulsed fluid discharge, that is, a pulsating flow is generated in the connection channel 201.

次に、本実施形態に係るウォーターパルスメス1の動作について説明する。
本実施形態に係るウォーターパルスメス1の脈動発生部100の流体吐出は、入口流路側のイナータンスL1(合成イナータンスL1と呼ぶことがある)と出口流路側のイナータンスL2(合成イナータンスL2と呼ぶことがある)の差によって行われる。
まず、イナータンスについて説明する。
イナータンスLは、流体の密度をρ、流路の断面積をS、流路の長さをhとしたとき、L=ρ×h/Sで表される。流路の圧力差をΔP、流路を流れる流体の流量をQとした場合に、イナータンスLを用いて流路内の運動方程式を変形することで、ΔP=L×dQ/dtという関係が導き出される。
Next, the operation of the water pulse knife 1 according to this embodiment will be described.
The fluid discharge of the pulsation generator 100 of the water pulse knife 1 according to the present embodiment may be referred to as an inertance L1 on the inlet channel side (sometimes referred to as a synthetic inertance L1) and an inertance L2 on the outlet channel side (referred to as a synthetic inertance L2). Is done by the difference of
First, inertance will be described.
The inertance L is expressed by L = ρ × h / S, where ρ is the density of the fluid, S is the cross-sectional area of the flow path, and h is the length of the flow path. When the pressure difference in the flow path is ΔP and the flow rate of the fluid flowing through the flow path is Q, the relationship of ΔP = L × dQ / dt is derived by modifying the equation of motion in the flow path using the inertance L. It is.

つまり、イナータンスLは、流量の時間変化に与える影響度合いを示しており、イナータンスLが大きいほど流量の時間変化が少なく、イナータンスLが小さいほど流量の時間変化が大きくなる。
また、複数の流路の並列接続や、複数の形状が異なる流路の直列接続に関する合成イナータンスは、個々の流路のイナータンスを電気回路におけるインダクタンスの並列接続、又は直列接続と同様に合成して算出することができる。
なお、入口流路側のイナータンスL1は、接続流路504が入口流路503に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスL1は、入口流路503の範囲において算出される。この際、ポンプ20と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスL1の算出から削除してもよい。
That is, the inertance L indicates the degree of influence on the time change of the flow rate. The larger the inertance L, the less the time change of the flow rate, and the smaller the inertance L, the greater the time change of the flow rate.
In addition, the combined inertance related to the parallel connection of a plurality of flow paths and the series connection of a plurality of flow paths having different shapes is performed by synthesizing the inertance of individual flow paths in the same manner as the parallel connection or series connection of inductances in an electric circuit. Can be calculated.
The inertance L1 on the inlet flow path side is calculated in the range of the inlet flow path 503 because the connection flow path 504 is set to have a sufficiently large diameter with respect to the inlet flow path 503. At this time, since the connection tube connecting the pump 20 and the inlet channel has flexibility, it may be deleted from the calculation of the inertance L1.

また、出口流路側のイナータンスL2は、接続流路201の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管200の管部(管壁)の厚さが薄いためイナータンスL2への影響は軽微である。したがって、出口流路側のイナータンスL2は出口流路511のイナータンスに置き換えてもよい。
なお、接続流路管200の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスL1が出口流路側のイナータンスL2よりも大きくなるように、入口流路503の流路長及び断面積、出口流路511の流路長及び断面積を設定する。
Further, the inertance L2 on the outlet flow channel side has a much larger diameter of the connection flow channel 201 than the outlet flow channel, and the pipe portion (tube wall) of the connection flow channel pipe 200 has a small thickness. Minor. Therefore, the inertance L2 on the outlet channel side may be replaced with the inertance of the outlet channel 511.
Note that the thickness of the pipe wall of the connection flow path pipe 200 has sufficient rigidity for the pressure propagation of the fluid.
In this embodiment, the flow path length and cross-sectional area of the inlet flow path 503 and the flow path length and cross-sectional area of the outlet flow path 511 are such that the inertance L1 on the inlet flow path side is larger than the inertance L2 on the outlet flow path side. Set.

次に、脈動発生部100の動作について説明する。
術者によりスイッチがON状態に操作され、制御手段30がポンプ20の駆動を開始すると、ポンプ20によって入口流路503には、常に一定圧力の液圧で流体が供給される。その結果、圧電素子401が動作を行わない場合、ポンプ20の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって、流体は流体室501内に流動する。
また、制御手段30が圧電素子401に駆動信号を入力すると、圧電素子401の伸張、収縮に伴いダイアフラム400を介して流体室501の容積が変更する。
すなわち、圧電素子401に駆動信号が入力され、急激に圧電素子401が伸張したとすると、流体室501内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンスL1,L2が十分な大きさを有していれば急速に上昇して数十気圧に達する。
Next, the operation of the pulsation generator 100 will be described.
When the operator operates the switch to the ON state and the control unit 30 starts driving the pump 20, the fluid is always supplied to the inlet channel 503 by the pump 20 at a constant hydraulic pressure. As a result, when the piezoelectric element 401 does not operate, the fluid flows into the fluid chamber 501 due to the difference between the discharge force of the pump 20 and the fluid resistance value of the entire inlet channel side.
When the control unit 30 inputs a drive signal to the piezoelectric element 401, the volume of the fluid chamber 501 is changed via the diaphragm 400 as the piezoelectric element 401 expands and contracts.
That is, if a drive signal is input to the piezoelectric element 401 and the piezoelectric element 401 is suddenly expanded, the pressures in the fluid chamber 501 are sufficiently large in the inertances L1 and L2 on the inlet channel side and the outlet channel side. If it does, it will rise rapidly and reach several tens of atmospheres.

この圧力は、入口流路503に加えられていたポンプ20による圧力よりはるかに大きいため、入口流路側から流体室501内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路511からの流出は増加する。したがって、前述した特許文献1によるウォーターパルスメスのような、入口流路側に設けられる逆止弁はなくてもよい。
ここで、入口流路503のイナータンスL1は、出口流路511のイナータンスL2よりも大きい。したがって、入口流路503から流体が流体室501へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路201にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管200内を伝播して、先端のノズル211の流体噴射口212から流体が噴射される。
Since this pressure is much larger than the pressure by the pump 20 applied to the inlet channel 503, the inflow of fluid from the inlet channel side into the fluid chamber 501 is reduced by the pressure, and the outflow from the outlet channel 511. Will increase. Therefore, there is no need for a check valve provided on the inlet channel side, such as the water pulse knife according to Patent Document 1 described above.
Here, the inertance L1 of the inlet channel 503 is larger than the inertance L2 of the outlet channel 511. Therefore, since the increase amount of the fluid discharged from the outlet channel is larger than the decrease amount of the flow rate of the fluid flowing into the fluid chamber 501 from the inlet channel 503, the pulsed fluid discharge to the connection channel 201, that is, A pulsating flow is generated. The pressure fluctuation at the time of discharge propagates through the connection flow path pipe 200, and the fluid is ejected from the fluid ejection port 212 of the nozzle 211 at the tip.

すなわち、脈動発生部100は、圧電素子401を駆動して脈動を発生することによって、ポンプ20から供給された流体を、接続流路管200、ノズル211を通して高速で噴射する。
ここで、ノズル211の流体噴射口212の直径は、出口流路511の直径よりも小さいので、流体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴(脈動流)として噴射される。
一方、流体室501内は、入口流路503からの流体流入量の減少と出口流路511からの流体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。その結果、ポンプ20の圧力と、流体室501内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路503の流体は圧電素子401の動作前と同様な速度で流体室501内に向かう流れが復帰する。
That is, the pulsation generation unit 100 drives the piezoelectric element 401 to generate pulsation, thereby ejecting the fluid supplied from the pump 20 through the connection flow channel pipe 200 and the nozzle 211 at high speed.
Here, since the diameter of the fluid ejection port 212 of the nozzle 211 is smaller than the diameter of the outlet channel 511, the fluid is ejected as a high-pressure, high-speed pulsed droplet (pulsating flow).
On the other hand, the inside of the fluid chamber 501 is in a vacuum state immediately after the pressure rises due to the interaction between the decrease in the fluid inflow amount from the inlet channel 503 and the increase in the fluid outflow from the outlet channel 511. As a result, after a predetermined time has elapsed due to both the pressure of the pump 20 and the vacuum state in the fluid chamber 501, the fluid in the inlet channel 503 flows toward the fluid chamber 501 at the same speed as before the operation of the piezoelectric element 401. Return.

入口流路503内の流体の流動が復帰した後、圧電素子401の伸張があれば、ノズル211からの脈動流を継続して噴射することができる。
また、上述した脈動発生部100の動作において、流体室501が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路503を備えていることと、出口流路511が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室501内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路511から外部に排出される。
したがって、圧電素子401による流体室501の微小な容積変化においても、気泡によって圧力変動が阻害されることなく、十分な圧力上昇が得られる。
ここで、上述した脈動発生部100の動作において、術者により流体の噴射を開始するためのスイッチがON状態に操作されている際、距離検出手段40は、常時、対象物距離を算出する。そして、制御手段30の電圧制御部32は、常時、信号制御部44から入力された対象物距離に応じて、脈動発生部100の圧電素子401に印加する電圧を調整する。
After the fluid flow in the inlet channel 503 is restored, the pulsating flow from the nozzle 211 can be continuously ejected if the piezoelectric element 401 expands.
Further, in the operation of the pulsation generating unit 100 described above, the fluid chamber 501 has a substantially rotating body shape and includes an inlet channel 503 as a swirling flow generating unit, and the outlet channel 511 has a substantially rotating body shape. Therefore, a swirling flow is generated in the fluid chamber 501, and the bubbles contained in the fluid are quickly discharged from the outlet channel 511 to the outside.
Therefore, even in a minute volume change of the fluid chamber 501 by the piezoelectric element 401, a sufficient pressure increase can be obtained without hindering the pressure fluctuation by the bubbles.
Here, in the operation of the pulsation generating unit 100 described above, when the switch for starting the ejection of the fluid is operated by the operator to be in the ON state, the distance detecting unit 40 always calculates the object distance. And the voltage control part 32 of the control means 30 always adjusts the voltage applied to the piezoelectric element 401 of the pulsation generation | occurrence | production part 100 according to the target object distance input from the signal control part 44. FIG.

これにより、ウォーターパルスメス1では、流体噴射口212と手術対象部位の表面との距離に応じて、接続流路管200から噴射される流体の圧力を適切に調整することが可能となる。
すなわち、ウォーターパルスメス1では、流体噴射口212と手術対象部位の表面との距離に応じて流体噴射口212から噴射される流体の圧力を調整する際に、接続流路管200に連通する脈動発生部100を制御する。これにより、ポンプ20を制御する場合と比較して、流体噴射口212と手術対象部位との距離に応じて、流路管から噴射される流体の圧力を高い応答性をもって調整することが可能となる。
また、ウォーターパルスメス1では、噴射される流体の圧力を調整する際に、接続流路管200に連通する脈動発生部100を制御するため、ウォーターハンマー現象の発生を抑制することができる。
Thereby, in the water pulse knife 1, it is possible to appropriately adjust the pressure of the fluid ejected from the connection flow channel pipe 200 according to the distance between the fluid ejection port 212 and the surface of the surgical target site.
That is, in the water pulse knife 1, when adjusting the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port 212 according to the distance between the fluid ejection port 212 and the surface of the surgical target site, the pulsation communicating with the connection flow channel pipe 200 is achieved. The generator 100 is controlled. Thereby, compared with the case where the pump 20 is controlled, it is possible to adjust the pressure of the fluid ejected from the channel tube with high responsiveness according to the distance between the fluid ejection port 212 and the surgical target site. Become.
Moreover, since the water pulse knife 1 controls the pulsation generation | occurrence | production part 100 connected to the connection flow-path pipe | tube 200 when adjusting the pressure of the fluid to eject, generation | occurrence | production of a water hammer phenomenon can be suppressed.

なお、ウォーターパルスメス1では、脈動発生部100を備えることによって、接続流路管200から噴射される流体が脈動流となる。したがって、流体噴射口212から噴射される流体の圧力を調整した際の噴射される流体の流量の変化が、連続流を噴射する場合と比較して小さくなる。これにより、流体噴射口212と手術対象部位の表面との距離に応じて流体噴射口212から噴射される流体の圧力を調整する際に、吸引ポンプ(図示せず)の調整が不要となる。
特に、ウォーターパルスメス1では、流体噴射口212と手術対象部位の表面との距離が変化した場合でも、手術対象部位の表面における噴射された流体の圧力が一定になるように制御することができる。これにより、流体噴射口212と手術対象部位の表面との距離が変化した場合でも、手術対象部位に対して一定の切開又は切除能力を維持することができる。
In the water pulse knife 1, by providing the pulsation generating unit 100, the fluid ejected from the connection flow channel pipe 200 becomes a pulsating flow. Therefore, the change in the flow rate of the fluid to be ejected when the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port 212 is adjusted is smaller than that in the case of injecting a continuous flow. Thereby, when adjusting the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port 212 according to the distance between the fluid ejection port 212 and the surface of the surgical target site, adjustment of a suction pump (not shown) becomes unnecessary.
In particular, in the water pulse knife 1, even when the distance between the fluid ejection port 212 and the surface of the surgical target site is changed, the pressure of the jetted fluid on the surface of the surgical target site can be controlled to be constant. . Thereby, even when the distance between the fluid ejection port 212 and the surface of the surgical target site changes, it is possible to maintain a constant incision or excision capability with respect to the surgical target site.

また、ウォーターパルスメス1では、流体噴射口212と手術対象部位との距離に応じて圧電素子に印加する電圧を制御するため、流体噴射口212から噴射される流体の圧力の調整が簡易となる。
さらに、ウォーターパルスメス1では、光源部41から出射された光を接続流路管200の先端部(流体噴射口212)まで導光するとともに、手術対象部位の表面において反射した反射光を導光する光伝送部42を有することにより、接続流路管200の交換に伴い距離検出手段40を交換する際、光伝送部42のみを交換すればよいため、コストを削減することができる。
Further, in the water pulse knife 1, the voltage applied to the piezoelectric element is controlled in accordance with the distance between the fluid ejection port 212 and the surgical target site, and therefore the adjustment of the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port 212 is simplified. .
Further, in the water pulse knife 1, the light emitted from the light source 41 is guided to the distal end portion (fluid ejection port 212) of the connection flow channel tube 200, and the reflected light reflected on the surface of the surgical target site is guided. By having the optical transmission part 42 to be used, when exchanging the distance detecting means 40 in accordance with the exchange of the connection flow path pipe 200, it is only necessary to exchange the optical transmission part 42, so that the cost can be reduced.

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、光源部41から出射された光を接続流路管200の先端部(流体噴射口212)まで導光するとともに、手術対象部位の表面において反射した反射光を導光する光伝送部42を有する構成としている。しかしながら、光伝送部42を設けず、光源部41及び受光部43を接続流路管200の先端部に配置する構成としてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above-described embodiment, the light emitted from the light source unit 41 is guided to the distal end portion (fluid ejection port 212) of the connection flow channel tube 200, and the reflected light reflected on the surface of the surgical target site is guided. The optical transmission unit 42 is included. However, the light transmission unit 42 may not be provided, and the light source unit 41 and the light receiving unit 43 may be arranged at the distal end portion of the connection channel tube 200.

1 ウォーターパルスメス(流体噴射装置、流体噴射手術器具)、20 ポンプ(流体供給手段)、30 制御手段、40 距離検出手段、41 光源部、42 光伝送部、43 受光部、44 信号処理部、100 脈動発生部、120 姿勢検出手段、200 接続流路管(流路管)、201 接続流路、212 流体噴射開口部(流体噴射口)、401 圧電素子(容積変更手段)、501 流体室、503 入口流路、511 出口流路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water pulse knife (fluid ejection apparatus, fluid ejection surgical instrument), 20 Pump (fluid supply means), 30 Control means, 40 Distance detection means, 41 Light source part, 42 Light transmission part, 43 Light reception part, 44 Signal processing part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Pulsation generation | occurrence | production part, 120 Posture detection means, 200 Connection flow path pipe (flow path pipe), 201 Connection flow path, 212 Fluid ejection opening part (fluid ejection port), 401 Piezoelectric element (volume change means), 501 Fluid chamber, 503 inlet channel, 511 outlet channel.

Claims (6)

流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記流体噴射口と流体噴射対象物との距離を検出する距離検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記距離検出手段が検出した距離に応じて、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする流体噴射装置。
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, volume changing means for changing the volume of the fluid chamber, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber;
A flow path pipe having a connection flow path with one end communicating with the outlet flow path and the other end communicating with the fluid ejection port;
Fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel;
Control means for controlling the change in volume of the fluid chamber by the volume changing means;
A distance detecting means for detecting a distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object;
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing unit according to the distance detected by the distance detecting unit.
前記距離検出手段は、
光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光を、前記流体噴射口まで導光して、前記流体噴射対象物に向けて出射し、前記流体噴射対象物に向けて出射した光が前記流体噴射対象物において反射した反射光を受光し、前記受光した反射光を導光する光伝送部と、
前記光伝送部により導光された反射光を受光し、該受光に応じた信号を出力する受光部と、
前記受光部により出力された信号に基づいて、前記流体噴射口と流体噴射対象物との距離を算出する信号処理部と、
を有することを特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。
The distance detecting means includes
A light source that emits light;
The light emitted from the light source part is guided to the fluid ejection port and emitted toward the fluid ejection object, and the light emitted toward the fluid ejection object is reflected by the fluid ejection object. An optical transmission unit that receives the reflected light and guides the received reflected light;
A light receiving unit that receives reflected light guided by the light transmission unit and outputs a signal corresponding to the received light;
A signal processing unit that calculates a distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object based on the signal output by the light receiving unit;
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, further comprising:
前記容積変更手段は、圧電素子であり、
前記制御手段は、前記距離検出手段が検出した距離に応じて、前記圧電素子に印加する電圧を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の流体噴射装置。
The volume changing means is a piezoelectric element,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls a voltage applied to the piezoelectric element in accordance with the distance detected by the distance detection unit.
前記制御手段は、前記距離検出手段が検出した距離が大きいほど、前記流体噴射口から噴射される流体の圧力が高くなるように、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の流体噴射装置。   The control unit controls the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing unit so that the pressure of the fluid ejected from the fluid ejection port increases as the distance detected by the distance detection unit increases. The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the fluid ejecting apparatus is a fluid ejecting apparatus. 流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記流体噴射口と前記手術対象部位との距離を検出する距離検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記距離検出手段が検出した距離に応じて、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御し、
前記容積変更手段が前記流体室の容積を変更することにより前記流体噴射口から噴射される流体によって手術対象部位を切開又は切除することを特徴とする流体噴射手術器具。
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, volume changing means for changing the volume of the fluid chamber, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber;
A flow path pipe having a connection flow path with one end communicating with the outlet flow path and the other end communicating with the fluid ejection port;
Fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel;
Control means for controlling the change in volume of the fluid chamber by the volume changing means;
A distance detecting means for detecting a distance between the fluid ejection port and the surgical target site;
The control means controls the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means according to the distance detected by the distance detecting means,
The fluid ejecting surgical instrument characterized in that the volume changing means changes the volume of the fluid chamber to incise or excise the surgical target site by the fluid ejected from the fluid ejection port.
接続流路に連通する流体室に流体を供給し、
前記流体室の容積を変更することによって、前記接続流路に連通する流体噴射口から加圧された流体を噴射し、
前記流体噴射口と流体噴射対象物との距離を検出し、
前記検出した距離に応じて、前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする流体噴射方法。
Supply fluid to the fluid chamber communicating with the connection flow path,
By changing the volume of the fluid chamber, the pressurized fluid is ejected from the fluid ejection port communicating with the connection flow path,
Detecting the distance between the fluid ejection port and the fluid ejection object;
The fluid ejecting method according to claim 1, wherein the change of the volume of the fluid chamber is controlled according to the detected distance.
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