JP3841627B2 - Ultrasonic coagulation and incision device - Google Patents

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JP3841627B2 JP2000253918A JP2000253918A JP3841627B2 JP 3841627 B2 JP3841627 B2 JP 3841627B2 JP 2000253918 A JP2000253918 A JP 2000253918A JP 2000253918 A JP2000253918 A JP 2000253918A JP 3841627 B2 JP3841627 B2 JP 3841627B2
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ultrasonic transmission
coagulation
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動を利用して切開あるいは凝固などの処置を行う超音波凝固切開装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波凝固切開装置における超音波伝達体の役割は、超音波振動子で発生された超音波を、加工もしくは切断する対象物に、拡大して伝達することである。一般に、圧電素子を利用した超音波振動子で発生された超音波を拡大する超音波伝達体は、超音波伝達体の軸心方向に振動を伝達させる。これを実現するためには、発熱等による損失や、所望の振動以外のモード、すなわち超音波伝達体の径方向に振幅を持つ横振動の発生を可能な限り抑制することが求められる。損失及び横振動の発生は、超音波伝達体の形状を太く短くすることである程度抑制できる。例えば、特開平１１−２２６４９９(従来技術１)に示されているように、横振れや異音の発生を防止するために、超音波伝達体である超音波ホーンの形状に、ある一定の規制を設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、生体組織に超音波を加え凝固あるいは切除するための超音波凝固切開装置においては、内視鏡観察下での治療が求められている。この様な装置に用いられる超音波伝達体は細長の形状であることが必要である。例えば、特開平９−３８０９９(従来技術２)は、内視鏡に組み込まれる超音波凝固切開装置を開示している。この装置では、超音波振動子は発生された超音波を伝達棒を介して先端の固定刃に拡大して伝達することにより、生体組織の凝固・切開を行なう。この伝達棒は細長の形状であるために、固定刃部分で１０μｍ以上の大きい振幅を得ようとすると、横振動が発生し易い。
【０００４】
このような横振動は、超音波振動子で発生される超音波の振動数とは異なる振動数を持つため、可聴域の耳障りな異音を発生させることがある。また、横振動は、単に不所望な異音を発生させるだけでなく、伝達される超音波のエネルギーを損失させるため、切断等の処置の所要時間が長くなったり、最悪の場合には、切断等の処置を完了できないという事態を引き起こす可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような不具合を解消するために成されたものであり、その主な目的は、超音波の伝達による損失が少なく、異音が発生し難い超音波凝固切開装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一つのアスペクトにおいては、生体組織に対して切開・凝固等の処置を行なうための超音波凝固切開装置であり、超音波振動を発生させるための超音波振動子と、超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するための超音波伝達体と、超音波伝達体に取り付けられた固定刃と、固定刃に対して開閉動作される可動刃とを備えており、超音波伝達体は、その軸心方向に伝わる縦振動の節位置の少なくとも一つにおいて保持されており、保持された縦振動の節位置の少なくとも一つは、超音波伝達体に発生する径方向に振幅を持つ横振動の腹位置に一致している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態による超音波凝固切開装置について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１に示されるように、本実施形態の超音波凝固切開装置１００は、生体組織に対して切開・凝固等の処置を行なうための処置部１１０と、処置部１１０を操作するための操作部１２０と、超音波振動を発生させるための超音波振動子ユニット１３０と、超音波振動子ユニット１３０で発生された超音波振動を処置部１１０に伝達するための伝達部１４０とを備えている。
【００１３】
図２に示されるように、超音波振動子ユニット１３０は、超音波振動を発生する超音波振動子１３２を含んでいる。超音波振動子１３２は、例えば、圧電素子と電極を交互に積層した構造体をホーン１３６と裏打板１３４とで挟みボルトで締結したボルト締めランジュンバン超音波振動子である。
【００１４】
伝達部１４０は、超音波振動子１３２で発生された超音波振動を伝達するための超音波伝達体１４２と、これを保持するための複数のスペーサ１４４と、これらを覆う保護部材であるシース１４６とを有している。
【００１５】
超音波伝達体１４２は、例えば、チタン合金製の円柱形の棒状部材である。チタン合金は、耐食性と強度が共に高く、生体適合性も有している。
【００１６】
超音波伝達体１４２は両端に雄ネジを有しており、また、超音波振動子１３２のホーン１３６の先端部分に雌ネジを有しており、超音波伝達体１４２とホーン１３６は螺合により連結されている。
【００１７】
超音波伝達体１４２は、五箇所において、シース１４６に固定されたスペーサ１４４に保持されている。保持の位置は、縦振動の伝達を阻害しないように、超音波伝達体１４２を伝わる縦振動の節位置が選ばれている。
【００１８】
図５(Ａ)と図５(Ｂ)に示されるように、スペーサ１４４は、ねじ１５０によりシース１４６に固定されており、また、超音波伝達体１４２を保持するための穴１５４を有している。スペーサ１４４の穴１５４には、シリコンゴム等の弾性材料から成る外止め部材１５６を介して、超音波伝達体１４２が通される。その結果、外止め部材１５６の弾性変形により、超音波伝達体１４２は所定の位置においてスペーサ１４４によって保持される。
【００１９】
スペーサ１４４に対する超音波伝達体１４２の組付けは、超音波伝達体１４２を伝搬する縦振動の節位置に当たる超音波伝達体１４２の所定の位置にマークを付け、そのマークの部分にシリコンゴム等の弾性材料から成る外止め部材１５６を嵌め込み、これをスペーサ１４４の穴１５４に通すことで行なわれる。
【００２０】
図２に示されるように、処置部１１０は、固定刃１１２と、可動刃１１４と、固定刃１１２に対して可動刃１１４を開閉動作可能に支持する可動刃支持ベース１１６とを有している。可動刃支持ベース１１６は、シース１４６の端部に設けられている。
【００２１】
固定刃１１２はチタン合金製の円柱形状部材であり、超音波の振幅を拡大するために、超音波伝達体１４２より細い径を有している。固定刃１１２は一方の端部に雌ネジを有しており、螺合により超音波伝達体１４２に取り付けられている。超音波伝達体１４２に取り付けられた固定刃１１２は、可動刃支持ベース１１６に形成された穴を通って延びている。
【００２２】
図１と図２に示されるように、操作部１２０は、固定ハンドル１２２と、可動操作ハンドル１２４とを有している。固定ハンドル１２２は超音波振動子ユニット１３０に固定されており、可動操作ハンドル１２４は固定ハンドル１２２に対して開閉操作可能に超音波振動子ユニット１３０に取り付けられている。
【００２３】
可動操作ハンドル１２４の端部は、超音波振動子ユニット１３０内において、操作棒１１８と回動可能に連結されている。操作棒１１８は、図５(Ｂ)に示されるように、スペーサ１４４の穴１５２を通って延びており、可動刃１１４の端部に回動自在に連結されている。これにより、固定ハンドル１２２に対する可動操作ハンドル１２４の開閉操作に応じて、可動刃１１４が固定刃１１２に対して開閉される。
【００２４】
一般に、振動の性質は、振幅、振動数、次数(波の数)により決まる。振動の節位置と腹位置は、次数に応じて決まる。振動の次数は、振動数により変わるが、媒体の材質および形状により決まる。
【００２５】
超音波伝達体１４２の軸心方向に進む縦振動の振動数は、超音波振動子１３２から発生する超音波振動と同じであり、超音波伝達体１４２に発生する横振動の振動数は、Duffingの方程式により、超音波振動子１３２から発生する超音波振動の１/２もしくは１/３のいずれかである。
【００２６】
従って、超音波伝達体１４２の材質と形状を適当に選ぶことにより、超音波振動子１３２から発生する超音波振動(縦振動)と、その超音波振動の１/２振動数の横振動と１/３振動数の横振動とを、所望の次数にすることができる。
【００２７】
本発明による超音波凝固切開装置１００では、所望の振動である超音波伝達体１４２の軸心方向に進む縦振動に付随して発生する径方向に振幅を持つ横振動の次数(波の数)が偶数になるように、超音波伝達体１４２の形状と材質が選ばれている。その結果、縦振動の節位置の少なくとも一つは、横振動の腹位置と一致している。また、超音波伝達体１４２は、少なくとも、横振動の腹位置と一致する縦振動の節位置において、スペーサ１４４により保持されている。これにより、縦振動の振幅を妨害することなく、横振動の発生が抑制されている。
【００２８】
以下、具体的な数値をあげて説明する。超音波振動子１３２は、ホーン１３６の先端部から振動数５０ｋＨｚの超音波振動を発生する。超音波伝達体１４２の材質であるチタン合金は、１１２ＧＰａのヤング率と、４.５ｋｇ/ｍ3の密度を有している。従って、超音波伝達体１４２に伝わる振動数５０ｋＨｚの超音波振動の１/４波長は、２４.７ｍｍである。
【００２９】
生体組織に対して処置を行なう固定刃１１２に超音波振動を最も効率よく伝えるため、超音波振動子１３２のホーン１３６の先端と固定刃１１２の先端で振幅が最大になる必要がある。言い換えれば、ホーン１３６の先端と固定刃１１２の先端は、超音波振動の腹位置になる必要がある。
【００３０】
また、用途の都合上、操作部１２０から処置部１１０までの距離は２００ｍｍ以上必要である。このような理由から、本実施形態では、超音波伝達体１４２の長さは、図２に示されように、超音波振動の波長の２.５倍(次数は５)である２４７ｍｍに設定されている。
【００３１】
また、超音波伝達体１４２は、縦振動の節位置にあたる位置において、スペーサ１４４に保持されている。従って、超音波伝達体１４２は、ホーン１３６の先端から２４.７ｍｍ、７４.１ｍｍ、１２３.５ｍｍ、１７２.９ｍｍ、２２２.３ｍｍの位置においてスペーサ１４４に保持されている。
【００３２】
前述したように、超音波伝達体１４２に発生する横振動の振動数は、Duffingの方程式より、縦振動である超音波振動の振動数の１/２もしくは１/３であるので、本実施形態では、１６.７ｋＨｚもしくは２５ｋＨｚの横振動が発生する。振動数１６.７ｋＨｚは可聴域にあるため、１/３振動数の横振動の振幅が大きくなると異音が発生する。
【００３３】
さらに、横振動の発生を抑えるため、超音波伝達体１４２の太さは、縦振動の節位置と横振動の腹位置が一致する寸法が選ばれている。超音波伝達体１４２の太さの決定は、具体的には、次のようにして行なわれる。
【００３４】
まず、図３に示されるように、有限要素法を用いたシミュレーションにより、様々な太さの超音波伝達体１４２の固有振動数を調査する。次に、その固有振動数の中で超音波振動の１/２及び１/３振動数に最も近い固有振動の次数を調査する。そして、両方の横振動の次数が偶数になる太さを選ぶ。
【００３５】
本実施形態では、超音波伝達体１４２の太さは３.０ｍｍが選ばれている。この太さにおいては、１/３振動数に最も近い固有振動の次数が１４、１/２振動数に最も近い固有振動の次数が１６である。
【００３６】
本実施形態では、結局、超音波伝達体１４２は、長さ２４７ｍｍ、太さ３.０ｍｍのチタン合金製の円柱状部材である。この超音波伝達体１４２においては、図４に示されるように、全長の中央部において、縦振動における３番目の節と、１/３振動数の横振動における８番目の腹と、１/２振動数の横振動における７番目の腹とが一致している。このため、横振動の発生が抑制されている。
【００３７】
本実施形態では、固定刃１１２の長さは超音波振動の半波長分であり、振動の伝達に対する寄与は、超音波伝達体１４２に比べて小さく、実質的に無視してもよい。しかし、固定刃１１２が超音波伝達体１４２の全長と同じ程度に長い場合には、固定刃１１２を含めた固有値解析を行なう必要がある。
【００３８】
以下、本実施形態の変形例について述べる。
【００３９】
第一の変形例では、超音波伝達体１４２の材質はアルミニウム合金であり、ヤング率は７２ＧＰａ、密度は２.７ｋｇ/ｍ3である。超音波伝達体１４２の全長は、超音波伝達体１４２を伝わる振動数５０ｋＨｚの超音波振動の波長の２.５倍である２７１ｍｍが選ばれている。超音波伝達体１４２の太さは、縦振動の１/２及び１/３振動数の横振動における次数が偶数になるように、３.８ｍｍに設定されている。
【００４０】
第二の変形例では、超音波伝達体１４２は、パイプ状の中空円筒形の部材であり、その材質は第一実施形態と同じチタン合金である。超音波伝達体１４２の全長は２４７ｍｍに設定されており、これは超音波伝達体１４２を伝搬する超音波振動の波長の２.５倍に等しい。超音波伝達体１４２の外径と内径は、縦振動の１/２及び１/３振動数の横振動における次数が偶数になるように、外径が６.４ｍｍ、内径が３.０ｍｍに設定されている。
【００４１】
また、超音波伝達体１４２の保持に関して、図６に示されるように、超音波伝達体１４２の保持強度を高めるために、超音波伝達体１４２は縦振動の節位置に溝１６０を有し、スペーサ１４４の穴１５４の側面は凹面１６２になっているとよい。このような保持は、横振動に対する負荷がより大きく、横振動の抑制が更に向上される。ただし、溝１６０は超音波伝達体１４２の振動特性に影響を与えるため、超音波伝達体の設計に際しては、溝１６０を考慮してシミュレーションを行なう必要がある。
【００４２】
次に、本発明の第二の実施の形態として、第一実施形態の超音波凝固切開装置に適用可能な別の超音波伝達体について図７と図８を用いて説明する。
【００４３】
図７に示されるように、本実施形態による超音波伝達体１４２は、比較的太い一定の太さの基端部１７２と、テーパー状のホーン部１７４と、比較的細い一定の太さの中腹部１７６とを有している。
【００４４】
本実施形態では、超音波振動子１３２は、ホーン１３６の先端部から振動数４７ｋＨｚの超音波振動を発生する。また、超音波伝達体１４２の材質は第一実施形態と同じであり、ホーン部１７４以外の超音波伝達体１４２に伝わる縦振動の１/４波長は、２６.５ｍｍである。
【００４５】
基端部１７２の太さは７ｍｍであり、中腹部１７６の太さは、超音波伝達体１４２の全長が３５０ｍｍ以上であることを前提条件として、第一実施形態と同様の考えに基づいて、シミュレーションにより決められている。
【００４６】
このシミュレーションにおいて、中腹部１７６と基端部１７２とを滑らかに接続するため、ホーン部１７４の形状は中腹部１７６の太さに応じて若干変えている。また、それに伴い、縦振動の次数が同じでも、超音波伝達体１４２の全長も変わる。
【００４７】
本実施形態では、縦振動の次数を７(波長の３.５倍)に固定して、中腹部１７６の太さを１ｍｍ〜７ｍｍの範囲で変化させるシミュレーションの結果、全長は３７０.６ｍｍ〜３９３.７ｍｍの範囲で変化した。
【００４８】
図８に示されるように、様々な太さの中腹部に対して超音波伝達体１４２の縦振動の１/２及び１/３振動数に最も近い固有振動の次数を調査した。
【００４９】
本実施形態では、超音波伝達体１４２の中腹部１７６の太さは３.５ｍｍに設定されており、この太さにおいて、１/２振動数の横振動の次数は２２、１/３振動数の横振動の次数は１８である。これにより、縦振動の節位置の少なくとも一つは、横振動の腹位置と一致している。
【００５０】
この超音波伝達体１４２は、縦振動の７つの節位置のうち、ホーン部１７４に存在する１つの節位置を除いた６つの節位置において、第一実施形態と同様に、シース１４６に固定されたスペーサ１４４に保持される。これにより、縦振動の伝達を阻害することなく、横振動の発生が抑制される。
【００５１】
これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、縦振動の伝達を阻害することなく横振動の発生が抑えられた、従って、超音波の伝達による損失が少なく、異音が発生し難い超音波凝固切開装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による超音波凝固切開装置の外観を概略的に示している。
【図２】図１に示される超音波凝固切開装置の内部構造を概略的に示している。
【図３】図２に示される超音波伝達体の太さに対する横振動の次数の変化を示すグラフである。
【図４】第一の実施の形態における超音波伝達体と、これに伝わる縦振動の波形と、これに発生する横振動の波形とを示している。
【図５】図２に示される超音波伝達体の保持の一形態を示しており、(Ａ)は保持される前の様子を示し、(Ｂ)は保持されている様子を示している。
【図６】図２に示される超音波伝達体の保持の別の形態を示している。
【図７】第二の実施の形態による超音波伝達体を示している。
【図８】図７に示される超音波伝達体の太さに対する横振動の次数の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１００ 超音波凝固切開装置
１１２ 固定刃
１１４ 可動刃
１３２ 超音波振動子
１４２ 超音波伝達体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic coagulation and incision apparatus that performs treatment such as incision or coagulation using ultrasonic vibration.
[0002]
[Prior art]
The role of the ultrasonic transmission body in the ultrasonic coagulation / cutting device is to transmit the ultrasonic wave generated by the ultrasonic vibrator to an object to be processed or cut in an enlarged manner. In general, an ultrasonic transmission body that expands ultrasonic waves generated by an ultrasonic transducer using a piezoelectric element transmits vibrations in the axial direction of the ultrasonic transmission body. In order to realize this, it is required to suppress as much as possible the loss due to heat generation and the occurrence of modes other than the desired vibration, that is, lateral vibration having an amplitude in the radial direction of the ultrasonic transmission body. The occurrence of loss and lateral vibration can be suppressed to some extent by making the shape of the ultrasonic transmission body thicker and shorter. For example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-226499 (Prior Art 1), in order to prevent the occurrence of lateral vibration and abnormal noise, the shape of an ultrasonic horn that is an ultrasonic transmission body has certain restrictions. Is provided.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, an ultrasonic coagulation and incision apparatus for coagulating or excising a living tissue by applying ultrasonic waves has been required to be treated under endoscopic observation. The ultrasonic transmission body used in such an apparatus needs to have an elongated shape. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-38099 (prior art 2) discloses an ultrasonic coagulation / cutting device incorporated in an endoscope. In this apparatus, the ultrasonic transducer performs coagulation / incision of the living tissue by transmitting the generated ultrasonic wave to the fixed blade at the tip through the transmission rod. Since this transmission rod has an elongated shape, lateral vibration tends to occur when a large amplitude of 10 μm or more is obtained at the fixed blade portion.
[0004]
Such lateral vibration has a frequency different from the frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic vibrator, and may cause annoying abnormal noise in the audible range. In addition, the lateral vibration not only generates unwanted noise, but also loses the energy of the transmitted ultrasonic waves, so that the time required for treatment such as cutting becomes longer, or in the worst case, cutting is performed. This may cause a situation in which it is impossible to complete the treatment.
[0005]
The present invention has been made to eliminate such problems, and its main object is to provide an ultrasonic coagulation / cutting device that is less likely to cause abnormal noise due to less loss due to transmission of ultrasonic waves. It is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In one aspect, the present invention is an ultrasonic coagulation and incision apparatus for performing a treatment such as incision and coagulation on a living tissue, an ultrasonic vibrator for generating ultrasonic vibration, and an ultrasonic vibration An ultrasonic transmission body for transmitting ultrasonic vibration generated by the child, a fixed blade attached to the ultrasonic transmission body, and a movable blade that is opened and closed with respect to the fixed blade. The transmission body is held at at least one of the longitudinal vibration node positions transmitted in the axial direction, and at least one of the held longitudinal vibration node positions has an amplitude in the radial direction generated in the ultrasonic transmission body. It corresponds to the abdominal position of lateral vibration with.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An ultrasonic coagulation / cutting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
As shown in FIG. 1, an ultrasonic coagulation / cutting device 100 according to the present embodiment includes a treatment unit 110 for performing treatment such as incision / coagulation on a living tissue, and an operation unit for operating the treatment unit 110. 120, an ultrasonic transducer unit 130 for generating ultrasonic vibrations, and a transmission unit 140 for transmitting ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic transducer unit 130 to the treatment unit 110.
[0013]
As shown in FIG. 2, the ultrasonic transducer unit 130 includes an ultrasonic transducer 132 that generates ultrasonic vibrations. The ultrasonic vibrator 132 is, for example, a bolted Langjungbang ultrasonic vibrator in which a structure in which piezoelectric elements and electrodes are alternately stacked is sandwiched between a horn 136 and a backing plate 134 and fastened with bolts.
[0014]
The transmission unit 140 includes an ultrasonic transmission body 142 for transmitting ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 132, a plurality of spacers 144 for holding the ultrasonic transmission body 142, and a sheath 146 that is a protective member that covers these. And have.
[0015]
The ultrasonic transmission body 142 is, for example, a cylindrical rod-shaped member made of a titanium alloy. Titanium alloys have high corrosion resistance and strength, and are also biocompatible.
[0016]
The ultrasonic transmission body 142 has male screws at both ends, and has a female screw at the tip of the horn 136 of the ultrasonic vibrator 132. The ultrasonic transmission body 142 and the horn 136 are screwed together. It is connected.
[0017]
The ultrasonic transmission body 142 is held by spacers 144 fixed to the sheath 146 at five locations. As the holding position, the node position of the longitudinal vibration transmitted through the ultrasonic transmission body 142 is selected so as not to inhibit the transmission of the longitudinal vibration.
[0018]
As shown in FIGS. 5A and 5B, the spacer 144 is fixed to the sheath 146 by a screw 150 and has a hole 154 for holding the ultrasonic transmission body 142. Yes. The ultrasonic transmission body 142 is passed through the hole 154 of the spacer 144 via an outer stopper member 156 made of an elastic material such as silicon rubber. As a result, the ultrasonic transmission body 142 is held by the spacer 144 at a predetermined position due to elastic deformation of the outer stopper member 156.
[0019]
The ultrasonic transmission body 142 is assembled to the spacer 144 by marking a predetermined position of the ultrasonic transmission body 142 that corresponds to the node position of the longitudinal vibration propagating through the ultrasonic transmission body 142, and the mark portion is made of silicon rubber or the like. This is done by fitting the outer stopper member 156 made of an elastic material and passing it through the hole 154 of the spacer 144.
[0020]
As shown in FIG. 2, the treatment unit 110 includes a fixed blade 112, a movable blade 114, and a movable blade support base 116 that supports the movable blade 114 so that the movable blade 114 can be opened and closed with respect to the fixed blade 112. . The movable blade support base 116 is provided at the end of the sheath 146.
[0021]
The fixed blade 112 is a columnar member made of a titanium alloy, and has a diameter smaller than that of the ultrasonic transmission body 142 in order to increase the amplitude of the ultrasonic wave. The fixed blade 112 has a female screw at one end, and is attached to the ultrasonic transmission body 142 by screwing. The fixed blade 112 attached to the ultrasonic transmission body 142 extends through a hole formed in the movable blade support base 116.
[0022]
As shown in FIGS. 1 and 2, the operation unit 120 includes a fixed handle 122 and a movable operation handle 124. The fixed handle 122 is fixed to the ultrasonic transducer unit 130, and the movable operation handle 124 is attached to the ultrasonic transducer unit 130 so that the fixed handle 122 can be opened and closed.
[0023]
An end portion of the movable operation handle 124 is rotatably connected to the operation rod 118 in the ultrasonic transducer unit 130. As shown in FIG. 5B, the operation rod 118 extends through the hole 152 of the spacer 144 and is rotatably connected to the end of the movable blade 114. Accordingly, the movable blade 114 is opened and closed with respect to the fixed blade 112 in accordance with the opening / closing operation of the movable operation handle 124 with respect to the fixed handle 122.
[0024]
In general, the nature of vibration is determined by amplitude, frequency, and order (number of waves). The vibration node position and antinode position are determined according to the order. The order of vibration varies depending on the frequency, but is determined by the material and shape of the medium.
[0025]
The frequency of the longitudinal vibration traveling in the axial direction of the ultrasonic transmission body 142 is the same as the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic transducer 132, and the frequency of the lateral vibration generated in the ultrasonic transmission body 142 is Duffing. From the above equation, it is either 1/2 or 1/3 of the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic vibrator 132.
[0026]
Accordingly, by appropriately selecting the material and shape of the ultrasonic transmission body 142, the ultrasonic vibration (longitudinal vibration) generated from the ultrasonic vibrator 132, the transverse vibration having a half frequency of the ultrasonic vibration, and 1 A transverse vibration of / 3 frequency can be set to a desired order.
[0027]
In the ultrasonic coagulation / cutting device 100 according to the present invention, the order (number of waves) of the transverse vibration having amplitude in the radial direction generated accompanying the longitudinal vibration traveling in the axial direction of the ultrasonic transmission body 142 which is a desired vibration. The shape and material of the ultrasonic transmission body 142 are selected so that becomes an even number. As a result, at least one node position of the longitudinal vibration coincides with the antinode position of the lateral vibration. Further, the ultrasonic transmission body 142 is held by the spacer 144 at least at the node position of the longitudinal vibration that coincides with the antinode position of the lateral vibration. Thereby, generation | occurrence | production of a horizontal vibration is suppressed, without interfering with the amplitude of a longitudinal vibration.
[0028]
Hereinafter, specific numerical values will be described. The ultrasonic vibrator 132 generates ultrasonic vibration with a frequency of 50 kHz from the tip of the horn 136. The titanium alloy that is the material of the ultrasonic transmission body 142 has a Young's modulus of 112 GPa and a density of 4.5 kg / m 3 . Therefore, the quarter wavelength of the ultrasonic vibration having a frequency of 50 kHz transmitted to the ultrasonic transmission body 142 is 24.7 mm.
[0029]
In order to transmit ultrasonic vibrations most efficiently to the fixed blade 112 that performs treatment on a living tissue, it is necessary to maximize the amplitude at the tip of the horn 136 of the ultrasonic transducer 132 and the tip of the fixed blade 112. In other words, the tip of the horn 136 and the tip of the fixed blade 112 need to be at the antinode position of ultrasonic vibration.
[0030]
For convenience of use, the distance from the operation unit 120 to the treatment unit 110 needs to be 200 mm or more. For this reason, in this embodiment, the length of the ultrasonic transmission body 142 is set to 247 mm, which is 2.5 times the wavelength of the ultrasonic vibration (order is 5), as shown in FIG. ing.
[0031]
The ultrasonic transmission body 142 is held by the spacer 144 at a position corresponding to a node position of longitudinal vibration. Therefore, the ultrasonic transmission body 142 is held by the spacer 144 at positions 24.7 mm, 74.1 mm, 123.5 mm, 172.9 mm, and 222.3 mm from the tip of the horn 136.
[0032]
As described above, the frequency of the transverse vibration generated in the ultrasonic transmission body 142 is 1/2 or 1/3 of the frequency of the ultrasonic vibration that is the longitudinal vibration according to the Duffing equation. Then, a lateral vibration of 16.7 kHz or 25 kHz occurs. Since the frequency of 16.7 kHz is in the audible range, abnormal noise is generated when the amplitude of the transverse vibration of 1/3 frequency is increased.
[0033]
Furthermore, in order to suppress the occurrence of lateral vibration, the thickness of the ultrasonic transmission body 142 is selected such that the node position of the longitudinal vibration coincides with the antinode position of the lateral vibration. Specifically, the thickness of the ultrasonic transmission body 142 is determined as follows.
[0034]
First, as shown in FIG. 3, the natural frequency of the ultrasonic transmission body 142 having various thicknesses is investigated by simulation using a finite element method. Next, among the natural frequencies, the order of the natural vibration closest to 1/2 and 1/3 of the ultrasonic vibration is investigated. Then, the thickness is selected such that the orders of both lateral vibrations are even.
[0035]
In this embodiment, the thickness of the ultrasonic transmission body 142 is selected to be 3.0 mm. In this thickness, the natural vibration order closest to the 1/3 frequency is 14, and the natural vibration order closest to the 1/2 frequency is 16.
[0036]
In the present embodiment, after all, the ultrasonic transmission body 142 is a columnar member made of a titanium alloy having a length of 247 mm and a thickness of 3.0 mm. In this ultrasonic transmission body 142, as shown in FIG. 4, in the central part of the total length, the third node in the longitudinal vibration, the eighth antinode in the lateral vibration of 1/3 frequency, and 1/2 The seventh antinode in the transverse vibration of the frequency coincides. For this reason, occurrence of lateral vibration is suppressed.
[0037]
In the present embodiment, the length of the fixed blade 112 is a half wavelength of ultrasonic vibration, and the contribution to vibration transmission is smaller than that of the ultrasonic transmission body 142 and may be substantially ignored. However, when the fixed blade 112 is as long as the entire length of the ultrasonic transmission body 142, it is necessary to perform eigenvalue analysis including the fixed blade 112.
[0038]
Hereinafter, modifications of the present embodiment will be described.
[0039]
In the first modification, the material of the ultrasonic transmission body 142 is an aluminum alloy, the Young's modulus is 72 GPa, and the density is 2.7 kg / m 3 . The total length of the ultrasonic transmission body 142 is 271 mm, which is 2.5 times the wavelength of the ultrasonic vibration having a frequency of 50 kHz transmitted through the ultrasonic transmission body 142. The thickness of the ultrasonic transmission body 142 is set to 3.8 mm so that the order in the transverse vibration of 1/2 and 1/3 of the longitudinal vibration is an even number.
[0040]
In the second modification, the ultrasonic transmission body 142 is a pipe-like hollow cylindrical member, and the material thereof is the same titanium alloy as that of the first embodiment. The total length of the ultrasonic transmission body 142 is set to 247 mm, which is equal to 2.5 times the wavelength of the ultrasonic vibration propagating through the ultrasonic transmission body 142. The outer diameter and inner diameter of the ultrasonic transmission body 142 are set to an outer diameter of 6.4 mm and an inner diameter of 3.0 mm so that the orders in the transverse vibrations of 1/2 and 1/3 of the longitudinal vibration are even. Has been.
[0041]
Further, regarding the holding of the ultrasonic transmission body 142, as shown in FIG. 6, in order to increase the holding strength of the ultrasonic transmission body 142, the ultrasonic transmission body 142 has a groove 160 at the node position of the longitudinal vibration, The side surface of the hole 154 of the spacer 144 is preferably a concave surface 162. Such holding has a greater load on the lateral vibration, and the suppression of the lateral vibration is further improved. However, since the groove 160 affects the vibration characteristics of the ultrasonic transmission body 142, it is necessary to perform a simulation in consideration of the groove 160 when designing the ultrasonic transmission body.
[0042]
Next, as a second embodiment of the present invention, another ultrasonic transmission body applicable to the ultrasonic coagulation / cutting device of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0043]
As shown in FIG. 7, the ultrasonic transmission body 142 according to the present embodiment has a relatively thick base end portion 172 having a constant thickness, a tapered horn portion 174, and a relatively thin constant thickness. An abdomen 176.
[0044]
In the present embodiment, the ultrasonic transducer 132 generates ultrasonic vibration having a frequency of 47 kHz from the tip of the horn 136. The material of the ultrasonic transmission body 142 is the same as that of the first embodiment, and the quarter wavelength of the longitudinal vibration transmitted to the ultrasonic transmission body 142 other than the horn portion 174 is 26.5 mm.
[0045]
The thickness of the base end portion 172 is 7 mm, and the thickness of the middle abdomen 176 is based on the same idea as in the first embodiment, on the precondition that the total length of the ultrasonic transmission body 142 is 350 mm or more, Determined by simulation.
[0046]
In this simulation, the shape of the horn part 174 is slightly changed according to the thickness of the middle abdomen 176 in order to smoothly connect the middle abdomen 176 and the base end 172. Accordingly, the total length of the ultrasonic transmission body 142 is changed even if the order of longitudinal vibration is the same.
[0047]
In the present embodiment, the length of the longitudinal vibration is fixed to 7 (3.5 times the wavelength), and the thickness of the mid-abdominal part 176 is changed in the range of 1 mm to 7 mm. It changed in the range of 0.7 mm.
[0048]
As shown in FIG. 8, the order of the natural vibration closest to 1/2 and 1/3 of the longitudinal vibration of the ultrasonic transmission body 142 with respect to the middle part of various thicknesses was investigated.
[0049]
In the present embodiment, the thickness of the middle part 176 of the ultrasonic transmission body 142 is set to 3.5 mm, and at this thickness, the transverse vibration order of 1/2 frequency is 22, 1/3 frequency. The order of the transverse vibration of is 18. Accordingly, at least one of the node positions of the longitudinal vibration is coincident with the antinode position of the lateral vibration.
[0050]
The ultrasonic transmission body 142 is fixed to the sheath 146 at six node positions excluding one node position existing in the horn portion 174 among the seven node positions of the longitudinal vibration, as in the first embodiment. The spacer 144 is held. Thereby, generation | occurrence | production of a lateral vibration is suppressed, without inhibiting transmission of a longitudinal vibration.
[0051]
Although several embodiments have been specifically described so far with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and all the embodiments performed without departing from the scope of the invention are not limited thereto. Including implementation.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic coagulation / cutting device in which occurrence of lateral vibration is suppressed without hindering transmission of longitudinal vibration, and accordingly, loss due to transmission of ultrasonic waves is small and abnormal noise is hardly generated. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 schematically shows the appearance of an ultrasonic coagulation / cutting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 schematically shows an internal structure of the ultrasonic coagulation / cutting device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing changes in the order of transverse vibration with respect to the thickness of the ultrasonic transmission body shown in FIG. 2;
FIG. 4 shows an ultrasonic transmission body in the first embodiment, a waveform of longitudinal vibration transmitted to the ultrasonic transmission body, and a waveform of lateral vibration generated in the ultrasonic vibration body.
5 shows one form of holding the ultrasonic transmission body shown in FIG. 2, (A) shows a state before being held, and (B) shows a state where it is held.
6 shows another form of holding the ultrasonic transmission body shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 7 shows an ultrasonic transmission body according to a second embodiment.
FIG. 8 is a graph showing changes in the order of transverse vibration with respect to the thickness of the ultrasonic transmission body shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
100 Ultrasonic Coagulation Incision Device 112 Fixed Blade 114 Movable Blade 132 Ultrasonic Vibrator 142 Ultrasonic Transmitter

Claims (1)

生体組織に対して切開・凝固等の処置を行なうための超音波凝固切開装置であり、
超音波振動を発生させるための超音波振動子と、
超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するための超音波伝達体と、
超音波伝達体に取り付けられた固定刃と、
固定刃に対して開閉動作される可動刃とを備えており、
超音波伝達体は、その軸心方向に伝わる縦振動の節位置の少なくとも一つにおいて保持されており、保持された縦振動の節位置の少なくとも一つは、超音波伝達体に発生する径方向に振幅を持つ横振動の腹位置に一致している、超音波凝固切開装置。An ultrasonic coagulation and incision device for performing treatment such as incision and coagulation on living tissue,
An ultrasonic transducer for generating ultrasonic vibrations;
An ultrasonic transmission body for transmitting ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator;
A fixed blade attached to the ultrasonic transmission body;
A movable blade that is opened and closed with respect to the fixed blade,
The ultrasonic transmission body is held at at least one of the longitudinal vibration node positions transmitted in the axial direction, and at least one of the held longitudinal vibration node positions is a radial direction generated in the ultrasonic transmission body. An ultrasonic coagulation and incision device that coincides with the abdominal position of the lateral vibration with amplitude.
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