JP2020049228A

JP2020049228A - 複数のモードで振動可能な超音波式手術用ツール及びツール先端部の非線形振動をもたらす駆動システム

Info

Publication number: JP2020049228A
Application number: JP2019211273A
Authority: JP
Inventors: ダウニー，アダム; Downey Adam; ボールドウィン，ロバート; Baldwin Robert
Original assignee: Stryker Corp
Current assignee: Stryker Corp
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: KR102480319B1; KR20230003402A; CN107106197A; KR20170039726A; CN110251204A; US20230210550A1; CA2957281A1; US20170143369A1; US20200038053A1; EP3177217A1; JP2017527349A; EP4212112A1; EP3177217B1; JP2023029830A; US10561435B2; US11617598B2; JP6623212B2; AU2015300921B2; CN107106197B; JP7169259B2

Abstract

【課題】振動時に複数のモードで振動する先端部を備えている超音波式手術用ツールシステムを提供する。【解決手段】複数のモードにおいて同時に振動することができる先端部を備えた超音波式手術用ツールシステムは、複数の成分を含む駆動信号を先端部に供給することができるコンソールを有する。各成分は、先端部の機械的要素を流れる等価電流に部分的に基づく周波数特性を有する。各周波数成分は互いに異なる。駆動信号の印加に基づいて、先端部は非線形振動を受ける。【選択図】図１１

Description

本出願は、包括的には、超音波駆動式の手術用ハンドピースに関する。より具体的には
、本発明は、複数の振動モードを有する超音波駆動式ハンドピースと、先端ヘッド部が非
線形振動するようにハンドピースを駆動する方法とに関する。

超音波式手術器具は、幾つかの医学的及び外科的な手技（procedure）を行うのに有用
な手術器具である。一般に、超音波式手術用ツールは、少なくとも１つの圧電ドライバを
含むハンドピースを備える。先端部は、ドライバに機械的に連結され、ドライバが配置さ
れたハウジング又はシェルから前方に延びている。先端部はヘッドを有する。ヘッドには
、特定の医学的又は外科的作業が行えるようなサイズの機構（多くの場合、歯）が設けら
れる。超音波式ツールシステムは制御コンソールも備える。制御コンソールは、ドライバ
にＡＣ駆動信号を供給する。ドライバに駆動信号が印加されると、ドライバは周期的に膨
張及び収縮する。ドライバの膨張・収縮は、先端部内に、より具体的には先端部のヘッド
内に同様の動きをもたらす。先端部がそのように動く場合、先端部は振動していると見な
される。先端部において振動しているヘッドは、特定の外科的又は医学的作業を行うため
に、組織に当てられる。例えば、幾つかの先端ヘッドが硬組織に当てられる。硬組織の１
つの形態は骨である。このタイプの先端ヘッドが振動すると、先端の歯が前後に振動する
ことによって、隣接する硬組織を鋸引きし、すなわち除去する。更に別の先端ヘッドは、
軟組織に当てられるように設計される。また、幾つかの超音波式ツールは、組織及び周囲
の体液内にキャビテーションを誘発することによって当該組織を除去する。先端ヘッドが
前後に動く結果、キャビテーションが生じる。具体的には、これらの振動の結果、組織及
び周囲の体液内に小さな空隙、すなわち、空洞（キャビティ）が形成される。これらの空
洞は、極めて圧力の低い、小さな領域である。組織を形成する細胞とこれらの空洞との間
に圧力差が生じる。この圧力差が相対的に大きいために、細胞壁が破裂する。細胞壁の破
裂によって、組織を形成する細胞が除去、すなわち、切除される。

超音波式先端のヘッドは多くの場合に比較的小さい。幾つかのヘッドは１．０ｃｍ未満
の直径を有する。超音波式ツールは基本的に、ヘッドが当てられた場所に隣接する組織の
みを除去する。ヘッドの表面積が相対的に小さいために、超音波式ハンドピースは、硬組
織及び軟組織の両方を正確に除去するのに有用なツールであることがわかっている。

ほとんどの先端は、駆動信号が印加されると、先端ヘッドが単一のモードにおいて振動
するように設計される。ここで、振動モードは、先端ヘッドが動く移動経路であると理解
されたい。先端部の大半は線形に振動するように設計される。これは、ヘッドが、ある軸
に沿って往復運動することを意味する。この軸は、先端に沿って近位から遠位に向かう長
手方向の軸に基本的に合致する。幾つかの先端は、振動すると、そのヘッドがねじれ振動
又は回転振動するように設計される。これは、ヘッドが起動されて振動状態になると、先
端の長手方向軸の周りで回転することを意味する。更に別の先端は、屈曲（flex）するよ
うに設計される。これは、先端が起動されると、先端の長手方向軸が前後に曲がることを
意味する。先端が曲がる、すなわち、屈曲するのに応じて、先端ヘッドが動く。

先端ヘッドが長手方向にのみ振動する場合、問題が生じる可能性がある。これは、この
タイプの先端ヘッドの運動が頻繁に先端シャフトに沿った組織内にキャビテーションを誘
発するためである。これは、先端が、除去されるべきではない軟組織に極めて近い硬組織
、すなわち骨を除去するために使用されるときに、問題となる可能性がある。除去される
べきでない軟組織のタイプは、血管と、神経系の一部である組織との両方を含む。キャビ
テーションの結果、この軟組織の望ましくない除去が生じる可能性があるため、このよう
な問題が生じる。

現時点で、この望ましくないキャビテーションを低減する先端部が入手可能である。こ
れらの先端部は、２つのモードで振動するように設計される。先端部は長手方向に振動す
る。また、先端部は、先端シャフトの長手方向軸の周りでねじれるようにも振動する。そ
のような先端部の一つが、本願出願人であるStryker Corporation（ミシガン州カラマズ
ー所在）から市販されるＬｏｎｇＭｉｃｒｏＣｌａｗｔｉｐである。この先端部の
構造は、米国特許第６，９５５，６８０号「COUPLING VIBRATION ULTRASONIC HAND PIECE
」において開示されており、その内容は引用することにより明確に本明細書の一部となす
ものとする。

異なるモードにおいて振動することができる先端に駆動信号が印加されると、先端ヘッ
ドは、振動変位の和である運動を受ける。駆動されると、長手方向及びねじれ方向に同時
に振動することができる先端のヘッドは、長手方向及び回転方向に同時に振動する。図１
に、先端ヘッド部のある点におけるこの運動を示す。これらの同時振動の結果、先端ヘッ
ド部上のある点は、らせんの一部にそって往復運動する。したがって、この運動は、ヘッ
ドの長手軸の近位側及び遠位側に沿っており、かつ長手軸の周りで回転する。

先端をこのように振動させる利点は、先端シャフトが長手方向に振動する範囲が小さく
なるということである。この結果、シャフトに隣接する組織の望ましくない除去も同様に
低減される。

上記の超音波式ツールシステムは有用であるが、不都合がないわけではない。１つの不
都合は、このシステムが機能するには、２つの振動モードが同じ周波数で生じなければな
らないということである。これにより、先端部をこのモードで振動するように特別に設計
することが必要となる。これにより、先端部のサイズ及び形状が制限される。これは、あ
る特定の組織除去手技を行うために、部位に当てることができる先端部を提供することを
難しくする可能性がある。さらに、この要件に合わせて先端部を設計しなければならない
場合、先端部を製造するのに比較的費用がかかる可能性がある。

さらに、先端ヘッドがこのタイプの運動を受けるとき、先端ヘッドの個々の歯が、螺旋
の一部において往復運動する。この運動は、長さが通常３００ミクロン未満の軌道にわた
る。実際には、単一の歯の運動は、先端シャフトの長手方向軸に対して斜めの線に沿って
いる。個々の歯が骨に切り込むとき、歯はこの軸に対して斜めの溝を形成する。溝内で歯
が往復運動すると、先端部は、溝の方向以外の方向へのヘッドの運動を妨げる抵抗を受け
る。各歯が各溝内を動くため、この抵抗はかなり大きなものになる可能性がある。これは
、施術者が、先端部を所望の方向に導く、すなわち、位置決めする能力を妨げる。

さらに、任意の切除作業の結果、切除された物質は、切除を行っているツールの付近に
デブリ（debris）を形成する。これは、組織を除去するために超音波式手術用ツールが使
用される状況に当てはまる。超音波式手術用ツールの歯が線形の移動経路において往復運
動すると、歯の間にデブリが蓄積する傾向がある。このようなデブリの蓄積は、歯が組織
を掘り進み、除去する能力に悪影響を及ぼす。

本発明は、新規で有用な超音波式手術用ツールシステムに関する。本発明のシステムは
、振動時に複数のモードで振動する先端部を備えている。本発明のシステムは、振動時に
、先端ヘッドを非線形な進行経路に沿って動かす駆動信号を先端部に印加する駆動システ
ムを更に有している。

本発明のシステムは通常、重畳的駆動信号を提供することのできる駆動システムを有す
る。この重畳的駆動信号は、複数の異なる成分の和である。通常、駆動信号は、先端部の
振動モードごとに１つの成分を有する。本発明の多くのバージョンにおいて、各成分は周
波数特性を有する。この周波数特性は、先端部の特定の振動モードの目標周波数にあるか
、又はその付近にある周波数である。ここで、振動モードは、長手方向、ねじれ方向又は
伸縮方向の単一の平面における先端部の振動とすることができる。通常、異なる振動モー
ドの周波数特性は互いに異なる。あるいは、振動モードは、２以上の平面において同時に
生じる振動とすることができる。ここで、目標周波数は、先端部が振動することになる具
体的な周波数範囲についての周波数範囲内にある、先端部の共振周波数及び反共振周波数
を含んだ先端部の共振周波数と反共振周波数との間のいずれかの周波数である。

本発明の更なる特徴は、駆動信号の各成分の特性すなわち周波数及び電圧を変えること
である。超音波式ツールの使用中に、先端ヘッドが抵抗、すなわち、機械的負荷を受ける
ため、これらの特性が変化する。この負荷により、ハンドピースの機械的要素の等価イン
ピーダンスが変化する。ハンドピースにおけるこの特性の変化は、駆動信号の印加に応じ
て、先端ヘッドがどのように動くかすなわち振動するかを変更する。先端ヘッドが、施術
者によって望まれる運動に関わることを確実にするために、本発明のシステムは駆動信号
を調整する。この駆動信号の調整は、駆動信号の成分の特性を調整することによって実行
される。

本発明は特許請求の範囲において詳細に示される。本発明の上記の特徴及び利点並びに
他の特徴及び利点は、添付の図面とともに取り上げられる以下の詳細な説明から更に理解
される。

従来技術のシステムを使用して作動する先端ヘッドの振動運動を示す図である。本発明の機構を備える超音波式ツールシステムの基本的要素を示す図である。ツールの機械的要素、すなわち、システムのハンドピース、先端及びスリーブの概略的な組立分解図である。ハンドピース及び先端部の電気的要素を示し、これらの要素が制御コンソールにいかに接続されるかを示すブロック図である。ハンドピース内部のメモリ内に記憶されるデータのタイプを表す図である。ツール先端と一体化されるメモリに記憶されるデータのタイプを示す図である。本発明のシステムの制御コンソール及びハンドピース構成要素の電気的要素のブロック図である。本発明のシステムによる、ハンドピースに印加される駆動信号の波形を示す図である。図９Ａは、ハンドピースを流れる電流を表す図である。図９Ｂは、ハンドピースの異なる要素のインピーダンスを表す図である。図１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄとともに、本発明のシステムの動作を示すフローチャートである。図１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄとともに、本発明のシステムの動作を示すフローチャートである。図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄとともに、本発明のシステムの動作を示すフローチャートである。図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃとともに、本発明のシステムの動作を示すフローチャートである。本発明による、先端が作動するときの超音波先端部のヘッド上の単一の点の運動を表す図である。

［Ｉ．システムの概説及びハードウェア］
図２及び図３を参照して、本発明の機構を備えた超音波式ツールシステム３０を包括的
に説明する。システム３０はハンドピース３２を備えている。先端部１４２は、ハンドピ
ース３２に取り付けられており、ハンドピース３２から遠位に向かって前方に延びている
（「遠位（distal）」は、ハンドピースが当てられる部位に向かって、施術者から離れて
いることを意味すると理解されたい。「近位（proximal）」は、ハンドピースを持つ施術
者側、すなわちハンドピースが当てられる部位から離れていることを意味するものと理解
されたい）。先端部１４２は、所望の医療的・外科的手技を行うために組織に当てられる
システム３０内の要素である。また、システム３０は、制御コンソール２４０を備えてい
る。制御コンソール２４０は、ハンドピース３２に印加される駆動信号を供給する。駆動
信号の印加に応じて、ハンドピース３２は先端部１４２を振動させる。

ハンドピース３２は、図２にのみ示される本体又はシェル３４を含む。図３及び図４か
ら、シェル３４内に１以上の振動圧電ドライバ３６（４つが示される）が配置されている
のを見ることができる。各ドライバ３６は、ドライバに電流が印加されると、瞬時の膨張
又は収縮を受ける材料から形成されている。これらの膨張・収縮は、ドライバ３６の長手
方向の軸上で生じる。この軸はドライバの近位側の面と遠位側の面との間で延びている。
一対のリード３８が各ドライバ３６から離れるように延びている。リード３８は、ドライ
バの対向する近位側の面及び遠位側の面に取り付けられている。全てではないが、多くの
ハンドピース３２は、ディスク形のドライバ３６を含む。ドライバ３６は、端部同士を接
続して１つのスタックとして配置される。リード３８は、駆動信号がそれを介してドライ
バ３６に印加されるシステム３０の要素である。１つが示される絶縁ディスク４０が、隣
接するドライバ間に配置されている。図２において、ドライバ３６及び絶縁ディスク４０
は互いに離間したものとして示される。これは、要素を例示するのを容易にするためであ
る。実際には、ドライバ３６及び絶縁ディスク４０は隙間なく接している。

ポスト４４は、ドライバ３６、リード３８及び絶縁ディスクを貫通して長手方向に延び
ている。ポスト４４は、ドライバ３６、リード３８及び絶縁ディスク４０を貫通し、これ
らの要素の同一直線をなす長手方向の軸に沿って延びている。ドライバ３６、リード３８
及び絶縁ディスクの内部にある貫通孔は見えないが、その貫通孔を通ってポスト４４が延
びている。ポスト４４は、最も近位側に位置するドライバ３６及び最も遠位側に位置する
ドライバの両方から外側に突出している。

近位端マス（proximal end mass）４６が、最も近位に位置するドライバ３６の近位側
の面に隣接して位置し、接している。マス４６は、ポスト４４の近位端部分に取り付けら
れる。ポスト４４がねじ切りされる場合には、マス３６はナットとすることができる。

図３にのみ示されるホーン（horn）４８は、最も遠位側に位置するドライバ３６の遠位
側の面から前方に延びている。ホーン４８は、ドライバ３６の直径にほぼ等しい直径を有
する基部を有する。ドライバ３６から遠位に向かって前方に向かうにつれて、ホーン４８
の径は減少する。ポスト４４の露出した遠位端面はホーン４８に固着される。本発明の多
くのバージョンにおいて、ポスト４４及びホーン４８は一体成形ユニットである。ハンド
ピース３２は、ドライバ３６及び絶縁ディスクのスタックが近位端マス３６とホーン４８
との間で圧縮されるように構成されている。

ハンドピースシェル３４内には、ハンドピースメモリ５６も配置されている。メモリ５
６は、ハンドピース３２及び先端部１４２の動作を制御するために使用されるデータを含
む。メモリ５６は、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はＲＦＩＤタグの形をとることができる
。メモリの構造は本発明の一部ではない。例示のために、ハンドピースメモリ５６はＲＦ
ＩＤタグである。メモリ５６に接続されるコイル５４が示される。コイル５４は、制御コ
ンソール２４０がそれを介してハンドピースメモリ５６に対して読出し及び書込みを行う
、ハンドピースに関連付けられる要素である。

図５は、ハンドピースメモリ５６に記憶されるデータのタイプを示す。これらのデータ
は、フィールド６２によって表されるように、ハンドピース３２を識別するデータを含む
。これらのデータは、コンソール２４０がハンドピースに駆動信号を印加できることを検
証するのに有用である。フィールド６２内のデータは、コンソールディスプレイ２７８上
に提示されるハンドピースに関する情報のタイプを示すこともできる。ハンドピースメモ
リ５６内の他のデータは、ドライバ３６への駆動信号の供給を制御するために使用される
。これらのデータの使用は後述するが、ここでは、データのタイプを説明する。フィール
ド６４は、キャパシタンスＣ_Ｏ、すなわち、ドライバ３６のスタックのキャパシタンスを
示すデータを含む。ドライバキャパシタンスは、ハンドピース３４の組立工程中に解析す
ることによって求めることができる。多くの場合、ドライバのキャパシタンスの和は５０
０ｐＦ〜５０００ｐＦである。フィールド６６には、ハンドピース３６に印加されるべき
最大電流に関するデータである電流

が含まれる。電流

は多くの場合、１Ａｍｐピーク未満であり、更に、多くの場合、０．５Ａｍｐピーク以下
である。フィールド６８は、後述するハンドピースの機械的要素を流れる最大等価電流、
すなわち

を示すデータを含む。電流

は通常、０．２５Ａｍｐピーク以下である。フィールド７０に、駆動信号の最大電位、す
なわち電圧

が記憶される。電圧

は多くの場合に、１５００ボルトＡＣピークである。

また、ハンドピースメモリ５６には、ハンドピース３２に印加されるべき駆動信号の最
小周波数及び最大周波数を示すデータも記憶される。フィールド７２に記憶される最小周
波数は通常、制御コンソールによって供給することができる駆動信号の最小周波数である
。フィールド７４に記憶される駆動信号の最大周波数は通常、最小周波数より５ｋＨｚ〜
４０ｋＨｚＨｚ高い。

フィールド７６は、コントローラ９６から出力される制御信号をフィルタリングするた
めの係数を含む。これらの信号のそれぞれの最終レベルを定めるために、ＰＩＤ制御ルー
プが使用される。フィールド７６は、これらの制御ループごとの係数を含む。フィールド
６２、６６、６８、７０、７２、７４及び７６内のデータは、フィールド６４内のデータ
と同様に、ハンドピースの組立工程の一部として、ハンドピースメモリ５６に記憶される
ことを理解されたい。

また、ハンドピースメモリ５６は、使用履歴フィールドとしてフィールド７８も含む。
制御コンソール２４０は、ハンドピース３２の使用中に、ハンドピースの動作のログを与
えるために、フィールド１２８にデータを書き込む。

図４に戻ると、ハンドピース３２の内部に、２つの導体１３２も示されるのを見ること
ができる。導体１３２は、コイル５４からハンドピースの遠位端まで延びている。導体１
３２は、同じくハンドピース３２内に配置される第２のコイルであるコイル１３４に接続
される。

先端部１４２は、ハンドピースのホーン４８から前方に延びている。先端部１４２は、
全体として円筒形のシャフト１４４を有する。本発明のすべてではないが、幾つかのバー
ジョンでは、シャフト１４４は、それぞれが異なる断面径を有する複数の部分を有する。
本発明の例示されるバージョンでは、先端部のシャフト１４４は、近位部分１４６を有す
る。シャフト近位部分１４６には、先端部とハンドピース３２とを取外し可能に結合する
のを容易にするように設計された結合機構が形成される。本発明の１つのバージョンでは
、ハンドピース結合機構は、ホーン４８から前方に延びているボス（boss）４９である。
ボス４９の外面には、ねじ切り（図示せず）が形成される。先端結合機構は、シャフト近
位部分１４５を部分的に貫通してシャフト１４４の近位端から内側に延びている閉端穴１
４５である。穴１４５には、ハンドピースホーン４８と一体化されるねじ切りされたボス
と係合するように設計されたねじ切り（図示せず）が設けられる。

本発明の図示されるバージョンでは、シャフト１４４は、シャフト近位部分１４６から
前方に延びた中央部分１５０を有する。中央部分１５０は、近位部分１４６の直径より小
さい直径を有する。図示されるシャフト１４４は遠位部分１５６を有する。シャフト遠位
部分１５６は、中央部分１５０の直径より小さい直径を有する。

ヘッド１５８は、先端部１４２の最も遠位の部分である。ヘッド１５８は、シャフト近
位部分１５６に隣接して前方に位置する。ヘッド１５８には場合によって、歯又は溝（fl
ute）（図示せず）が形成される。先端ヘッド１５８は、所望の手技を実行するために組
織に対して押し付けられるシステム３０の部分である。歯又は溝は、ヘッド１５８が動く
と、これらの歯又は溝が組織を押圧するように設計される。ヘッドが動いた結果として、
歯又は溝が組織を除去する。先端の歯又は溝の幾何学的形状は、本発明の一部ではない。

ハンドピース３２は全体として、ドライバが往復運動すると、先端部１４２に同様の振
動運動を誘発するように設計される。先端の長手方向の軸に沿って、より詳細には、シャ
フトに沿って前後に運動するという点で、これらの往復運動は長手方向の振動である。本
発明の先端部には、シャフトの近位端に加えられる近位から遠位への振動を、少なくとも
２つの異なるタイプの振動に変える機構が更に設けられる。図示される先端部１４２にお
いて、これらの機構は、シャフト中央部分１５０の外面から内側に延びるらせん状溝１５
２である。溝１５２の存在により、シャフト近位部分に加えられる長手方向運動の一部が
、溝の前方にある先端の部分を、長手方向に振動させるのに加えて、回転方向に振動させ
る運動となる。回転振動は、シャフト１４４の長手方向軸の周りに延びる円弧内でシャフ
ト及び先端部が振動することを意味すると理解されたい。

本発明のシステム３０に組み込まれる先端部１４２は、複数の振動モードの共振周波数
が異なるものとなるように更に設計される。多くの場合、これらの共振周波数は、互いに
２００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間隔がある。

スリーブ１７０は、先端シャフト１４４の周囲に配置される。スリーブ１７０はプラス
チックから形成される。スリーブの近位端には、スリーブをハンドピースホーン４８の遠
位端に着脱可能に連結するのを容易にする機構が形成される。システム３０を形成する要
素は、スリーブが、先端シャフト１４４から径方向に離間し、かつ先端ヘッド１６０から
長手方向に離間するように形成される。より具体的には、この要素は、先端部の通常の振
動中に、先端がスリーブと接しないように寸法合わせされる。

本発明の一部ではないが、スリーブ１７０には多くの場合に接続部品（fitting）１７
２が形成されることを見て取ることができる。接続部品１７２は、灌注ラインを受けるよ
うに形成される。システム３０の使用中に、多くの場合に、灌注流体がスリーブ１７０に
流し込まれる。流体は、先端部１４２とスリーブ１７０との間の間隙に行きわたるように
流れ、スリーブの開口した遠位端から流れ出る。ハンドピースポスト４４及び先端１４２
には、連続した穴が形成される（穴は図示されない）。手技中に、これらの穴を通して吸
引が行われる。吸引により、先端ヘッド１５８が当てられた部位から、灌注流体と、手技
によって形成され、流体に混じるデブリとが吸い出される。また、吸引により、先端ヘッ
ド１５８に向かって組織が吸い出される。先端ヘッド１５８に向かって組織をこうして吸
い出すことにより、先端ヘッドによる組織の切除を促進する。

スリーブ内に配置されるのは、図３において破線の長方形として示される先端部メモリ
１８４である。メモリ１８４は、このメモリがスリーブ１７０内に配置されてはいるが、
メモリが先端部１４２の動作を制御するために使用されるため、先端部メモリと呼ばれる
。さらに、先端部１４２及びスリーブ１７０は通常、単一のパッケージとして一緒に流通
する。先端部１４２は通常、ハンドピース３２に最初に結合される。先端部１４２が所定
の位置に配置された後に、スリーブ１７０がハンドピースに嵌め込まれる。先端部メモリ
１８４は通常、ハンドピースメモリ５６と同じタイプのメモリである。したがって、本発
明の図示されるバージョンでは、先端部メモリ１８４はＲＦＩＤタグである。スリーブ１
７０に埋め込まれた、図４にのみ示されるコイル１８２は、先端部メモリ１７２の入力ピ
ンに接続される。システム３０を形成する要素は、スリーブ１７０がハンドピース３２に
嵌め込まれるときに、ハンドピースコイル１３４及びコイル１８２が誘導性の信号交換に
関わることができるように構成される。

図６は、先端部メモリ１８４内に含まれるデータのタイプを示す。フィールド１８８に
よって表されるように、これらのデータは、先端部識別情報フィールドを含む。フィール
ド１８８内のデータは、先端部を識別し、ハンドピースメモリのハンドピース識別情報フ
ィールド１１２内のハンドピースを識別するデータに類似である。フィールド１９０には
、ハンドピースの機械的要素を流れる最大等価電流、

を示すデータが記憶される。この概念は後で説明する。フィールド１９１は、駆動信号の
第１の成分のための最大電位

を示すデータを記憶する。フィールド１９２には、駆動信号の成分のうちの第１の成分に
おいて機械的要素を流れるべき最大等価電流

を示すデータが記憶される。フィールド１９３は、駆動信号の第２の成分のための最大電
位

を示すデータを記憶する。フィールド１９４は、駆動信号の成分のうちの第２の成分にお
いて機械的要素を流れるべき最大等価電流

を示すデータを記憶する。フィールド１９６は、駆動信号の第１の成分の最小周波数を規
定するデータを含む。フィールド１９８は、駆動信号の第１の成分の最大周波数を規定す
るデータを含む。フィールド２０２は、駆動信号の第１の成分のための第１の目標周波数
ω_{ＴＲＧＴ１}を規定するデータを含む。フィールド２０４は、駆動信号の第１の成分のた
めの目標周波数に関連付けて使用される仮想インピーダンス係数ｍ_１を含む。

フィールド２０６は、駆動信号の第２の成分の最小周波数を規定するデータを含む。フ
ィールド２０８は、駆動信号の第２の成分の最大周波数を規定するデータを含む。フィー
ルド２１０は、駆動信号の第２の成分のための目標周波数ω_{ＴＲＧＴ２}を規定するデータ
を含む。フィールド２１２は、駆動信号の第２の成分のための目標周波数に関連付けて使
用される仮想インピーダンス係数ｍ_２を含む。

ＰＩＤ係数フィールド２１６は、先端部のための、ハンドピースメモリのＰＩＤ係数フ
ィールド７６内のデータより詳細な場合がある制御信号のためのフィルタリング係数を含
む。また、先端部メモリ１８４は、先端部使用履歴フィールド２１８も含む。システム３
０の動作中に、制御コンソール２４０は、先端部１４２の使用に関するフィールド２１８
にデータを書き込む。

次に、図２、図４及び図７に関して説明される制御コンソール２４０は、ハンドピース
３２に駆動信号を供給し、その結果、先端部１４２が振動する。これらの要素は、電源２
４２を含む。電源２４２は、通常ＤＣ１Ｖ〜ＤＣ２５０Ｖの定電圧信号を出力する。本発
明の多くのバージョンにおいて、電源２４２から出力される電圧の最大電位はＤＣ１５０
Ｖ以下である。電源２４２によって生成される電圧は、可変利得増幅器２４４に印加され
る。制御信号、具体的には、ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ（Ｗ＿Ｓ）信号が増幅器２４４に
印加される。ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号は、増幅器によって生成される信号の利得を
定める。本発明の多くのバージョンにおいて、増幅器２４４は、ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥ
Ｔ信号に応じて、ＡＣ信号を出力することができる可変利得Ａ級増幅器である。より詳細
には、増幅器２４４は、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数を有する信号を出力すること
ができる。多くの場合に、信号は、２０ｋＨｚの最小周波数を有する。

増幅器２４４からの出力信号は、同じく制御コンソール２４０の一部である、変圧器２
４８の一次巻線２５４に印加される。変圧器２４８の二次巻線２５８の両端に存在する電
圧が、ハンドピースドライバ３６に印加される駆動信号である。この電圧は通常、最大で
１５００ボルトＡＣピークである。駆動信号は、ドライバ３６の両端に並列に印加される
。

変圧器２４８は、再生コイル（tickler coil）２５６を含む。再生コイル２５６の両端
に存在する電圧は、電圧測定回路２６２に印加される。再生コイル２５６の両端の信号に
基づいて、回路２６２は、電圧Ｖ_Ｓ、すなわち、ハンドピース３２に印加される駆動信号
の電圧の電位及び位相を表す信号を生成する。同じく制御コンソール７２内に配置される
コイル２６４は、変圧器の二次巻線２５８から延びている導体のうちの１つに極めて近接
して位置する。コイル２６４の両端の信号は、電流測定回路２６６に印加される。回路２
６６は、電流ｉ_Ｓ、すなわち、ハンドピースを流れる駆動信号の電流の大きさ及び位相を
表す信号を生成する。

変圧器の二次巻線２５８の両端に存在する駆動信号は、制御コンソールと一体化される
ソケット（ソケットは図示せず）に取り付けられる２つの導電性コンタクト２６６におい
て存在する。

駆動信号は、図１においてのみ見られるケーブル２３０によってハンドピースドライバ
に印加される。システム３０の多くの構成において、ハンドピース３０及びケーブル２３
０は単一のユニットである。ケーブル２３０は、コンタクト２６６が位置する制御コンソ
ールソケットに接続される。

ハンドピース３２及びケーブル２３０が単一のユニットである本発明のバージョンでは
、ハンドピースコイル５４は、ケーブルと一体化されるプラグ内に配置される。コンソー
ルソケット内に相補コイル２６８が配置される。システムを形成する要素は、ケーブル２
３０と一体化されるプラグがハンドピースソケットに差し込まれると、コイル５４及び２
６８が誘導作用によって信号を交換できるように構成される。

駆動信号電圧Ｖ_Ｓ及び電流ｉ_Ｓを表す信号は、ハンドピースドライバ３６に供給され、
同じく制御コンソール２４０内部にあるプロセッサ２７６に印加される。また、制御コン
ソール２４０は、メモリリーダ２７２も備えている。メモリリーダ２７２は、一端がコン
ソールコイル２６８に接続され、他端がプロセッサ２７６に接続される。メモリリーダ２
７２は、コイル２６８の両端に存在する信号を、プロセッサ２７２が読み出すことができ
るデータ信号に変換する。また、メモリリーダ２７２は、プロセッサ２７２から出力され
る信号に応じて、コイル２６８にかかる信号を出力し、その信号によって、コイルは信号
を出力し、結果としてハンドピースメモリ５６及び先端部メモリ１８４にデータが書き込
まれることになる。メモリリーダ２６８の構造は、ハンドピースメモリ１０２を補完する
ものである。したがって、メモリリーダは、ＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ内のデータを読
み出すことができるアセンブリ（手段、機能部、部品、装置）（assembly）とすることが
できるか、又はＲＦＩＤに呼び掛け、そこからデータを読み出すことができるアセンブリ
とすることができる。

プロセッサ２７２は、増幅器２４４に印加されるＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号を生成
する。このようにして、プロセッサ２７６は、制御コンソール２４０から出力され、ハン
ドピース３２に印加される駆動信号の特性を設定する。プロセッサ２７６によって設定さ
れる駆動信号の特性は、駆動信号の電圧及び周波数である。プロセッサ２７６は、これら
の特性を、ハンドピース３２の特性及び先端部１３４の特性に応じて決定する。また、プ
ロセッサ９６は、電圧Ｖ_Ｓ及び電流ｉ_Ｓの取り込まれた測定値に応じて駆動信号を決定す
る。

ディスプレイ２７８は、制御コンソール２４０に組み込まれている。ディスプレイ２７
８上の画像は、プロセッサ２７６によって生成されるように示される。ディスプレイ２７
８上に表示される情報は、ハンドピース３２及び先端部を識別する情報、並びにシステム
の動作状態の特性を記述する情報を含む。ディスプレイ２７８は多くの場合、タッチスク
リーンディスプレイである。プロセッサ２７２によって、ディスプレイ上にボタンの画像
が提示される。それらのボタンを押下することによって、施術者は、システム３０の具体
的な動作特性として自分が望むものを設定することができる。

ディスプレイ２７８上に提示されるボタンに加えて、通常、制御コンソールに関連付け
られる少なくとも１つのオン・オフスイッチが存在する。図２及び図７において、このオ
ン・オフスイッチは、フットスイッチ２８０によって表される。フットスイッチ２８０は
、そのスイッチが押下された程度に応じて変化する信号を生成するように構成される。そ
の信号はプロセッサ２８０に供給される。フットスイッチ２８０によって供給される信号
の状態に基づいて、プロセッサ２７６は、先端部が振動するか否かと、先端ヘッドの振動
の大きさとの両方を制御するために、駆動信号の生成を調整する。

［ＩＩ．動作の基本］
本発明のシステム３０は、制御コンソール２４０が、結果として先端ヘッド１５８が非
線形と見なすことができる動きの経路に沿って動くことになる駆動信号を出力するように
設計される。本発明の目的において、非線形の進行経路は、先端ヘッド１５８が前後に振
動するときに、ヘッドの単一の点の動きが空間内の点の異なる２つの組に沿っているよう
な進行経路である。先端ヘッドが、開始点に対して、単一の運動サイクルのアウトバウン
ド段階（outbound phase）に関与するとき、先端ヘッドは第１の点の組に沿って進行する
。先端ヘッドが開始点に戻るために同じサイクルのインバウンド段階（inbound phase）
に関与するとき、先端ヘッドは、第１の点の組とは異なる第２の点の組に沿って進行する
。さらに、先端ヘッドが第１の完全な振動サイクル中に進行する点の組は、次の振動サイ
クルにおいて先端ヘッドが進行する点の組とは異なる場合がある。振動サイクル中に、先
端ヘッドがそれに沿って進行する点の組は、単一の平面内に存在しない場合があることは
理解されたい。点の組は複数の平面内に存在する場合がある。別の言い方をすると、点の
組は、１以上の軸の周りで回転することができる。

図８は、先端ヘッド１５８の上記の運動を誘発するために、制御コンソール２４０がハ
ンドピースドライバ３６に出力する駆動信号の波形を示す。駆動信号は、ここで駆動信号
成分と呼ばれる２つのＡＣ信号の和である。各駆動信号成分は、独自の周波数及び独自の
電位を有する。通常、これらの異なる成分の周波数は異なる。また、多くの場合に、駆動
信号の異なる成分の電位は互いに異なる。

本発明の多くのバージョンの更なる特徴は、駆動信号の各成分が、先端部の特定の振動
モードの目標周波数又はその付近にある周波数であることである。システム３０は、振動
モードが、長手方向、ねじれ方向又は伸縮方向の単一の平面内の先端部の振動であるよう
に構成することができる。ここで、長手方向平面内の振動は、先端１４２の長手方向軸に
沿った往復運動であることは理解されたい。ねじれ方向平面における振動は、先端ヘッド
の長手方向軸に対して垂直な平面内の先端ヘッド１５８の回転往復運動であると理解され
たい。屈曲運動は、先端の長手方向軸が配置される平面内の先端ヘッドの往復運動である
。したがって、屈曲運動は、シャフト１４４の周りの先端の撓みである。この屈曲運動は
、シャフトの周りで３６０度の任意の方向において生じる場合がある。代替的には、先端
部４２の振動モードは、２つの平面内の先端部の同時往復運動である振動とすることがで
きる振動モードとすることができる。例えば、１つの振動モードは、動きが先端シャフト
の長手方向軸と交差する第１のラインに沿っているような、長手方向及びねじれ方向とす
ることができる。第２のモードは、１つのラインに沿っている第２の合成された長手方向
及びねじれ方向の運動とすることができる。これらの２つの振動モードの違いは、第２の
モードの振動が、第１のモードの振動のラインとは別のラインに沿っていることである。

本発明による振動モードのための「目標周波数」は、先端部１４２が振動する周波数範
囲内の周波数である。目標周波数は通常、振動モードのための共振周波数、振動モードの
ための反共振周波数、又は共振周波数と反共振周波数との間の周波数のうちの１つである
。先端部の振動モードの共振周波数は互いに異なるので、振動モードの目標周波数も同様
に、異なるものと理解されたい。

本発明の多くのバージョンでは、駆動信号の各成分の電位は、ハンドピース３２及び先
端部１４２の機械的要素として知られているものを通して目標等価電流を流すのを助長す
るように設計された電位である。これらの要素は、ドライバ３６と、ポスト４４と、近位
端マス４６と、ホーン４８と、先端部１５２とを含む。スリーブ１７０は通常、等価電流
が流れる要素とは見なされない。これは、スリーブ１７０が振動するとき、スリーブの振
動は他の要素の振動に起因するためである。更なる説明を簡単にするために、このことを
、単に、ハンドピースの機械的要素を流れる等価電流と呼ぶことにする。この言い回しは
、シェル１７０がハンドピース３２の機械的要素と見なすことができる場合であっても使
用されることになる。

図９Ａは、駆動信号電流ｉ_Ｓが２つの成分にどのように分けられるかを表す概略図であ
る。第１の成分は電流ｉ_Ｏであり、すなわち、ハンドピースドライバ３６を流れる電流で
ある。第２の成分は電流ｉ_Ｍであり、すなわち、ハンドピースの機械的要素を流れる等価
電流である。オームの法則によれば、ドライバを流れる電流及びハンドピースの機械的要
素を流れる等価電流は、駆動信号電圧Ｖ_Ｓ及びこれらの要素のインピーダンスの関数であ
る。図９Ａにおいて、Ｚ_Ｏは、ハンドピースドライバ３６のインピーダンスである。イン
ピーダンスＺ_Ｍは、ハンドピースの機械的要素の等価リアクタンスである。

ドライバ３６のインピーダンスは、主にその容量性リアクタンスに起因する。したがっ
て、図９Ｂの概略図において、ドライバインピーダンスＺ_Ｏは、単にドライバキャパシタ
ンスＣ_Ｏの関数であると表される。本発明のシステム３０の目的において、ドライバキャ
パシタンスＣ_Ｏは概ね一定である。ハンドピースの機械的要素の等価インピーダンスは、
抵抗成分、誘導性リアクタンス成分及び抵抗成分を有する。したがって、図９Ｂにおいて
、機械的等価インピーダンスＺ_Ｍは、抵抗Ｒ_Ｍ、キャパシタンスＣ_Ｍ及びインダクタンス
Ｌ_Ｍの関数として表される。図９Ｂにおいて、機械的等価抵抗Ｒ_Ｍ、等価キャパシタンス
Ｃ_Ｍ及び等価インダクタンスＬ_Ｍは可変として示される。これは、ハンドピースのこれら
の特性が、先端部が組織に当てられると先端部１４２が晒される機械的抵抗に応じて変化
するためである。

任意の一時点において、ハンドピースの機械的要素を流れる等価電流は、以下の式に基
づいて求められる。

ただし、ωは駆動信号の角周波数（radial frequency）である。式（１）がいかに導出さ
れるかに関する詳細な説明は、２１０３年８月７日に出願の本出願人の米国仮特許出願第
６１／８６３，１５２号「SYSTEM AND METHOD FOR DRIVING AN ULTRASONIC HANDPIECE AS
A FUNCTION OF THE MECHANICAL IMPEDANCE OF THE HANDPIECE」において見いだすことが
でき、その内容は、国際公開第２０１５／０２１２１６号、米国特許出願公開第＿＿＿＿
＿号として公開されている、本出願人の同じく引用することにより本明細書の一部をなす
ものとするＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５００３４号において公開されている
。上掲された特許出願はいずれも、引用することにより明確に本明細書の一部をなすもの
とする。上述したように、本発明のシステム３０によって供給される駆動信号は、複数の
成分を有する。それゆえ、駆動信号の個々の成分についてハンドピースの機械的要素を流
れる等価電流は、以下の式に基づく。

「−Ｘ」及び「Ｘ」は、等価電流が計算される駆動信号の特定の成分を識別するものであ
る。

既に述べたように、本発明のシステム３０は、駆動信号の各成分が、ハンドピースの機
械的要素の目標周波数にできる限り近接して追従する周波数にあるように、駆動信号を制
御するように更に構成される。

一般に、駆動信号の周波数と目標周波数との関係は、ハンドピースドライバ３６を流れ
る電流と、ハンドピースの機械的要素を流れる等価電流との比の実数成分を最初に求める
ことによって求めることができる。この比は、以下の式によって表される。

引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国仮特許出願第６１／８６３，１
５２号は、上記の比が、駆動信号の周波数と、ハンドピースの機械的要素の目標周波数と
の関係を与える理由に関する詳細な説明を提供する。

本発明によるハンドピースドライバに印加される駆動信号は複数の成分から構成される
ため、単一の成分の場合の比は、以下の通りである。

この比が、一定の目標比（target ratio, ＴＲ）と比較される。目標比は通常、０及び
１を含む、０〜１の数である。駆動信号の成分が振動モードの共振周波数にあることが目
的である場合には、目標比は０である。駆動信号の成分が振動モードの反共振周波数にあ
ることが目的である場合には、目標比は１である。駆動信号の成分の目標周波数が振動モ
ードの共振周波数と反共振周波数との間の周波数にある本発明の実施態様では、駆動周波
数は、０と１の間の分数である。

式（２Ａ）の比を目標比と比較するときに、それだけでは、駆動信号成分の周波数と所
望の目標周波数との関係の良好な度合いを与えない状況が存在する場合がある。これは、
組織に対する先端ヘッド１５８の配置の結果として生じる可能性がある。より具体的には
、幾つかの先端ヘッドの固有の特徴は、先端ヘッドが組織に当たるように配置され、負荷
をかけられるときに、目標周波数を含む周波数範囲にわたってハンドピースの機械的要素
の等価リアクタンスに大きな変動があることである。さらに、ときには、施術者が、ハン
ドピース３２を作動させる前に、組織に当たるように先端ヘッド１５８を位置決めしたい
場合がある。これが生じるとき、ハンドピースの機械的要素の等価インピーダンスの抵抗
成分は、このインピーダンスのこの成分の容量性リアクタンス及び誘導性リアクタンスの
両方より、かなり大きい場合がある。これらの状況のいずれにおいても、式（２Ａ）の比
が目標比により近いものとなるように駆動信号成分の周波数を変更する後述のステップは
、目標周波数に近い周波数にある成分を有する駆動信号を供給することにはつながらない
場合がある。

したがって、駆動信号の成分が、その成分が関連付けられる振動モードのための目標周
波数に近い周波数にあるか否かを判断するために、式（２Ａ）の以下の変更バージョンが
使用される。

式（２Ｂ）において、プラスの符号の右側にある部分は、駆動信号の成分の実際の周波数
ω_Ｘと、ω_{ＴＲＧＴ−Ｘ}、すなわち、駆動信号の成分のための所望の目標周波数との差に
応じて、基本となる比を変更する。指数Ａは、その変更が２つの周波数間の二次以上の差
に基づく場合があるために存在する。係数ｍ_Ｘは、実際の周波数と目標周波数との差に応
じて比の変更を定義するための勾配を定義する係数である。

［ＩＩＩ．実際の動作］
本発明のシステム３０の動作は、先端部１４２をハンドピース３２に連結することから
開始する。スリーブ１７０が先端にわたって嵌められ、ハンドピース３２にも取り付けら
れる。ケーブル２３０が制御コンソール２４０に取り付けられる。その時点で、コンソー
ル２４０は、オンに切り替えられる準備ができている。上記のサブステップが、システム
の初期の組立及び起動、すなわち、図１０Ａのステップ３０２を構成する。制御コンソー
ル２４０が最初にオンに切り替えられると、プロセッサ２７６は、ステップ３０４におい
て、ハンドピースメモリ５６及び先端部メモリ１８４に記憶されたデータを読み出す。プ
ロセッサ２７６は、メモリリーダ２７２への適切なコマンドをアサートすることによって
これらのデータを受信する。

読み出されたデータに基づいて、ステップ３０６において、プロセッサは、システムの
初期設定を完了する。ステップ３０６は、システム３０が使用するのに適切に構成されて
いるか否かを判断するために、幾つかの評価を実行することを含む。これらの評価は、ハ
ンドピースが、制御コンソール２４０が駆動信号を供給することができるハンドピースで
あるか否かを判断することと、先端部１４２が、ハンドピースによって作動させるのに適
した先端部であるか否かを判断することとを含む。これらの評価は、ハンドピース識別情
報フィールド６２及び先端部識別情報フィールド１８８のデータに基づくことができる。
また、プロセッサ２７６は、ハンドピース使用履歴フィールド７８及び先端使用履歴フィ
ールド２１８から読み出されたデータに基づいて、ハンドピース３２及び先端部１４２が
、使用する状態にあるか否かを評価する。使用するのに適していない場合があることを示
すデータの一例は、特定の要素、すなわち、ハンドピース又は先端部が、その要素のため
の設計製品寿命を超える回数又は総時間にわたって使用されてきたことを示すデータであ
る。

要素がシステムとして使用するのに適切に組み立てられたとみなすと、プロセッサ２７
６は、ディスプレイ２７８上に、この達成に関する情報を提示する。また、プロセッサ２
７６は、先端ヘッド１５８の振動が施術者によって望まれる動きであるのを確実にするた
めに、システムがいかに構成されるべきであるかを示す情報を入力するよう施術者に促す
。上記は全てステップ３０６の一部である。施術者の初期設定コマンドの受信もステップ
３０６の一部である。

ハンドピースメモリ５６及び先端メモリ１８４のデータと、施術者によって入力された
コマンドとに基づいて、プロセッサ２７６は、ステップ３０８において、駆動信号の成分
ごとにハンドピースの機械的要素を流れる、選択された最大等価電流ｉ^{ＳＥＬＥＣＴＭＡ}
^Ｘ−Ｘを定める。システムの本動作例は、図３の先端部１４２に基づく。具体的には、こ
の先端部１４２は、駆動信号が２つの平面、すなわち長手方向及び屈曲方向における先端
ヘッド１５８の動きをもたらすように設計される。したがって、駆動信号は２つの成分か
らなる。すなわち、第１の成分は、長手方向平面の振動に関連付けられる目標周波数に基
づき、第２の成分は、ねじれ方向平面の振動に関連付けられる目標周波数に基づく。ステ
ップ３０８において、選択された最大等価電流は、以下の式を用いて、駆動信号の成分ご
とに定められる。

選択最大等価電流

は、先端部が動く経路に関する施術者の設定に基づくものであると理解されたい。係数Ｂ
_Ｘは、施術者の設定に基づいてプロセッサ２７６が生成する係数である。したがって、ス
テップ３０８の実行の第１の部分は、施術者の設定に基づいて、プロセッサ２７６が適切
な係数Ｂ_Ｘを生成する部分である。係数Ｂ_Ｘは、ルックアップテーブルへの参照に基づい
て生成することができる。あるいは、係数Ｂ_Ｘは、本発明の一部でないアルゴリズムに基
づく。これらのアルゴリズムは、施術者が設定した動きの経路に関する情報に基づいて、
係数Ｂ_Ｘを出力し、係数Ｂ_Ｘは、結果として、

等価電流を生成し、それにより、駆動信号を定めるときに、先端ヘッドを所望の進行経路
において動かす駆動信号がハンドピースに印加される。

本発明の説明されるバージョンでは、駆動信号は２つの成分を有する。したがって、ス
テップ３０８において、式（３）は２回実行される。その式が最初に実行されるとき、第
１の駆動信号成分のための最大等価電流、すなわち、最大電流フィールド１９２の等価電
流

が変数ｉ^{ＭＡＸ−Ｘ}として用いられる。式（３）が二度目に実行されるとき、フィールド
１９４の等価電流

が変数

として用いられる。選択最大等価電流が生成されると、システム３０は作動する準備が完
了する。

ステップ３１０は、プロセッサが、施術者がハンドピースを作動させたい、すなわち、
先端ヘッド１５８を振動させたいということを指示するために制御部を作動させたか否か
を判断するのを待っていることを示す。本発明の説明対象の実施形態では、プロセッサ２
７６は、フットスイッチ２８０によって出力される信号を監視することによって、ステッ
プ３１０を行う。施術者が先端部を作動させたいとき、施術者はフットスイッチ２８０を
押下する。先端ヘッドの振動の大きさは、施術者が、フットスイッチ２８０が押下される
程度をコントロールすることによって設定される。

プロセッサ２７６が、フットスイッチから、スイッチが押下されたことを示す信号を受
信すると、プロセッサはステップ３１２を行う。ステップ３１２において、プロセッサ２
７２は、駆動信号の各成分の目標等価電流である

及び

を定める。本発明の多くの態様において、各目標等価電流は、以下に示す一次式を用いて
計算される。

係数Ｄの範囲は、０．０〜１．０（０．０及び１．０を含む）である。例えば、先端ヘッ
ドが最大振幅の振動を受けることを施術者が望む場合、フットスイッチ２８０は通常、完
全に押下される。プロセッサ２７６は、フットスイッチ２８０がこの状態にあることを示
す信号の受信に応じて、係数Ｄを１に設定する。先端ヘッド１５８が最大振幅未満の振動
を有することを施術者が望む場合、施術者はフットスイッチ２８０を完全には押下しない
。プロセッサ２７６は、フットスイッチ２８０が部分的にのみ押下されたという信号を受
信すると、スイッチが押下された程度に応じて、係数Ｄを０〜１の値に設定する。

コンソール２４０が最初に図１０Ａ〜図１０Ｄの制御ループを実行する場合、すなわち
、ステップ３１０の評価結果が正であった後のループの最初の実行時に、プロセッサ２７
６はステップ３１４を実行する。ステップ３１４では、駆動信号の成分の初期特性が生成
される。各成分の周波数は、変数ＦＲＥＱ＿ＣＯＭＰ−Ｘと呼ばれる。各成分の電圧は、
変数ＶＯＬＴＡＧＥ＿ＣＯＭＰ−Ｘと呼ばれる。駆動信号の各成分は、初期周波数及び初
期電位を有する。ある成分の初期周波数は、先端メモリ１５８から読み出されるような、
当該成分の最小周波数である。第１の成分であれば、これは、メモリフィールド１９６内
に含まれる周波数である。第２の成分であれば、これは、メモリフィールド２０６内に含
まれる周波数である。初期電位は、駆動信号の当該成分の最大電位未満の電位である。本
発明の幾つかの態様では、初期電位は、駆動信号の当該成分のための最大電位

の０．０３〜０．０７倍である。駆動信号の第１成分の場合、先端メモリフィールド１９
１の電位が

として用いられる。駆動信号の第２成分の初期電位を計算する場合、先端メモリフィール
ド１９３の電位が

としての役割を果たす。

次に、駆動信号の各成分の特性に基づいて、制御コンソール２４０はステップ３１５に
おいて駆動信号を出力する。ステップ３１５の一部として、プロセッサ２７６は、駆動信
号の２つの成分の和を表す波形を生成する。この波形は、図８に示す波形の形状を有する
。プロセッサ２７６は、この波形を表すＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号を生成する。その
後、ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号は、利得制御信号が供給される増幅器２４４の入力部
に印加される。

増幅器２４４は、ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号の受信に応じて、ステップ３１５の一
部として、電源２４２からの信号を選択的に増幅・減衰させる。増幅器の出力信号は、変
圧器の一次巻線２５４に印加される。変圧器２４８は、ケーブル２３０を通して、ハンド
ピースドライバ３６に駆動信号を出力する。上記は全てステップ３１５の一部である。

ハンドピースドライバ３６に駆動信号が印加されたことに応じて、ドライバは周期的に
膨張及び収縮する。ドライバの膨張・収縮は、駆動信号の電位に比例する。膨張・収縮は
、駆動信号の振幅に比例するとともに、駆動信号の周波数にある。ハンドピースホーン４
８は、これらの膨張及び収縮を増幅し、近位部分１４６に伝える。これらの振動は、先端
部の長手方向の平面に沿っている。溝１５２は、このシャフトの動きの一部をねじれ方向
平面内の振動に変える。これらの振動の変化する電位と、先端部の構造とにより、先端ヘ
ッド１５８は振動するように仕向けられ、その動きは図１１に示すように非線形である。
図１１において、最も左にある等号の直ぐ右に、この動きを単一の楕円進行経路として示
す。

本発明において、駆動信号の各成分は同じ周波数を有しないため、２つの連続した振動
サイクルの進行経路は同一にはならない。この結果、先端ヘッドは、線形でないことに加
えて、経時的に向きが変わる振動を受ける。図１１の単一の楕円ループは実際には、閉じ
たループにはならない。図１１において、中央に位置する等号の右にある中央のプロット
は、先端ヘッドが複数の振動サイクルに関わった後の先端ヘッド上のある点の経路を示す
。図１１において、等号の右端にあるプロットは、先端ヘッドが更に多くの振動サイクル
に関わった後の先端ヘッドの点の経路を示す。これらのプロットは、ある期間にわたって
、先端ヘッド上の点、すなわち、歯における点が１つの面を張る（subtend）ことを示す
。図１１の表面は元々曲がって見えるが、その表面は１以上の軸の周りで曲がる場合があ
ることは理解されたい。先端ヘッドの点のこの動きにおいて暗示されるのは、連続した複
数の振動サイクルにおいて、点の進行経路の向きが変化するということである。

システム３０は、出力される駆動信号が先端ヘッド１５８の所望の運動をもたらし続け
るのを確実にするために、フィードバック制御プロセスに関わる。この制御を実行するた
めに、ステップ１５４において、プロセッサ２７２は、ステップ３１６において、システ
ム９６は、ハンドピースを流れる駆動信号の電圧Ｖ_Ｓを監視する。これは、電圧測定回路
２６２により生成された出力信号をプロセッサ２７２によって監視することである。この
監視の一部として、プロセッサは電圧Ｖ_Ｓを複数の成分に分ける。具体的には、電圧Ｖ_Ｓ
は、駆動信号を構成する成分ごとに１つの成分に分けられる。本発明の説明対象の態様で
は、駆動信号は２つの成分を有する。それゆえ、電圧Ｖ_Ｓは、第１成分の電位

及び第２成分の電位

に分けられる。本発明の幾つかのバージョンでは、プロセッサ２７２は、高速フーリエ変
換により電圧Ｖ_Ｓの成分をこのように分ける。

フィードバック制御の一部として、ステップ３１８において、プロセッサ２７２は、ハ
ンドピースを流れる駆動信号電流である電流ｉ_Ｓを監視する。この監視は、電流測定回路
２６６を用いて実行される。駆動信号電位と同様に、駆動信号電流は、駆動信号の成分ご
とに１つの成分の、複数の成分からなる。したがって、ステップ３１８の一部として、プ
ロセッサは、駆動信号電流を、第１成分特性電流

及び第２成分特性電流

に分ける。ステップ３１８において、プロセッサ２７２は、高速フーリエ変換を実行して
、測定されたハンドピース電流ｉ_Ｓの、

及び

へのこのような分解を行う。

ステップ３２０において、プロセッサは、駆動信号の成分ごとに等価電流を求める。こ
の等価電流は、測定されるのではなく、計算されるので、計算等価電流と呼ばれる場合も
ある。ステップ３２０において、式（１Ａ）を利用して、

すなわち、駆動信号の第１成分の計算等価電流と、

すなわち、駆動信号の第２成分の計算等価電流とが求められる。

計算電流

及び

を求めるために使用される変数は、駆動信号電位の各成分の各電位

及び

を含む。上記の計算された第１成分電流特性

及び第２の成分電流特性

は、ステップ３２０において行われる計算等価電流を求めるための入力変数でもある。計
算等価電流をそれぞれ求める際の第３の変数は、駆動信号の当該成分の周波数特性である
。駆動信号の第１成分の場合、これはω_１であり、第２成分の場合、これはω_２である。
ステップ３２０において、それまでに生成された駆動信号の第１成分及び第２成分の周波
数特性が、これらの変数として利用される。これは、本発明の少なくとも好ましい態様に
おいて、周波数特性の測定された表現及び計算された表現が、駆動信号の出力を調整する
フィードバックデータとして利用されないことを意味する。

式（１Ａ）は、ハンドピースドライバ３６の更なる変数、すなわち、キャパシタンスＣ
_０を有する。プロセッサ２７２は、このキャパシタンスとして、ハンドピースメモリフィ
ールド６４から読み出されたドライバキャパシタンスを利用する。

ステップ３２２において、駆動信号の第１成分の計算等価電流が、駆動信号の当該成分
の目標等価電流と比較される。等価電流が目標等価電流未満である場合には、関連する振
動モードにおける振動が先端ヘッド１５８の所望の運動を助長するのに十分な振幅になら
ない可能性が高いため、この比較が行われる。ハンドピースの機械的要素が晒される等価
電流が目標等価電流より大きい場合には、先端ヘッド１５８は、施術者が望む振幅よりも
大きい振幅の振動を受けている場合がある。

本発明の幾つかのバージョンでは、計算等価電流が目標電流の１０％以内である場合に
は、ハンドピースの機械的部分に印加される等価電流が所望の振動を助長している。ある
いは、２つの電流が互いに５％以内、理想的には１％以内である場合には、電流は十分な
大きさである。

２つの等価電流がほぼ等しい場合には、システム３０は、ハンドピースの機械的要素を
流れる等価電流が、駆動信号の印加が正確な周波数で、関連する振動モードにおいて先端
ヘッド５２に適切な振幅の振動をもたらしていると想定されるレベルの状態にある。シス
テム３０がこの状態にある場合には、プロセッサ９６はステップ３２６に進む。

多くの場合、ステップ３２２における比較は、計算された機械的等価電流

が目標電流

にほぼ等しいというわけではないことを示す。システム３０がこの状態にあるとき、プロ
セッサ２７２は、ステップ３２４において、駆動信号の第１成分の電位特性をリセットす
る。より具体的には、プロセッサ２７２は、式（３）に基づいて、結果として、目標等価
電流

にほぼ等しい調整された電流がハンドピースの機械的要素を流れるようにする電位ＶＯＬ
ＴＡＧＥ−ＣＯＭＰ１の値を計算する。ステップ３２４のこの計算は、ドライバキャパシ
タンスと、一定のままである駆動信号の周波数特性とに基づいて実行される。

ステップ３２６において、プロセッサ２７２は、駆動信号の第１成分の周波数特性が、
駆動信号の当該成分の目標周波数にあるか、又はほぼ等しいかどうかを判断する。この判
断は、第１成分の周波数特性の結果として、駆動信号の出力が先端ヘッドの所望の運動を
助長することになっていることを確実するために行われる。ステップ３２６では、式（２
Ｂ）の比を目標比と比較することによって、この判断が行われる。計算等価電流を生成す
るためにステップ３１８において使用された変数が、この比を生成するために使用される
。この比を生成するために使用される残りの変数は、周波数成分の目標値である。これは
、先端部メモリ１８４のフィールド２０２の変数ω_{ＴＡＲＧＥＴ１}である。係数ｍ_１は、
先端部メモリ１８４の係数フィールド２０４のものである。指数Ａは、比を変更するもの
（ratio modifier）を生成する全ての計算について一定であり、同一であるとする。指数
Ａが変化しうることも本発明の範囲内にある。

周波数特性は、場合によって、比が目標比の１０％以内にある場合に、目標周波数特性
にほぼ等しいと見なされる。本発明の更に別のバージョンでは、比が目標比の５％以内で
ある場合に、より好ましくは目標比の１％以内である場合に、ほぼ等しいと見なされる。

ステップ３２６の比較は、駆動信号の第１成分の周波数特性が、駆動信号の当該成分の
目標周波数にあるか、ほぼ等しいことを示す場合がある。これは、駆動信号が、ドライバ
４０の膨張・収縮を誘発しつつあり、結果として、所望のパターンにおいて先端ヘッドが
動くことを意味する。システム３０がこの状態にある場合、プロセッサ２７２はステップ
３３０の実行に進む。

ステップ３２６の評価において、駆動信号の第１成分の周波数特性の結果として、先端
ヘッド運動に関して所望のパターンを誘発しない駆動信号の出力が生じていると判断され
る場合がある。プロセッサ２７２がこの判断を行う場合には、ステップ３２８において、
プロセッサは、駆動信号の当該成分の周波数特性ＦＲＥＱ−ＣＯＭＰ１を調整する。式（
２Ｂ）の左辺に関する比が負であるため、負の結果をもたらすステップ１６４の計算は、
符号３２８において、駆動信号の第１成分の周波数特性が上げられるべきであるというプ
ロセッサ２７２による指示として解釈される。ステップ３２６の計算が正の結果をもたら
す場合には、プロセッサ２７２は、その結果を、先端ヘッドが所望の進行経路を通る可能
性を高めるために、ハンドピースが、第１成分の周波数特性を下げる必要がある状態にあ
ることを示していると解釈する。

ステップ３２６の実行後に、又は必要に応じてステップ３２８の実行後に、プロセッサ
はステップ３３０を実行する。ステップ３３０は、駆動信号の第２成分の計算等価電流と
、この等価電流の目標との比較である。ステップ３３０はステップ３２２と実質的に同じ
である。ステップ３２２とステップ３３０との違いは、ステップ３３０では、計算された

が目標電流

と比較されるということである。２つの値がほぼ等しいとすれば、駆動信号の第２成分の
電圧特性は調整されない。プロセッサはステップ３３４を実行する。

ステップ３３０において比較された２つの値が実質的に等しくない場合には、ステップ
３３２において、プロセッサは、駆動信号の第２成分の電圧特性をリセットする。ステッ
プ３３２の意味は、駆動信号の第１成分の電圧特性をリセットするためにステップ３２４
における意味と実質的に同じである。ステップ３３２の一部として、プロセッサ２７２は
、駆動信号の第２成分の電圧特性の任意のリセットに基づいて、ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥ
Ｔ信号をリセットする。駆動形態の特性も同様に変化する。

ステップ３３０、そして必要に応じて、ステップ３３２が実行された後に、ステップ３
３４において、駆動信号の第２成分の周波数特性が評価される。この評価は、駆動信号の
第１成分の周波数特性を評価するためにステップ３２６において使用されたのと同じプロ
セスを用いて実行される。ステップ３３４において、駆動信号の第２成分の変数が式（２
Ｂ）に適用される。式（２Ｂ）のこの使用では、駆動信号の第２成分が適切な周波数特性
を有するか否かを判断するために、比の変更成分において、先端メモリフィールド２１０
の目標周波数ω_{ＴＡＲＧＥＴ２ｉｓ}が使用される。比の変更成分の係数として、先端部
メモリのフィールド２０８の係数ｍ_２が使用される。ステップ３３４の評価は、駆動信号
の第２成分の周波数特性が目標周波数に十分に等しいことを示す場合がある。システム３
０がこの状態にあるとき、プロセッサは、制御部が起動されたままであるか否かを判断す
るために、ステップ３１０に戻る。

あるいは、ステップ３３４の評価は、駆動信号の第２成分の周波数特性が目標周波数に
ほぼ等しいというわけではないということを示す場合がある。システム３０がこの状態に
あるとき、プロセッサ２７６はステップ３３６において、この周波数特性をリセットする
。

ステップ３３６の実行後、プロセッサはステップ３１０に戻る。このステップの実行時
に、ステップ３１０の評価が、オン・オフスイッチが起動されたままであることを示す場
合には、ステップ３１２が再び実行される。振動の大きさがそれまでの設定からリセット
されるべきであることを示すコマンドを、施術者が入力する場合があるため、このステッ
プが再び実行される。

駆動信号の各成分の周波数特性及び電圧特性がこれまでに設定されているため、制御ル
ープの今回の実行において、ステップ３１４は実行されない。代わりに、以前に生成され
た駆動信号成分特性の組に基づいて、ステップ３１５が再び実行される。ステップ３１５
が前回実行されてから、駆動信号成分の特性が変化した場合には、この結果として、プロ
セッサ２７６は新たなＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号を生成する。その後、制御コンソー
ルは、それに応じて、駆動信号の各成分の特性に対してそれまでに計算された調整に基づ
いて特性が調整されている新たな駆動信号を出力することになる。

制御ループの後続の実行時に、駆動信号が先端ヘッド１５８の所望の運動を誘発してい
るか否かを判断するために、変数ω_１及びω_２として、駆動信号の各成分のリセットされ
た周波数特性が利用されることを理解されたい。

ハンドピースが停止することになる時点が必然的にある。施術者は、オン・オフスイッ
チを操作するのを止める。ステップ３１０において、このイベントが生じたと判断される
と、プロセッサ２７６は、結果としてコンソール２４０の他の要素がハンドピースへの駆
動信号の印加を終了するコマンドをアサートする（このステップは不図示）。

図示していないが、ＷＡＶＥＦＯＲＭ＿ＳＥＴ信号の初期設定時及び後続の再調整時の
両方において、プロセッサ２７２は、駆動信号が、ハンドピースメモリ５６及び先端部メ
モリ１８４の両方から読み出される境界特性によって制限されることを確実にする。これ
らの制限は、ハンドピースメモリのフィールド７０の最大駆動信号電圧に基づく駆動信号
の電圧と、先端部メモリのフィールド１９１内の電圧データに基づく駆動信号の第１成分
の電圧特性と、先端部メモリのフィールド１９３内の電圧データに基づく駆動信号の第２
成分の電圧特性と、ハンドピースメモリのフィールド６６のデータに基づく駆動信号の最
大電流と、ハンドピースメモリのフィールド６８のデータに基づくハンドピースへの最大
等価電流と、先端部メモリのフィールド１９２のデータに基づく駆動信号の第１成分に関
する最大等価電流と、先端部メモリのフィールド１９４のデータに基づく駆動信号の第２
成分に関する最大等価電流とを制限することを含む。

駆動信号の周波数特性も、ハンドピースメモリ５６及び先端部メモリ１８４からそれぞ
れ読み出されたデータに基づいて、同様に設定される。このようにして、駆動信号の全体
の境界を定めるために、ハンドピースメモリのフィールド７２及び７４のデータが使用さ
れる。先端部メモリのフィールド１９６及び１９８の周波数範囲データは、駆動信号の第
１成分の周波数特性の周波数範囲を定める。先端部メモリのフィールド２０６及び２０８
の周波数範囲データは、駆動信号の第１成分の周波数特性の周波数範囲を定める。

先に述べたように、本発明のシステム３０は、単一の振動サイクルにおいて、先端ヘッ
ド上のある点がある線に沿って単純に往復運動しないように、先端ヘッド１５８を振動さ
せるように構成される。代わりに、その点は非線形の経路に関わる。歯、すなわち、先端
ヘッドの点が骨に当たって動くと、歯は骨に突き当たり、その直後に、骨と擦れ合う。骨
に突き当たると、骨が砕かれ、組織の除去につながる。歯が骨と擦れ合った直後の動作に
より、除去されたばかりの物質が骨から取り除かれる。したがって、本発明のシステム３
０が骨を除去する時点と、除去された組織を取り除く時点との間は短い。次の振動サイク
ルにおいて、比較的小量のデブリのみが存在する。これらのデブリを最小限に抑えること
で、これらのデブリの存在が骨切除プロセスに悪影響を及ぼす程度も同様に小さくなる。

本発明のシステムが非線形運動において先端ヘッドの歯を駆動させるとき、単一のサイ
クルにおいて、歯の外周の基本的には全体が、先端ヘッドが当てられた組織に押し付けら
れる。組織に押し付けられた歯のこの運動は、結果として組織を所望のように削り取る、
すなわち、除去する。単一の運動サイクルにおいて、基本的に歯の全表面が組織に押し付
けられるので、各表面は少なくとも何らかの摩耗に晒される。したがって、本発明は、歯
表面が明らかに不均一な摩耗を受ける程度を小さくする。個々の歯の不均一な摩耗を最小
限に抑えることで、歯の切除効率が低下する程度が同様に抑えられると考えられる。これ
は、１つの手技において、先端部の歯の組の切除効率が、無用に、先端部を交換すること
が求められるレベルにまで劣化する可能性を小さくする。

さらに、単一の運動サイクルにおいて、基本的には、歯の各表面が組織に押し付けられ
るため、そのサイクルにおいて、歯の単一の表面が長時間にわたって組織に押し付けられ
ることはない。これにより、長時間にわたっていると、表面が組織にそのように絶えず押
し付けられた場合に生じる可能性のあった、歯表面の摩擦による加熱が抑えられる。この
加熱の抑制は、この熱が、やむを得ず発生する場合であっても、先端ヘッドに隣接する組
織を包囲する組織に損傷を与える可能性のある程度を小さくする。

システム３０が、異なる周波数からなる複数の振動モードにおいて先端部を振動させる
ことができることを更に理解されたい。このシステムとともに複数の先端部を使用するこ
とができ、その先端部は、２つのモードにおいて振動するときに、共通の周波数において
振動する先端部に限られない。複数のモードにおいて振動するときに、共通の周波数にお
いて振動する先端部を提供しなければならないことに関連する大きな製造上の制約及びコ
ストがある。これらの制約及びコストは通常、複数のモードにおいて振動するときに、異
なる周波数において振動する先端部を提供する場合には無関係である。それゆえ、本発明
のシステム３０は、製造面及び経済面の両方に関して、異なるモードにおいて同時に振動
することができる異なる先端部を提供する実現可能性を高めるものである。

本発明の更なる特徴は、施術者が先端ヘッドの非線形の経路を設定できることである。
より具体的には、施術者によるこの経路の設定に応じて、プロセッサ２７６は、ステップ
３０８において、振動モードごとに個々の最大等価電流ｉ^{ＳＥＬＥＣＴＭＡＸ−Ｘ}を設定
する。１つの電流ｉ^{ＳＥＬＥＣＴＭＡＸ−Ｘ}を比較的大きくなるように設定し、第２の電
流ｉ^{ＳＥＬＥＣＴＭＡＸ−Ｘ}を比較的小さくなるように設定することによって、結果とし
て生じる駆動信号は、先端ヘッドの単一の運動サイクルにおいて、先端部が第１の振動経
路に沿って相対的に大きな運動を受け、第２の振動経路において相対的に小さな運動を受
けることになる信号となる。２つの振動モードに関する電流ｉ^{ＳＥＬＥＣＴＭＡＸ−Ｘ}を
ほぼ等しくなるように設定することによって、駆動信号は、結果として先端部が２つの異
なる振動経路において変位に関してより同等である同時の運動を受けることができる運動
をもたらすことになる。

ときには、施術者が、先端シャフトの長手方向軸から大きく径方向に離間した組織に先
端ヘッドを当てたい場合がある。そのように位置する組織において手技を実行するために
、先端シャフトの長手方向軸に対して非対称に位置するヘッドを備えた先端部を提供する
ことが望ましい。この非対称性によって、先端ヘッドは必然的に複数のモードにおいて振
動する。通常、これらの振動モードは異なる周波数にある。本発明のシステム３０は、こ
れらの複数のモードにおける振動を制御することによって、先端ヘッドが振動するときに
、その運動が、予測可能であり、かつ結果として組織の効率的な除去につながる経路に沿
っていることを確実にできるようにする。

さらに、本発明に従って振動状態となる先端ヘッドは非線形のパターンにおいて動くた
め、各歯が、切除された組織を進行経路から押しのける傾向がある。このようにして組織
を歯から取り除くことは、これらのデブリが後続の振動サイクルにおける組織切除の効率
を低下させる程度を小さくする。

上記の説明は、本発明のシステムの１つのバージョンに関する。本発明のシステムの他
のバージョンは、これまでに説明したものとは異なる特徴を有する場合がある。例えば、
本システムの幾つかの先端部は、３つ以上の振動モードを有する場合がある。このシステ
ム構成の場合、駆動信号は３つ以上の成分を有することになる。これらの成分のうちの幾
つかのための目標周波数特性は、同一ではなくても、互いに近い場合があることを更に理
解されたい。同様に、ときには、ハンドピースの機械的要素に印加される等価電流は、駆
動信号の複数の成分について、厳密にではないが、ほぼ同一である場合がある。

システムの要素の構造は、説明されてきたものとは異なる場合がある。したがって、シ
ステムの幾つかのバージョンでは、コンソールの内部に、互いに同時に、かつ独立して動
作する複数の信号発生器がある。プロセッサは、これらの信号発生器のそれぞれによって
生成される信号の電圧及び周波数を調整する。より具体的には、プロセッサは、信号発生
器が駆動信号の特定の成分を出力するように各信号発生器を制御する。これらの個々の成
分は、ハンドピースドライバ３６に印加される駆動信号を生成するために、互いに加算さ
れる。

本発明の幾つかのバージョンでは、ハンドピースに駆動信号を供給するアセンブリは、
コンソール変圧器に印加される電圧を変更する増幅器を含まない場合がある。本発明のこ
れらのバージョンでは、駆動信号が基にする信号を供給するアセンブリは、可変電流源を
含む。

したがって、本発明の代替のバージョンにおいて、ハンドピースにかかる駆動信号の電
位及びハンドピースを流れる電流の測定結果を与えるために、開示されたコイル２５６及
び２６４以外のアセンブリが利用される場合があることを理解されたい。本発明の幾つか
のバージョンでは、１以上の抵抗器回路網が、電圧及び電流のこれらの測定結果が決定さ
れる基となる信号を提供することができる。

本発明の全てのバージョンにおいて、ドライバキャパシタンスは、ハンドピースと一体
化されるメモリから読み出されたデータに基づく必要はない。本発明の代替のバージョン
では、プロセッサは、種々の周波数において駆動信号を出力し、駆動信号の電圧及び電流
を測定することによって、ドライバのキャパシタンスを求める。

本発明の幾つかのバージョンでは、周波数掃引を実行することに基づいて、プロセッサ
は、各振動モードの共振モード及び反共振モードを特定する。

本発明の幾つかの構成では、先端ヘッド１５８のある点の進行経路は、あらゆる意図及
び目的において、非線形であるが、その経路は線形な経路として現れることを理解された
い。

図１１において、例示されている非線形経路は、基本的に楕円である経路と見なされる
。これは例示であり、これに限定されないことを理解されたい。本発明の他の単一の振動
経路は他の形状を有する場合がある。これらの形状は、基本的に円形及び基本的に三日月
形の形状を含む。更に、非線形経路が互いに交差する経路を含むことも、本発明の範囲内
にある。このタイプの経路の従来の形は８の字形の経路である。

本発明の幾つかのバージョンでは、駆動信号の成分のうちの１以上の成分の電位は固定
される場合がある。本発明のこれらのバージョンでは、ハンドピースの機械的要素に印加
される等価電流は、その成分に関連する目標周波数の調整によって制御される。

さらに、一般的に駆動信号の成分の周波数特性は異なるが、これはいつでも当てはまる
とは限らない場合があることを理解されたい。ときには、先端部１５８にかけられる機械
的な負荷のタイプに基づいて、駆動信号の２以上の成分の周波数特性が同一である場合が
ある。

それゆえ、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の趣旨及び範囲に入る全てのそ
のような変更及び変形を包含することである。

Claims

超音波式ハンドピース（３２）の先端部（１４２）を振動させるためのアセンブリ（２
４０）であって、
前記ハンドピースは、ＡＣ駆動信号が印加される少なくとも１つのドライバ（３６）を
有し、前記先端部は、外科的作業を行うために、ある組織に当てられるヘッド（１５８）
を有し、前記先端部は複数のモードで振動するように作られており、
前記ハンドピース（３２）の少なくとも１つの前記ドライバ（３６）に印加される可変
ＡＣ駆動信号を生成するアセンブリ（２４２、２４４、２４５）と、
前記ハンドピースに印加された前記駆動信号の電圧を測定し、前記駆動信号の電圧を表
す信号を出力するアセンブリ（２５６、２６２）と、
前記ハンドピースを流れる電流を測定し、前記ハンドピースを流れる電流を表す信号を
出力するアセンブリ（２６４、２６６）と、
前記駆動信号の電圧を表す信号と、前記ハンドピースを流れる電流を表す信号とを受信
し、前記駆動信号の電圧と前記ハンドピースを流れる電流とに基づいて、前記駆動信号を
生成する前記アセンブリ（２４２、２４４、２５４）を制御し、前記駆動信号の特性を定
めるプロセッサ（２７６）と
を備え、
前記プロセッサは更に、
測定された前記駆動信号の電圧を複数の成分に分けるステップ（３１６）であって、測
定された前記電圧の各成分は前記先端部の特定の振動モードに関連する測定電圧を表すも
のである、ステップと、
測定された前記ハンドピースを流れる電流を複数の成分に分けるステップ（３１８）で
あって、測定された前記電流の各成分は、前記先端部の特定の振動モードに関連する、前
記ハンドピースを流れる測定電流を表すものである、ステップと、
前記先端部の振動モードごとに、当該振動モードに関連する周波数特性と、当該振動モ
ードに関連する測定電圧と、当該振動モードに関連する、前記ハンドピースを流れる測定
電流とに基づいて、前記ハンドピースの機械的要素を流れる、計算された等価電流を求め
るステップと、
前記先端部の振動モードごとに、当該振動モードの、前記ハンドピース及び前記先端部
の機械的要素に印加された、前記計算された等価電流を、当該振動モードに関連する前記
ハンドピースの機械的要素を流れる目標等価電流と比較し、該比較の結果に基づいて、当
該振動モードに関する前記駆動信号の電圧特性を求めるステップ（３２２、３２４、３３
０、３３２）と、
前記先端部の振動モードごとに、当該振動モードに関連する前記ハンドピースを流れる
電流の、当該振動モードに関連する、前記ハンドピースの機械的要素を流れる等価電流に
対する比を求め、前記比を当該振動モードの目標比と比較し、該比較の結果に基づいて、
当該振動モードに関連する前記駆動信号の周波数特性を調整するステップ（３２６、３２
８、３３４、３３６）であって、複数の振動モードのうちの少なくとも２つの振動モード
の周波数特性は互いに異なるものである、ステップと、
前記複数の振動モードの電圧特性及び周波数特性に基づいて、前記駆動信号の波形の構
造を決定し、各振動モードに対応する成分を有する駆動信号を前記アセンブリに生成させ
るために、前記駆動信号を生成する前記アセンブリにコマンドをアサートするステップ（
３１５）であって、各成分は当該振動モードについて決定された電圧特性及び周波数特性
によって定められる、ステップと
を行うものである、アセンブリ（２４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記駆動信号の印加により、前記先端部（１４２）
の前記ヘッド（１５８）の進行経路が単一の振動サイクルにおいて非線形な進行経路とな
るように、前記ハンドピース（３２）の少なくとも１つの前記ドライバ（３６）に印加さ
れる前記駆動信号の波形の構造を決定するものである、請求項１に記載のアセンブリ（２
４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記先端部の振動モードごとに、メモリに記憶され
たデータに基づいて、当該振動モードに関連する前記駆動信号の成分についての初期周波
数特性を定めるステップ（３０４、３１４）を行うものである、請求項１又は２に記載の
アセンブリ（２４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記駆動信号の各成分についての初期周波数特性を
定めるための前記データを、前記先端部（１４２）に関連付けられているメモリ（１８４
）から読み込むものである、請求項３に記載のアセンブリ（２４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記先端部（１４２）の振動モードごとに、メモリ
に記憶されたデータに基づいて、当該振動モードに関連する前記駆動信号の成分について
の初期電圧特性を定めるステップ（３０４、３１４）を行うものである、請求項１〜４の
いずれか一項に記載のアセンブリ（２４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記駆動信号の各成分についての初期電圧特性を定
めるための前記データを、前記先端部（１４２）に関連付けられているメモリ（１８４）
から読み込むものである、請求項５に記載のアセンブリ（２４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記先端部（１４２）の少なくとも１つの振動モー
ドについて、施術者により設定されるコマンドに基づいて前記ハンドピースの機械的要素
を流れる目標等価電流を求めるステップ（３１２）を行うものである、請求項１〜６のい
ずれか一項に記載のアセンブリ（２４０）。
前記プロセッサ（２７６）は更に、前記先端部（１４２）の複数の振動モードについて
、施術者により設定されるコマンドに基づいて前記ハンドピースの機械的要素を流れる目
標等価電流を求めるステップ（３１２）を行うものである、請求項１〜６のいずれか一項
に記載のアセンブリ（２４０）。
前記プロセッサは更に、前記駆動信号の印加により、前記先端部の前記ヘッド（１５８
）が単一の振動サイクルにおいて、あるループ上を動くものとなるように、少なくとも１
つの前記ドライバ（３６）に印加される前記駆動信号の波形の構造を決定するものである
、請求項１〜７に記載のアセンブリ（２４０）。
前記駆動信号を生成する前記アセンブリは可変利得増幅器（２４４）を備えており、
前記プロセッサ（２７６）は、前記増幅器が前記駆動信号の周波数を有し、前記駆動信
号の電位に少なくとも比例する信号を出力するものとなるように、前記増幅器により生成
される信号の利得を調整するものである、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアセンブ
リ（２４０）。
前記駆動信号を生成する前記アセンブリは、前記駆動信号に比例する信号が印加される
一次巻線（２５４）と、前記駆動信号が生成される二次巻線（２５８）とを有する変圧器
（２４８）を備えており、
前記駆動信号の電圧を測定する前記アセンブリは、前記変圧器（２４８）と一体化され
た再生コイル（２５６）を備えており、前記二次巻線の信号が前記再生コイルの信号を誘
導するものである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアセンブリ（２４０）。
前記ハンドピースを流れる電流を測定するための前記アセンブリは、ある導体に隣接す
るコイル（２６４）を備えており、前記導体を介して前記駆動信号が前記ハンドピースに
印加され、前記コイルは、前記駆動信号が当該コイルの信号を誘導するものとなるように
配置されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ（２４０）。