JP2732322B2 - 身体組織の超音波破砕制御のための方法と装置 - Google Patents

身体組織の超音波破砕制御のための方法と装置

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JP2732322B2 JP3098168A JP9816891A JP2732322B2 JP 2732322 B2 JP2732322 B2 JP 2732322B2 JP 3098168 A JP3098168 A JP 3098168A JP 9816891 A JP9816891 A JP 9816891A JP 2732322 B2 JP2732322 B2 JP 2732322B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、組織破砕を強化
するための改良型超音波手術装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】超音波
手術装置と吸引器は顕微外科分野で広く利用されてい
る。それらは身体組織の破砕と除去に用いられて成功し
た。本来この型の装置にはハンドピースに収納した超音
波変換器が含まれている。そのような超音波変換器はこ
れに供給される電気エネルギーを高速振動へと変換する
ために使用される。変換器によって発生した超音波振動
は、その変換器に接続した外科手術用チップに伝えられ
る。例えば白内障手術では、手術用チップを眼球に形成
された小さな切開部を通じて挿入することができ、実際
に白内障水晶体に接触するように操作する。超音波振動
によってその水晶体を破砕する。組織断片および洗浄液
を含むその他の体液は、手術用チップを通じて伸びる吸
引通路を含む吸引装置によって、手術部位から吸引され
る。吸引は外部制御装置に設置された外部真空ポンプに
よって行う。水晶体の破砕は、振動チップによって行わ
れる切断動作と、手術用チップに隣接する強い超音波領
域によって生じた破砕性空洞化の結果である。米国特許
4,750,902 に述べられているようなすでに知られた
従来技術の超音波装置は、手術用チップでの切断変位が
大きい傾向がある。しかし、特に白内障手術のような眼
球の手術処置の場合、制御されない空洞化によって、効
果のないまま破砕が長引く場合を含めて、さまざまな問
題が生じる。これに対して効果的な破砕の場合は、吸引
通路に入り込む組織の大きさが小さくなるので望まし
い。これらの吸引通路は比較的小さいので（例えば2
）、通路の閉塞を避けることが重要である。また閉塞
は、吸引系に相当な負圧を作り出す傾向があるため、不
利である。そのうえ、制御されない空洞化は、眼球内に
ある程度の攪乱運動を起こし、その運動が破砕された組
織粒子をチップ開口部から縦方向に引き離す。その結
果、破砕と吸引の効率が低下する。さらに、空洞化によ
って発生する渦を捲く気泡の働きで、術部周辺の視界が
悪くなりまたはぼやけて、手術中に医師の作業が妨げら
れる傾向がある。さらに、超音波ホーンのチップナット
またはその他の部分のような道具部分によって空洞化が
生じ、不必要に電力を浪費する場合がある。
【０００３】上記のような超音波手術装置は普通、比較
的高い機械的変位で操作される。摩擦力に対抗するため
には常に、高い機械的変位によって熱が生ずる。摩擦損
失のほとんどは、ハンドピースの異なった部分を連結す
るために用いられるねじ部分の内部で発生する。チップ
をホーンと連結するためにねじ山を使用し、サンドイッ
チ型に配置した２個の金属シリンダの間で圧電素子に圧
力をかけるためにねじ付きボルトを使用することが、一
般的に行われている。それらのねじ山が振動変位の高い
部位に置かれると、特に体液の流れが閉塞によって停止
した場合、温度が上昇すると考えられる。そのうえ、い
くつかの超音波手術吸引装置では、低周波（例えば40 k
Hz以下）を利用しており、これは空洞化と眼球攪乱を促
進するだけである。しかし手術チップの振動変位を最大
限にすることが望ましい場合がいくつかある。そのよう
な状況では、安全などの理由で、ハンドピースに加える
電力を最小限におさえることが望ましい。
【０００４】
【課題を解決する手段及び発明の概要】本発明は、眼球
の身体組織の破砕を制御するための装置の改良された方
法を提供する。ハンドピースアセンブリを含む超音波装
置が開示される。その装置にはハンドピースアセンブリ
に装備された変換器手段が含まれており、電力を超音波
機械的振動エネルギーに変換するために用いられる。
【０００５】一つの実施例では、運動増幅手段が備えら
れており、これはその一端で変換器手段に音響的に結合
されている。増幅手段の他の一端には身体組織を除去す
るための手術チップ部分が含まれている。増幅手段は、
互いに直列に接続された対称ステップホーン部分と非対
称ステップホーン部分によって、構成されている。手術
チップ部分はホーン部分の一方に接続されており、その
遠位端部で所望の変位を得るよう操作できる。もう一つ
の実施例では、手術チップ部分は対称ホーン部分の一部
であり、その近位端部で変位が実質的にゼロになり、そ
の遠位端部で変位が最大になる。対称ホーン部分に接続
された身体または非対称部分は、振動エネルギーの変位
を実質的に増幅しない。変換器手段は、振動エネルギー
に対する高インピーダンスとして働くように、増幅手段
の反共振周波数で操作される。したがって振動エネルギ
ーは実質的にチップ部分へとながれ、チップ部分の周囲
で、チップ部分で負荷が変化することにより、局部空洞
領域が形成される。
【０００６】もう一つの実施例では、非対称ステップホ
ーン部分に手術チップが含まれており、その手術チップ
内で、対称部分と非対称部分が機械的変位に対する高い
利得特性を示す。また別の実施例では、通路手段の一端
に適用された真空源に応じて身体組織をチップ開口部へ
と吸引できるようにするために、チップ部分と少なくと
も部分的に身体部分を通って伸びる吸引通路手段が備え
られている。さらに別の実施例では、手術チップ部分の
遠位端部に開口部のある通路手段が備えられており、そ
の手術チップ部分内で、その手術チップ部分によって作
り出された空洞が、一般に循環する流体流の形で、ある
領域に限局される。この実施例では、その限局された領
域はチップ開口部から数ミリメートルの位置にある。さ
らにもう一つ別の実施例では、上記の装置を使用して実
行できる段階に一致して組織に適用される超音波エネル
ギーを制御することによって、身体組織の破砕を制御す
る方法が備えられている。
【０００７】本発明のその他の目的と機能としては、改
良型超音波装置の設備、破砕効率を高めるための方法と
装置のための設備、高い変位増大を生じるチップホーン
アセンブリのある超音波ハンドピースのための設備、摩
擦損失と電力消費を最少にする超音波ハンドピースのた
めの設備、直列接続の非対称ホーン部分と対称ホーン部
分を含み、その一方のホーン部分に作業手術チップが含
まれている超音波ハンドピースのための設備、作業チッ
プに対して最少で高度に局在化された空洞を形成する超
音波ハンドピースのための設備、白内障の破砕と抽出で
使用するための超音波ハンドピースのための設備、高い
変位を生じながら電力を相当に減少する上記の型の超音
波ハンドピースのための設備、高周波を使用する超音波
アクチュエータのための設備がある。以下の詳しい説明
を添付図面と関連して理解することによって、本発明の
さらに別の目的と適用範囲が明らかになる。添付図面で
は一貫して、同一部分は同一番号で示されている。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明によって作られた改良型超音
波振動手術吸引装置10の一つの実施例を示している。吸
引装置10は、できれば白内障水晶体組織のような望まし
くない身体組織を精密に除去する場合の使用に適合させ
る。この実施例のような型を代表する超音波手術装置が
米国特許 3,693,613に述べられている。この実施例で
は、装置10はカリフォルニア州アーバインのアルコン・
サージカル社が製造している改良型500シリーズのハン
ドピースと洗浄／吸引装置を使用することができる。
超音波手術装置10は、一般に参照番号12で示した制御装
置で作動するように意図されている。制御装置12によっ
て、リード線Lを通じて超音波手術装置10に電力制御が
行われる。また制御装置12には外部液体導管14が含まれ
ており、この導管は、洗浄液を液体源（図示せず）から
超音波吸引装置10へと供給するように、装置12を通じて
制御される。また制御装置12には、破砕された組織粒子
ならびに手術部位からの処理液および体液が回収できる
ように、手術装置10に接続された吸引導管16が含まれて
いる。超音波吸引装置10とともに使用するように考えら
れた型の制御装置の例としては、カリフォルニア州アー
バインのアルコン・サージカル社が製造している改良型
10,000 シリーズの制御装置、または米国特許 4,71
3,051に一般に説明されている制御装置がある。この後
者の特許は、この型の制御装置をさらに詳細に説明する
ために、これに組み込まれている。
【０００９】本質的に超音波吸引装置10には、執刀医が
手で保持し、使用中にその手を振動から隔てるために作
られた、外部ケーシングのあるハンドピースまたはハウ
ジングアセンブリが含まれている。ハンドピースアセン
ブリ18が超音波変換器アセンブリ20を支え、格納する。
この実施例では、変換器アセンブリ20に、PZTのような
一対の対向する圧電結晶22が含まれており、これらは間
隔をおいて対向する一対の円筒形変換器絶縁末端部24の
間に一緒に挟み込まれている。基本的に変換器アセンブ
リ20は、足踏みスイッチなどの制御のもとで、制御装置
12から供給される高周波電気エネルギーに応答して、作
動する。作動する時には、変換器アセンブリ20は対応す
る高周波機械振動を生じ、その振動は定常波パターンで
伝達される。変換器アセンブリ20は、例えば20 kHzから
100 kHzの範囲で超音波振動を発生し、またできればお
よそ60 kHzから80 kHzの範囲で発生するように、作動す
る。細長い振動連結ロッドまたは振動伝達ロッド26
が、変換器アセンブリ20に直接にまたその中心部に連結
されている。また振動伝達ロッド26は、振動伝達または
変位増幅装置30をともに限定する手術チップ28に連結し
てある。細長い振動伝達ロッド26にねじ部32があり、そ
のねじ部は図１で示したように、変換器末端部分24のめ
ねじ部にねじ込みによって結合される。また振動伝達ロ
ッド26は、軸方向にそって伸びる吸引導管または通路34
で形成されている。吸引通路34は、その一端で手術チッ
プ28の中心孔36と流体的に相互接続し、また他の一端で
ハンドピースから制御装置12と接続した吸引ポンプ（図
示せず）へと導く吸引導管16に流体的に相互接続する。
吸引ポンプの作動によって、手術部位に存在する破砕さ
れた身体組織と液体が、手術チップ28とハンドピースア
センブリ18を通じて、制御装置12と接続した適当な回収
容器（図示せず）へと、吸引される。この実施例の超音
波変換器アセンブリ20に戻って説明すると、このアセン
ブリは振動伝達装置または波増幅装置30にそって伝播す
る縦の超音波振動を生みだす。伝播する振動波には、図
４で見られるように、定常波パターンにそって節点と波
腹点がある。振動節点または節では振動運動はない。振
動変位と速度は、節点でのおよそゼロ（0）から波腹点
での最大値まで増加する。波腹点は隣接する節点の中間
に位置する。節点は振動の 1/2 波長によって分割され
ている点が重要である。本実施例では、波腹点35（図
４）は手術チップ28の遠位端部38に位置し、節点35aは
近位端部に位置しており、この近位端部で、手術チップ
28と伝達ロッド26のねじ込み接合が行われている。
【００１０】もう一つの振動節点35b（図４）は、振動
伝達ロッド26と変換器末端部24の間のねじ込み接合部付
近に位置する。変位のないこの後部領域によってねじ込
み部の間の摩擦喪失が減少する。またその領域は、ハウ
ジングアセンブリ18がはんだまたは熔接によってそこに
接続される領域となる。この後者の点で、ハウジングア
センブリ18は伝達される振動エネルギーを相当に減少さ
せる。図３は図２のハンドピースの概略図であるが、そ
れと結合した1/2波長ステップホーンの構成を示してい
る。図３の参照記号Aは対称ステップホーン部分を示
し、参照記号Bは非対称ステップホーン部分を示してい
る。対称部分Aには1/4波長共振器である手術チップ32が
含まれている。図３と図４を区別する必要がある。図３
の1/2波長ステップ部分または共振器と図４に示された
実際の振動波長は、長さが異なる。言い換えれば、図４
の定常波長の長さは1/2波長共振器またはステップホー
ンAとBの実際の物理的長さに一致していない。1/2波長
共振器は単体または複合バーとして定義することがで
き、このバーは共振周波数と呼ばれる一定の周波数で励
振されると、両端部での力がゼロに等しくなり、１つの
節点だけがバーにそって発生するという、２つの状態が
起こる。この点については、力F1‐F3の点が示されてい
る図５を見るとよい。これらの点の振幅での力はゼロで
あり、対称ホーン部分Aと非対称ホーン部分Bの各端部と
一致している。図３では、非対称ホーン部分Bは２つの1
/4波長部分または共振器でできており、その一方は手術
チップ28である。図２でわかるように、手術チップ28
は、遠位端部38と比較的大きなねじ部42の付近で断面積
が狭い。手術チップ28は30という比較的高い利得を提供
する。この実施例の構成部分50での利得は3である。し
たがって振幅力増幅装置の全利得は、およそ90となる。
【００１１】説明を手術チップ28に戻すと、この実施例
の場合、手術チップ28は1/4波長振動変成器を限定す
る。手術チップ28には、近位のねじ付き端部またはナッ
ト部42の位置まで断面が一定の、細長い中空の針部40が
含まれている。手術チップ28にはその遠位端部38にチッ
プ開口部44が含まれ、その開口部を通じて破砕した組織
と流体が吸引される。手術チップ28を形成する材料とし
て、例えばチタンまたはステンレスを用いることができ
る。その他の材料は、本発明の意図する機能を遂行でき
る物理特性があれば、使用できる。この実施例では遠位
端部38の変位と速度が最大であり、組織破砕のための破
砕と空洞化が行われる。遠位端部38は、発生する振動波
長の1/4の間隔でナット部分42から隔てられている。ナ
ット部分42は、1/4波長の整数倍の間隔で遠位端部38か
ら隔てられる。手術チップ28の遠位端部38は、末端部分
24の前方に伸びるロッド26の部分50（図２）に比較し
て、変換器アセンブリが発生したもとの波の振幅をかな
り大きく増幅するように構成されている。さらに変換器
アセンブリ20は振動ロッド26におよそ60‐80 kHzの高周
波を与える。これによって、接触する洗浄液の空洞化が
起きる可能性は最少限におさえられることがわかった。
上記の範囲での高周波は切断動作を強め、空洞化は開口
部44の周囲の一般に円形をなす流れへとを強く限局され
る。さらに上記の構成によって、摩擦損失と電力消費が
最少限におさえられる。
【００１２】振動伝達ロッドの説明を続けると、直線の
超音波ホーン部分50は、変換器と構成部分24と手術チッ
プ28の間に伸びている。ホーン部分50はステンレスやチ
タンのような適切な材料で作られており、断面積が一定
である。ホーン部分50の長さはおよそ1/2波長である。
したがってねじ山部32で節点35bが生じる。そこにこの
節点があることによって、摩擦損失と電力消費は減少す
る。変換器アセンブリ20には、同じ理由で、圧電結晶22
の間に位置するもう一つの節点35cがある。２つの結晶2
2と末端部分24とを組み合わせた長さは、1/2波長よりわ
ずかに大きい。変換器アセンブリ20はハウジングアセン
ブリ18に熔接されるか、または固定されている。さらに
ホーン50は、振動利得を最小限におさえて波腹点での機
械的変位が変換器アセンブリ20とほぼ同じになるように
する、無損失の伝達部分として働く。この機械的変位の
減少によって、熱損失が大幅に減少する。図４に見られ
るように、変換器アセンブリ20によって生じる定常波パ
ターンの振動増幅変位はほとんどない。しかし手術チッ
プ28は、所望の振幅と限局された空洞化を生ずるために
必要な振動増幅の利得を産み出すように、充分な寸法と
位置が与えられている。空洞化は、チップ開口部44から
およそ0.5 mmから2.0 mmの範囲にある、一般に円形をな
す流体流の中で行われる。変換器アセンブリ20はその反
共振周波数で振動伝達装置を電気的に誘導する。1/4波
長ラインは並列共振回路に等しいので、このラインは電
源に対する非常に高い機械的インピーダンスを示す。し
たがって直列共振回路に等しく、インピーダンスが低
い、1/2波長ライン50を通じて、手術チップ28は事実上
変換器アセンブリ20に接続されている。したがって振動
エネルギーは実質的に手術チップ28へと流れる。
【００１３】前記のような構成によって、実用上は手術
チップ28以外に運動部分はない。したがってハンドピー
スアセンブリ18の温度は周囲温度にほぼ等しい。そこで
ハンドピースアセンブリを冷却する必要はない。さらに
比較的高い振幅を維持するための電力は、ほとんど必要
ない。したがって電力消費量は低い。図１に見られるよ
うに、変換器アセンブリ20と振動伝達装置30の周囲に、
流体容量式スリーブ52がある。スリーブ52はハウジング
アセンブリ18に接続されるように構成され、洗浄液室54
を提供しており、その寸法と構成は室54の流体容量を増
加するようなやり方で与えられている。スリーブ52には
狭いチップ部分56があり、この部分はチップ周囲の環状
流体室58を限定するために手術チップ28から間隔をおい
ている。洗浄液は室54から開放端通路58を通じて手術部
位へと流れる点が重要である。ハンドピース本体の液体
容器または室54の容積は、洗浄ポートの非常に接近した
位置にある流体蓄積装置（図８を参照）として働くよう
になっている。流体室を拡張したハンドピースが、「流
体スリーブを拡張した超音波ハンドピース」（代理人整
理番号 ALC‐008）という名称のもう一つの特許出願
に、詳細に述べられ、請求されている。それは本発明の
最善の形の一部であるので、本発明の中で説明してい
る。
【００１４】超音波吸引装置10の作動中、手術チップ28
が振動して、水晶体を多量の小断片へと破砕する。これ
らの組織断片は通路34の開口部44へと吸引され、吸引導
管を通じて回収装置16へと吸引される。同時に、洗浄液
は、手術部位で組織と一緒に吸引され、手術部位に達す
る環状通路58を通じて室54へと運ばれる。水晶体の破砕
は、振動する手術チップ28によって生じる切断動作と、
遠位端部38に隣接する強い超音波領域によって生ずる破
砕性空洞形成との結果である。効果的に破砕を行うため
には、両方の動作の働きが等しく重要であることが確か
められている。空洞を針40の遠位端部38に高度に限局す
ることによって破砕の効果が増し、吸引通路34に入る組
織粒子の寸法が低下する。さらに、形成される気泡が小
さくなると、その気泡が崩壊した場合にその気泡によっ
て生じる負圧が減少するので、高周波振動（例えば60 k
Hz‐80 kHz）によって空洞は小さくなる。この空洞化に
よって、手術チップ28にそった、チップ開口部から遠ざ
かる、破砕された粒子の縦方向の変位を生みだす傾向
が、減少する。本実施例によれば、周波数範囲がおよそ
60から80 kHzで、移動ナットによって生ずる空洞化気泡
の寸法は、手術の視界を妨害しないほど充分に小さい。
そのうえ、振動圧領域の圧力は低く、破砕された粒子を
チップから離れるように圧迫しない。したがって、道具
の破砕効率を高める渦巻き動作のような動作を行う、高
度に限局された空洞化動作が生じる。上記の構成によっ
て、手術チップが超音波ホーン部分50に接続される位置
での変位が、また大幅に低下する。
【００１５】本発明のもう一つの実施例を示す、図６と
図７を参照する。この実施例は、対称ステップホーンと
非対称ステップホーンの位置が逆になっている点で、そ
の他の実施例と異なる。この場合チップ28´は非対称ホ
ーンの一部である。変換器アセンブリ20´と振動伝達ま
たは波増幅装置30´の構成と機能はハウジングアセンブ
リ（図示せず）に収納する必要があるが、以前の実施例
で説明したように収納する。図６で示したように、構成
部分62は対称ステップホーンであり、構成部分64は非対
称ステップホーンであり、両者は同じ周波数に合わせて
ある。変換器アセンブリ20´には振動伝達ロッド26´に
備えられた一対の圧電結晶22´が含まれている。後ろの
変換器末端部分24´はステンレス製で、前の変換器末端
部分24´はチタン製である。変換器アセンブリ20´は1/
2波長共振器であり、変位増幅度の変位率は低く、およ
そ1.82である（図７参照）。この比率はステンレスとチ
タン部分24´の比音響インピーダンス比である。対称ホ
ーン部分60はチタン製で、前方の変換器末端部分24´の
延長である拡大した円筒部分64を有する。対称ホーン部
分60は、発生した定常波パターンが部分64から前方に伸
びる伝達ロッド26´の縮小した直径部分にはいると、そ
の定常波パターンの振動変位を増幅させる。対称部分60
は既知の定式に従って所望の変位増幅を行う。大気中で
振動するステップホーンの特性は、次の２つの方程式で
規定される。 sin（ka）cos（kb）＝-（Zob／Zo
a）sin（kb）cos（ka） （2） M ＝ cos（kb）／cos（ka） （3）
【００１６】方程式（2）は共振周波数を決定するため
に使用する周波数方程式であり、方程式（3）は、小端
部での変位に対する大端部での変位の比として定義され
る、変位増幅度Mを決定するために使用する利得方程式
である。 これらの方程式で、aは小さい部分の長さ、b
は大きい部分の長さ、Zobは大きい部分の特性インピー
ダンス、Zoaは小さい部分の特性インピーダンス、kは波
数である。特性インピーダンス Zo ＝ ρcS で、ρは密
度、cは音響速度、Sは断面積、波数 k ＝ 2π／λ であ
る。上記の２方程式を組み合わせると、得られる最大増
幅度は Mmax ＝Zob／Zoa （4） となり、これは両ホーン部分が1/4波長に等しい場合に
成立する。両ホーン部分の材料が同じであれば、Mは小
さい断面積に対する大きい断面積の比に等しくなる。
【００１７】対称ステップホーンの場合は、両部分は1/
4波長に近い同じ長さであり、方程式（3）の余弦項はい
ずれもゼロに近いごく小さな数である。余弦関数の傾斜
はこの点で最大となるので、この型のホーンは大量のロ
ードがかかることによる見かけの長さの変化に対して非
常に鋭敏になる。このことによって、白内障破砕で起こ
る種類のロードについて、対称ホーンの利用可能な利得
はおよそ20に制限される。 手術チップを含むステップ
ホーンが非対称で、２つの部分がいずれも1/4波長でな
く、余弦項がゼロでない場合に、実質的な改良が行われ
る。この場合、余弦関数の傾斜の値は従来より大幅に低
く、ロードのもとで充分に安定した変位を維持するため
のこのホーンの能力が改良される。しかし非対称ステッ
プホーンの増幅度は、断面積の比が同じの対称ステップ
ホーンより、必ず低くなる。
【００１８】本実施例で用いられる超音波ホーンは、チ
タン製の３ステップホーンであり、これは直列に接続し
た対称および非対称ステップホーンと等しい。利得の定
義は、ステップホーンの一定部分の対向端部での変位
（または速度）率である。この実施例では、両ステップ
ホーンの周波数を同じにすると、対称ステップホーン部
分 62 の利得は12となり、非対称ステップホーンの利得
は4となる。非対称ホーンには超音波チップ28´が含ま
れている点に注意すべきである。全利得は２つの利得の
積、すなわち48となる。このようにして、本発明者は対
称ステップホーンの高利得特性を非対称ホーンの大きな
帯域幅特性に組み合わせ、高利得で帯域幅の大きいホー
ンを実現する。帯域幅は、振幅の減衰が30 ％ 以上とな
らない周波数範囲を意味する。白内障でのロード総量に
対して、ロードのもとで充分に安定した変位を達成する
ために、周波数または電圧を補正する必要はない。 非
対称部分64は、図７で示したように、対称部分62に比べ
て変位増幅がさらに大きい。前の実施例とは異なり、こ
の実施例はさまざまな部分の利得を大幅に増加するよう
に意図されている。対称ホーンと非対称ホーンの組み合
わせによって、一定の金属容積に対する高利得が得ら
れ、さらに重要なことに、一つの対称ホーンだけで得ら
れる帯域幅より大きく、同じ利得の帯域幅が得られる。
したがって対称ホーンと非対称ホーンを組み合わせて得
られる大幅な利得によって、所望の切断速度を達成する
ために必要な電力が減少する。
【００１９】チップ28´の大幅な変位増幅を達成するた
めに、変換器アセンブリ20´に供給する電力が少なくて
すむ。このことによって、手術に必要な電圧が低いので
比較的安全に操作できる超音波用具が得られる。この実
施例の操作は上記の説明から自明である。この明細書に
示した本発明の範囲を逸脱せずに、上記の方法と装置に
いくつかの変更を行うことができるので、上記の説明、
または添付図面に示されたすべての事柄は、限定的な意
味で解釈するのでなく、例証として解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波手術装置の一部の断面図。
【図２】変換器の一実施例と振動波長を示す本発明のス
テップホーン構成の正面図。
【図３】図２で示した実施例の図であるが、その1/2波
長ステップホーン部分を示した図。
【図４】手術装置の振動変位を示すグラフ。
【図５】手術装置のステップホーン部分の力を示すグラ
フ。
【図６】本発明の変換器とステップホーン構成のもう一
つの実施例の正面図。
【図７】図６の実施例の振動変位をグラフで示した図。
【図８】ハウジングアセンブリ内の洗浄液を示す概略断
面図。
【符号の説明】
１０ 超音波振動手術吸引装置 １２ 制御装置 １４ 外部液体導管 １６ 吸引導管 １８ ハンドピースアセンブリ ２０ 変換器アセンブリ ２２ 圧電結晶 ２４ 円筒形変換器絶縁末端部 ２６ 振動伝達ロッド ２８ 手術チップ ３０ 変位増幅装置 ３２ ねじ部 ３４ 吸引通路 ３６ 中心孔 ３８ 遠位端部 ４０ 針部 ４２ ナット部分 ４４ 開口部 ５０ 超音波ホーン部分 ５２ スリーブ ５４ 洗浄液室 ５６ チップ部分 ５８ 環状流体室 ６０ 対称ホーン部分 ６２ 対称ステップホーン ６４ 非対称ステップホーン

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハンドピースアセンブリと、 前記ハンドピースアセンブリに備えられ、電力を超音波
    機械振動エネルギーに変換するために操作できる変換器
    手段と、 一端で前記変換器手段に音響的に結合され、除去すべき
    身体組織に接触するために他端で手術チップ部分を含
    む、運動増幅手段と、 互いに直列に接続された対称ステップホーン部分と非対
    称ステップホーン部分を含み、 前記ホーン部分の一方に接続されており、遠位端部で所
    望の変位が得られるように操作できる前記手術チップ部
    分とを含む、前記増幅手段と、 によって構成されることを特徴とする超音波装置。
  2. 【請求項２】 前記手術チップが前記非対称ステップホ
    ーン部分に含まれており、前記対称部分と前記非対称部
    分が、前記手術チップの遠位端部の機械的変位に対して
    高利得が得られるように構成されることを特徴とする、
    請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記手術チップが前記対称ステップホー
    ン部分に含まれており、 前記対称と非対称ホーン部分が前記手術チップの近位端
    部で実質的にゼロの変位を与え、前記チップの遠位端部
    で最大変位を与えるように構成されており、 前記変換器手段が、振動エネルギーに対する高インピー
    ダンスとして働くように、前記運動増幅手段の反共振周
    波数で作動し、そのことによって振動エネルギーが実質
    的に前記チップに流れ、前記チップで生じる変化するロ
    ードのもとで、前記チップの前記遠位端部の周囲に限局
    された空洞化領域を与えることを特徴とする、請求項１
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 さらに吸引通路手段を含み、その吸引通
    路手段が、前記通路手段の一端に真空装置が適用される
    のに応答して、その通路手段を通じて身体組織の吸引が
    行うために、前記チップ部分を通過し、また前記増幅手
    段を少なくとも部分的に通過して伸びていることを特徴
    とする、請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 非対称と対称部分が1/2波長共振器であ
    ることを特徴とする、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記1/2波長共振器がその共振周波数で
    励振されることを特徴とする、請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 ハンドピースアセンブリと、 前記ハンドピースアセンブリに備えられ、電力を超音波
    機械振動エネルギーに変換するために操作できる変換器
    手段と、 前記変換器手段に音響的に結合された一端のある本体部
    分と、破砕すべき身体組織に接触するために他端に手術
    チップ部分がある、振動伝達手段と、 近位端部で実質的にゼロの変位を与え、前記チップの遠
    位端部で最大変位を与える前記手術チップと、 振動エネルギーの変位増幅を実質的に行わない前記本体
    部分と、 振動エネルギーに対する高インピーダンスとして働くよ
    うに、前記伝達手段の反共振周波数で作動し、そのこと
    によって振動エネルギーが実質的に前記チップに流れ、
    前記チップで生じる変化するロードのもとで、前記チッ
    プ部分の周囲に限局された空洞化領域を与える、前記変
    換器手段と、 によって構成されることを特徴とする超音波手術装置。
  8. 【請求項８】 さらに吸引通路手段を含み、その吸引通
    路手段が、前記通路手段の一端に真空装置が適用される
    のに応答して、その通路手段を通じて身体組織の吸引を
    行うために、前記チップを通過し、また前記本体部分を
    少なくとも部分的に通過して伸びていることを特徴とす
    る、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記通路手段が前記手術チップの前記遠
    位端部に開口部を有し、前記手術チップによって生じた
    空洞が前記遠位端部の領域に一般に円形の流体流の形で
    限局されることを特徴とする、請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記限局された空洞領域が前記チップ
    開口部から数ミリメートルの位置にあることを特徴とす
    る、請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記振動エネルギーが少なくとも40 k
    Hz以上の高周波で発生することを特徴とする、請求項９
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 発生する高振動周波数がおよそ60から
    80 kHzであり、発生する圧力領域が破砕した粒子を前記
    チップ開口部から離れるように圧迫しないことを特徴と
    する、請求項11記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記ハンドピースアセンブリに伝達さ
    れる振動を隔絶するために、前記変換器手段が定常波パ
    ターンの節点で前記ハンドピースアセンブリに接続され
    ることを特徴とする、請求項９記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記手術チップの長さが、振動定常波
    のおよそ1/4に等しいことを特徴とする、請求項12記載
    の装置。
  15. 【請求項１５】 前記ハンドピースアセンブリに備えら
    れており、洗浄液を放出させる、前記遠位端部に隣接す
    る、洗浄通路を限定するために、前記チップと前記伝達
    手段に対して間隔をおいて伸びる洗浄液ハウジングをさ
    らに含むことを特徴とする、請求項８記載の装置。
  16. 【請求項１６】 ハンドピースアセンブリと、 前記ハンドピースアセンブリに備えられ、電力を超音波
    機械振動エネルギーに変換するために操作できる変換器
    手段と、 前記変換器手段に音響的に結合された一端のある本体部
    分と、除去すべき身体組織に接触するために他端に手術
    チップ部分がある、振動伝達手段と、 その遠位端部で変位を最大とし、前記本体部分が前記変
    換手段の振動エネルギーの変位を実質的に増幅し、前記
    振動伝達手段が前記手術チップを含む非対称ステップホ
    ーン部と組み合わされた対称ステップホーン部によって
    構成され、前記対称部分と前記非対称部分が前記チップ
    の遠位端の機械的変位の利得を高くするような前記チッ
    プと、 によって構成されることを特徴とする、超音波装置。
  17. 【請求項１７】 さらに吸引通路手段を含み、その吸引
    通路手段が、前記通路手段の一端に真空装置が適用され
    るのに応答して、その通路手段を通じて身体組織の吸引
    を行うために、前記チップを通過し、また前記本体部分
    を少なくとも部分的に通過して伸びていることを特徴と
    する、請求項16記載の装置。
  18. 【請求項１８】 振動エネルギーがおよそ60から80 kHz
    であることを特徴とする、請求項17記載の装置。
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