JP4938620B2 - 超音波装置と動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波装置に関わり、詳細に言えば、ねじれ超音波による眼科の水晶体超音波乳化吸引術用ハンドピースに関わる。

眼科手術に適する典型的な超音波手術用装置は、超音波駆動のハンドピース、付属する中空のカッティング・チップ（cutting tip）、注水用スリーブ、および電子制御用コンソールを備える。ハンドピース集合体は、電気ケーブルおよび柔軟性のある管類によって、制御用コンソールに接続される。電気ケーブルを介して、制御用コンソールは、ハンドピースがカッティング・チップに伝達するパワーレベルを変化させ、また柔軟性のある管類は、ハンドピース集合体を介して、眼に注水用流動体を供給し、かつ眼から吸引用流動体を取り出す。

従来技術のハンドピースのいくつかは、磁歪性タイプであるが、最も営業的に使用可能なハンドピースの動作部分は、中央に位置する中空の共鳴用の棒すなわちホーンであり、このホーンは、圧電性結晶のセットに直接接続される。圧電性結晶は、水晶体超音波乳化吸引術を実施する間、ホーンおよび付属するカッティング・チップの両方を駆動するのに必要な必須の超音波振動を供給する。このとき、圧電性結晶は、コンソールから制御される。結晶/ホーンの集合体は、比較的柔軟性に乏しい台によって、結節点において中空体またはハンドピースの骨組みの中で吊るされる。ハンドピースの胴体は、低減された直径部分すなわち胴体の遠位末端にある円錐型頭部において終結する。この円錐型頭部は、注水用スリーブを受け入れるように外側に装着される。同様に、ホーンの穴は、カッティング・チップの外部用スレッド（thread）を受け入れるように胴体の遠位末端において内側に装着される。また、注水用スリーブは、内部に装着用穴を有し、この穴は、円錐型頭部の外部用スレッドにねじで締められる。カッティング・チップは、このチップが、注水用スリーブの開口端を経由して所定量のみが発射できるように調整される。

水晶体超音波乳化吸引術を実施するとき、カッティング・チップおよび注水用スリーブの端部は、眼の前眼房でアクセスできるように、眼組織の角膜、強膜、または他の場所において所定幅の小さな切開部に挿入される。カッティング・チップは、水晶発信器駆動の超音波ホーンによって、注水用スリーブの縦軸に沿って超音波振動する。この結果、カッティング・チップは、選択した本来の位置で眼組織に接触することにより乳化することができる。カッティング・チップの中空の穴は、ホーン内の穴に連通し、ホーン内の穴は、ハンドピースからコンソールへとつながる吸引ラインと順番に連通する。コンソール内の低減した圧力または真空源は、カッティング・チップの開口端部、カッティング・チップおよびホーンの穴、および吸引ラインを介して、乳化した眼組織を、眼から吸引し収集装置に取り出す。乳化した眼組織の吸引は、洗浄用食塩水によって支援される。即ち、この吸引は、注水用スリーブの内側表面とカッティング・チップの外側表面との間の小さな環状のギャップを介して、手術部位に注入される洗浄液によって支援される。

超音波によるカッティング・チップの縦運動を当該チップの回転運動と組み合わせる試みが、従来存在した。これらの試みは、米国特許第5,222,959号（発明者：アニス）、米国特許第5,722,945号（発明者：アニス、他）、米国特許第4,504,264号（発明者：ケルマン）に参照することができる。なお、これらの特許の内容全体は、参考として本明細書に取り込んでいる。これらの従来の試みは、チップの回転運動を実現するために、電気モータを使用していた。この試みは、電気モータによって追加される複雑性と失敗の可能性に加えて、失敗の可能性となるＯリングまたは別のシールを必要とした。

また、電気モータの使用無しで、縦運動およびひねり運動の両方を生成させる試みがあった。例えば、米国特許の6,028,387号、6,077,285号、および6,402,769号（発明者：ボウフニー）において、当該発明の発明者の一人は、圧電性結晶の２つのペアを有するハンドピースを記載している。１つのペアは、縦運動を生成するように極性化される。別のペアは、ひねり運動を生成するように極性化される。２つの分離する駆動信号は、圧電性結晶の２つのペアを駆動するのに使用される。実際の実施において、縦方向およびひねり方向に共鳴するように、圧電性結晶の２つのペアを使用するハンドピースを製作することは、達成困難である。また、１つの可能性がある解決法は、当該発明者の一人によって、米国特許出願公開第2001/0011176Ａ1（発明者：ボウフニー）および米国特許出願公開第2006/0041200Ａ1（発明者：ボウフニー、他）に記載されている。これらの参照文献は、縦運動を生成する圧電性結晶の１つのセットと、ハンドピースのホーンまたはチップを圧電性結晶の共鳴周波数で駆動するときにひねり運動を生成する、ホーンまたはチップ上の斜め方向の連続スリットと、を有するハンドピースを開示している。

従って、圧電性結晶を使用すること無く、同時にまたは分離して縦運動とひねり運動の両方で振動するような、信頼できる超音波ハンドピースを必要とするニーズが存続している。

本発明は、ねじり運動すなわちツイスト運動、および縦運動の両運動が提供できる磁歪型超音波ハンドピースを提示することで、従来技術の超音波ハンドピースを改良する。

従って、本発明の対象の１つは、縦運動とひねり運動の両方を有する超音波ハンドピースを提示することである。

本発明のもう１つの対象は、縦運動とひねり運動の両方を有する磁歪性の超音波ハンドピースを提示することである。

本発明の別目的である特徴と利点は、明細書および図面等による以下の説明に関連して、明確になるであろう。

磁気歪（またはジュール効果）は、磁界に曝されるときに、物体の形状に変化をもたらす原因となる強磁性材料の特性である。この効果は、１８４２年にジェームズ・ジュール（James Joule）によって最初に特定され、このとき、彼はニッケルのサンプルを観測していた。内部において、強磁性材料は、ドメイン（domain）に分割できる結晶構造を有し、各々のドメインは、均一な磁気分極の領域にある。強磁性材料に磁界を加えると、ドメイン間の境界は移動し、各々のドメインは回転し、これらの両効果が、強磁性材料の寸法において変化を生じさせる。

磁歪性材料から製作されたワイヤの重要な特性は、ウィーデマン（Wiedemann）効果である。軸方向に、磁界を磁歪性要素に加えたとき、磁歪性要素の中を電流が通過し、ツイスト動作が、軸方向の磁界の位置において生じる。このツイスト動作は、磁歪性要素に沿った磁界と軸方向の磁界との相互作用によって生じる。磁歪性要素に沿った磁界は、磁歪性要素内の電流が原因で存在する。電流は、短期間（１μｓまたは２μｓ）のパルスとして適用され、最小電流密度は、磁歪性要素の中央部に沿い、最大電流密度は、磁歪性要素の表面に存在することになる。また、磁界の強度も、磁歪性要素の表面が最も大きい。このことは、電流をパルスとして使用し、機械的なツイスト動作が、超音波として磁歪性要素内を進行するのと同様に、導波路のツイストを展開させるのに役立つ。従って、磁歪性要素は、導波路と呼ばれる。この超音波は、音速（〜3000ｍ/ｓ）で導波路の材料内を進行する。

図１に最も良く示すように、本発明の使用に適する手術用コンソール３２０は、営業的に使用可能などこかの手術用制御コンソールにすることができる。例えば、このコンソールは、テキサス州フォートワースのアルコン・ラボラトリーズから得られるINFINITI（登録商標）ビジョン・システムが該当する。コンソール３２０は、注水ライン３２２および吸引ライン３２４を介してハンドピース９に接続され、上記両ライン３２２、３２４を通過する流れは、ユーザによって、たとえば足踏み式のスイッチ３２６を介して制御される。パワーは、電気ケーブル４００を介してハンドピース９に供給される。

図２および図３に最も良く示すように、本発明の第１の実施態様において、本発明のハンドピース９は、磁歪性コア１００を備えることができる。磁歪性コア１００は、一般的に薄板状の磁歪性スタック１１０を含み、このスタック１１０の遠位末端において、音響のインピーダンス変換器すなわちホーン１２０が、スタック１１０に取り付けられる。このホーン１２０は、スタック１１０の振動を縦運動に変換するのに必要な条件に適合可能な、形状と厚さをもつ金属胴体である。ホーン１２０は、カッティング・チップ１０が接続される遠位末端１３０を有する。スタック１１０を囲むのは、電気コイル１５０である。駆動信号は、ケーブル４００、およびワイヤ４０１、４０２を介して、スタック１１０およびコイル１５０に各々供給される。

図２に最も良く示すように、駆動信号が、コイル１５０およびスタック１１０を通過すると、スタック１１０は、ウィーデマン効果と一致するようにツイスト運動で動きだす。このようなツイスト運動は、ホーン１２０でも生じ、このホーン１２０は、接続している遠位末端１３０とカッティング・チップ１０とを、またツイスト運動すなわちひねり運動で動くようにする。スタック１１０を覆うコイル１５０の量の範囲は、ツイスト運動の規模と位置とを制御するように修正することができる。加えて、駆動信号の振幅と周波数は、ツイスト運動の規模と周波数を制御することに使用することができる。

加えて、図３に最も良く示すように、駆動信号は、コイル１５０のみを通過させ、スタック１１０を通過させないとき、コイルのみによる励起は、スタック１１０において縦運動のみを生成させる。結果として起こる縦運動は、ホーン１２０、ホーンの遠位末端１３０およびカッティング・チップ１０においても生成されることになる。

当業者は、連続的にホーン１２０を振動させるか、または縦運動とひねり運動との間で交互にホーン１２０を振動させるかは、必要とされる手術技術に依存して決まる可能性があることを認識するであろう。上記方法の切り替えは、駆動信号をスタック１１０に連続的及び/又は一時的に通過させる一方で、駆動信号をコイル１５０に連続的に通過させることで達成する。

図４および図５に最も良く示すように、本発明の第２の実施態様において、本発明のハンドピース９は、磁歪性コア２００を備えることができる。磁歪性コアコア２００は、一般的に薄板状の磁歪性スタック２１０を含み、このスタック２１０の遠位末端において、音響のインピーダンス変換器すなわちホーン２２０が、スタック２１０に取り付けられる。このホーン２２０は、スタック２１０の振動を縦運動に変換するのに必要な条件に適合可能な、形状と厚さをもつ金属胴体である。ホーン２２０は、並行で角度のある一連のスリット２６０、およびカッティング・チップ１０が接続される遠位末端２３０を有する。スタック２１０を囲むのは、電気コイル２５０である。パワーは、ケーブル４００を介して、コイル２５０に供給される。

図４に最も良く示すように、第１の周波数と振幅とを有する駆動信号たとえば３０ＫＨｚの駆動信号が、コイル２５０を通過するとき、スタック２１０は、スリット２６０のおかげで、ホーン２２０および遠位末端２３０にツイスト運動すなわちひねり運動を与える縦運動で動作する。図５に最も良く示すように、第２の周波数と振幅とを有する駆動信号たとえば２０ＫＨｚの駆動信号が、コイル２５０を通過するとき、スタック２１０は、縦運動で動作するが、しかし、このときの縦運動はスリット２６０の共鳴周波数ではないために、ホーン２２０および遠位末端２３０も、また縦方向に振動する。当業者は、連続的な方法または縦運動とひねり運動との間で交互にする方法で、ホーン２２０を振動させるかは、必要とされる手術技術に依存して決まる可能性があることを認識するであろう。

当業者は、コア２００も、またコア１００に関連して上記で説明した方法で処理できることを認識するであろう。

本発明のいくつかの実施態様において、上記に説明してきたが、これらの説明は、実施例と解釈例とを与える目的で提供したものである。変形例、変更例、修正例、および上記で公開したシステムおよび方法からの新機軸が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、適用できる可能性がある。

本発明に使用可能なハンドピースおよび制御用コンソールの斜視図である。 本発明に使用可能な磁歪性コアの第１の実施態様の斜視図である。 図２に示す磁歪性コアに類似する、本発明に使用可能な磁歪性コアの第１の実施態様の斜視図である。 本発明に使用可能な磁歪性コアの第２の実施態様の斜視図である。 図４に示す磁歪性コアに類似する、本発明に使用可能な磁歪性コアの第２の実施態様の斜視図である。

符号の説明

９ ハンドピース
１０ カッティング・チップ
１００ コア
１１０ 磁歪性スタック
１２０ ホーン
１３０ ホーンの遠位末端
１５０ 電気コイル
２００ コア
２１０ 磁歪性スタック
２２０ ホーン
２３０ ホーンの遠位末端
２６０ 連続スリット
２５０ 電気コイル
３２０ コンソール
３２６ スイッチ
４００ 電気ケーブル
４０１ ワイヤ
４０２ ワイヤ

Claims (2)

1. ａ）連続的又は一時的の少なくともどちらか一方で供給される第２の駆動信号を受信するのに適応される磁歪性スタックと、
   ｂ）前記スタックに取り付けられた超音波用ホーンと、
   ｃ）前記スタックを囲み、連続的に供給される第１の駆動信号を受信するのに適応される電気コイルであって、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とが前記スタックに供給されているとき、前記スタックがツイスト運動で動作する、電気コイルと、を備える超音波ハンドピース装置。
2. 超音波ハンドピースを動作させる方法であって、
   ａ）磁歪性スタックと、該スタックに取り付けられた超音波用ホーンと、該スタックを囲む電気コイルと、を有するハンドピースを提供すること、
   ｂ）前記スタックおよび前記ホーンの縦運動を生成するために、前記コイルを介して第１の駆動信号を通過させること、および
   ｃ）前記スタックおよび前記ホーンのひねり運動を生成するために、前記スタックを介して第２の駆動信号を連続的及び/又は一時的に通過させること、を備える動作方法。

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