JP5851147B2 - 超音波振動装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を用いた超音波振動装置に関するものである。

従来、脂肪を除去するためのデバイスとして、例えば特許文献１に示された動物脂肪組織除去用超音波振動装置が知られている。このデバイスは、振動子としてボルト締めランジュバン振動子を用いており、探針先端の振動により脂肪を乳化させて、中央部の貫通穴から乳化した脂肪の吸引が行われる。

特公平６−２０４６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたデバイスによれば、探針に沿う方向の振動しか励振できず、例えば開胸せずに心臓表面の脂肪を除去する手技において用いる場合には、探針に直交する方向には振動を励振できず、効率良く脂肪除去ができないという課題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、探針に沿う方向だけでなく、探針に直交する方向にも振動を発生させ、効率良く脂肪除去を行うことができる超音波振動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、弾性体から構成された柱状部材と、該柱状部材の側面に固定され、板厚方向に分極された複数の圧電素子と、前記柱状部材の端部に固定され、前記柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、前記圧電素子の板厚方向に交番電圧を印加して前記柱状部材に逆位相の屈曲振動を発生させ、前記棒状部材に超音波振動を発生させる電圧印加部とを備える超音波振動装置を採用する。

本発明によれば、電圧印加部により、圧電素子の板厚方向に交番電圧を印加することで、弾性体から構成された柱状部材に屈曲振動が発生する。この振動は、柱状部材の端部に固定された棒状部材に伝達され、該棒状部材に超音波振動が発生する。このような超音波振動を行っている棒状部材を、例えば心膜腔等の体腔内に挿入し、体腔内壁に付着した脂肪に接触させることで、該脂肪を超音波振動により溶融（乳化）させることができる。

この場合において、本発明によれば、柱状部材の屈曲振動、すなわち棒状部材に伝達される振動は、棒状部材の軸線に直交する方向の振動である。したがって、棒状部材を体腔内に挿入した状態において、棒状部材の先端面だけでなく、側面において脂肪を超音波振動により溶融させることができ、効率的に体腔内壁に付着した脂肪を溶融させることができる。

上記発明において、前記柱状部材が、角柱部材であることとしてもよい。
このように構成することで、角柱部材の４側面に圧電素子を配置することができ、これら圧電素子により効率的に角柱部材に屈曲振動を発生させることができる。これにより、棒状部材に伝達される振動を大きくすることができ、効率的に体腔内壁に付着した脂肪を溶融させることができる。なお、柱状部材の対向する２側面に一対の圧電素子を配置することで、装置の小型化を図ることができる。

上記発明において、前記柱状部材が、前記棒状部材との接続位置に近づくに従って横断面積が小さくなる角錐部材であることとしてもよい。
このように構成することで、棒状部材と角錐部材との接続位置において、棒状部材と角錐部材との機械インピーダンスを近似させることができる。このように２つの部材の機械インピーダンスを良好に整合させることができるため、角錐部材の振動エネルギーを効率良く棒状部材に伝達することができる。

また、角錐部材を採用することで、その基端側において角錐部材の横断面積を大きくすることができる。これにより、角錐部材の側面に固定する圧電素子１２の表面積を大きく確保することができ、角錐部材に発生させる振動エネルギーを大きくすることができる。
また、角錐部材の先端を細くできるので、体腔内への挿入性等を向上することができ、装置の使い勝手を良くすることができる。

上記発明において、前記柱状部材を挟んで対向して配置された一対の前記圧電素子を備え、該一対の前記圧電素子は、一対の前記圧電素子は、分極の向きが同じ方向となるように配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、対向する一対の圧電素子をリード線で接続することにより、これら一対の圧電素子を互いに逆位相で伸縮を行わせることができ、柱状部材に効率的に屈曲振動を発生させることができる。

上記発明において、前記柱状部材を挟んで対向して配置された一対の前記圧電素子を備え、該一対の前記圧電素子は、分極の向きが逆方向となるように配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、対向する一対の圧電素子をリード線で接続することなく、これら一対の圧電素子を互いに逆位相で伸縮を行わせることができ、柱状部材に屈曲振動を発生させることができる。これにより、圧電素子を接続するリード線の本数を減らすことができる。

上記発明において、複数の前記圧電素子を備え、複数の前記圧電素子が、隣接する前記圧電素子の分極の向きが異なるように、前記柱状部材の軸線方向に並んで配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、柱状部材に、より高次のモードの屈曲振動を発生させることができる。これにより、棒状部材の腹部、すなわち、振幅が最大となる位置を増やすことができ、より効率的に体腔内壁に付着した脂肪を溶融させることができる。

上記発明において、前記柱状部材を収容するケースと、該ケースと前記柱状部材との間に設けられ、前記柱状部材を屈曲振動の節部において保持する保持部材とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、保持部材を介して柱状部材をケースに保持することができる。このように柱状部材を屈曲振動の節部で保持することにより、柱状部材に発生する振動エネルギーがケースの外部に漏れることを防止することができる。これにより、効率的に棒状部材に超音波振動を発生させることができる。

上記発明において、前記棒状部材および前記柱状部材の内部に組織を吸引するための吸引路を備えることとしてもよい。
このように構成することで、棒状部材の超音波振動により溶解した組織（例えば乳化した脂肪成分）を、吸引路を介して外部に排出することができる。

上記発明において、前記棒状部材および前記柱状部材の内部に給水路を備えることとしてもよい。
このように構成することで、給水路から、棒状部材の超音波振動を生体に伝播させやすくするための、例えば生理食塩水等の液体を体腔内に供給することができる。これにより、棒状部材の超音波振動を脂肪に伝播しやすくすることができ、脂肪の乳化効率を向上することができる。

上記発明において、前記柱状部材の振動を検出する振動検出用電極と、該振動検出電極により検出された振動の振幅値が予め設定された振幅値となるように、前記電圧印加部により印加する交番電圧の周波数を変更する周波数制御部とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、振動検出用電極により柱状部材の振動を検出し、検出した振動の振幅値が予め設定された振幅値となるように、電圧印加部により印加する交番電圧の周波数が変更される。これにより、振動振幅を負荷変動があった場合においても、柱状部材の屈曲振動の振幅値、すなわち、棒状部材の超音波振動の振幅値を一定に維持することができ、安定した脂肪溶解が可能になる。

上記発明において、前記圧電素子が、複数の圧電素子が積層された積層圧電素子であることとしてもよい。
圧電素子として積層圧電素子を用いることで、駆動電圧をほぼ積層枚数の逆数分だけ低下させることができる。例えば、３層構造の積層圧電素子を用いた場合には、駆動電圧を１／３にすることができる。

本発明によれば、探針に沿う方向だけでなく、探針に直交する方向にも振動を発生させ、効率良く脂肪除去を行うことができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る超音波外科手術装置の全体構成図である。 図１の振動子の上面図である。 図１の振動子の側面図である。 図２および図３の圧電素子の外観図である。 図１の超音波外科手術装置の要部の上面図である。 図５のＡ−Ａ´断面図である。 図１の振動子を動作させた際の腹部の回転運動を示す図である。 図１の振動子を動作させた際のＸＺ面内の屈曲振動を示す図である。 図１の振動子を動作させた際のＹＺ面内の屈曲振動を示す図である。 図１の超音波外科手術装置の作用を説明する図である。 図１の超音波外科手術装置の作用を説明する図である。 第１の変形例に係る振動子の上面図である。 図１２の振動子の側面図である。 第２の変形例に係る振動子の上面図である。 図１４の振動子の側面図である。 第３の変形例に係る振動子を動作させた際のＸＺ面内の屈曲振動を示す図である。 図１６の圧電素子の外観図である。 第４の変形例に係る振動子の上面図である。 図１８の振動子の側面図である。 第５の変形例に係る振動子の上面図である。 図２０の振動子の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動子の上面図である。 図２２の振動子の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波外科手術装置の要部の断面図である。 第６の変形例に係る振動子の上面図である。 図２５の振動子の側面図である。 図２６の棒状接触子を部分的に拡大した縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る圧電素子の外観図である。 本発明の第３の実施形態に係る超音波外科手術装置の全体構成図である。 図２９の超音波外科手術装置により実行される処理を示すフローチャートである。 図２９の超音波外科手術装置の作用を説明するグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る圧電素子の外観図である。 図３２の圧電素子の展開図である。 図３２の圧電素子のＡ−Ａ´断面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１から図２１を用いて以下に説明する。以降では、本発明に係る超音波振動装置を、体腔内の脂肪を除去するための超音波外科手術装置に適用した例について説明する。

本実施形態に係る超音波外科手術装置１は、図１に示すように、体腔内に挿入される振動子１０と、駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路（電圧印加部）２１と、駆動パルス発生回路２１からの駆動パルスの位相を変化させる９０°移相器２２と、駆動パルスを増幅して振動子１０に出力するドライブＩＣ２３とを備えている。

本実施形態にて用いる振動子１０を図２および図３に示す。図２は振動子１０の上面図、図３は振動子１０の側面図である。
振動子１０は、図２および図３に示すように、弾性体から構成された角柱状弾性体（柱状部材）１１と、角柱状弾性体１１の４側面に固定され、それぞれ板厚方向に分極された圧電素子１２と、角柱状弾性体１１の端部に固定され、角柱状弾性体１１よりも小さな径の棒状接触子（棒状部材）１３とを備えている。

角柱状弾性体１１の材質は、チタン合金やステンレス材等のＱ値の大きい部材から構成されている。角柱状弾性体１１の４側面には、エポキシ樹脂を用いて板状の圧電素子１２が接着されている。角柱状弾性体１１の上端部には、穴部が設けられていて、棒状接触子１３が圧入もしくは接着により挿入固定されている。

圧電素子１２の外観を図４に示す。圧電素子１２の素材はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。圧電素子１２は、角板形状をしており、表面、裏面には電極が設けられ、板厚方向に分極が施されている。分極の方向は分極ベクトルＰで表わされており、図４に示すように、分極ベクトルＰは、＋面（表面）から−面（裏面）に向かうベクトルとなる。この圧電素子１２を４側面に貼る際には、図２に示すように、分極の方向に注意して、分極ベクトルＰが角柱状弾性体１１の対向する面で同じ方向になるようにする。

図３に示すように、圧電素子１２に交番電圧を印加するためのリード線１４が、導電性接着剤もしくは半田により圧電素子１２の電極面に接合されている。Ｘ方向の振動を励起させるための一対の圧電素子１２ａ，１２ｂのリード線１４ａ，１４ｂは、互いに結合されてＡ端子を形成している。Ｙ方向の振動を励起させるための一対の圧電素子１２ｃ，１２ｄのリード線１４ｃ，１４ｄは、互いに結合されてＢ端子を形成している。共通電極となるＧＮＤ端子は、角柱状弾性体１１の下面に導電性接着剤により接合されている。

本実施形態に係る超音波外科手術装置１の要部を図５および図６に示す。図５は超音波外科手術装置１の要部の上面図であり、図６は図５のＡ−Ａ´断面図である。
図５および図６に示すように、振動子１０の外側には、振動子１０を包み込むように、角形状のケース１５が設けられている。振動子１０とケース１５の間には、後に説明する振動子１０の節近傍にゴム（保持部材）１６が設けられる。すなわち、ゴム１６を介して振動子１０がケース１５に保持されることになる。このように振動子１０を節近傍で保持することにより、振動のエネルギーがケース１５等の外部に漏れることを防止することができる。

また、ケース１５の下面には、リード線１４用のコネクタ１７が設けられている。コネクタ１７には保持ワイヤ１８が接続されている。図には示さないが、保持ワイヤ１８の内部にはリード線１４が組み込まれている。また、保持ワイヤ１８は、ケース１５（およびその内部の振動子１０）を保持、操作する役目も兼ねている。

駆動パルス発生回路２１は、図１に示すように、所定の屈曲共振周波数に対応する周波数の２つの駆動パルスを出力するようになっている。このようにすることで、駆動パルス発生回路２１は、リード線１４を介して圧電素子１２の板厚方向に交番電圧を印加して、角柱状弾性体１１に屈曲振動を発生させ、棒状接触子１３に超音波振動を発生させるようになっている。なお、角柱状弾性体１１に屈曲振動を発生させる際の詳細な動作については後述する。

９０°移相器２２は、駆動パルス発生回路２１から出力された２つの駆動パルスのうち、一方の駆動パルスの位相を９０°ずらすようになっている。
ドライブＩＣ２３は、駆動パルス発生回路２１からの駆動パルスおよび９０°移相器２２により位相が９０°ずらされた駆動パルスを増幅して、振動子１０に出力するようになっている。

上記のように、ドライブＩＣ２３で増幅され、位相が９０°ずらされた２つの駆動パルスを、それぞれ振動子１０のＡ相、Ｂ相に印加することで、図７に示すように、振動子１０（棒状接触子１３）の腹部を回転運動させることができる。

上記構成を有する本実施形態に係る超音波外科手術装置１の作用について以下に説明する。
まず、図８および図９を用いて振動子１０の動作について説明する。
図８に示すように、Ａ端子とＧＮＤ端子間に交番電圧を印加すると、圧電素子１２の分極の向きが対向する面で異なるので、一方の面（図８において圧電素子１２ｂ）では伸びる力が発生し、他方の面（図８において圧電素子１２ａ）では縮む力が発生し、角柱状弾性体１１およびそれに連結している棒状接触子１３を屈曲させるような力を発生させる。

屈曲共振モードには低次のものから高次のものまで存在するが、図８に示すものは、角柱状弾性体１１の２ヶ所と棒状接触子１３に２ヶ所、計４ヶ所に節部Ｓが存在するモードを示す。棒状接触子１３に着目すると、振動の腹部Ｒが３ヶ所存在し、棒状接触子１３の軸線Ｌに直交する方向に振動する。この振動はＸＺ面内の屈曲振動である。

図９に示すものは、Ｂ端子とＧＮＤ端子間に交番電圧を印加した場合であって、ＹＺ面内において、上述のＸＺ面内の屈曲振動と同様の振動が発生する。さらに、Ａ相、Ｂ相同時に交番電圧を印加することで、振動が合成され、さらに大きな振動を発生させる事ができる。また、その位相差を９０°とすることで、棒状接触子１３を、単純な往復振動ではなく、図７に示すように、回転運動させることができる。

この場合における駆動回路の制御について以下に説明する。
図１に示すように、所定の屈曲共振周波数に対応する周波数の２つの駆動パルスが、駆動パルス発生回路２１から出力される。２つの駆動パルスのうち一方の駆動パルスは９０°移相器２２により位相が９０°ずらされる。そして、これらの２つの駆動パルスは、ドライブＩＣ２３により増幅される。ドライブＩＣ２３で増幅された信号はそれぞれＡ相、Ｂ相に印加され、図７に示すように、振動子１０（棒状接触子１３）の腹部Ｒを回転運動させる。

上記動作を行う振動子１０を備える超音波外科手術装置１の作用について図１０および図１１を用いて説明する。
図１０では、振動子１０がシース等を介して、心膜Ｂと心外膜（心臓の外表面の膜）Ａとの間の空間である心膜腔Ｃに挿入されている。一般に、心筋梗塞等の原因となるのが心筋表面に付着する脂肪Ｄである。屈曲回転振動を行っている棒状接触子１３は、脂肪Ｄに触れることで、超音波振動により脂肪Ｄを溶融（乳化）させることができる。なお、図１１に示すように、棒状接触子１３のみを心膜腔Ｃに入れて、エネルギー処置（脂肪除去）を行っても良い。

以上のように、本実施形態に係る超音波外科手術装置１によれば、駆動パルス発生回路２１により、圧電素子１２の板厚方向に交番電圧を印加することで、角柱状弾性体１１に屈曲振動が発生する。この振動は、角柱状弾性体１１の端部に固定された棒状接触子１３に伝達され、棒状接触子１３に超音波振動が発生する。このような超音波振動を行っている棒状接触子１３を、例えば心膜腔等の体腔内に挿入し、体腔内壁に付着した脂肪に接触させることで、脂肪を超音波振動により溶融（乳化）させることができる。

この場合において、本実施形態に係る超音波外科手術装置１によれば、角柱状弾性体１１の屈曲振動、すなわち棒状接触子１３に伝達される振動は、棒状接触子１３の軸線に直交する方向の振動である。したがって、棒状接触子１３を体腔内に挿入した状態において、棒状接触子１３の先端面だけでなく、側面において脂肪を超音波振動により溶融させることができ、効率的に体腔内壁に付着した脂肪を溶融させることができる。

［第１の変形例］
以下に、本実施形態に係る超音波外科手術装置の第１の変形例について説明する。なお、以降では、各変形例に係る超音波外科手術装置について、前述の実施形態と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

前述の実施形態では角柱状弾性体１１の４側面に圧電素子１２を接着したが、本実施形態の第１の変形例として、図１２および図１３に示すように、角柱状弾性体１１の対向する２側面に一対の圧電素子１２ａ，１２ｂを貼ることで、振動子１０を小型化することができる。なお、角柱状弾性体１１の対向する２側面に、一対の圧電素子１２ｃ，１２ｄを貼ることとしてもよい。

［第２の変形例］
本実施形態の第２の変形例として、前述の実施形態では弾性体（柱状部材）として、角柱状弾性体１１を用いたが、図１４および図１５に示すように、先端に向かうほど横断面積が小さくなる角錐状弾性体３１を用いてもよい。この場合には、圧電素子１２は台形の平面形状を有する圧電素子を用いる。

本変形例に係る超音波外科手術装置によれば、棒状接触子１３と角錐状弾性体３１との接続位置近傍において、棒状接触子１３と角錐状弾性体３１との機械インピーダンスを近似させることができる。このように機械インピーダンスの整合を良好にとることができるため、角錐状弾性体３１の振動エネルギーを、より効率良く棒状接触子１３に伝達することができる。

また、角錐状弾性体３１を採用することで、その基端側において角錐状弾性体３１の横断面積を大きくすることができる。これにより、角錐状弾性体３１の側面に接合する圧電素子１２の表面積を大きく確保することができ、角錐状弾性体３１に発生させる振動エネルギーを大きくすることができる。
また、振動子１０の先端を細くできるので、体腔内への挿入性等を向上することができ、装置の使い勝手を良くすることができる。

［第３の変形例］
本実施形態の第３の変形例として、図１６に示すように、角柱状弾性体１１には３つの節部Ｓ、棒状接触子１３には３つの節部Ｓ（４つの腹部Ｒ）が存在するような、より高次のモードを用いても良い。この場合には、圧電素子１２は、図１７に示すように、例えば中央部を境に分極方向（分極ベクトルＰの向き）を逆にしておく必要がある。

本変形例に係る超音波外科手術装置によれば、棒状接触子１３の腹部Ｒ、すなわち、振幅が最大となる位置を増やすことができ、より効率的に心筋表面に付着した脂肪Ｄを溶融させることができる。

［第４の変形例］
本実施形態の第４の変形例を図１８および図１９に示す。図１８は本変形例に係る振動子１０の上面図、図１９は本変形例に係る振動子１０の側面図である。本変形例の場合には、対向する圧電素子１２の分極の向き（分極ベクトルＰの向き）を互いに逆になるようにして、圧電素子１２を角柱状弾性体１１に接着する。

また、リード線１４については、共通のＧＮＤ線はなくして、対向する一対の圧電素子１２の片側をＡ＋（Ｂ＋）端子、もう片側をＡ−（Ｂ−）端子として駆動する。このようにすれば、対向する一対の圧電素子１２は互いに逆位相で伸縮を行うので、角柱状弾性体１１に屈曲振動を励起させることができる。すなわち、本変形例に係る超音波外科手術装置によれば、リード線１４の本数を低減させることができる。

［第５の変形例］
本実施形態の第５の変形例を図２０および図２１に示す。
本変形例では角柱状弾性体１１と棒状接触子１３の間に、角柱状弾性体１１から棒状接触子１３に近づくに従って横断面積が徐々に小さくなる円錐形状のホーン部材３５を設けている。このようなホーン部材３５を挿入することで、角柱状弾性体１１と棒状接触子１３との機械インピーダンスの整合をとることができ、棒状接触子１３の振幅を大きくすることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波外科手術装置２について、図２２から図２７を参照して説明する。以降では、各実施形態に係る超音波外科手術装置について、前述の実施形態と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

本実施形態に係る振動子１０の上面図を図２２に、側面図を図２３に示す。角柱状弾性体１１の下端部には後端突起部３７が設けられている。また、棒状接触子１３、角柱状弾性体１１、後端突起部３７には、これらの軸線方向に一気に通貫する貫通穴（吸引路）３６が設けられている。さらに、棒状接触子１３の側面には、貫通穴３６に連通する複数の側部孔３８が設けられている。

図２４は本実施形態に係る超音波外科手術装置２の要部の縦断面図である。後端突起部３７はコネクタ１７で吸引ホース３９と接続されており、貫通穴３６と吸引ホース３９とが連通されている。なお、吸引ホース３９と保持ワイヤ１８とは束ねられた状態で延長されている。なお、図示しないが、吸引ホース３９の他の端部には吸引用ポンプが備えられている。

次に、本実施形態に係る超音波外科手術装置２の動作について説明する。
まず、前述の実施形態と同様に、本実施形態に係る超音波外科手術装置２の要部をシース等を介して、心膜Ｂと心外膜Ａとの間の空間である心膜腔Ｃに挿入する（図１０参照）。この状態において、駆動パルス発生回路２１により圧電素子１２の板厚方向に交番電圧を印加すると、角柱状弾性体１１に屈曲振動が発生し、角柱状弾性体１１の先端に接続された棒状接触子１３に超音波振動が発生する。

超音波振動を行っている棒状接触子１３は、脂肪Ｄに触れることで、脂肪Ｄを乳化させることができる。棒状接触子１３で乳化した脂肪Ｄは、棒状接触子１３の先端面に開口する貫通穴３６もしくは側面に開口する側部孔３８から、吸引ホース３９で吸引され、外部に排出される。

以上のように、本実施形態に係る超音波外科手術装置２によれば、前述の実施形態と同様の効果に加えて、棒状接触子１３の超音波振動により乳化した脂肪成分を体外に排出させることができる。なお、本実施形態では、作図の都合上、側部孔３８はＸ方向のみに設けられているが、Ｙ方向に設けることとしてもよく、放射状に複数方向に設けることが望ましい。

［第６の変形例］
本実施形態の第６の変形例を図２５から図２７に示す。
本変形例では、図２５および図２６に示すように、貫通穴として、給水用貫通穴（給水路）３６ａと吸引用貫通穴（吸引路）３６ｂとが独立して設けられている。角柱状弾性体１１の下端面には、後端給水突起部３７ａと後端吸引突起部３７ｂとが設けられている。さらに、図２７に示すように、棒状接触子１３の側面には、給水用貫通穴３６ａおよび吸引用貫通穴３６ｂにそれぞれ連通する側部孔３８が設けられている。

本変形例に係る超音波外科手術装置によれば、給水用貫通穴３６を介して体腔内に生理食塩水等の液体を供給して、脂肪部位と棒状接触子１３との間に確実に液体（生理食塩水）が介在させることができる。これにより、超音波振動を脂肪に伝播しやすくすることができ、脂肪の乳化効率を向上することができる。なお、本変形例では、作図の都合上、側部孔３８はＸ方向のみに設けられているが、Ｙ方向に設けることとしてもよく、放射状に複数方向に設けることが望ましい。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波外科手術装置３について、図２８から図３１を参照して説明する。
図２８は本実施形態で使用する圧電素子４０である。この圧電素子４０の特徴は、電極が絶縁領域４３を介して２分割されている点である。上部は駆動電極４１で、下部は振動検出電極４２である。この圧電素子４０は、角柱状弾性体１１の４側面に貼る圧電素子１２のうち、少なくとも１ヶ所に設ければ良い。なお、圧電素子４０を複数ヶ所設けた場合には、出力は並列接続すればよい。

次に、本実施形態に係る超音波外科手術装置３の動作について説明する。
圧電素子４０は、電圧を印加すると変形する（逆圧電効果）が、変形すると電圧を発生する（圧電効果）。よって、振動検出電極４２の電圧を観測することで、振動の大きさに比例した交番電圧を検出することができる。

図２９にこの振動検出電極４２（振動検出相）を用いた駆動回路を示す。
駆動パルス発生回路２１からは初期値の周波数の交番駆動パルスが出力され、Ｂ相の駆動パルスが、９０°移相器２２により９０°位相の異なる信号に変換される。駆動パルス発生回路２１からのＡ相の駆動パルスおよび９０°移相器２２からのＢ相の駆動パルスは、ドライブＩＣ２３で増幅される。増幅されたこれらの駆動パルスは、振動子１０のＡ相、Ｂ相に印加される。

振動子１０が振動すると、振動検出相から交番電圧が出力される。その信号は振動検出回路２４により検出され、所定の増幅率で増幅されて振幅比較回路２６に出力される。振幅比較回路２６では、振幅設定値２５に予め設定された振幅値と振動検出回路２４からの振幅値とが比較され、その判定信号が周波数制御回路（周波数制御部）２７に出力される。ここで、設定すべき周波数が決まり、その結果が駆動パルス発生回路２１に出力され、駆動周波数が更新される。その結果、駆動パルス発生回路２１で発生される駆動パルスは、常に望ましい振動振幅値に制御される。

上記の制御について図３０のフローチャートを用いて以下に説明する。
図３０に示すように、振動検出回路２４により検出された駆動パルスの振幅値（以下「検出振幅値」という。）をａ、振幅設定値２５に予め設定された振幅値（以下「設定振幅値」という。）をｂとすると、振幅比較回路２６において、検出振幅値ａと設定振幅値ｂの大きさが比較される（ステップＳ１）。

検出振幅値ａよりも設定振幅値ｂが大きい場合には、周波数制御回路２７により、駆動パルス発生回路２１で発生される駆動パルスの駆動周波数を下げる（ステップＳ２）。一方、検出振幅値ａよりも設定振幅値ｂが小さい場合には、周波数制御回路２７により、駆動パルス発生回路２１で発生される駆動パルスの駆動周波数を上げる（ステップＳ３）。

ここで、図３１に示すように、棒状接触子１３および角柱状弾性体１１の振動振幅は共振周波数（ｆｒ）で最大値となる。棒状接触子１３に負荷がかかると振幅特性は全体的に低下する。よって、その際には、駆動周波数を共振周波数に近づけて、同じ振幅が出るようにする。なお、周波数制御範囲は共振周波数よりも高く設定しておく。

以上のように、本実施形態に係る超音波外科手術装置３によれば、圧電素子４０の電極として振動検出電極４２を設け、常に振動子１０の振動を検出し、その値が一定になるように常に周波数を制御することで、振動振幅を負荷変動があった場合においても、角柱状弾性体１１の振幅値、すなわち、棒状接触子１３の超音波振動の振幅値を一定に維持することができ、安定した脂肪溶解が可能になる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波外科手術装置について図３２から図３４を参照して説明する。
図３２は本実施形態で使用する圧電素子５０の外観図、図３３は展開図、図３４は図３２のＡ−Ａ´断面図である。

図３２から図３４に示すように、本実施形態で使用する圧電素子５０は、積層構造を有する圧電素子、すなわち積層圧電素子である。積層圧電素子１２は、図３３に示すように、数十ミクロンの厚みを有する圧電シート５１，５２，５３の面に、それぞれ一部絶縁部を設けて内部電極（銀パラジウム）５４を形成する。それらを図３３に示すように、積層し、その後焼成する。最後に、図３３に示すように、外部電極（銀）５５を焼き付ける。

上記のように積層圧電素子を用いた本実施形態に係る超音波外科手術装置によれば、積層圧電素子を用いることで、駆動電圧をほぼ積層枚数の逆数分だけ低下させることができる。本実施形態では、３層構造の積層圧電素子を用いたことから。駆動電圧を１／３にすることができる。

なお、本実施形態において、内部電極５４として、一部に振動検出領域を設けることで、前述の第３の実施形態と同様な制御が可能となり、安定した脂肪溶融が可能となる。
また、本実施形態において、３層構造の積層圧電素子を用いたが、Ｎ層構造の積層圧電素子を用いることとしてもよい（Ｎは任意の整数）。この場合には、駆動電圧を１／Ｎにすることができる。

以上、本発明の各実施形態および各変形例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および各変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。

１，２，３ 超音波外科手術装置
１０ 振動子
１１ 角柱状弾性体（柱状部材）
１２ 圧電素子
１３ 棒状接触子（棒状部材）
１４ リード線
１５ ケース
１６ ゴム（保持部材）
２１ 駆動パルス発生回路（電圧印加部）
２２ ９０°移相器
２３ ドライブＩＣ
３１ 角錐状弾性体（柱状部材）
３６ 貫通穴（吸引路）
３６ａ 給水用貫通穴（給水路）
３６ｂ 吸引用貫通穴（吸引路）
４０ 圧電素子
５０ 圧電素子

Claims (11)

1. 弾性体から構成された柱状部材と、
   該柱状部材の側面に固定され、板厚方向に分極された複数の圧電素子と、
   前記柱状部材の端部に固定され、前記柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、
   前記圧電素子の板厚方向に交番電圧を印加して前記柱状部材に逆位相の屈曲振動を発生させ、前記棒状部材に超音波振動を発生させる電圧印加部とを備える超音波振動装置。
2. 前記柱状部材が、角柱部材である請求項１に記載の超音波振動装置。
3. 前記柱状部材が、前記棒状部材との接続位置に近づくに従って横断面積が小さくなる角錐部材である請求項１に記載の超音波振動装置。
4. 前記柱状部材を挟んで対向して配置された一対の前記圧電素子を備え、
   該一対の前記圧電素子は、分極の向きが同じ方向となるように配置されている請求項１に記載の超音波振動装置。
5. 前記柱状部材を挟んで対向して配置された一対の前記圧電素子を備え、
   一対の前記圧電素子は、一対の前記圧電素子は、分極の向きが逆方向となるように配置されている請求項１に記載の超音波振動装置。
6. 複数の前記圧電素子を備え、
   複数の前記圧電素子が、隣接する前記圧電素子の分極の向きが異なるように、前記柱状部材の軸線方向に並んで配置されている請求項１に記載の超音波振動装置。
7. 前記柱状部材を収容するケースと、
   該ケースと前記柱状部材との間に設けられ、前記柱状部材を屈曲振動の節部において保持する保持部材とを備える請求項１に記載の超音波振動装置。
8. 前記棒状部材および前記柱状部材の内部に組織を吸引するための吸引路を備える請求項１に記載の超音波振動装置。
9. 前記棒状部材および前記柱状部材の内部に給水路を備える請求項８に記載の超音波振動装置。
10. 前記柱状部材の振動を検出する振動検出用電極と、
    該振動検出電極により検出された振動の振幅値が予め設定された振幅値となるように、前記電圧印加部により印加する交番電圧の周波数を変更する周波数制御部とを備える請求項１に記載の超音波振動装置。
11. 前記圧電素子が、複数の圧電素子が積層された積層圧電素子である請求項１に記載の超音波振動装置。

Images