JP2016120023A - 液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パルス液体ジェットの強さを、ユーザーの意図に沿った設定とすることを可能とし、使い勝手を向上させる。【解決手段】液体噴射制御装置70−1において、操作部71は、液体噴射装置から噴射されるパルス液体ジェットの運動エネルギーに係るエネルギー指示値を入力するためのエネルギーダイヤル811と、パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る繰り返し周波数指示値を入力するための繰り返し周波数ダイヤル813とを含む。また、制御部75は、駆動電圧波形の立ち上がりに係る立ち上がり指標値と、繰り返し周波数指示値とに基づいて、運動エネルギーがエネルギー指示値となるように駆動電圧波形の電圧振幅を設定する電圧振幅設定部753を備える。【選択図】図13
Description
本発明は、圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置を制御する液体噴射制御装置等に関する。
液体をパルス状に噴射して切削対象物を切削する技術が知られている。パルス状の液体の噴射は、ノズルから脈動的に噴射される液体のジェット流であり、本明細書では適宜「パルス液体ジェット(Pulsed Liquid Jet)」と称する。
パルス液体ジェットの用途は様々であるが、例えば、特許文献1には、医療分野における外科手術用として利用する技術が提案されている。この場合には、切削対象物は、生体組織となり、液体は生理食塩水となる。
パルス液体ジェットを生成する機構の1つに、圧電素子を用いた機構が知られている。パルス波状の駆動電圧を圧電素子に加えることで、圧電素子が作動流体(流体)内に瞬間的な圧力を発生させて液体をパルス状に噴射する機構である。そのため、パルス液体ジェットの強さを変更する場合には、圧電素子に印加する駆動電圧を制御することとなる。そこで、圧電素子に印加する駆動電圧の特性値、例えば、駆動電圧波形の振幅(電圧振幅のことであり、駆動電圧の大きさとも言える)を、操作ダイヤルや操作ボタン等の操作部で指示することで、パルス液体ジェットの強さを可変する仕様が考えられる。
しかしながら、操作部で指示する駆動電圧の特性値を変化させても、切削対象物の切削深さや切削体積といった切削態様を、ユーザーが思うように変化させることができない場合があることが分かった。詳細は後述するが、例えば、ユーザーが電圧振幅を2倍や4倍、或いは1/2、1/4に変えたとしても、必ずしも切削深さや切削体積がその通りに変化するとは限らないことが分かった。パルス液体ジェットを外科手術用途で用いる場合には、術者の操作感覚通りの作用が得られず、問題となり得た。
一方で、パルス液体ジェットの噴射周期を可変とすれば、単位時間当たりの切削深さや切削体積を増減させることができ、切削対象物を切削するスピードが調整可能となる。しかしながら、噴射周期を変えると駆動電圧波形の形状が変わることから、パルス1個分の液体ジェットの強さ等が変わり得た。そのため、噴射周期を変えた前後でパルス1個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積が変化し、噴射周期を短く、換言すると噴射周波数を高くしたとしても、ユーザーの意図通りの噴射周波数に比例した切削スピードが得られない場合が起こり得た。
本発明は上述した課題に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、パルス液体ジェットの強さを、ユーザーの意図に沿った設定とすることを可能とし、使い勝手を向上させる技術を提案することである。
以上の課題を解決するための第1の発明は、所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する液体噴射制御装置であって、前記パルス液体ジェットの運動エネルギーに係る第1指示値を入力するための第1の操作部と、前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第2指示値を入力するための第2の操作部と、前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値(以下「立ち上がり指標値」という)と、前記第2指示値とに基づいて、前記運動エネルギーが前記第1指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定する電圧振幅設定部と、を備えた液体噴射制御装置である。
また、他の発明として、所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する制御方法であって、前記パルス液体ジェットの運動エネルギーに係る第1指示値を入力することと、前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第2指示値を入力することと、前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る立ち上がり指標値と、前記第2指示値とに基づいて、前記運動エネルギーが前記第1指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定することと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。
この第1の発明等によれば、パルス液体ジェットの運動エネルギーに係る第1指示値と、パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第2指示値とを入力すると、駆動電圧波形の立ち上がりに係る立ち上がり指標値と第2指示値とに基づいて運動エネルギーが第1指示値となるように駆動電圧波形の電圧振幅が設定される。後述するように、切削深さや切削体積は、パルス液体ジェットの運動エネルギーと相関が高い。そのため、パルス液体ジェットの運動エネルギーを直接指示することで、ユーザーの意図や操作感覚に見合った切削深さや切削体積を実現することができ、使い勝手を向上させることができる。
また、併せてパルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数を指示することができる。これによれば、例えば、第1指示値を維持したまま噴射回数を増減させることが可能となる。したがって、噴射回数を変えた前後でパルス1個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積が変わることなく切削スピードを調整することができ、使い勝手の向上が図れる。
また、第2の発明は、第1の発明において、前記立ち上がり指標値に係る第3指示値を入力するための第3の操作部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
この第2の発明によれば、駆動電圧波形の立ち上がり指標値に係る第3指示値を入力することができる。
また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記第2指示値に応じて、前記駆動電圧波形の立ち下がり形状を可変に設定する立ち下がり形状設定部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
この第3の発明によれば、駆動電圧波形の立ち下がり形状を可変に設定することによって、所定のあるいは所望の駆動電圧波形の立ち上がり形状を維持しつつ、パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数が第2指示値となるように、パルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御することができる。
また、第4の発明は、第1〜第3の何れかの発明において、前記第1指示値及び前記第2指示値のうちの少なくとも一方を表示させる制御を行う表示制御部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
この第4の発明によれば、パルス液体ジェットの運動エネルギーに係る第1指示値及びパルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第2指示値のうちの少なくとも一方を表示させることができる。これによれば、ユーザーが指示した現在のパルス液体ジェットの運動エネルギーや、単位時間当たりの噴射回数を表す指標等を視覚的に確認することができる。したがって、使い勝手を更に向上させることができる。
また、第5の発明は、第1〜4の何れかの発明において、前記パルス液体ジェットの運動量が2nNs(ナノニュートン秒)以上2mNs(ミリニュートン秒)以下、又は、運動エネルギーが2nJ(ナノジュール)以上200mJ(ミリジュール)以下の前記液体噴射装置を制御する、液体噴射制御装置である。
この第5の発明によれば、パルス液体ジェットの運動量が2nNs以上2mNs以下、又は、運動エネルギーが2nJ以上200mJ以下であり、その範囲で液体噴射装置を制御することができる。よって、例えば、生体組織や食品、ゲル材料、ゴムやプラスチックなどの樹脂材料などの柔軟素材を切削するのに好適である。
また、第6の発明は、第1〜第5の何れかの発明において、前記パルス液体ジェットによって生体組織を切削するための前記液体噴射装置を制御する、液体噴射制御装置である。
この第6の発明によれば、例えば、外科手術用途に好適なパルス液体ジェットの強さを制御することができる。
また、第7の発明は、第1〜第6の何れかの発明の液体噴射制御装置と、液体噴射装置と、送液ポンプ装置とを具備した液体噴射システムである。
この第7の発明によれば、第1〜第6の発明の作用効果を奏する液体噴射システムを実現することができる。
以下、本発明の液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法を実施するための一形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。
[全体構成]
図1は、本実施形態における液体噴射システム1の全体構成例を示す図である。この液体噴射システム1は、柔軟素材、例えば、生体組織を切削対象物とした外科手術用、食品を切削対象物とした食品加工用、ゲル材料の加工用、ゴムやプラスチックといった樹脂材料の切削加工用等の用途で用いられるものであり、運動量が2[nNs(ナノニュートン秒)]以上2[mNS(ミリニュートン秒)]以下、又は、運動エネルギーが2[nJ(ナノジュール)]以上200[mJ(ミリジュール)]以下のパルス液体ジェットを噴射して切削対象物を切削する。以下では、液体噴射システム1を外科手術用の用途で用い、患部(生体組織)の切開、切除、又は破砕(これらを包括して「切削」という)を行う場合を例示する。また、本実施形態における運動量流速および運動量とは、パルス液体ジェットの噴射方向成分のみを考えたスカラー量、すなわち大きさを指すこととして説明する。
図1は、本実施形態における液体噴射システム1の全体構成例を示す図である。この液体噴射システム1は、柔軟素材、例えば、生体組織を切削対象物とした外科手術用、食品を切削対象物とした食品加工用、ゲル材料の加工用、ゴムやプラスチックといった樹脂材料の切削加工用等の用途で用いられるものであり、運動量が2[nNs(ナノニュートン秒)]以上2[mNS(ミリニュートン秒)]以下、又は、運動エネルギーが2[nJ(ナノジュール)]以上200[mJ(ミリジュール)]以下のパルス液体ジェットを噴射して切削対象物を切削する。以下では、液体噴射システム1を外科手術用の用途で用い、患部(生体組織)の切開、切除、又は破砕(これらを包括して「切削」という)を行う場合を例示する。また、本実施形態における運動量流速および運動量とは、パルス液体ジェットの噴射方向成分のみを考えたスカラー量、すなわち大きさを指すこととして説明する。
図1に示すように、液体噴射システム1は、液体を収容する容器10と、送液ポンプ装置20と、切削対象物(本実施形態では生体組織)に向けて液体をパルス状に噴射するための液体噴射装置30と、液体噴射制御装置70とを備える。
この液体噴射システム1において、液体噴射制御装置70は、術者が手術の際に操作する操作パネル80を備える。操作パネル80は、運動エネルギーの増減操作等の各種操作を入力するためのものである。また、液体噴射制御装置70は、術者が足で踏んでパルス液体ジェットの噴射開始及び噴射停止を切り替えるための噴射ペダル83を備える。
容器10は、水や生理食塩水、薬液等の液体を収容する。送液ポンプ装置20は、容器10に収容された液体を、接続チューブ91,93を介して常時所定の圧力又は所定の流量で液体噴射装置30のパルス流発生部40に供給する。
液体噴射装置30は、手術に際して術者が手に持って操作する部分(ハンドピース)であり、送液ポンプ装置20から供給される液体に脈動を付与してパルス流を発生させるパルス流発生部40と、パイプ状の噴射管50とを備える。この液体噴射装置30は、パルス流発生部40によって発生させたパルス流を、噴射管50を通じて最終的にノズル60に設けられた液体噴射開口部61(図2参照)からパルス液体ジェットとして噴射する。
ここで、パルス流とは、液体の流速や圧力が時間的に大きく且つ急激に変化する液体の脈動的な流れを意味する。同様に、液体をパルス状に噴射するとは、ノズルを通過する液体の流速が時間的に大きく変化する、液体の脈動的な噴射を意味する。本実施形態では、定常流に周期的な脈動を付与することで生じるパルス液体ジェットを噴射する場合を例示するが、液体の噴射と非噴射とを繰り返す間欠的、断続的なパルス液体ジェットの噴射にも本発明は同様に適用できる。
図2は、液体噴射装置30を液体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す図である。なお、図2に示す部材や部分の縦横の縮尺は、図示の便宜上実際のものとは異なる。図2に示すように、パルス流発生部40は、第1ケース41と、第2ケース42と、第3ケース43とによって形成された円筒状の内部空間に、圧力室44の容積を変化させるための圧電素子45及びダイアフラム46が配設されて構成される。各ケース41,42,43は、互いに対向する面において接合され一体化されている。
ダイアフラム46は、円盤状の金属薄板であり、その外周部分が第1ケース41と第2ケース42との間に挟まれて固定されている。圧電素子45は、例えば積層型圧電素子であり、ダイアフラム46と第3ケース43との間で一端がダイアフラム46に固定され、他端が第3ケースに固定されている。
圧力室44は、ダイアフラム46と、第1ケース41のダイアフラム46に対向する面に形成された凹部411とによって囲まれた空間である。第1ケース41には、圧力室44に各々連通する入口流路413と出口流路415とが形成されている。出口流路415の内径は、入口流路413の内径よりも大きく形成されている。入口流路413は接続チューブ93と接続され、送液ポンプ装置20から供給される液体を圧力室44に導入する。出口流路415には噴射管50の一端が接続され、圧力室44内を流動する液体を噴射管50に導入する。噴射管50の他端(先端)には、噴射管50の内径よりも縮小された内径の液体噴射開口部61を有するノズル60が挿着されている。
以上のように構成される液体噴射システム1において、容器10に収容された液体は、液体噴射制御装置70の制御のもと、送液ポンプ装置20によって所定の圧力又は所定の流量で接続チューブ93を介してパルス流発生部40に供給される。一方で、液体噴射制御装置70の制御のもと圧電素子45に駆動信号が印加されると、圧電素子45が伸長・収縮する(図2の矢印A)。圧電素子45に印加される駆動信号は所定の繰り返し周波数(例えば数十[Hz]〜数百[Hz])で繰り返し印加されるため、周期毎に圧電素子45の伸長と収縮が繰り返されることとなる。これにより圧力室44内を流動する定常流の液体に脈動が付与され、液体噴射開口部61からパルス液体ジェットが繰り返し噴射される。
図3(a)は、圧電素子45に印加される1周期分の駆動信号の駆動電圧波形L11の一例を示す図であり、液体噴射開口部61における液体の流速波形L13を併せて示している。また、図3(b)は、図3(a)に示す流速波形L13のピークのうち、最も高いピークの流速波形(主ピーク部分)S1を抜き出した図である。
図3(a)に示すTpは繰り返し周期(駆動電圧波形の1周期分の時間)であり、その逆数が前記の繰り返し周波数である。なお、繰り返し周期Tpは1[ms(ミリ秒)]〜100[ms]程度とされ、駆動電圧波形が最大電圧まで立ち上がるのに要する時間(立ち上がり時間)Tprは10[μs(マイクロ秒)]〜1000[μs]程度とされる。繰り返し周期Tpは、立ち上がり時間Tprよりも長い時間として設定される。また、立ち上がり時間Tprの逆数を立ち上がり周波数としたとき、繰り返し周波数は、立ち上がり周波数よりも低い周波数として設定される。立ち上がり周波数及び立ち上がり時間は、ともに駆動電圧の立ち上がりに係る立ち上がり指標値の1つである。
例えば、圧電素子45は、正の電圧が印加されると伸長するものとすると、立ち上がり時間Tprで急激に伸長し、ダイアフラム46が圧電素子45に押されて圧力室44側に撓む。ダイアフラム46が圧力室44側へと撓むと圧力室44の容積が小さくなり、圧力室44内の液体は圧力室44から押し出される。ここで、出口流路415の内径は入口流路413の内径よりも大きいため、出口流路415の流体イナータンス及び流体抵抗は、入口流路413の流体抵抗よりも小さい。したがって、圧電素子45が急激に伸長することで圧力室44から押し出される液体の大部分は出口流路415を通って噴射管50に導入され、その内径よりも小径の液体噴射開口部61によりパルス状の液滴、すなわちパルス液体ジェットとなって高速噴射される。
最大電圧まで上昇した後は、駆動電圧は緩やかに降下する。その際、圧電素子45は、立ち上がり時間Tprよりも長い時間をかけて収縮し、ダイアフラム46が圧電素子45に引かれて第3ケース43側に撓む。ダイアフラム46が第3ケース43側に撓むと圧力室44の容積が大きくなり、入口流路413から圧力室44内に液体が導入される。
なお、送液ポンプ装置20は所定圧力又は所定流量で液体をパルス流発生部40に供給しているため、圧電素子45が伸縮動作を行わなければ、圧力室44を流動する液体(定常流)は出口流路415を経て噴射管50に導入され、液体噴射開口部61から噴射される。この噴射は定速かつ低速の液流であるため、定常流といえる。
[原理]
パルス液体ジェットを特徴付ける値として基本となるのは、図3(a)において駆動電圧波形L11と併せて示したパルス1個分のジェットの液体噴射開口部61における流速波形L13である。そのうち、注目すべきなのは、図3(b)に抜き出して示した駆動電圧の立ち上がり直後に発生する最大流速の主ピーク部分(先頭波のジェット)である。その他の低いピークは、圧電素子45の伸長時に圧力室44内に生じた圧力変動の波が噴射管50内を反射往復することで付随的に噴射されるジェットに起因するものであるが、切削対象物の切削深さや切削体積といった切削態様を決定付けるのは、流速が最も大きい先頭波のジェット(以下主ジェットという)である。
パルス液体ジェットを特徴付ける値として基本となるのは、図3(a)において駆動電圧波形L11と併せて示したパルス1個分のジェットの液体噴射開口部61における流速波形L13である。そのうち、注目すべきなのは、図3(b)に抜き出して示した駆動電圧の立ち上がり直後に発生する最大流速の主ピーク部分(先頭波のジェット)である。その他の低いピークは、圧電素子45の伸長時に圧力室44内に生じた圧力変動の波が噴射管50内を反射往復することで付随的に噴射されるジェットに起因するものであるが、切削対象物の切削深さや切削体積といった切削態様を決定付けるのは、流速が最も大きい先頭波のジェット(以下主ジェットという)である。
ところで、パルス液体ジェットの強さを変えて切削対象物の切削深さや切削体積を変化させたい場合には、圧電素子45の駆動電圧波形を制御することになる。この駆動電圧波形の制御は、その電圧特性値として駆動電圧波形の立ち上がり周波数や駆動電圧波形の振幅(電圧振幅)を術者が指示することによって行う方法が考えられる。例えば、電圧振幅を固定にした状態で術者が立ち上がり周波数(立ち上がり時間Tprでもよい)を指示したり、立ち上がり周波数を固定にした状態で電圧振幅を指示する方法が考えられる。これは、電圧振幅やその立ち上がり周波数(立ち上がり時間Tpr)が主ジェットの流速波形に大きく影響するためである。駆動電圧が最大電圧まで上昇した後の緩やかに降下している間の駆動電圧は、主ジェットの流速波形にさほど影響しない。そのため、立ち上がり周波数を高くし、或いは電圧振幅を大きくすれば、それに比例するように切削深さは深く、切削体積は大きくなると思われた。
しかしながら、実際に達成される切削対象物の切削深さや切削体積は、必ずしも電圧特性値の増減に見合って変化しない場合があり、使い勝手を悪化させる場合があることが判明した。例えば、術者が電圧振幅を2倍にしても切削深さや切削体積が期待通りに増加しなかったり、或いは電圧振幅を1/2にしても切削深さや切削体積が思ったように減少しなかったりする場合が起こり得た。そのため、術者が所望する切削深さや切削体積が達成されない事態が生じ得た。これは手術時間の長期化を招きかねない問題である。
また、パルス液体ジェットの強さとは別に、切削スピードを調整したい場合がある。そのための仕様として、駆動電圧波形の繰り返し周波数を術者が指示する方法が考えられる。例えば、繰り返し周波数を高くするということはパルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数を多くするということであり、最終的に達成される切削深さや切削体積は変わってくる。
しかしながら、繰り返し周波数を変えると駆動電圧波形が変わることから、繰り返し周波数を変えたとしても単位時間当たりの切削深さや切削体積が比例して変化せず、術者にとって使い勝手が悪い場合があった。具体的には、例えば、駆動電圧波形全体を単純に時間軸方向に拡縮することで繰り返し周波数を変える方法が考えられる。しかし、この方法では、主ジェットの流速波形に大きく影響する立ち上がり周波数が変動してしまうため、上記したようにパルス液体ジェットの強さが変わってしまう。そのため、繰り返し周波数に比例した意図通りの切削スピードが得られない。
そこで、主ジェットの流速波形に着目し、この主ジェットの流速波形によって定まるいくつかのパラメーターについて切削深さ及び切削体積との相関を検討した。切削深さや切削体積との相関が高いパラメーターが見つかれば、術者の操作感覚通りの切削深さや切削体積を達成するのに最適な駆動電圧波形で圧電素子45を制御することが可能となるからである。
そのために、先ず、液体噴射開口部61における主ジェットの流速波形v[m/s]に基づいて、液体噴射開口部61を通過する主ジェットの質量流束[kg/s]、運動量流束[N]、及びエネルギー流束[W]について検討した。質量流束は、液体噴射開口部61を通過する液体の単位時間当たりの質量[kg/s]である。運動量流束は、液体噴射開口部61を通過する液体の単位時間当たりの運動量[N]である。エネルギー流束は、液体噴射開口部61を通過する液体の単位時間当たりのエネルギー[W]である。なお、エネルギーとは運動エネルギーのことを指し、以下「エネルギー」と略称する。
液体噴射開口部61では液体が自由空間に解放されるため、圧力をほぼ「0」とみなすことができる。また、液体のジェット噴射方向に直交する方向(液体噴射開口部61の径方向)の速度についてもほぼ「0」とみなすことができる。液体噴射開口部61の径方向において液体の速度分布がないと仮定すると、液体噴射開口部61を通過する質量流束Jm[kg/s]、運動量流束Jp[N]、及びエネルギー流束Je[W]は、次式(1),(2),(3)で求めることができる。S[m2]はノズル断面積を表し、ρ[kg/m3]は作動流体密度を表す。
Jm=S・ρ・v ・・・(1)
Jp=S・ρ・v2 ・・・(2)
Je=1/2・ρ・S・v3 ・・・(3)
Jm=S・ρ・v ・・・(1)
Jp=S・ρ・v2 ・・・(2)
Je=1/2・ρ・S・v3 ・・・(3)
図4は、図3(b)に示した主ジェットの流速波形から求めた質量流束Jm(a)、運動量流束Jp(b)、及びエネルギー流束Je(c)を示す図である。これら質量流束Jm、運動量流束Jp、及びエネルギー流束Jeのそれぞれを主ジェットの流速波形の立ち上がりから立ち下がりまでの時間(継続時間)T内で積分すれば、主ジェットとして液体噴射開口部61から噴射される液体の質量、運動量、及びエネルギーを求めることができる。
上記した要領で算出した質量流束Jm、運動量流束Jp、エネルギー流束Je、質量、運動量、及びエネルギーの各値は、パルス1個分のジェットによる切削深さ及び切削体積を決定付け得ると考えられる。ただし、何れも定常流分を含んだ物理量であり、重要なのは、定常流の寄与分を差し引いた値である。
そこで、図4(a)の質量流束Jmに関し、質量流束Jmのピーク値(最大値)から定常流の質量流束Jm_BG[kg/s]を減算した最大質量流束Jm_max[kg/s]と、主ジェットとして液体噴射開口部61から流出する液体の質量から定常流分を除いた図4(a)中にハッチングを付して示す流出質量M[kg]の2つのパラメーターを定義する。流出質量Mは、次式(4)で表される。
図4(b)の運動量流束Jpに関しては、運動量流束Jpのピーク値(最大値)から定常流の運動量流束Jp_BG[N]を減算した最大運動量流束Jp_max[N]と、主ジェットとして液体噴射開口部61から流出する液体の運動量から定常流分を除いた図4(b)中にハッチングを付して示す運動量P[Ns]の2つのパラメーターを定義する。運動量Pは、次式(5)で表される。
図4(c)のエネルギー流束Jeに関しては、エネルギー流束Jeのピーク値(最大値)から定常流のエネルギー流束Je_BG[W]を減算した最大エネルギー流束Je_max[W]と、主ジェットとして液体噴射開口部61から流出する液体のエネルギーから定常流分を除いた図4(c)中にハッチングを付して示すエネルギーE[J]の2つのパラメーターを定義する。エネルギーEは、次式(6)で表される。
ただし、上記式(4),(5),(6)における積分区間は、各流速波形において主ジェットの立ち上がりから立ち下がりまでの時間(継続時間)Tである。
そして、数値シミュレーションを利用して、最大質量流束Jm_max、流出質量M、最大運動量流束Jp_max、運動量P、最大エネルギー流束Je_max、及びエネルギーEの6つのパラメーターが、それぞれ切削深さ及び切削体積とどの程度相関するのかを検討した。
ここで、パルス液体ジェットは流体であり、切削対象物は柔軟な弾性体である。したがって、パルス液体ジェットによる切削対象物の破壊挙動のシミュレーションを行うためには、柔軟弾性体側に適切な破壊閾値を設定した上で、いわゆる流体と構造体(ここでは柔軟弾性体)との連成解析(流体・構造連成解析(FSI))を行わなければならない。シミュレーションの計算手法としては、例えば、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を用いた手法や、SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)等に代表される粒子法を用いた手法、有限要素法と粒子法とを組み合わせた手法等が挙げられる。適用する手法は特に限定されるものではないため詳述しないが、解析結果の安定性や計算時間等を考慮して最適な手法を選択し、シミュレーションを行った。
シミュレーションに際し、流体密度=1[g/cm3]液体噴射開口部61の直径=0.15[mm]、スタンドオフ距離(液体噴射開口部61から切削対象物表面までの距離)=0.5[mm]に設定した。また、切削対象物を表面が平坦な柔軟弾性体と仮定し、その物理モデルとして、密度=1[g/cm3]ヤング率換算で9[kPa]程度(せん断弾性率換算で3[kPa]程度)の弾性率を有するMooney−Rivlin超弾性体を用いた。破壊閾値には、偏差相当ひずみ=0.7を使用した。
主ジェットの流速波形については、様々な主ジェットの流速波形を想定し、正弦波、三角波、及び矩形波の3種類の波形について、振幅(流速の最大値)を12[m/s]〜76[m/s]の範囲内、継続時間を63[μs]〜200[μs]の範囲内で3種類変更したものを、合計27種類用意した。なお、定常流の流速は1[m/s]としている。
図5は、シミュレーションで主ジェットの流速波形として与えた正弦波(a)、矩形波(b)、及び三角波(c)を示す図であり、それぞれ実線で示す継続時間が63[μs]のものと、一点鎖線で示す継続時間が125[μs]のものと、二点鎖線で示す継続時間が200[μs]のものとを用意した。そして、用意した波形を主ジェットの流速波形として与えてパルス液体ジェットを生成し、前記の柔軟弾性体に撃ち込んだときの柔軟弾性体の破壊挙動についてシミュレーションを行い、切削深さや切削体積の検討を行った。
図6は、縦軸を切削対象物の切削深さとし、横軸を最大質量流束Jm_max(a)、流出質量M(b)、最大運動量流束Jp_max(c)、運動量P(d)、最大エネルギー流束Je_max(e)、及びエネルギーE(f)としたシミュレーションの結果をプロットした図である。図6中、主ジェットの流速波形として継続時間が63[μs]の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「*」のプロット、125[μs]の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「◆」のプロット、200[μs]の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「-」のプロットで示している。また、主ジェットの流速波形として継続時間が63[μs]の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「+」のプロット、125[μs]の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「×」のプロット、200[μs]の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「■」のプロットで示している。また、主ジェットの流速波形として継続時間が63[μs]の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「●」のプロット、125[μs]の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を黒色塗りつぶしの三角形のプロット、200[μs]の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「−」のプロットで示している。
上段の図6(a),(c),(e)に示すように、最大質量流束Jm_max、最大運動量流束Jp_max、及び最大エネルギー流束Je_maxの3つの各パラメーターと切削深さとの関係は、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、双方の相関は低いことがわかった。とりわけ質量流束は、流速に比例する値であることから、切削深さは主ジェットの最大流速のみからは決まらないことを示唆している。
次に、下段の図6(b),(d),(f)に示す流出質量M、運動量P、及びエネルギーEの3つの各パラメーターと切削深さとの関係をみてみると、流出質量Mと切削深さとの関係については、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。これに対し、運動量PやエネルギーEとの関係では、与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一曲線上に分布している。運動量PとエネルギーEとでは、運動量Pの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削深さは運動量PやエネルギーEと相関が高く、特に運動量Pと良く相関するといえる。
なお、ここでは液体噴射開口部の直径を0.15[mm]、スタンドオフ距離を0.5[mm]とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削深さが運動量PやエネルギーEと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。
図7は、縦軸を切削対象物の切削体積とし、横軸を最大質量流束Jm_max(a)、流出質量M(b)、最大運動量流束Jp_max(c)、運動量P(d)、最大エネルギー流束Je_max(e)、及びエネルギーE(f)としてシミュレーションの結果をプロットした図である。主ジェットの流速波形として与えた波形とプロットの種類との関係は図6と同様である。
上段の図7(a),(c),(e)に示すように、最大質量流束Jm_max、最大運動量流束Jp_max、及び最大エネルギー流束Je_maxの3つの各パラメーターと切削体積との関係は、切削深さとの関係ほどではないものの、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によってばらついており、双方の相関は低いと考えられる。
次に、下段の図7(b),(d),(f)に示す流出質量M、運動量P、及びエネルギーEの3つの各パラメーターと切削体積との関係をみてみると、流出質量Mと切削体積との関係については、切削深さと同様に主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。一方、運動量PやエネルギーEとの関係では、切削深さと同様に与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一直線上に分布している。また、運動量Pと比べてエネルギーEの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削体積は運動量PやエネルギーEと相関が高く、特にエネルギーEと良く相関するといえる。
なお、ここでは液体噴射開口部の直径を0.15[mm]、スタンドオフ距離を0.5[mm]とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削体積が運動量PやエネルギーEと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。
以上の検討結果に基づき、本実施形態では、エネルギーEに着目する。そして、実際に圧電素子45に印加する駆動電圧波形として代表的なものについて事前にシミュレーションを行い、エネルギーEと、立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数との対応関係を取得しておく。
そのために、先ず、制御パラメーターを可変に設定して主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、例えば、液体噴射装置の流路系を、流体(流路)抵抗、流体イナータンス、流体コンプライアンス等に置き換えたモデルに基づく、等価回路法による数値シミュレーションを利用して容易に行うことができる。又は、より精度を求めるならば、有限要素法(FEM)や有限体積法(FVM)等を用いた流体シミュレーションを利用してもよい。
第1に、電圧振幅及び繰り返し周波数を固定し、立ち上がり周波数を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。図8(a)は、与えた駆動電圧波形の一例を示す図である。各駆動電圧波形は、電圧振幅をV2、繰り返し周期TpをT2とし、立ち上がり時間TprをT21〜T25まで段階的に長く(立ち上がり周波数を段階的に低く)したものである。
図8(b)は、図8(a)に示した立ち上がり周波数の異なる各駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図8(b)に示すように、立ち上がり周波数を低く(立ち上がり時間Tprでいえば長く)すると、主ジェットの流速波形は、立ち上がりの開始タイミングは変わらずに立ち上がる間の継続時間が長くなり、流速振幅(流速の最大値)も小さくなる。
第2に、立ち上がり周波数及び繰り返し周波数を固定し、電圧振幅を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。図9(a)は、与えた駆動電圧波形の一例を示す図である。各駆動電圧波形は、立ち上がり時間TprをT31、繰り返し周期TpをT33とし、電圧振幅をV31〜V35まで段階的に小さくしたものである。
図9(b)は、図9(a)に示した電圧振幅の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図9(b)に示すように、電圧振幅を小さくすると、主ジェットの流速波形は、立ち上がり周波数を低くした場合と違い立ち上がる間の継続時間は維持したまま、流速振幅(流速の最大値)が小さくなる。
第3に、立ち上がり周波数及び電圧振幅を固定し、繰り返し周波数を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。図10(a)は、与えた駆動電圧波形の一例を示す図である。各駆動電圧波形は、立ち上がり時間TprをT4、電圧振幅をV4とし、駆動電圧が最大電圧まで上昇した後の立ち下がり形状を時間軸方向に広げることによって繰り返し周期TpをT41〜T45まで段階的に長く(繰り返し周波数を段階的に低く)したものである。
図10(b)は、図10(a)に示した繰り返し周波数の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図10(b)に示すように、繰り返し周波数を低く(繰り返し周期Tpでいえば長く)すると、主ジェットの流速波形は、立ち上がり周波数を低くした場合と比べると程度は小さいものの、継続時間が長くなる。流速振幅(流速の最大値)は維持したままであった。
続いて、得られた主ジェットの流速波形のそれぞれについてエネルギーEを求めた。詳細には、図10を参照して説明した要領で繰り返し周波数を変えながら、各々の繰り返し周波数毎に、図8を参照して説明した要領で電圧振幅を固定し立ち上がり周波数を変えた場合のシミュレーションと、図9を参照して説明した要領で立ち上がり周波数を固定し電圧振幅を変えた場合のシミュレーションとを行った。そして、各シミュレーションで得られた主ジェットの流速波形のエネルギーEを求めた。
図11は、所定の繰り返し周波数(例えば「F51」と表記する)で得られたエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図である。この図11は、縦軸を立ち上がり周波数とし、横軸を電圧振幅とする座標空間にエネルギーEに関する等高線を描くことにより得られる。各等高線のエネルギーE51,E52,・・・は、図11の左下が低くなっており、右上に向かうほど、所定量ずつ大きくなっている。なお、図示しないが、別の繰り返し周波数で得られたエネルギーEを同様の座標空間にプロットして等高線を描けば、その繰り返し周波数でのエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係に応じた等高線図が得られる。
ここで、注目すべきなのは、各座標軸方向のパラメーターに対して、エネルギーEは線形的に変化しないことである。例えば、図11に示すエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係において、立ち上がり周波数を固定(例えばf5)とし電圧振幅を可変として圧電素子45の駆動電圧波形を制御する場合を考える。エネルギーEの変化量を一定にしようとする場合、エネルギーE51〜E52間は電圧振幅V51〜V52間の電圧振幅変化が必要となり、エネルギーE52〜E53間は電圧振幅V52〜V53間の電圧振幅変化が必要となる。しかし、電圧振幅V51〜V52の電圧振幅間隔と、電圧振幅V52〜V53の電圧振幅間隔とは異なる。この現象はエネルギーEが大きくなるに従って顕著に表れる。したがって、立ち上がり周波数を固定とし、電圧振幅を一定量ずつ変化させる操作をする場合に、エネルギーEが思ったように変化しないため、切削深さや切削体積が術者の意図通り・感覚通りに変化しないといった事態が起こり得るといえる。電圧振幅を固定とし、立ち上がり周波数を一定量ずつ変化させる操作をする場合にも同様のことがいえる。
そこで、本実施形態では、手術中に術者が行う操作として、少なくともエネルギーEの増減操作と、繰り返し周波数の増減操作とを受け付けることとし、上記のように繰り返し周波数毎に得られた等高線図に従い、繰り返し周波数毎のエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を予めテーブル化しておく。そして、手術中は、術者によるエネルギーEの増減操作及び繰り返し周波数の増減操作に応じて、指示された繰り返し周波数についての対応関係から指示されたエネルギーEに対応する立ち上がり周波数及び電圧振幅を特定し、圧電素子45の駆動を制御する。
(実施例1)
先ず、実施例1について説明する。図12は、実施例1における液体噴射制御装置70−1が備える操作パネル80−1を示す図である。図12に示すように、操作パネル80−1には、第1の操作部としてのエネルギーダイヤル811と、第2の操作部としての繰り返し周波数ダイヤル813と、電源ボタン82と、噴射ボタン84と、ポンプ駆動ボタン85と、液晶モニター87とが配設されている。
先ず、実施例1について説明する。図12は、実施例1における液体噴射制御装置70−1が備える操作パネル80−1を示す図である。図12に示すように、操作パネル80−1には、第1の操作部としてのエネルギーダイヤル811と、第2の操作部としての繰り返し周波数ダイヤル813と、電源ボタン82と、噴射ボタン84と、ポンプ駆動ボタン85と、液晶モニター87とが配設されている。
エネルギーダイヤル811は、第1指示値としてのエネルギーEの指示値(エネルギー指示値)を入力するためのものであり、例えば「1」〜「5」の目盛りが付された5段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。術者は、エネルギーダイヤル811のダイヤル位置を切り替えることによって、エネルギーEを5段階で増減操作する。ダイヤル各位置には、例えば、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ大きくなるように予めエネルギー指示値が割り当てられている。なお、ダイヤル位置の段階数は5段階に限定されるものではなく、「大」「中」「小」の3段階としたり、無段階の調整を可能とする等、適宜設定してよい。
繰り返し周波数ダイヤル813は、第2指示値としての繰り返し周波数の指示値(繰り返し周波数指示値)を入力するためのものであり、エネルギーダイヤル811と同様に例えば「1」〜「5」の5段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。なお、繰り返し周波数ダイヤル813は、術者が主としてエネルギーEの増減操作を行うことを想定して、繰り返し周波数ダイヤル813に対する操作の有効/無効を切り替えるためのアクティベートスイッチを備えた構成としてもよい。術者は、繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置を切り替えることによって、圧電素子45に繰り返し印加される駆動電圧波形の繰り返し周波数(例えば数十[Hz]〜数百[Hz])を5段階で増減操作する。ダイヤル各位置には、例えば、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ高くなるように予め繰り返し周波数指示値が割り当てられている。なお、ダイヤル位置の段階数は5段階に限定されるものではなく、段数は適宜設定してよい。また、エネルギーダイヤル811と異なる段数であってもよい。
このように、実施例1では、手術中に術者が行う操作を、エネルギーダイヤル811を用いたエネルギーEの増減操作と、繰り返し周波数ダイヤル813を用いた繰り返し周波数の増減操作の2つとする。そして、立ち上がり周波数については固定とし、繰り返し周波数毎に所定の立ち上がり周波数でのエネルギーEと電圧振幅との対応関係を予めテーブル化しておく。例えば、立ち上がり周波数を図11に示すf5とする場合であれば、各等高線との交点A51,A52,・・・における電圧振幅V51,V52,・・・を該当する等高線のエネルギーE52,E52,・・・と対応付け、立ち上がり周波数をf5として繰り返し周波数F51についてのデータテーブルを作成する。その他の繰り返し周波数についても同様の要領でそれぞれデータテーブルを作成する。
なお、ここでは、立ち上がり周波数を固定としてデータテーブルを作成することとした。これに対し、例えば、図11に示す座標空間内に基準線を定め、基準線がエネルギーEの各等高線と交わる各交点における立ち上がり周波数及び電圧振幅を取得してテーブル化してもよい。例えば、図11中に破線で示す直線を基準線とする場合であれば、各等高線との交点における立ち上がり周波数及び電圧振幅を、該当する等高線のエネルギーE51,E52,・・・と対応付けてデータテーブルを作成することとしてもよい。なお図11中で破線で示された基準線は、直線でなくても、例えば曲線であってもよい。
そして、エネルギーダイヤル811のダイヤル位置1,2,・・・のそれぞれに、エネルギー指示値として、各等高線のエネルギーE51,E52,・・・を小さい順に割り当てておく。これによれば、エネルギーダイヤル811を1目盛り動かした時のエネルギーEの変化量を同程度とすることができる。
一方、繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置1,2,・・・のそれぞれには、繰り返し周波数指示値として、前記のデータテーブルを作成した各繰り返し周波数を低い値から順番に割り当てておく。例えば、エネルギーダイヤル811は動かさずに繰り返し周波数ダイヤル813の目盛りを動かせば、エネルギーEを変えずに切削スピードを調整することができる。
電源ボタン82は、電源のON/OFFを切り替えるためのものである。噴射ボタン84は、パルス液体ジェットの噴射開始及び噴射停止を切り替えるためのものであり、図1に示した噴射ペダル83と同様の機能を提供する。ポンプ駆動ボタン85は、送液ポンプ装置20から液体噴射装置30への液体の供給開始及び供給停止を切り替えるためのものである。
また、操作パネル80−1において、液晶モニター87には、エネルギーEすなわちパルス1個分の主ジェットのエネルギー[μJ]851と、繰り返し周波数[Hz]853と、これらを乗じた単位時間当たりのエネルギー、すなわちパワー[mW]855とを表示した表示画面が表示され、各値(以下包括して「エネルギー情報」という)の現在値が更新表示される。ここで、主ジェットエネルギー851に表示されるのはエネルギー指示値の現在値であり、繰り返し周波数853に表示されるのは繰り返し周波数指示値である。この表示画面により、手術中、術者は、液体噴射開口部61から噴射されるパルス液体ジェットに係るエネルギーEや繰り返し周波数や単位時間当たりのエネルギー(パワー)等の現在値を把握しながら作業することができる。
なお、手術中の表示画面には、図12のようにエネルギーE、繰り返し周波数、及び単位時間当たりのエネルギーの3つを全て表示する必要はなく、エネルギーE及び繰り返し周波数のうちの少なくとも一方を表示する構成であればよい。また、エネルギーEや繰り返し周波数等に加え、現在の立ち上がり周波数(又は立ち上がり時間Tpr)や電圧振幅のうち少なくとも一方、又は両方を併せて表示させてもよい。また、各値の表示は、図12に示した数値の表示によって行う場合に限らず、メーター表示によって行ってもよいし、又はパルス液体ジェットの噴射開始からの増減操作に伴うエネルギーEや繰り返し周波数等の変化をグラフ表示することとしてもよい。
図13は、実施例1における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図13に示すように、液体噴射制御装置70−1は、操作部71と、表示部73と、制御部75と、記憶部77とを備える。
操作部71は、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、ペダルスイッチ等の各種スイッチ、タッチパネル、トラックパッド、マウス等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を制御部75に出力する。この操作部71は、エネルギーダイヤル811と、繰り返し周波数ダイヤル813とを備える。また、操作部71は、図示しないが、図1の噴射ペダル83、図12に示した操作パネル80−1上の電源ボタン82や噴射ボタン84、ポンプ駆動ボタン85を含む。
表示部73は、LCD(Liquid Crystal Display)やELディスプレイ(Electroluminescence display)等の表示装置によって実現されるものであり、制御部75から入力される表示信号をもとに図12に示した表示画面等の各種画面を表示する。例えば、図12の液晶モニター87がこれに該当する。
制御部75は、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等のマイクロプロセッサー、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の制御装置及び演算装置によって実現されるものであり、液体噴射システム1の各部を統括的に制御する。この制御部75は、圧電素子制御部751と、ポンプ制御部756と、表示制御部としてのエネルギー表示制御部757とを備える。なお、制御部75を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。
圧電素子制御部751は、立ち上がり周波数設定部752と、電圧振幅設定部753と、繰り返し周波数設定部754とを備え、エネルギーダイヤル811のダイヤル位置と、繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置とに応じて、立ち上がり周波数設定部752が駆動電圧波形の立ち上がり周波数を、電圧振幅設定部753が駆動電圧波形の電圧振幅を、繰り返し周波数設定部754が駆動電圧波形の繰り返し周波数をそれぞれ設定する。
この圧電素子制御部751は、各部752,753,754が設定した立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定し、設定した波形の駆動信号を圧電素子45に印加させる制御を行う。その際、圧電素子制御部751は、立ち上がり形状設定部として、繰り返し周波数が繰り返し周波数設定部754により繰り返し周波数指示値として設定された周波数となるように、図10(a)に示した要領で駆動電圧波形の立ち下がり部分の波形形状(立ち下がり波形)を可変に設定する。
ポンプ制御部756は、送液ポンプ装置20に駆動信号を出力して送液ポンプ装置20を駆動する。エネルギー表示制御部757は、選択中のエネルギーダイヤル811のダイヤル位置に割り当てられたエネルギー指示値(すなわち、エネルギーEの現在値)と、選択中の繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値(すなわち、繰り返し周波数の現在値)と、これらを乗じて求めた単位時間当たりのエネルギーとを表示部73に表示する制御を行う。
記憶部77は、ROM(Read Only Memory)やフラッシュROM、RAM(Random Access Memory)等の各種IC(Integrated Circuit)メモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現されるものである。記憶部77には、液体噴射システム1を動作させ、この液体噴射システム1が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。
また、記憶部77には、エネルギー変換テーブル771が記憶される。このエネルギー変換テーブル771は、図11を参照して上記した繰り返し周波数毎のエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を設定したデータテーブルである。
図14は、エネルギー変換テーブル771のデータ構成例を示す図である。図14に示すように、エネルギー変換テーブル771は、繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置(目盛り)と、そのダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値と、エネルギーダイヤル811のダイヤル位置と、そのダイヤル位置に割り当てられたエネルギー指示値と、電圧振幅と、立ち上がり周波数とが対応付けられたデータテーブルであり、繰り返し周波数毎に、所定の立ち上がり周波数f_001でのエネルギーEと電圧振幅との対応関係が設定されている。
このエネルギー変換テーブル771を参照し、立ち上がり周波数設定部752は、立ち上がり周波数をf_001として固定的に設定する。電圧振幅設定部753は、選択中のエネルギーダイヤル811及び繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル各位置の組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771から読み出して設定するとともに、エネルギーダイヤル811及び繰り返し周波数ダイヤル813のうちの何れか一つが操作された場合に、各ダイヤル811,813のダイヤル位置の組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771から読み出してその設定を更新する。
また、繰り返し周波数設定部754は、選択中の繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置に対応する繰り返し周波数指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出して繰り返し周波数を設定するとともに、繰り返し周波数ダイヤル813が操作された場合に、選択されたダイヤル位置の繰り返し周波数指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出して繰り返し周波数の設定を更新する。
[処理の流れ]
図15は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部75が行う処理の流れを示すフローチャートである。先ず、ポンプ制御部756が送液ポンプ装置20を駆動し、圧電素子制御部751が圧電素子45を駆動してパルス液体ジェットの噴射を開始する(ステップS111)。このとき、立ち上がり周波数設定部752は、固定値としてエネルギー変換テーブル771に設定されている立ち上がり周波数を読み出して設定する。また、電圧振幅設定部753は、選択中のエネルギーダイヤル811及び繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置を取得し、その組合せに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771から読み出して設定する。更に、繰り返し周波数設定部754は、選択中の繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出し、繰り返し周波数を設定する。そして、圧電素子制御部751は、それら立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子45に印加する。
図15は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部75が行う処理の流れを示すフローチャートである。先ず、ポンプ制御部756が送液ポンプ装置20を駆動し、圧電素子制御部751が圧電素子45を駆動してパルス液体ジェットの噴射を開始する(ステップS111)。このとき、立ち上がり周波数設定部752は、固定値としてエネルギー変換テーブル771に設定されている立ち上がり周波数を読み出して設定する。また、電圧振幅設定部753は、選択中のエネルギーダイヤル811及び繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置を取得し、その組合せに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771から読み出して設定する。更に、繰り返し周波数設定部754は、選択中の繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出し、繰り返し周波数を設定する。そして、圧電素子制御部751は、それら立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子45に印加する。
また、エネルギー表示制御部757が、エネルギー情報を表示部73に表示させる制御を行う(ステップS113)。例えば、エネルギー表示制御部757は、エネルギーダイヤル811のダイヤル位置に割り当てられたエネルギー指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出し、ステップS111で読み出した繰り返し周波数指示値との積である単位時間当たりのエネルギーを算出する。そして、エネルギー表示制御部757は、これらエネルギー指示値、繰り返し周波数指示値、及び単位時間当たりのエネルギーをエネルギー情報として表示した表示画面を表示部73に表示処理する。なお、単位時間当たりのエネルギーについては、エネルギー情報の表示制御に際して算出する構成に限らず、エネルギー変換テーブル771に設定しておく等してそれを読み出す構成としてもよい。
その後は、制御部75は、噴射ペダル83や噴射ボタン84の操作によってパルス液体ジェットの噴射を終了すると判定するまでの間(ステップS133:NO)、ステップS115においてエネルギーダイヤル811の操作を監視するとともに、ステップS123において繰り返し周波数ダイヤル813の操作を監視する。
そして、エネルギーダイヤル811が操作された場合には(ステップS115:YES)、電圧振幅設定部753が、選択されたダイヤル位置と選択中の繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置との組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771から読み出し、電圧振幅の設定を更新する(ステップS117)。その後、圧電素子制御部751は、設定した繰り返し周波数、立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子45に印加する(ステップS119)。
また、エネルギー表示制御部757が、選択されたダイヤル位置に割り当てられたエネルギー指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出し、表示部73の表示を更新する制御を行う(ステップS121)。
一方、繰り返し周波数ダイヤル813が操作された場合には(ステップS123:YES)、繰り返し周波数設定部754が、選択されたダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値をエネルギー変換テーブル771から読み出し、繰り返し周波数の設定を更新する(ステップS125)。続いて、電圧振幅設定部753が、選択されたダイヤル位置と選択中のエネルギーダイヤル811のダイヤル位置との組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771から読み出し、電圧振幅の設定を更新する(ステップS127)。その後、圧電素子制御部751は、設定した繰り返し周波数、立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子45に印加する(ステップS129)。
また、エネルギー表示制御部757が、選択されたダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数をエネルギー変換テーブル771から読み出し、表示部73の表示を更新する制御を行う(ステップS131)。
この実施例1によれば、繰り返し周波数毎に所定の立ち上がり周波数でのエネルギーEと電圧振幅との対応関係を予め設定しておき、この対応関係に基づいて、操作感覚通りの切削深さ及び切削体積を達成するのに最適な電圧振幅を設定して圧電素子45の駆動電圧波形を制御することができる。例えば、エネルギーダイヤル811を1目盛り動かせば、目盛り間隔に相当する分だけエネルギーEが変化するため、ユーザーの意図や操作感覚に見合った切削深さや切削体積を実現することができ、使い勝手を向上させることができる。
また、エネルギーEがエネルギー指示値となるように繰り返し周波数を増減させることができる。したがって、例えば、エネルギーダイヤル811の目盛りは動かさずに繰り返し周波数ダイヤル813の目盛りだけを動かせば、パルス1個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積を一定に保ったままで、繰り返し周波数に比例するような意図通りの切削スピードに調整でき、使い勝手の向上が図れる。
(実施例2)
次に、実施例2について説明する。実施例1と同様の部分には同一の符号を付す。図16は、実施例2における液体噴射制御装置70−2が備える操作パネル80−2を示す図である。図16に示すように、操作パネル80−2には、エネルギーダイヤル811と、繰り返し周波数ダイヤル813と、第3の操作部としての立ち上がり周波数ダイヤル815aと、電源ボタン82と、噴射ボタン84と、ポンプ駆動ボタン85と、液晶モニター87とが配設されている。
次に、実施例2について説明する。実施例1と同様の部分には同一の符号を付す。図16は、実施例2における液体噴射制御装置70−2が備える操作パネル80−2を示す図である。図16に示すように、操作パネル80−2には、エネルギーダイヤル811と、繰り返し周波数ダイヤル813と、第3の操作部としての立ち上がり周波数ダイヤル815aと、電源ボタン82と、噴射ボタン84と、ポンプ駆動ボタン85と、液晶モニター87とが配設されている。
立ち上がり周波数ダイヤル815aは、第3指示値としての立ち上がり周波数の指示値(立ち上がり周波数指示値)を入力するためのものであり、例えば「1」〜「5」の目盛りが付された5段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。この立ち上がり周波数ダイヤル815aも、繰り返し周波数ダイヤル813と同様にアクティベートスイッチを備えた構成としてもよい。術者は、立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル位置を切り替えることによって、立ち上がり周波数を5段階で増減操作する。ダイヤル各位置には、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ大きくなるように予め立ち上がり周波数指示値が割り当てられている。なお、ダイヤル位置の段階数は5段階に限定されるものではなく、段数は適宜設定してよい。また、エネルギーダイヤル811や繰り返し周波数ダイヤル813と異なる段数であってもよい。
このように、実施例2では、手術中に術者が行う操作を、エネルギーダイヤル811を用いたエネルギーEの増減操作と、繰り返し周波数ダイヤル813を用いた繰り返し周波数の増減操作と、立ち上がり周波数ダイヤル815aを用いた立ち上がり周波数の増減操作の3つとし、繰り返し周波数毎にエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を予めテーブル化しておく。図11に示すエネルギーE51に着目すれば、例えば、周波数間隔を等間隔とした立ち上がり周波数f61,f62,・・・と、その等高線との交点A61,A62,・・・における電圧振幅V61,V62,・・・とを対応付けてデータテーブルを作成する。そして、立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル位置1,2,・・・のそれぞれに、立ち上がり周波数指示値として、立ち上がり周波数f61,f62,・・・を順に割り当てておく。
図17は、実施例2における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図17に示すように、液体噴射制御装置70−2は、操作部71aと、表示部73と、制御部75aと、記憶部77aとを備える。
操作部71aは、エネルギーダイヤル811と、繰り返し周波数ダイヤル813と、立ち上がり周波数ダイヤル815aとを備える。
また、制御部75aは、圧電素子制御部751aと、ポンプ制御部756と、エネルギー表示制御部757とを備える。圧電素子制御部751aは、立ち上がり周波数設定部752aと、電圧振幅設定部753aと、繰り返し周波数設定部754とを備える。
記憶部77aには、エネルギー変換テーブル771aが記憶される。図18は、実施例2におけるエネルギー変換テーブル771aのデータ構成例を示す図である。図18に示すように、エネルギー変換テーブル771aは、繰り返し周波数ダイヤル813のダイヤル位置(目盛り)と、そのダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値と、エネルギーダイヤル811のダイヤル位置と、そのダイヤル位置に割り当てられたエネルギー指示値と、立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル位置と、そのダイヤル位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値と、電圧振幅とが対応付けられたデータテーブルであり、繰り返し周波数毎に、エネルギーEと、電圧振幅と、立ち上がり周波数との対応関係が設定されている。
このエネルギー変換テーブル771aを参照し、立ち上がり周波数設定部752aは、選択中の立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル位置に対応する立ち上がり周波数指示値をエネルギー変換テーブル771aから読み出して立ち上がり周波数を設定するとともに、立ち上がり周波数ダイヤル815aが操作された場合に、選択されたダイヤル位置の立ち上がり周波数指示値をエネルギー変換テーブル771aから読み出して立ち上がり周波数の設定を更新する。電圧振幅設定部753aは、選択中のエネルギーダイヤル811、繰り返し周波数ダイヤル813、及び立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル各位置の組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771aから読み出して設定するとともに、エネルギーダイヤル811、繰り返し周波数ダイヤル813、及び立ち上がり周波数ダイヤル815aのうちの何れか一つが操作された場合に、各ダイヤル811,813,815aのダイヤル位置の組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771aから読み出してその設定を更新する。
[処理の流れ]
図19は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部75aが行う処理の流れを示すフローチャートである。なお、図15と同様の処理工程には、同一の符号を付する。
図19は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部75aが行う処理の流れを示すフローチャートである。なお、図15と同様の処理工程には、同一の符号を付する。
実施例2では、ステップS111において、立ち上がり周波数設定部752aが、選択中の立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値をエネルギー変換テーブル771aから読み出し、立ち上がり周波数を設定する。
また、ステップS233において立ち上がり周波数ダイヤル815aの操作を監視する。そして、立ち上がり周波数ダイヤル815aが操作された場合には(ステップS233:YES)、立ち上がり周波数設定部752aが、選択されたダイヤル位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値をエネルギー変換テーブル771aから読み出し、立ち上がり周波数の設定を更新する(ステップS235)。続いて、電圧振幅設定部753aが、選択されたダイヤル位置と、選択中のエネルギーダイヤル811及び立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル各位置との組み合わせに対応する電圧振幅をエネルギー変換テーブル771aから読み出し、電圧振幅の設定を更新する(ステップS237)。その後、圧電素子制御部751aは、設定した繰り返し周波数、立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子45に印加する(ステップS239)。
この実施例2によれば、予め繰り返し周波数毎にエネルギーEと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を設定しておき、立ち上がり周波数を増減させても、エネルギーEがエネルギー指示値となるように圧電素子45の駆動電圧波形を制御することができる。
なお、上記の実施形態では、エネルギーダイヤル811によってエネルギーEを段階的に増減操作する場合や、繰り返し周波数ダイヤル813によって繰り返し周波数を段階的に増減操作する場合、立ち上がり周波数ダイヤル815aによって立ち上がり周波数を段階的に増減操作する場合を説明した。これに対し、各ダイヤル811,813,815aは、目盛りの付されたダイヤル間の位置(中間的位置)においても、エネルギー指示値や繰り返し周波数指示値、立ち上がり周波数指示値を無段階に調整可能なもので構成してもよい。
具体的な処理としては、例えばエネルギーダイヤル811に着目すれば、目盛り間のダイヤル位置が選択された場合には、エネルギー変換テーブル771(図14)やエネルギー変換テーブル771a(図18)を参照して、選択されたエネルギーEの前後の目盛りのダイヤル位置と対応付けられたエネルギー指示値、これらエネルギー指示値に対応する電圧振幅を読み出す。そして、読み出されたそれぞれの電圧振幅を用いて線形補間し、現在の選択されたダイヤル位置間のエネルギーEに対応した電圧振幅を特定する。
より精度を上げるためには、選択されたエネルギーEの前後だけでなく、更に前後の目盛りのダイヤル位置(エネルギー指示値)に対応した電圧振幅を読み出すようにしてもよい。そして、読み出されたそれぞれの電圧振幅を用いて多項式補間等により補間し、現在の選択されたダイヤル位置間のエネルギーEに対応した電圧振幅を特定することとしてもよい。
また、繰り返し周波数ダイヤル813、あるいは立ち上がり周波数ダイヤル815aのダイヤル間の位置(中間的位置)が選択された場合も、同様の補間を行うことにより電圧振幅を特定することができる。
また、上記した実施形態では、図10(a)を参照して説明したように、繰り返し周波数を増減するために立ち下がり形状を可変に設定することとした。これに対し、駆動電圧波形の全体を時間軸方向に単純に拡縮することによって繰り返し周波数を増減するようにしてもよい。この場合には、エネルギー変換テーブル771,771aを作成する際に行うシミュレーションを、前記の要領で繰り返し周波数を変えながら行う。
また、上記の実施形態では、立ち上がり指標値として立ち上がり周波数を例示した。これに対し、立ち上がり周波数に代えて、立ち上がり時間Tprを用いるようにしてもよい。
また、エネルギーダイヤル811や繰り返し周波数ダイヤル813、立ち上がり周波数ダイヤル815aは、ダイヤルスイッチによって実現する場合に限らず、例えば、レバースイッチやボタンスイッチ等により実現してもよい。また、表示部73をタッチパネルとして、ソフトウェアによるキースイッチ等により実現してもよい。この場合、ユーザーは、表示部73であるタッチパネルをタッチ操作して、エネルギー指示値や繰り返し周波数指示値、立ち上がり周波数指示値を入力する。
また、上記の実施形態では、圧電素子制御部751,751aが、設定された立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定することとして説明した(例えば、図15のステップS111やS119等)。これに対し、立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数の取り得る組み合わせの1つ1つについて、1周期分の駆動電圧波形を予め生成し、当該組合せと対応付けた波形データとして記憶部77,77aに格納しておくこととしてもよい。そして、設定された立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数の組合せに対応する波形データを読み出し、読み出した波形データに従った駆動信号を圧電素子45に印加することとしてもよい。
また、上記の実施形態では、運動量が2nNs以上2mNs以下、又は、運動エネルギーが2nJ以上200mJ以下のパルス液体ジェットを噴射する構成を開示したが、より好ましくは、運動量が20nNs以上200μNs以下、又は、運動エネルギーが40nJ以上10mJ以下のパルス液体ジェットを噴射する構成が好ましい。こうすることで、生体組織やゲル材料を好適に切削することができる。
1 液体噴射システム、10 容器、20 送液ポンプ装置、30 液体噴射装置、40 パルス流発生部、44 圧力室、45 圧電素子、46 ダイアフラム、50 噴射管、60 ノズル、61 液体噴射開口部、70,70−1,70−2 液体噴射制御装置、71,71a 操作部、811 エネルギーダイヤル、813 繰り返し周波数ダイヤル、815a 立ち上がり周波数ダイヤル、73 表示部、75,75a 制御部、751,751a 圧電素子制御部、752,752a 立ち上がり周波数設定部、753,753a 電圧振幅設定部、754 繰り返し周波数設定部、756 ポンプ制御部、757 エネルギー表示制御部、77,77a 記憶部、771,771a エネルギー変換テーブル
Claims (8)
- 所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する液体噴射制御装置であって、
前記パルス液体ジェットの運動エネルギーに係る第1指示値を入力するための第1の操作部と、
前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第2指示値を入力するための第2の操作部と、
前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値(以下「立ち上がり指標値」という)と、前記第2指示値とに基づいて、前記運動エネルギーが前記第1指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定する電圧振幅設定部と、
を備えた液体噴射制御装置。 - 請求項1において、
前記立ち上がり指標値に係る第3指示値を入力するための第3の操作部、
を更に備えた液体噴射制御装置。 - 請求項1又は2において、
前記第2指示値に応じて、前記駆動電圧波形の立ち下がり形状を可変に設定する立ち下がり形状設定部、
を更に備えた液体噴射制御装置。 - 請求項1〜3の何れか一項において、
前記第1指示値及び前記第2指示値のうちの少なくとも一方を表示させる制御を行う表示制御部、
を更に備えた液体噴射制御装置。 - 請求項1〜4の何れか一項において、
前記パルス液体ジェットの運動量が2nNs(ナノニュートン秒)以上2mNs(ミリニュートン秒)以下、又は、運動エネルギーが2nJ(ナノジュール)以上200mJ(ミリジュール)以下の前記液体噴射装置を制御する、
液体噴射制御装置。 - 請求項1〜5の何れか一項において、
前記パルス液体ジェットによって生体組織を切削するための前記液体噴射装置を制御する、
液体噴射制御装置。 - 請求項1〜6の何れか一項に記載の液体噴射制御装置と、液体噴射装置と、送液ポンプ装置とを具備した液体噴射システム。
- 所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する制御方法であって、
前記パルス液体ジェットの運動エネルギーに係る第1指示値を入力することと、
前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第2指示値を入力することと、
前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る立ち上がり指標値と、前記第2指示値とに基づいて、前記運動エネルギーが前記第1指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定することと、
を含む制御方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9669625B2 (en) | 2015-09-18 | 2017-06-06 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejection control apparatus, liquid ejection system, and control method |
US9669626B2 (en) | 2015-09-18 | 2017-06-06 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejection control apparatus, liquid ejection system, and control method |
US9694578B2 (en) | 2015-09-18 | 2017-07-04 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejection control apparatus, liquid ejection system, and control method |
JP2020008055A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | トランスブート株式会社 | アクチュエータ |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016027838A (ja) * | 2014-07-11 | 2016-02-25 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法 |
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Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4266788B2 (ja) | 2003-11-21 | 2009-05-20 | セイコーエプソン株式会社 | 流体噴射装置 |
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JP5293031B2 (ja) * | 2008-09-16 | 2013-09-18 | セイコーエプソン株式会社 | 流体噴射装置および手術用器具 |
US9848904B2 (en) * | 2009-03-06 | 2017-12-26 | Procept Biorobotics Corporation | Tissue resection and treatment with shedding pulses |
EP2719344A1 (de) * | 2012-10-11 | 2014-04-16 | Erbe Elektromedizin GmbH | Fluidchirurgisches Instrument mit variablem Strahlbild |
JP6186798B2 (ja) * | 2013-03-28 | 2017-08-30 | セイコーエプソン株式会社 | 流体噴射装置、及び、医療機器 |
-
2014
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2015
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9669625B2 (en) | 2015-09-18 | 2017-06-06 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejection control apparatus, liquid ejection system, and control method |
US9669626B2 (en) | 2015-09-18 | 2017-06-06 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejection control apparatus, liquid ejection system, and control method |
US9694578B2 (en) | 2015-09-18 | 2017-07-04 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejection control apparatus, liquid ejection system, and control method |
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