JP2706541B2 - 超音波治療装置 - Google Patents

超音波治療装置

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JP2706541B2 JP1295317A JP29531789A JP2706541B2 JP 2706541 B2 JP2706541 B2 JP 2706541B2 JP 1295317 A JP1295317 A JP 1295317A JP 29531789 A JP29531789 A JP 29531789A JP 2706541 B2 JP2706541 B2 JP 2706541B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は膀胱、尿管、腎臓等の体腔内にある結石等
を超音波振動によって破壊したり、生体組織を切除した
りする超音波治療装置の改良に関する。
[従来の技術] 一般に、超音波治療装置には超音波振動子とこの超音
波振動子で発生する超音波振動を伝達する振動伝達部材
とが設けられている。この場合、超音波振動子は例えば
PZT等の圧電素子と電極とが積層状態で連結されて構成
されている。さらに、この超音波振動子には略円錐形状
のホーンが連結され、このホーンの先端には管体によっ
て形成された振動伝達部材が連結されている。そして、
超音波振動子で発生させた超音波振動はホーンおよび振
動伝達部材によって生体組織および結石等の破砕作業に
必要な振幅に増幅されるようになっており、この超音波
超音治療装置の使用時には振動伝達部材の先端を体腔内
にある結石や生体組織等に押し当てて超音波振動させる
ことにより、結石を破砕したり、生体組織を切除したり
するようになっている。
ところで、この種の超音波治療装置は種々の治療に使
用されるので、例えば治療等の種類毎に振動伝達部材の
長さ、形状等が異なる。しかしながら、これらの振動伝
達部材の先端形状は例えば米国特許第3990452号明細
書、或いは米国特許第4223676号明細書等に示されてい
るように駆動周波数によって決定される波長の1/4倍以
上程度の長さを持ち、先端側に向かうしたがって外径寸
法が徐々に一様に小さくなる先端先細りが形状で、かつ
先端側に向かうにしたがって肉厚(断面積)が徐々に一
様に小さくなる構成にする場合が多い。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来構成のものにあっては振動伝達部材の先端形
状が先端側に向かうにしたがって外径寸法が徐々に一様
に小さくなる先端先細り形状で、かつ先端側に向かうに
したがって肉厚(断面積)が徐々に一様に小さく形成さ
れているので、この振動伝達部材の先端先細部ではホー
ン効果(振動振幅の増幅効果)によって応力が増大す
る。この場合、特に振動伝達部材の先端先細部の振動節
部では大きな歪みが発生し、応力値が最大になる。その
ため、応力増大が最大になる先端先細部の振動節部では
発熱が生じ、振動伝達部材の破損を招くおそれがあるの
で、適切な治療を行なうことができなくなる問題がある
とともに、超音波治療中に振動伝達部材が破損した場合
には振動伝達部材の破損部の一部を体腔内に落としてし
まうおそれがあった。
この発明は上記事情に着目してなされたもので、振動
伝達部材の破損を防止し、確実かつ適切な治療を行なう
ことができる超音波治療装置を提供することを目的とす
るものである。
[課題を解決するための手段] この発明は超音波振動子とこの超音波振動子で発生す
る超音波振動を伝達する振動伝達部材とを備えた超音波
治療装置において、振動伝達部材の先端側の振動節部付
近を境界としてその手元側断面積に比してその先端側断
面積を大とするかあるいはその手元側素材密度に比して
その先端側素材密度を大とすることにより振動増幅効果
を抑える状態に音響特性を変化させる音響特性変化手段
を設けたものである。
[作 用] 超音波治療時には振動伝達部材の先端側の振動節部付
近の音響特性変化手段によって振動伝達部材の先端側の
振動節部付近の振動増幅効果を抑えることにより、振動
伝達部材の先端側の振動節部付近での応力増大を防止
し、振動伝達部材の破損を防止するようにしたものであ
る。
[実施例] 以下、この発明の第1の実施例を第1図および第2図
を参照して説明する。
第1図(a)は超音波治療装置の要部の概略構成を示
すもので、1はこの超音波治療装置のランジュバン型の
超音波振動子である。この超音波振動子1には例えばPZ
T等の圧電素子2と電極3とが交互に積層されている。
また、この超音波振動子1の前部には略円錐形状のホー
ン4、この超音波振動子1の後部には裏打ち板5がそれ
ぞれ配置されている。この場合、ホーン4の後端面中央
部位には取付け軸としてのボルト6の一端部が螺着され
ている。このボルト6は超音波振動子1の圧電素子2、
電極3および裏打ち板5の各中心部にそれぞれ形成され
たボルト挿通孔内に挿通されている。そして、このボル
ト6の他端部には裏打ち板5の後方に延出されており、
この延出端部にナット7が螺着されてホーン4、超音波
振動子1の圧電素子2、電極3および裏打ち板5が連結
状態で保持固定されている。
また、ホーン4の前端部には管体によって形成された
振動伝達部材8が連結されている。この振動伝達部材8
には先端側に向かうにしたがって外径寸法が徐々に小さ
くなる先端先細り形状の先端先細部9、略円錐形状の第
2のホーン10およびこれらの先端先細部9と第2のホー
ン10との間に配置されたパイプ部11がそれぞれ設けられ
ている。この場合、先端先細部9の後端部とパイプ部11
の前端部との間、およびパイプ部11の後端部と第2のホ
ーン10の前端部との間はそれぞれ溶接されており、これ
らの溶接部12a,12bをそれぞれ介して先端先細部9、パ
イプ部11、第2のホーン10が一体的に結合されている。
さらに、第2のホーン10の後端部にはねじ部10aが突設
されており、このねじ部10aがホーン4の前端部に形成
されたねじ穴4a内に螺着されている。
また、先端先細部9における振動の節部A(第1図
(b)中に示す)付近にはこの振動の節部Aの出力端
(振動節部Aの後部側)の断面積S1に比べて入力端(振
動節部Aの前部側)の断面積S2を大きく(S2>S1)する
ように変化させて振動増幅効果を抑える状態に音響特性
を変化させる音響特性変化手段13が設けられている。こ
の場合、音響特性変化手段13は先端先細部9における振
動の節部Aの前部側内周面9aの内径寸法を後部側内周面
9bの内径寸法よりも小さく形成することにより、先端先
細部9の振動の節部Aの前部側内周面9aを後部側内周面
9bよりも内方向に突出させて段部14を形成させたもので
ある。
次に、上記構成の作用について説明する。
ここでは、第2図に示すように患者15の腎臓16に生じ
た結石17を超音波治療装置を使用して破砕する場合を例
示して説明する。まず、患者15を腎臓16を硬性内視鏡18
の挿入部19を挿入したのち、この挿入部19のシース20内
に超音波治療装置の振動伝達部材8を挿入させる。そし
て、この硬性内視鏡18の接眼部21から腎臓16内を観察し
て結石17を探し、この結石17に振動伝達部材8の先端を
押し当てる。この状態で、続いて超音波治療装置を駆動
する。この超音波治療装置の駆動時には超音波振動子1
から超音波振動が発生されるとともに、この超音波振動
子1で発生された超音波振動がホーン4および振動伝達
部材8によって生体組織および結石等の破砕作業に必要
な振幅に増幅され、この増幅された超音波振動が振動伝
達部材8の先端に伝達されて結石17が破砕される。
また、超音波治療装置の駆動中、超音波振動子1から
ホーン4および振動伝達部材8に伝達される超音波振動
は第1図(b)中に実線の特性曲線(I)に示すように
ホーン効果によって先端部側に向かうにしたがって振動
振幅が徐々に増幅される。この場合、振動伝達部材8の
先端先細部9における振動の節部A付近ではこの振動の
節部Aの出力端(振動節部Aの後部側)の断面積S1に比
べて入力端(振動節部Aの前部側)の断面積S2を大きく
(S2>S1)するように変化させた音響特性変化手段13を
形成したので、この振動伝達部材8の先端先細部9にお
ける振動の節部A付近における振動増幅効果を抑えるこ
とができる。すなわち、従来のように振動伝達部材8の
先端先細部9に音響特性変化手段13が設けられていない
場合にはこの先端先細部9の振動振幅は第1図(b)中
に点線の特性曲線(II)に示す状態まで増幅されるが、
本発明の構成では同図(b)中に実線の特性曲線(I)
に示すように特性曲線(II)よりも振動振幅を小さくす
ることができる。そのため、超音波振動伝達中にこの振
動伝達部材8の先端先細部9における振動の節部A付近
に発生する最大応力値σmaxを従来の最大応力値σmaxに
比べて低減することができるので、先端先細部9の振動
節部Aでの発熱量を低減することができ、振動伝達部材
8の破損を防止して適切な治療を行なうことができる。
さらに、超音波治療中の振動伝達部材8の破損を防止で
きるので、従来のように振動伝達部材8の破損部の一部
を体腔内に落としてしまうおそれもない。なお、第1図
(b)中に二点鎖線に示す特性曲線(III)は超音波振
動伝達中に振動伝達部材8の先端先細部9に発生する従
来の応力状態、一点鎖線に示す特性曲線(IV)は本発明
の構成の応力状態をそれぞれ示すものである。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、振動伝達部材8の先端先細部9を第3図以
下の各図面に示す各実施例の通り変更してもよい。
例えば、第3図(a),(b)に示すこの発明の第2
の実施例のように第1の実施例の先端先細部9の外周面
におけるパイプ部11との連結部位置から先端先細部9に
おける振動節部Aの前側位置まで外径寸法が略同径な同
径部31を形成し、この同径部31の前側に先端側に向かう
にしたがって外径寸法が徐々に小さくなるテーパ部32を
形成してもよく、この場合も第1の実施例と同様の効果
を得ることができる。
また、第4図はこの発明の第3の実施例を示すもので
ある。
これは、先端先細部9の内周面41の内径寸法をパイプ
部11との連結部位置からこの先端先細部9の先端位置ま
で同径に形成するとともに、この先端先細部9の外周面
にはパイプ部11との連結部位置から先端先細部9におけ
る振動節部A位置まで外径寸法が同径な小径部42を形成
し、この小径部42の前側に小径部42よりも大径で、かつ
先端側に向かうにしたがって外径寸法が徐々に小さくな
るテーパ部43を形成したものである。この場合も先端先
細部9における振動の節部A付近にはこの振動の節部A
の出力端(振動節部Aの後部側)の断面積S1に比べて入
力端(振動節部Aの前部側)の断面積S2を大きく(S2
S1)するように変化させて振動増幅効果を抑える状態に
音響特性を変化させる音響特性変化手段13が設けられて
いるので、第1の実施例と同様の効果を得ることができ
る。
さらに、第5図はこの発明の第4の実施例を示すもの
である。
これは、第3の実施例の小径部42を先端側に向かうに
したがって外径寸法が徐々に小さくなるテーパ部44によ
って形成したものである。この場合も第3の実施例と同
様に先端先本細部9における振動の節部A付近にはこの
振動の節部Aの出力端(振動節部Aの後部端)の断面積
S1に比べて入力端(振動節部Aの前部端)の断面積S2
大きく(S2>S1)するように変化させて振動増幅効果を
抑える状態に音響特性を変化させる音響特性変化手段13
が設けられているので、第1の実施例と同様の効果を得
ることができる。
また、第6図はこの発明の第5の実施例を示すもので
ある。
これは、先端先細部9の外周面51の外径寸法をパイプ
部11との連結部位置からこの先端先細部9の先端位置ま
で同径に形成するとともに、この先端先細部9の内周面
にはパイプ11との連結部位置から先端先細部9における
振動節部A位置まで内径寸法が同径な大径部52を形成
し、この大径部52の前側に大径打52よりも小径で、かつ
先端側に向かうにしたがって内径寸法が徐々に大きくな
るテーパ部53を形成したものである。この場合も先端先
細部9における振動の節部A付近にはこの振動の節部A
の出力端(振動節部Aの後部側)の断面積S1に比べて入
力端(振動節部Aの前部側)の断面積S2を大きく(S2
S1)するように変形させて振動増幅効果を抑える状態に
音響特性を変化させる音響特性変化手段13が設けられて
いるので、第1の実施例と同様の効果を得ることができ
る。
さらに、第7図はこの発明の第6の実施例を示すもの
である。
これは、振動伝達部材8の先端先細部9をこの先端先
細部9における振動節部A位置で前後に2分割し、この
振動節部Aの前部側の構成部材61を先端先細部9形成素
材の材質の密度を大きくした状態で形成するとともに、
この振動節部Aの後部側の構成部材62を先端先細部9形
成素材の材質の密度を小さくした状態で形成し、これら
の前部構成部材61と後部側構成材料62との間を溶接によ
って連結固定することにより、振動伝達部材8の先端側
の振動部材A付近に信読増幅効果を抑える状態に音響特
性を変化させる音響特性変化手段13を設けたものであ
る。この場合、材質の密度が等しい金属材料の振動伝達
速度は略等しい値であるので、先端先細部9における振
動節部A位置で前部側構成部材61と後部側構成部材62と
の材質の密度を変化させることにより、先端先細部9に
おける振動の節部A付近にこの振動の節部Aの出力端
(振動節部Aの後部側)の断面積S1を比べて入力端(振
動節部Aの前部側)の断面積S2を大きく(S2>S1)する
ように変化させた場合と略同様に振動増幅効果を抑える
状態に音響特性を変化させることができる。したがっ
て、この場合も第1の実施例と同様の効果を得ることが
できる。
また、第8図はこの発明の第7の実施例を示すもので
ある。
これは、第6の実施例における前部側構成部材61をさ
らに前後に2分割し、前部側の第1の構成部材71を先端
先細部9形成素材の材質の密度を小さくした状態で形成
するとともに、後部側の第2の構成部材72を先端先細部
9形成素材の材質の密度を大きくした状態で形成し、こ
れらの第1の構成部材71と第2の構成部材72との間を溶
接によって連結固定したものである。この場合も第1の
実施例と同様の効果を得ることができる。
さらに、その他この発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施できることは勿論である。
[発明の効果] この発明によれば振動伝達部材の先端側の振動節部付
近を境界としての手元側断面積に比してその先端側断面
積を大とするかあるいはその手元側素材密度に比してそ
の先端側素材密度を大とすることにより振動増幅効果を
抑える状態に音響特性を変化させる音響特性変化手段を
設けたので、振動伝達部材の破損を防止し、確実かつ適
切な治療を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明の第1の実施例を示すも
ので、第1図は超音波治療装置の要部構成およびその振
動特性、応力特性をそれぞれ示す図、第2図は超音波治
療装置の使用状態を示す概略構成図、第3図はこの発明
の第2の実施例の要部構成およびその振動特性をそれぞ
れ示す特性図、第4図はこの発明の第3の実施例の要部
構成を一部断面にして示す側面図、第5図はこの発明の
第4の実施例の要部構成を一部断面にして示す側面図、
第6図はこの発明の第5の実施例の要部構成を一部断面
にして示す側面図、第7図はこの発明の第6の実施例の
要部構成を一部断面にして示す側面図、第8図はこの発
明の第7の実施例の要部構成を一部断面にして示す側面
図である。 1……超音波振動子、8……振動伝達部材、13……音響
特性変化手段。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波振動子とこの超音波振動子で発生す
    る超音波振動を伝達する振動伝達部材とを備えた超音波
    治療装置において、前記振動伝達部材の先端側の振動節
    部付近を境界としてその手元側断面積に比してその先端
    側断面積を大とするかあるいはその手元側素材密度に比
    してその先端側素材密度を大とすることにより振動増幅
    効果を抑える状態に音響特性を変化させる音響特性変化
    手段を設けたことを特徴とする超音波治療装置。
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