JP2019141596A - 冷却液導通を備えた超音波切断ブレード - Google Patents

Abstract

【課題】改良された冷却能力を有する超音波器具を提供する。【解決手段】有機組織と接触可能な作用表面又は作用端１４を備えたプローブ本体１２を有し、柄１６はその器具を超音波機械振動エネルギー源２０に動作可能に結合するためのコネクタ１８を備え、柄とプローブ本体の一部とは、プローブ本体への流体輸送のための流路２４を備えて形成され、流路と作用表面又は作用端との間に位置するプローブ本体の部分は、流路から作用表面又は作用端への流体の貫通を可能にする多数の細孔経路を有し他の経路を有しておらず、流路はプローブ本体に沿って縦方向に延びる主要部を含み、主要部から作用表面又は作用端へ向かって、少なくとも一部で横方向に延びる少なくとも１つの枝状部を更に含み、枝状部は主要部から作用表面又は作用端へ向かって途中までしか延びず、主要部と反対側に作用表面又は作用端から離れた自由端を有する、超音波外科用器具１０とする。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波器具に関する。より具体的には、本発明は超音波切断ブレードに関する。そのブレードは、軟骨及び骨などの組織を切断する外科的用途において特に有用である。本発明はまた、その一部が、関連する外科的方法に向けられる。

整形外科の分野では、生きた骨の切断は、多くの処置に必須である。そのような処置は、事故により損傷した組織構造の復元、疾患により損傷した部分への健康な骨の移植、又は顎のラインの後退のような先天的な顔面の異常の修正を含む。何世紀にも亘って、これらの作業は骨のこぎりと呼ばれる装置の利用により行われた。

従来の骨のこぎりは、いくつかの基本的な部類に分類される。手動のこぎり又はドリルは、まさにそれそのものであり、大工道具と似た方法で操作者が装置を動かすことを必要とする手持ち式の装置である。動力式の装置は、電動又は空気圧式にかかわらず、往復運動若しくは回転タイプのいずれかである。往復装置は、平らな、剣のようなブレードを使用し、手の代わりにモーターによって前後の動きが提供される。回転装置は、ドリルビット、又はテーブルソーの刃に似た外周に配置された歯を有した刃を回転させるために回転モーターを使用する。これらの従来の骨のこぎりはすべて、今日でも世界中で医療処置に使用されている。

従来ののこぎりは実用的であるが、多くの不都合を有している。帯のこ又は往復のこぎりは、例えば、切断を開始すること及び方向付けることが容易でない。切断は、縁から始まらなければならないか、あるいは開始孔が使われなければならない。開始孔を作るには、ドリル又は同様の器具が骨に孔を開けるために使用される。続いて、切断ブレードが開けられた孔に挿入される。その後に、使用者は切断を始めることができる。あるいは、回転タイプのブレードが使用されても良い。しかし、回転ブレードが使用される場合、切断は、切断において切断ブレードが拘束されるのを避けるために、比較的直線な経路を辿らなくてはならない。すべての切断ブレードで、選択された切断ブレードによって湾曲した又は角度をなす切断をもたらす能力は、極めて限られている。比較的厚い切断ブレードは幅のある切り口をもたらすので、切断処置で生きた骨の大きな厚さが失われる。医師は、復元が必要であるほとんどの処置でこの幅をできるだけ薄くしたい。

何よりも、切断用の歯を具えた従来の骨のこぎりの比較的低速な直線又は接線速度は高い摩擦抵抗を招き、これが熱を生じるようになる。２〜３秒より長く骨の温度が４７℃に達すると、熱が組織の壊死を引き起こす。組織が壊死すると壊死した骨が過成長するので、手術の後で骨が退化する。そのような手術後の組織の自然な変化の間に、骨での切断部の厚さも実際に増大する。骨の退化過程は、治療が始まる前に完了しなければならない。骨の長さが短くなるのを防ぐために、金属板とねじを用いて骨の各片を適切な状態に固定する。これらの全ての要素は明らかに手術時間を長くすることになり、更に重要なことには、骨はより大きな距離をまたいで接合しなければならないので、治癒時間を劇的に増大する。いくつかの研究によると、骨の強度にも同様に悪効果をもたらすことが示されている。

待機手術において上下いずれかの顎を切断するときには、従来ののこぎりの熱の影響は、損傷を防止するためにかなりの対応を必要とする。歯の間の顎の切断は、骨が損傷した場合又は迅速に治癒しない場合に歯の欠損をもたらす。歯の欠損を防ぐために、術前に歯を離間させなければならない。これは時に手術を行う前に最長で６ケ月間、患者に留め金を着用することを強いることになる。そのような場合には、費用と患者の不快さが劇的に増大する。

壊死を低減すべく組織の温度上昇を抑制するために、従来の手術用のこぎりで手術部位に冷却水を供給しているものもある。例えば、特許文献１（ブリンクマンら）を参照されたい。これらの装置は一般的に、切断端に接した各部の間の空間に冷却媒体を導入するか、又は切断部位に流体を大量に送るスプレー方法による。臨床医によって用いられる別の手法は、複数の軽い切断を行い、そして器具が通過する間の時間を増加させる。その部位を潅注することと相俟って、骨の温度上昇がかなり低減される。もちろんこの手法は、手術時間と臨床医の疲労を増大させる。

何人かの研究者は、骨の分離に超音波器具を使うことを提案している。種々の組織を切断するために超音波手術器具を使用することもよく知られている。これらの装置は、切り口の大きさの低減、騒音の低減及び複雑な形状の切断についての優れた能力などのいくつかの点で従来ののこぎりよりも優れているが、ブレード／組織の接点における摩擦加熱による骨での温度上昇は、依然として問題である。その問題は、従来の往復式のこぎりの動きに比べて、関連する素早い動きにより超音波の使用で悪化される。切断ブレードの断面積を改良して加熱を低減することを試みている設計者もいる。特許文献２（イデモト）、特許文献３（ロシロフ）、及び特許文献４（フード）はすべて、摩擦加熱を低減するために断面積を改良した切断のための設計を示している。

いくつかの超音波装置は、切断ブレードに冷却を提供して、様々な度合いの成果を上げている。特許文献５（アルペロビッチら）は、低温に冷却された外科用メスのブレードの設計を示している。しかし、この設計は、実際には冷凍により生組織を損傷することがある。加えて、この設計は、ブレードと直接接触しない周辺組織にはいかなる冷却媒体も提供しない。

特許文献６、特許文献７及び特許文献８（全てイデモト）は、液体冷却のための設備を備えた超音波器具の例を示す。しかし、これらの器具はいずれも、必要な場所、主にブレードの切断部に最適な冷却媒体の流れを提供せず、又は先端に冷却媒体を提供する器具については、冷却媒体用の孔が刃先の邪魔をする。邪魔された、平らでない刃先は操作を妨げ、骨の表面にブレードを導くことを難しくする。

手術部位の潅注の有益な効果を妨げるように作用する、超音波器具に関連する現象は、超音波噴霧である。超音波振動体が流体と接触すると、流体は小さな水滴に破壊され、その大きさは振動周波数に反比例する。つまり、周波数が高いほど、水滴はより小さくて移動し易い。超音波振動によりもたらされた水滴は、大きさが非常に小さく、直径１μｍ未満になることもある。この現象は当分野でよく知られている。実際に多くの装置は液体を霧化することを意図しており、室内加湿器、医療用噴霧器及び工業用のスプレーノズルなどはこの原理に基づいている。しかし、手術室では、噴霧粒子の存在は、それらの粒子がウイルス性因子又は細菌性因子を含有していることがあるので好ましくない。また、一部の流体は、手術部位に到達する前に霧化して冷却効果を低下させる。確実に液体を送る効率的な方法が必要とされる。

特許文献９は、冷却を備えた超音波外科用ブレードを開示する。それは、滑らかに連続した切断刃及び柄を備えたブレード本体を有し、柄は一端でブレード本体に結合し、他端で動作可能に超音波振動源に接続できる。柄は、冷却液の切断刃への輸送のための軸方向に延びた孔を備える。一方で、ブレード本体は、一端でその孔に繋がる軸方向に延びた貫通するスロットを備える。ブレード本体は、好ましくは、柄の反対端に、スロットから切断刃に液体を供給するために上記の孔と繋がった凹部を備える。その凹部は、少なくとも切断刃の一部に平行する形状を有することができる。例えば、切断刃が円形であり、ブレード本体が液体供給誘導面と切断刃との間に平らな表面を有する場合、凹部は、平らなブレード面に対して傾斜して円弧の形で広がる液体供給面を有する。

米国特許第４００８７２０号明細書 米国特許第５１８８１０２号明細書 米国特許第４１８８９５２号明細書 米国特許第５２６１９２２号明細書 米国特許第４８２３７９０号明細書 米国特許第５２０５８１７号明細書 米国特許第５１８８１０２号明細書 米国特許第４８３２６８３号明細書 米国特許第６３７９３７１号明細書

本発明は、改良された冷却能力を有する改良された超音波器具又はプローブを提供することを目的とする。本発明の超音波器具又はプローブは、特に薄い切り口の切断を可能にし、切断のために予めドリルで開けられた孔を必要とせず、複雑な形状の切断を可能にし、連続的な切断面を有し、かつ主にブレード／組織の接触面において液体潅注を提供する、超音波切断ブレードの形を取ることができる。より具体的には、本発明は、生組織への熱損傷を低減又は抑制する冷却媒体の輸送についての改良された提供を備えた超音波振動する切断ブレードに関連する。本発明は、特に手術における生骨切断の用途を標的とするが、その装置はその用途に限定されない。

本発明の超音波外科用器具は、有機組織での外科手術を行うために、その組織と接触可能な作用表面又は作用端を有するプローブ本体を含む。その器具は、プローブ本体の近位端に接続された柄を更に含み、その柄は、プローブ本体と反対の端に、その器具を超音波機械振動エネルギー源に動作可能に結合するためのコネクタを備える。柄とプローブ本体の一部とは、プローブ本体への流体輸送のための流路を備えて形成される。少なくとも、流路と作用表面又は作用端との間に位置するプローブ本体の部分は、流路から作用表面又は作用端への流体の貫通を可能にする微孔構造を有している。

流路は、プローブ本体に沿って縦方向に延びる主要部と、主要部から作用表面又は作用端へ向かって、少なくとも一部で横方向に延びる少なくとも１つの枝状部とを含むことができる。流路の枝状部は、主要部から作用表面又は作用端へ向かって途中までしか延びず、主要部と反対側に、作用表面又は作用端から離れた自由端を有する。

好ましくは、少なくともプローブ本体の流路と作用表面又は作用端との間の部分は、焼結材料で作られる。プローブ本体は、その全体が焼結材料で作られてもよい。

液体送り込み流路は複数の枝状部を含み、それぞれの枝状部が、その流路の主要部からプローブ本体の作用表面又は作用端へ向かって、少なくとも一部で横方向に延びてもよい。それぞれの枝状部は、主要部から作用表面又は作用端へ向かって途中までしか延びない。各枝状部は、主要部と反対側に、作用表面又は作用端から離れたそれぞれの自由端を有する。個々の枝状部の自由端とプローブ本体の外表面又は外端との間の部分は、好ましくは焼結材料で作られる。

プローブ本体は、ブレードの一対の反対の縦方向の端及び遠位端によって輪郭が定められた一対の反対の主表面を有する扁平又は平らな切断ブレードの形をとってもよい。作用表面又は作用端は、一部が縦方向の端の一方に沿って延び、一部が遠位端に沿って延びる。そのブレードは、送り込み流路からブレードの外表面及び／又は外端への液体の導通を可能にするために、部分的に又は全体が焼結材料で作られる。

本発明の超音波器具又はプローブでの微孔構造は、液体送り込み流路から作用表面又は作用端に延びる多数の細孔経路を定めるか又は可能にする。プローブ本体は、流路から作用表面又は作用端への液体の流れのための他の経路を有していない。

本発明の外科的方法は、プローブ本体と、その近位端に接続された柄とを有する超音波外科用器具を与えることを含む。プローブ本体は、作用表面又は作用端を有する。柄及びプローブ本体は流路を備えて形成され、少なくともプローブ本体の流路と作用表面又は作用端との間の部分に微孔構造を有する。その方法は、柄の近位端を超音波機械振動源に作動可能に接続することと、流路を液体供給源に作動可能に結合することと、プローブ本体を患者の手術部位に移動させることと、作用表面又は作用端を手術部位において有機組織に接触させて配置することとを更に含む。作用表面又は作用端を有機組織と接触させながらプローブ本体において超音波機械振動を発生させ、それによって作用表面又は作用端を超音波振動させる。作用表面又は作用端が有機組織と接触し、かつプローブ本体で超音波機械振動が発生している間に、使用者は加圧により液体供給源から流路へ、そしてその流路からプローブ本体の複数の細孔経路を通って作用表面又は作用端へ、液体を供給する。

上述されたように、プローブ本体は、流路から作用表面又は作用端への液体の流れのための他の経路を有していない。したがって、液体供給源からプローブ本体の作用表面又は作用端への加圧による液体供給は、流路と作用表面又は作用端との間の細孔経路のみを通って液体を移動させることを含む。

プローブ本体は、一対の反対の縦方向の端及び遠位端によって輪郭が定められた、一対の反対の主表面を有する扁平又は平らな切断ブレードの形をとって、作用表面又は作用端は、一部が縦方向の端の一方に沿って延び、一部が遠位端に沿って延びてもよい。この場合、本発明の外科的方法は、プローブ本体において超音波機械振動を発生させること及び作用表面又は作用端を超音波振動させることにより有機組織を切断することを更に含む。

本発明の超音波外科用器具、ブレード、又はプローブの概略側面図である。 図１の超音波外科用器具、ブレード、又はプローブの平面図であり、その器具、ブレード、又はプローブでの液体輸送流路の一形態を示す。 図２と同様の平面図であり、上記器具、ブレード、又はプローブでの液体輸送流路の別の形態を示す。 図２、３と同様の平面図であり、上記器具、ブレード、又はプローブでの液体輸送流路の更なる形態を示す。 図１にＶで示された部分に対応する、図１、２の超音波外科用器具、ブレード、又はプローブの遠位端部の拡大図である。

図１、２に記載されるように、超音波外科用器具１０はプローブ本体１２を含む。プローブ本体１２は、有機組織ＯＴでの外科手術を行うために、その組織と接触可能な作用表面又は作用端１４を有する。器具１０は、プローブ本体１２の近位端に接続された柄１６を更に含み、柄１６は、プローブ本体と反対の端に、その器具をハンドピース２２における超音波機械振動エネルギー源２０、例えば圧電物質又は磁歪振動子に動作可能に結合するためのコネクタ１８を備える。柄１６及びプローブ本体１２の一部は、プローブ本体への流体輸送のための流路２４を備えて形成される。少なくとも、流路２４と作用表面又は作用端１４との間に位置するプローブ本体の部分２６は、流路から作用表面又は作用端への流体の貫通を可能にする微孔構造２８（図５）を有している。

図１、２の実施形態では、流路２４は、柄１６及びプローブ本体１２の中心を延びる直線状の孔の形をとる。しかし、図３に示されるように、ブレード又はプローブ本体１２’における流路２４’は、代わりにプローブ本体１２に沿って縦方向に延びる縦方向の主要部３０と、主要部３０から、プローブ本体１２’に沿って縦方向に設けられた作用表面又は作用端３４、３６へ向かって横方向若しくは垂直方向に延びる１つ以上の補助部又は枝状部３２とを有する。流路２４’の枝状部３２は、主要部３０から作用表面又は作用端３４、３６へ向かって途中までしか延びず、それぞれが主要部３０と反対側に、作用表面又は作用端３４、３６から離れた自由端３８を有する。図３において、ブレード又はプローブ本体１２’は、好ましくは全体に亘ってだが、少なくとも枝状部３２の端３８とブレードの端３４、３６との間の領域に微孔構造（図５の２８）を有し、流路２４’から作用表面又は作用端への流体の貫通を可能にする。

図４は、流路２４の別の変形を示す。図４に示されるように、流路２４”は、ブレード又はプローブ本体１２”に沿って縦方向に延びる縦方向の主要部４０と、１つ以上の傾いた又は角度を付けられた枝状部４２とを代わりに含む。枝状部４２は、主要部４０から、プローブ本体１２”の縦方向の作用表面又は作用端４４、４６に向かって、一部で横方向に延び、一部で縦方向に延びる。流路２４”の枝状部４２は、主要部４０から作用表面又は作用端４４、４６へ向かって途中までしか延びず、それぞれが主要部４０と反対側に、作用表面又は作用端４４、４６から離れた自由端４８を有する。

図４において、ブレード又はプローブ本体１２”は、好ましくは全体に亘ってだが、少なくとも枝状部４２の端４８とブレードの端４４、４６との間の領域に微孔構造（図５の２８）を有し、流路２４”から作用表面又は作用端への流体の貫通を可能にする。

微孔構造を有するブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”のその部分は、焼結材料で作られることができる。ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”は、その全体が焼結材料で作られてもよい。

プローブ本体１２、１２‘、１２”は、ブレードの反対の縦方向の２つの端（例えば、端３４、３６、４４、４６）及び遠位端（図１、２の１４）によって一部の輪郭が定められた、一対の反対の主表面５０、５２（図１）を備えた扁平又は平らな形状の骨切断ブレードあってもよい。ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”は作用表面又は作用端を有し、作用表面又は作用端は、一部が端（３４、３６；４４、４６）の一方又は両方に沿って延び、一部が遠位端１４に沿って延びる。上述したように、ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”は、送り込み流路２４、２４‘、２４”からブレードの外表面及び／又は外端への液体の導通を可能にするために、部分的に又は全体が焼結材料で作られる。

図５に示されるように、超音波器具又はプローブ１０での微孔構造２８は、液体送り込み流路２４、２４‘、２４”から作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６に延びる多数の細孔経路５４を定めるか又は可能にする。プローブ本体は、流路２４、２４‘、２４”から作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６への液体の流れのために、細孔経路のみを有する。

外科的方法での微孔性の超音波外科用器具１０の使用において、使用者は、コネクタ１８を介して柄１６を超音波機械振動源２０に接続し、液体送り込み流路２４、２４‘、２４”を液体供給源５６（図１）に作動可能に結合する。そして、ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”を患者の手術部位ＯＴに移動させる。次に使用者は、ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”の作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６を、手術部位において有機組織ＯＴに接触させて配置する。作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６を有機組織ＯＴと接触させながら、振動源又は振動子２０を作動させて、ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”において超音波機械振動（一般的に所定の波長又は周波数の定常波）を発生させる。それにより、所定の周波数で作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６を超音波振動させる。作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６が有機組織ＯＴと接触し、かつブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”で超音波機械振動が発生している間に、使用者は加圧により液体供給源５６から液体送り込み流路２４、２４‘、２４”へ、そしてその流路から、図５の矢印５８で示されるように、ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”の複数の細孔経路５４を通って作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６へ、液体を供給する。

ブレード又はプローブ本体が扁平又は平らな切断ブレードである場合、その方法は、ブレード又はプローブ本体１２、１２‘、１２”での超音波機械振動の発生及び作用表面又は作用端１４、３４、３６、４４、４６の超音波振動によって、有機組織ＯＴの切断を引き起こしてもよい。

本発明は特定の実施形態及び用途について説明されたが、当業者は、この教示を踏まえると、本発明の趣旨から外れること又は本発明の範囲を超えることなく、更なる実施形態及び修正を生み出すことが可能である。例えば、本発明は、骨切断ブレードでの特定の用途を提供するが、実際には冷却液又は残屑引込液が、有機組織又は他の標的物に接触する超音波器具の表面に器具本体を通って運搬されなければならないあらゆる超音波器具に関連する。従って、図面及び本明細書の記載は、本発明の理解を容易にするために例示の目的で提供されることが理解されるべきであり、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。

１０ 超音波外科用器具
１２、１２’、１２” プローブ本体
１４ 作用表面又は作用端
１６ 柄
１８ コネクタ
２０ 超音波機械振動エネルギー源
２２ ハンドピース
２４、２４’、２４” 流路
２６ 流路と作用表面又は作用端との間に位置するプローブ本体の部分
２８ 微孔構造
３０ 流路の主要部
３２ 流路の補助部又は枝状部
３４、３６ 作用表面又は作用端
４０ 流路の主要部
４２ 流路の枝状部
４４、４６ 作用表面又は作用端
４８ 自由端
５０、５２ 主表面
５６ 液体供給源
５８ 液体供給を示す矢印
ＯＴ 有機組織

Claims (2)

1. プローブ本体と、該プローブ本体の近位端に接続された柄とを含む超音波外科用器具であって、前記プローブ本体は、有機組織での外科手術を行うために有機組織と接触可能な作用表面又は作用端を有し、前記柄は、前記プローブ本体と反対側である近位端に、前記器具を超音波機械振動エネルギー源に動作可能に結合するためのコネクタを備え、前記柄と前記プローブ本体の一部とは、前記プローブ本体への流体輸送のための流路を備えて形成され、少なくとも、前記流路と前記作用表面又は作用端との間に位置する前記プローブ本体の部分は、前記流路から前記作用表面又は作用端に延びて前記流路から前記作用表面又は作用端への流体の貫通を可能にする多数の細孔経路を有し、前記プローブ本体は、前記流路から前記作用表面又は作用端への液体の流れのための他の経路を有しておらず、前記流路は、前記プローブ本体に沿って縦方向に延びる主要部を含み、前記流路は、前記主要部から前記作用表面又は作用端へ向かって、少なくとも一部で横方向に延びる少なくとも１つの枝状部を更に含み、該少なくとも１つの枝状部は、前記主要部から前記作用表面又は作用端へ向かって途中までしか延びず、前記少なくとも１つの枝状部は、前記主要部と反対側に、前記作用表面又は作用端から離れた自由端を有する、超音波外科用器具。
2. 前記流路は複数の枝状部を含み、該枝状部はそれぞれ、前記主要部から前記作用表面又は作用端へ向かって、少なくとも一部で横方向に延び、それぞれの前記枝状部は、前記主要部から前記作用表面又は作用端へ向かって途中までしか延びず、それぞれの前記枝状部は、前記主要部と反対側に、前記作用表面又は作用端から離れたそれぞれの自由端を有する、請求項１に記載の超音波外科用器具。
   

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