JP4180264B2 - ゼロ負荷状態における超音波システムの始動性能を改善するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は本発明と同一の発明の名称を有していて本明細書に参考文献として含まれる2000年10月20日に出願されている米国仮特許出願第60/241,890号に関連し、これに基づく優先権を主張する。
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に超音波外科システムに関し、特にゼロ荷重下での超音波システムの始動性能を改善するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気的な外科用メスおよびレーザーが組織および血管を焼灼することにより軟質組織の切開および止血を同時に行なうという2種類の機能を実行するための外科装置として使用できることが知られている。しかしながら、このような装置は凝固状態を形成するために極めて高い温度を使用するために気化および発煙ならびにはねかえりを生じる。さらに、このような装置を使用することにより、比較的広い熱的な組織損傷の領域を形成する場合が多い。
【0003】
超音波駆動機構による高速で振動する外科ブレードによる組織の切断および焼灼も良く知られている。このような超音波切断装置に付随する問題の一例は無調整状態または無減衰状態の振動および熱、およびこれらによる材料疲労である。動作空間の環境内において、ブレードを冷却するための熱交換器によるシステムの冷却処理を含むことによる上記加熱の問題を制御する試みがこれまで行なわれてきた。例えば、既知のシステムの一例において、超音波切断および組織フラグメント化システムは循環水ジャケットおよび切断部位の灌注および吸引のための手段を備えた冷却システムを必要とする。別の既知のシステムは切断ブレードへの低温流体の供給が必要である。
【0004】
トランスデューサ内に発生する熱を制限するための手段として当該トランスデューサに供給する電流を制限することが知られている。しかしながら、このことにより患者の最も効果的な治療を必要とする時にブレードに不十分な出力を供給することが起こり得る。本特許出願の譲受人に譲渡されていて本明細書に参考文献として含まれるThomasに発行されている米国特許第5,026,387号はブレードに供給する駆動エネルギーを制御することにより冷却剤を使用することなく超音波外科切断および止血システムにおける発熱を調整するためのシステムを開示している。この特許によるシステムにおいて、超音波発生装置は特定の電圧、電流および例えば1秒当たり55,500サイクルの振動数の電気的信号を生成する超音波発生装置が備えられている。この発生装置はケーブルを介してハンド・ピースに接続されており、このハンド・ピースが圧電セラミック素子を収容して超音波トランスデューサを形成している。ハンド・ピース上のスイッチまたは別のケーブルにより発生装置に接続しているフット・スイッチに応じて、この発生装置の信号がトランスデューサに供給されて、その素子における長手方向の振動が生じる。一定の構造体がこのトランスデューサを外科ブレードに接続しており、これにより、外科ブレードが発生装置からの信号のトランスデューサへの供給時に超音波振動数で振動する。さらに、上記の構造体は所定の振動数で共振するように構成されているので、トランスデューサにより開始される動作が増幅できる。
【0005】
トランスデューサに供給される信号はブレードの負荷状態(組織に対する接触または後退)についての継続的または周期的な感知情報に応じて適宜トランスデューサに出力を供給するように制御される。この結果、装置は低出力のアイドリング状態から、外科用メスの組織への接触の有無に自動的に応じて選択可能な高出力の切断処理状態に到達する。第3の高出力凝固モードはブレードが組織に接触していない時のアイドリング出力レベルへの自動復帰を伴って手動により選択可能である。この超音波出力はブレードに継続的に供給されないので、周囲の発熱を減少しながら、必要に応じて切開および焼灼のために組織に十分なエネルギーを供給できる。
【0006】
上記Thomas特許におけるコントロール・システムはアナログ型である。位相ロック・ループ(電圧制御型オシレータ、周波数分割器、電源スイッチ、整合ネットワークおよび位相検出器を含む)がハンド・ピースに供給される振動数を安定化する。ハンド・ピースに供給される振動数、電流および電圧等のパラメータはブレード上の負荷により変化するので、マイクロプロセッサがこれらをサンプリングすることにより出力量を制御する。
【0007】
上記Thomas特許において記載されているような典型的な超音波外科システム内の発生装置における出力対負荷曲線は2個の部分を有している。第1の部分は負荷の増加に従って出力が増加する定常的な電流供給を示している正の勾配を有している。第2の部分は負荷の増加に従って出力が減少する定常的または飽和状態の出力電圧を示している負の勾配を有している。第1の部分に対応して調整される電流は各電子部品の設計により固定され、第2の部分の電圧は設計における最大出力電圧により制限される。このようなシステムにおける出力対負荷の出力特性は種々のハンド・ピース・トランスデューサおよび超音波ブレードに対して最適化できないために上記の構成は柔軟性に欠ける。外科装置用の従来のアナログ型超音波出力システムの性能は部品の許容度および動作温度変化による発生装置の電子部品における可変性により影響を受ける。特に、温度変化は振動数ロック範囲、駆動信号レベル、およびその他のシステム性能測定値を含む重要なシステム・パラメータにおいて多様な変化を生じる。
【0008】
効率的な様式で超音波外科システムを動作するために、始動時においてハンド・ピース・トランスデューサに供給される信号振動数を一定範囲において掃引することにより共振振動数を位置決めする。この位置が見つかると、発生装置の位相ロック・ループがその共振振動数に対してロックされ、電圧位相角度に対してトランスデューサ電流を継続してモニターして、その共振振動数でトランスデューサを駆動することにより当該装置を共振状態に維持する。このようなシステムにおける重要な機能はトランスデューサを負荷の存在下に共振する状態に維持することおよび共振振動数を変化する温度変化である。しかしながら、これら従来の超音波駆動システムは適応振動数制御に対して柔軟性がほとんどまたは全く無い。このような柔軟性は不所望な共振を識別するシステム能力において重要である。特に、これらのシステムは一方向における共振に応じて探索できるのみである、すなわち、振動数の増減を伴い、これらの探索パタンが固定されている。このシステムは(i)無関係の共振モードを飛び越えること、またはどの共振を飛び越えるかまたはロックするか等の任意の発見的決定(heuristic decisions)を行なうことができず、(ii)適当な振動数の係止が行なわれている時のみにおいて出力供給を確実に行なうことができない。
【0009】
さらに、従来技術の超音波発生装置システムは当該システムにおいて適応制御アルゴリズムの使用および決定動作を可能にする振幅制御においても柔軟性がほとんど無い。例えば、これらの固定されたシステムはブレード上の負荷および/または電圧位相角度に対する電流に基づいて例えば電流または振動数等の出力駆動要素に関する発見的決定を行なう能力に欠けている。このことはトランスデューサの有効寿命を延ばしてブレードに対する安全な動作条件を確定する一定の効率的な性能に対応する最適なトランスデューサ駆動信号レベルを設定するためのシステム能力も制限する。さらに、このような振幅および振動数に関する制御の欠如により、トランスデューサ/ブレード・システムについての診断検査および全体的なトラブルシューティングの支援を行なうシステム能力が低下する。
【0010】
ブレードの応答はシステムが上記モードのいずれかである場合にトランスデューサに供給される電気的信号を測定することにより決定される。本明細書に参考文献として含まれる2000年10月20日に出願されている米国特許第09/693,621号に記載されている超音波システムは出力駆動振動数を掃引して、超音波トランスデューサおよびブレードの振動数応答をモニターし、この応答からパラメータを抽出して、これらのパラメータをシステム診断情報として使用する能力を有している。この振動数掃引および応答測定モードはデジタル・コードを介して達成され、その出力駆動振動数が従来技術の超音波システムにおいて存在しない高い解像度、精度、および再現性により段階付けできる。
【0011】
超音波システムにおいて、トランスデューサ電圧とトランスデューサ電流との間の所望の位相角度を探索して維持するためのトランスデューサ駆動信号位相制御法を実施することが必要である。このようなシステムにおいては、共振振動数の探索が特定のトランスデューサに付随する所定の振動数および位相角度において行なわれ、システムがこれに従って位相−振動数応答曲線における固定点、すなわち、固定した位相設定点を探求するように設定される。この方法は既知の位相−振動数応答を有するハンド・ピース/ブレードに接続したシステムにおいて使用する場合に適している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記の無負荷状態におけるハンド・ピース/ブレードの位相振動数応答は大きな正の勾配を有しており、この状態は発生装置における位相ロック・ループがゼロ負荷状態における始動中に共振振動に対してロックすることを困難にする。トランスデューサの駆動位相は超音波発生装置からの駆動信号の振動数に依存する。しかしながら、所望の位相が同一の共振振動数において常に存在するとは限らず、このことはトランスデューサの電気機械的特性に依存している。これらの特性は各トランスデューサおよび温度変化により変化し得る。従って、超音波システムと共に異なる位相−振動数応答を有する異なるハンド・ピース/ブレードを使用する場合に、当該ハンド・ピース/ブレードは異なるインピーダンスを有する可能性がある。この結果、上記のロックを行なうことは別のハンド・ピース/ブレードに付随する位相設定点における共振を探索するためのシステムの場合にさらに困難になる。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明はゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法である。振動数制御ループにおける位相設定点は、ゼロ負荷状態における始動時において、当該位相設定点が低い正の勾配を有する位相−振動数応答曲線における一定の点と交差するように設定される。この位相−振動数応答曲線上の交差点は負荷の増加およびシステムQ値(すなわち、共振における最小インピーダンス)の減少に従って変化する。
【0014】
本発明によれば、コントローラが目的の0°インピーダンスの位相デルタ値(位相変数分)を「探索する(seeks)」。超音波発生装置の振動数は任意の既知のハンド・ピース/ブレードの組み合わせの共振よりも低い共振外振動数(off-resonance frequency)に設定される。駆動電圧がシステムの物理的制限値を超えないようにするために、駆動電流が一定の低いレベルに設定される。その後、目的の0°インピーダンス位相デルタ値が設定されるまで駆動振動数が段階的に徐々に増加される。
【0015】
上記駆動振動数を勾配を付けて増加させるための駆動振動数の各増加段階はトランスデューサにおけるインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相により決まる。これらインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相が2個の指示値により示されている2次元のルックアップ・テーブルが上記駆動振動数を勾配を付けて増加するための振動周波数の各増加段階を含む。この場合に、インピーダンスの大きさおよび位相が高くなるほど、駆動振動数の段階の間隔が高くなる。目的の位相デルタ値が得られると、この値が一定値として維持される。このことを行なうために、インピーダンスの位相およびインピーダンスの大きさが測定されて振動数補正値を決定するために使用され、この振動数補正値が位相振動数応答曲線上に位相設定点を設定するために使用される。
【0016】
上記の方法は位相設定点を低い正の勾配部分を有する位相−振動数応答曲線上の点に交差させることにより無負荷状態における低インピーダンス・ブレードを有する超音波外科システムの始動性能を改善する。さらに、この方法は異なるインピーダンスを有するハンド・ピース/ブレードの組み合わせの使用を可能にすることにより超音波システムにおける柔軟性を向上する。
本発明の上記およびその他の特徴および利点は以下の添付図面に基づく本発明の好ましい実施形態の詳細な説明によりさらに明らかになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による方法を実施するためのシステムを示している図である。ケーブル20内の一式のワイヤにより、電気的エネルギー、すなわち、駆動電流がコンソール10からハンド・ピース30に送られ、このハンド・ピース30において、電気的エネルギーが外科メス用ブレード32のような外科装置に長手方向に沿う超音波振動動作を与える。このブレード32は組織の同時的な切開および焼灼処理のために使用できる。ハンド・ピース30に対する超音波電流の供給は当該ハンド・ピース30上に配置されているスイッチ34の制御下に行なうことができ、このスイッチ34はケーブル20内のワイヤを介してコンソール10の中の発生装置に接続している。さらに、この発生装置はフット・スイッチ40により制御可能であり、このフット・スイッチ40は別のケーブル50を介してコンソール10に接続している。従って、使用時において、外科医は、自分の指でハンド・ピース上のスイッチ34を操作するか自分の足でフット・スイッチ40を操作して、ハンド・ピースに対して超音波電気信号を供給することによりブレードを一定の超音波振動数で長手方向に沿って振動させることができる。
【0018】
発生装置のコンソール10は液晶表示装置12を備えており、この表示装置12は最大切断出力率または切断出力に付随する数値的出力レベル等の種々の手段において選択される切断出力レベルを指示するために使用できる。この液晶表示装置12はシステムにおける別のパラメータを表示するために使用することもできる。出力スイッチ11を使用して装置を始動する。ウォーミング・アップ状態において、「待機(standby)」ライト13が点灯する。動作準備が完了すると、「準備完了(ready)」インジケータ14が点灯して、待機ライトが消える。装置が最大出力を供給する場合に、MAXボタン15が押される。それよりも少ない出力が必要である場合には、MINボタン17を作動する。さらに、MINボタン17を作動する際の出力レベルがボタン16により設定される。
【0019】
診断検査を行なう場合に、この検査は「テスト(test)」ボタン19により開始する。安全面の理由から、例えば、外科医または他の人員にブレードが触れている際に検査を開始しないことを確実にするために、ボタン19はハンド・ピース・スイッチ34またはフット・スイッチ40との組み合わせで押す必要がある。さらに、ハンド・スイッチ34をフット・スイッチ40の代わりに作動する場合には、「ハンド作動(hand activation)」ボタン18を押す必要がある。
【0020】
図2においてさらに詳細に示すように、超音波ハンド・ピース30は電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換してトランスデューサの各端部において長手方向に沿う振動動作を生じるための圧電変換トランスデューサ36を収容している。トランスデューサ36はそのスタック(堆積体)に沿う特定の点に配置されている動作ゼロ点(motion null point)を有する積み重ね状のセラミック圧電素子の形態である。このトランスデューサ・スタックは2個のシリンダ31と33との間に取り付けられている。さらに、シリンダ35がシリンダ33に取り付けられており、当該シリンダ35は別の動作ゼロ点37においてハウジング内に取り付けられている。さらに、ホーン38はその一端側においてゼロ点37に取り付けられていて、その他端側においてカップラー39に取り付けられている。ブレード32はこのカップラー39に固定されている。この結果、ブレード32はトランスデューサ36による一定の超音波振動数の速度で長手方向に沿って振動する。トランスデューサの各端部は当該トランスデューサの共振振動数において約380mA・RMSの電流により駆動する場合に不動の節部を構成するスタックの部分を伴って最大の動作を行なう。しかしながら、この最大動作を行なう電流は各ハンド・ピースにより変化し、システムが使用できるハンド・ピースの不揮発性メモリーに記憶されているバルブである。
【0021】
ハンド・ピースの部品はその組み合わせ体が同一共振振動数で振動するように設計されている。特に、最終的な各要素の長さが1/2波長になるように各要素が同調される。長手方向に沿う前後方向の動作は音響学的取付ホーン38のブレード32に近い方の直径が減少するに従って増幅される。従って、ホーン38およびブレード/カップラーはブレード動作を増幅して音響システムにおける残りの部分に対して同調した共振振動を行なうように形状付けられて寸法付けられており、このことにより、ブレード32に近接している音響学的取付ホーン38の端部において最大の前後動作が生じる。トランスデューサ・スタックにおける動作がホーン38により増幅されて約20ミクロン乃至25ミクロンまで移動する。さらに、カップラー39における動作がブレードにより増幅されて約40ミクロン乃至100ミクロンまでブレードが移動する。
【0022】
ハンド・ピースの中のトランスデューサを駆動するための超音波電気信号を形成するシステムを図3および図4に示す。この駆動装置は柔軟であり、所望の振動数および出力レベル設定値において駆動信号を形成できる。システム内のDSP60またはマイクロプロセッサを使用して適当な出力パラメータおよび振動周波数をモニターして切断または凝固動作モードのいずれかにおいて供給される適当な出力レベルを生じる。DSP60またはマイクロプロセッサはさらにトランスデューサ/ブレードのようなシステム中の構成部品について診断検査を行なうために使用するコンピュータ・プログラムも記憶している。
【0023】
例えば、DSPまたはマイクロコンピュータ60に記憶されている位相補正アルゴリズム等のプログラムの制御下において、始動中の振動数を特定値、例えば、50KHzに設定できる。このことは共振に接近していることを示すインピーダンスにおける変化を検出するまで特定速度で掃引することにより行なうことができる。その後、掃引速度を減少してシステムが共振振動数、例えば、55KHzをオーバーシュートしないようにする。この掃引速度は、例えば、50サイクルの増加分において振動数変化を得ることにより達成できる。比較的遅い速度が望まれる場合は、プログラムにおいて、例えば、25サイクルにその増加分を減少することができ、両方の場合が測定したインピーダンスの大きさおよび位相に基づいて適応できる。もちろん、上記増加分の大きさを増加することによりさらに大きな速度が達成できる。さらに、上記の掃引速度は振動数の増加分の更新速度を変化することにより変更できる。
【0024】
例えば、51KHzにおいて不所望な共振モードが存在することが分かっている場合に、上記プログラムは、例えば60KHzから振動数を下げて掃引して共振を見つけることができる。さらに、上記システムは50KHzから掃引して不所望な共振が存在している51KHzを飛び越えることができる。いずれの場合においても、このシステムは高度の柔軟性を有している。
【0025】
動作時において、使用者は外科装置において使用する特定の出力レベルを設定する。この処理はコンソールのフロント・パネル上の出力レベルスイッチ16により行なわれる。このスイッチはDSP60に供給される信号150を発生する。その後、DSP60はコンソール・フロント・パネルの表示装置12に対して配線152(図4)上に信号を送ることにより所定の出力レベルを表示する。さらに、DSPまたはマイクロプロセッサ60はデジタル−アナログ変換器(DAC)130によりアナログ信号に変換されるデジタル電流レベル信号148を発生する。得られた基準のアナログ信号は電流設定点として加算ノード132に供給される。回路120からの平均出力電流を示す信号がノード132のネガティブ入力に供給される。ノード132の出力は電流エラー信号または振幅制御信号であり、その出力の振幅を調節するために直接デジタル合成(DDS)回路128に供給され、その出力における振動数はDSPまたはマイクロプロセッサ60からの配線146上の信号により制御される。電流レベル信号148、DAC130、加算ノード130、および平均出力電圧122により供給される信号の調整により、DSPまたはマイクロプロセッサ60による出力電流の調節が可能になり、定常的な電流モードでない場合の所望の出力対負荷曲線が作成可能になる。
【0026】
実際に外科ブレードを振動させるために、使用者はフット・スイッチ40またはハンド・ピース・スイッチ34を作動する。この作動により図3における配線154上に信号が送られる。この信号は出力をプッシュ−プル増幅器78からトランスデューサ36に供給するために有効である。DSPまたはマイクロプロセッサ60がハンド・ピース・トランスデューサの共振振動数をロックして出力がハンド・ピース・トランスデューサに継続的に供給されるようになると、オーディオ・ドライブ信号が配線156上に送られる。このことによりシステム内の音響指示手段が音を発生して、使用者に対して出力がハンド・ピースに供給されて外科用メスが動作状態になっていることを通知する。
【0027】
図5および図6は本発明の方法の好ましい実施形態を示しているフロー・チャートである。図3および図4に示すDSPまたはマイクロプロセッサ60に記憶されているプログラムの制御下において、本発明の方法は工程400において示すようにハンド・ピース/ブレードを励起するための超音波発生装置を使用することにより実施する。直接デジタル合成(DDS)回路の振動数は工程410において示すように任意の既知のハンド・ピース/ブレードの組み合わせにおける共振状態よりも低い共振外振動数(off-resonance frequency)に設定される。共振外の状態であると、システムのインピーダンスの大きさが極めて高い。従って、駆動電圧がシステムの物理的制限値を超えないようにするために、工程420において示すように、駆動電流を一定の低いレベルに設定する。好ましい実施形態において、この駆動電流は100mAに設定される。
【0028】
次に、工程430において示すように位相ロック・ループが目的の0°インピーダンス位相角度(φ)を探索する。その後、工程440において示すように目的の0°インピーダンス位相角度が位置決めできるまで駆動振動数を段階的に徐々に増加する。ハンド・ピース/ブレードの共振に接近するに従って、これに対応するインピーダンスの大きさにおける減少が生じる。この場合に、電圧の大きさがシステムの物理的制限値よりも僅かに低い値に相当する点まで電流設定点を高めることができる。この振動数はハンド・ピース/ブレードのインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相角度の振動を避けるために徐々に勾配を付けて上昇させる必要がある。振動は目的の0°インピーダンス位相角度を位置決めするための探索によりハンド・ピース/ブレードの自然な機械的共振において生じる最大のdφ/dtを超える変位(d/dt)の変化率に到達した時に生じる。
【0029】
使用する駆動振動数の段階値はトランスデューサのインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相により決まる。反共振(最大インピーダンスを有する振動数)および共振(最小インピーダンスを有する振動数)における振動数の差が「位相マージン(phase margin)」であり、ヘルツ単位で測定される。インピーダンスの位相およびインピーダンスの大きさが2種類の指示値により示されている二次元のルックアップ・テーブルにおいて駆動振動数のレベルを勾配を付けて段階的に高める場合に使用するための振動数の各段階値が含まれている。インピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相が高いほど、この駆動振動数の段階値の間隔が高くなる。上記のルックアップ・テーブルに記憶されている特定の位相および大きさにおける例示的な振動数の段階値はXXである。好ましい実施形態において、この振動数の段階値は2KHz以上で供給される。
【0030】
インピーダンスおよびインピーダンスの位相測定値を得るために、DSP60および図3および図4に示すその他の回路要素を使用する。特に、プッシュ−プル増幅器78は超音波信号を出力変換器86に供給し、さらに、この変換器86はケーブル26内の配線85を介して信号をハンド・ピース内の圧電変換トランスデューサ36に供給する。この配線85内の電流および電圧は電流センス回路88および電圧センス回路92により検出される。これらの電流および電圧のセンス信号は平均電圧回路122および平均電流回路120にそれぞれ送られる。さらに、平均電圧がデジタル−アナログ変換器(ADC)126によりデジタル・コードに変換されて、このデジタル・コードがDSP60に入力される。同様に、電流平均信号がアナログ−デジタル変換器(ADC)124によりデジタル・コードに変換されて、このデジタル・コードがDSP60に入力される。DSP装置内において、電圧対電流の比率が進行中の基準に基づいて計算されて、振動数が変化する際にその時間におけるインピーダンス値が得られる。このインピーダンスにおける大幅な変化は共振が接近すると生じる。
【0031】
電流センス88および電圧センス92からの信号は零交叉検出器100,102にもそれぞれ供給される。これらは信号が零に対して交叉する時はいつでもパルスを生成する。検出器100からのパルスは位相検出論理回路104に供給され、この回路104は当該信号により開始するカウンタを備えている。また、検出器102からのパルスは同様に論理回路104に供給されて上記のカウンタを停止するために使用できる。この結果、このカウンタにより得られる計数値は配線104上のデジタル・コードであり、電流と電圧との間の位相差を示す。さらに、この位相差の大きさは共振の存在も示す。これらの信号は位相ロック・ループの一部として使用でき、当該位相ロック・ループは、例えば、位相角度をDSP中の位相設定点に対して比較することにより発生装置からの振動数を共振に対してロックして、プッシュ−プル増幅器78を駆動する直接デジタル合成(DDS)回路128に対して2値数により表現される振動数信号を発生する。あるいは、駆動信号を当該技術分野における熟練者により知られている電圧制御発信器(VCO)を用いてプッシュ−プル増幅器78に供給できる。
【0032】
目的の位相角度が得られると、この位相角度は工程450として示すように一定に維持される。目的の0°インピーダンス位相角度が生じる共振振動数はハンド・ピース/ブレードの温度変化により変動する可能性があり、ハンド・ピース/ブレードにおける機械的負荷の変化により迅速に変化する可能性がある。これらの条件下において0°インピーダンスを維持するために、工程460において示すように、インピーダンス位相角度およびインピーダンスの大きさをモニターして使用することにより、図7に示す0°インピーダンス位相角度におけるハンド・ピースの位相勾配対インピーダンスの関係に従って振動数補正値を計算する。この計算は以下の関係式に従って行なう。
fΔ=φ* 位相勾配(|z|)* k
この式において、fΔは計算した振動数補正値であり、φは位相読取値、zはオームで示すインピーダンス値、およびkはスケーリング因数である。図7に示す位相勾配曲線は約0°の位相角度を中心にする約±40°の範囲内において大幅に変化していないことに注目されたい。従って、本発明の方法を僅かに共振外である振動数において行なう場合においても、この曲線は適用可能である。上記のスケーリング因数kは1よりも小さい分数であり、この値はオーバーシュートを防ぐために適用され、インピーダンスの位相角度およびインピーダンスの大きさの測定値をフィルタ処理(選別)しながら導入される遅延を補正するために使用される。これらのインピーダンスの大きさおよび位相の読取値は移動ウインドウ・アベレージ・ルーチンによりフィルタ処理できる。この補正機能は1KHzの速度で適用できる。
【0033】
本発明の方法によれば、位相設定点の低い正勾配を有する位相−振動数応答曲線上の一定位置への適応可能なリセット処理により、無負荷状態における超音波外科システムの始動性能が改善される。
【0034】
以上において、本発明を詳細に図示および説明したが、これらは例示を目的としていることが明らかに理解でき、(本発明を)制限するためのものではないと考えるべきである。本発明の範囲および趣旨は本明細書において記載する特許請求の範囲およびその実施態様における用語のみにより限定される。
【0035】
本発明の実施態様は以下の通りである。
(A)ゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法において、
初期的な駆動振動数において超音波発生装置による駆動電流によりハンド・ピース/ブレードを励起する工程と、
前記発生装置内に配置されている直接デジタル合成回路の振動数を前記ハンド・ピース/ブレードにおける一定の共振外振動数に設定する工程と、
前記駆動電流を一定の低いレベルに設定する工程と、
目的の0°インピーダンス位相角度を探索する工程と、
前記駆動振動数を新しいレベルに増大する工程と、
前記目的の0°インピーダンス位相角度を一定の値に維持する工程と、
前記新しいレベルにおける前記駆動信号のインピーダンスおよび位相角度の大きさの各値をモニターして振動数補正値を計算する工程と、
前記計算した振動数補正値を用いて前記直接デジタル合成回路の振動数を補正する工程を含む方法。
(1)前記駆動電流を一定の低いレベルに設定する工程が、100mAのレベルを有する駆動電流を供給する工程を含む実施態様(A)に記載の方法。
(2)前記目的の0°インピーダンス位相角度を探索する工程が、前記0°インピーダンス位相角度が位置決めできるまで所定の段階で徐々に駆動振動数を増加する工程を含み、前記駆動振動数がハンド・ピース/ブレードのインピーダンスの大きさおよびインピーダンス位相角度による振動を回避するために徐々に増加される実施態様(A)に記載の方法。
(3)前記所定の段階が20Hzであり、少なくとも2kHzの速度で供給される実施態様(2)に記載の方法。
(4)前記振動数補正値の計算が0°インピーダンス位相角度におけるハンド・ピースの位相勾配対インピーダンスの関係に従って行なわれる実施態様(A)に記載の方法。
(5)前記位相勾配対インピーダンスの関係が以下の関係式に基づく実施態様(4)に記載の方法。
fΔ=φ* 位相勾配(|z|)* k
この式において、fΔは計算した振動数補正値であり、φは位相読取値、zはオームで示すインピーダンス値、およびkはスケーリング因数である。
(6)前記スケーリング因数が1よりも小さい大きさを有する分数である実施態様(5)に記載の方法。
【0036】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、ゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための超音波外科切断および止血システム用のコンソール、およびハンド・ピースおよびフット・スイッチの斜視図である。
【図2】図1のシステムにおける超音波外科用メスのハンド・ピースにおける概略的切断図である。
【図3】本発明の好ましい実施形態を実施するための超音波発生装置を示すブロック図である。
【図4】本発明の好ましい実施形態を実施するための超音波発生装置を示すブロック図である。
【図5】本発明の方法の好ましい実施形態を示すフロー・チャートである。
【図6】本発明の方法の好ましい実施形態を示すフロー・チャートである。
【図7】0°インピーダンス位相におけるハンド・ピース/ブレードに対応する位相勾配対インピーダンスの関係のプロット図である。
【符号の説明】
10 コンソール
20 ケーブル
30 ハンド・ピース
32 外科メス用ブレード
40 フット・スイッチ
50 ケーブル
Claims (7)
- ゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法において、
初期的な駆動振動数において超音波発生装置による駆動電流によりハンド・ピース/ブレードを励起する工程と、
前記発生装置内に配置されている直接デジタル合成回路の振動数を前記ハンド・ピース/ブレードにおける共振外振動数に設定する工程と、
前記駆動電流を任意の既知のハンド・ピース/ブレードの組み合わせの共振時よりも低いレベルに設定する工程と、
目的の0°インピーダンス位相角度を探索する工程と、
前記駆動振動数の増加ステップ値はハンド・ピース内のトランスデューサにおけるインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相により決まり、インピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相が2個の指示値により示されている2次元のルックアップ・テーブルにより得られたステップ値にしたがって上記駆動振動数を勾配を付けて増加させる工程と、
前記目的の0°インピーダンス位相角度を一定の値に維持する工程と、
前記新しいレベルにおける前記駆動信号のインピーダンス位相角度およびインピーダンスの大きさをモニターして使用することにより、振動数補正値を計算する工程と、
前記計算した振動数補正値を用いて前記直接デジタル合成回路の振動数を補正する工程と、
を含む方法。 - 請求項1の方法において、
前記振動数補正値の計算は、0°インピーダンス位相角度におけるハンド・ピースの位相勾配対インピーダンスの関係に従って行われる、方法。 - 請求項1または2の方法において、
前記駆動電流を低いレベルに設定する工程は、100mAのレベルを有する駆動電流を供給する工程を含む、方法。 - 請求項1〜3のいずれかの方法において、
前記目的の0°インピーダンス位相角度を探索する工程は、前記0°インピーダンス位相角度が位置決めできるまで所定のステップで徐々に駆動振動数を増加させる工程を含み、前記駆動振動数がハンド・ピース/ブレードのインピーダンスの大きさおよびインピーダンス位相角度による振動を回避するために徐々に増加される、方法。 - 請求項4の方法において、
前記所定のステップが20Hzであり、少なくとも2kHzの速度で供給される、方法。 - 請求項1〜5のいずれかの方法において、
前記位相勾配対インピーダンスの関係が以下の関係式に基づく、方法。
f Δ =φ * 位相勾配( | z | ) * k
この式において、
f Δ は計算された振動数補正値であり、
φは位相読取値、
zはオームで示すインピーダンス値、および
kはスケーリング因数である。 - 請求項6の方法において、
前記スケーリング因数が1よりも小さい大きさを有する分数である、方法。
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