JP6667612B2 - 関節用超音波処置システム及び関節用超音波処置具 - Google Patents

Description

本発明は、異なる振動の超音波振動による機械的な切削と熱による融解的な切削を併せ持つ関節用超音波処置システム及び関節用超音波処置具に関する。

一般に、軟骨は、たんぱく質（コラーゲン）を主成分として形成されており、柔らかく弾力性を有している。外科的処置における軟骨の切削は、電気メス等の処置具を用いている。また近年には、超音波処置具を用いて、生体組織だけではなく、骨等の処置対象部位に対しても切削等の外科的処置が実施できることが報告されている。通常、軟骨は、振動を与えても弾性力により吸収されてしまうと想定されており、超音波振動による機械的な切削作用は生じないと考えられていた。

例えば、特許文献１：特開２０１５−４３８７９号公報等に記載されているような発熱を伴う超音波振動を発生する超音波処置具を用いれば、軟骨や軟骨下骨などの骨（皮質骨及び海綿骨）及び生体組織の全ての部位に対して切削処置が可能である。その一方、全ての部位に対して切削処置が可能であるがために、生体組織と軟骨、軟骨と軟骨下骨をそれぞれ切り分ける切削処置を実現することは容易ではない。例えば、関節手術等では、軟骨、滑膜及び軟骨下骨など切り分けが必要となってくる。術者は、切開処置や切削処置において、下層の部位をなるべく損傷させないように、その切り分ける見極めが重要であり、経験や熟練度が必要とされている。

本発明は、縦振動と捻り振動の超音波振動を切換可能に発生させて、機械的に切削する骨切削モードと熱を発生させて融解的に切削する軟骨切削モードとを選択可能な処置部を有する関節用超音波処置システム及び関節用超音波処置具を提供する。

本発明に従う実施形態に係る関節用超音波処置システムは、関節に対して超音波振動を用いて処置を行う超音波処置具と、前記超音波振動による駆動を制御する駆動制御装置と、を含む関節用超音波処置システムであって、前記超音波処置具は、先端部および基端部を有し、前記先端部から前記基端部までの長さを、予め定めた１つの超音波振動の第１の波長となる１／２波長の整数倍の長さに設定し、前記先端部からλ／２の位置にスリットが形成された、超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブの前記先端部に設けられ、処置対象部位に処置を行う処置部と、前記処置部に対して超音波振動を伝達する第１の超音波振動子と、を備え、前記駆動制御装置は、前記第１の超音波振動子に対して、少なくとも２つの異なる周波数で超音波振動をさせる駆動信号を送信する駆動制御部を備え、前記駆動制御部は、前記第１の波長の整数倍の発振周波数の駆動信号を前記第１の超音波振動子に印加して前記プローブに縦振動を発生させ、前記第１の波長の整数倍以外の発振周波数の駆動信号を前記第１の超音波振動子に印加して、前記プローブに捻り振動を発生させる。

図１は、第１の実施形態に係る超音波処置具の外観構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る超音波処置具の主要な構成を示すブロック図である。 図３Ａは、第１の実施形態におけるプローブに設けられた処置部の側面側からみた概念的な外観構成を示す図である。 図３Ｂは、第１の実施形態におけるプローブに設けられた処置部の正面側からみた概念的な外観構成を示す図である。 図４Ａは、第１の実施形態の変形例におけるプローブに設けられた処置部の正面側からみた概念的な外観構成を示す図である。 図４Ｂは、図４Ａに示すプローブに設けられた処置部のＡ−Ａの断面構成を示す図である。 図５は、ハンドピースの超音波振動部の構成例を概念的に示す図である。 図６は、ハンドピースの超音波振動子による超音波振動の発生について説明するための概念を示す図である。 図７Ａは、超音波振動子の分極による振動発生について説明するための図である。 図７Ｂは、超音波振動子の６分割振動子の一例を概念を示す図である。 図７Ｃは、超音波振動子の２分割振動子の一例を概念を示す図である。 図８Ａは、第２の実施形態に係る超音波処置具の超音波振動子により発生する縦振動について説明するための図である。 図８Ｂは、第２の実施形態に係る超音波処置具の超音波振動子により発生する捻り振動について説明するための図である。 図９Ａは、第３の実施形態におけるプローブに設けられた処置部の外観構成を示す斜視図である。 図９Ｂは、第３の実施形態におけるプローブに設けられた処置部を正面から見た外観構成を示す図である。 図９Ｃは、図９Ｂに示すプローブに設けられた処置部のＢ−Ｂの断面構成を示す図である。 図９Ｄは、第３の実施形態におけるプローブに設けられた処置部の展開図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の超音波処置具は、異なる方向に振動する超音波振動により所望する処置対象部位に外科的処置が可能であり、超音波振動による発熱を用いた融解的切削及び機械的切削を併せ持ち、処置対象部位である生体組織、軟骨及び骨を切削する通常切削モードと、機械的切削の作用を低減することで骨の切削を低減し超音波振動による発熱及び摩擦熱を用いた融解的切削を行い処置対象部位のうちの軟骨を切削する軟骨切削モードと、を切換可能に行う処置部を先端に持つプローブを備えている。

ここでいう機械的切削とは、超音波振動により後述するエッジが処置対象部位を叩くと共に押し引き又は回動する状態で宛がわれて破砕することを意味しており、以下の説明においては、機械的切削又は破砕的切削と称している。また他にも、機械的切削は、超音波振動の振幅によりプローブが揺動されて処置対象部位を叩くことから、ハンマリング効果又は、ハンマリング作用と称されている場合もある。

軟骨に対する切削は、軟骨に押し当てられて局部的に軟骨を融解する温度まで加熱することで生じる。本実施形態では処置部の軟骨切削部は、超音波振動が加わった状態で軟骨に押し当てられた際に、その振動により処置部自体の発熱及び処置対象部位に宛がわれた際の摩擦熱として発熱し、軟骨が融解できる適切な温度に昇温される。また、適正な温度としては、接触する処置対象の軟骨部分が４５℃〜２２０℃の範囲となり、より好ましくは、１２０℃〜１６０℃の範囲内の温度となるように軟骨切削部の温度設定が行われる。

［第１の実施形態］
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る関節用超音波処置具について説明する。図１は、第１の実施形態に係る関節用超音波処置具（以下、超音波処置具と称する）の外観構成の一例を示す図、図２は、超音波処置具の主要な構成を示すブロック図である。

この超音波処置具１は、超音波振動によって処置対象部位、例えば、生体組織、軟骨及び骨（軟骨下骨）等に対する切削処置や切開処置を行うための処置具３と、その処置具３に駆動電力を供給する電源装置２と、後述する操作入力部６と同等の機能を有するフットスイッチ１１と、で構成される。尚、本実施形態の超音波処置具１においては、技術的特徴の要旨を説明するために最小限のシステム構成を示しており、図示していないが一般的に超音波手術システムとして使用されている構成部位は、備えているものとする。

処置具３は、術者が把持する筒形状のハンドピース４と、ハンドピース４の一端から延出する細長いプローブ７と、プローブ７の周囲を覆うように形成されたシース５と、指示を行うための操作入力部６と、プローブ７の後述する処置部７ａの温度を測定する温度センサ２１と、を備えている。ハンドピース４は、電源装置２とケーブル接続され、駆動電力の供給や制御信号の通信が行われている。

ハンドピース４の内部には、超音波振動部１２が設けられており、プローブ７にホーン部１３を介して、音響的に連結されている。超音波振動部１２は、電源装置２から駆動電力が供給されて超音波振動し、その発生した超音波振動は、プローブ７に伝搬される。プローブ７は、繰り返し利用されるのであれば滅菌処置が可能であり、また腐食に対する耐性を有する金属材料、例えば、チタン合金等で形成される。処置部７ａは、処置対象部の骨を破砕するように切削するため、処置対象の骨より硬い硬度と振動に対する耐久性とが必要である。

プローブ７は、処置部７ａとなる先端部分が露出するようにシース５に覆われており、超音波振動部１２が伝搬された超音波振動により処置部７ａが振動する。尚、図１では、処置部７ａとは反対側のプローブ７の先端部分の表面も露出させているシース５の形態を示しているが、処置部７ａのエッジ部７ｃのみを露出させて、それ以外を覆うシース５の形態であってもよい。

超音波振動部１２は、後述するように、振動の方向が異なる２つの超音波振動子２６，２７を備えており、処置部７ａをプローブ７の長手方向ｍに沿った振動を縦振動とし、長手方向ｍとは交差する交差方向ｎの捻り振動とを切換可能に発生させることができる。本実施形態では、長手方向ｍと直交する交差方向を例として説明する。

ハンドピース４は、把持面となる側面に操作入力部６が設けられている。この操作入力部６は、超音波振動部１２の駆動を指示するための複数の操作スイッチ８を備えている。これらの操作スイッチ８は、超音波振動部１２に供給される駆動電力のオンオフ操作だけではなく、融解的切削を行う軟骨切削モード又は、融解的切削及び機械的切削を併せ持つ通常切削モードの何れかに切り替える操作を行う切換スイッチ（切換部）をも含んでいる。本実施形態において、フットスイッチ１１は、操作入力部６と同等の機能を有している。

電源装置２は、超音波振動部１２に駆動電力を供給する出力回路２２と、出力回路２２を制御する制御回路２３とで構成される。出力回路２２は、ハンドピース４内の超音波振動部１２とケーブル等により電気的に接続され、超音波振動部１２を駆動する駆動電力を供給する。制御回路２３は、内部にメモリ２４を備える演算処理機能を搭載する処理回路で構成され、操作入力部６又はフットスイッチ１１から入力された指示（オンオフ指示又はモード選択指示等）及び温度センサ２１の検出信号に従い、出力回路２２から出力される駆動電力を制御する。

制御回路２３は、操作入力部６の指示により通常切削モードと軟骨切削モードとを切り換えて制御を行う。制御回路２３は、軟骨切削モードが設定された際に、温度センサ２１の検出信号に基づき、前述した温度範囲内（４５℃〜２２０℃の範囲で、より好ましくは、１２０℃〜１６０℃）になるように供給する駆動電力値を制御する。尚、軟骨切削モード時の温度制御を行う際に、温度センサ２１を搭載しない構成であっても実現できる。例えば、プローブ７の製造誤差が小さく、特性が安定していた場合には、パラメータ設定により軟骨切削モード時の温度制御が可能である。

これは、押し付け加重を固定値とした上で、軟骨の温度を４５℃〜２２０℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃の範囲内の規定の温度となるような超音波振動の振幅値を複数回の実測により求め、平均された振幅値を制御回路２３のメモリ２４に制御パラメータとして予め記憶させておく。軟骨切削モードで使用時には、制御回路２３は、要求された設定温度を実現する制御パラメータをメモリ２４から読み出し、その制御パラメータに基づく超音波振動を行う。

図３Ａ及び図３Ｂは、プローブ７の先端側に設けられる処置部７ａの外観構成を示している。処置部７ａには、処置対象部位と当接する範囲内で少なくとも１つの溝７ｂにより形成されるエッジ７ｄを有するエッジ部７ｃが設けられている。この溝７ｂは、プローブ７の長手方向ｍと直交する交差方向（周方向）ｎに延びて、両側面が開口されたＵ形状に形成されている。この溝７ｂは、プローブ７の滑らかな曲面の表面から略垂直に少なくとも長手方向の中心軸に達する深さまで掘られている。エッジ７ｄ間の幅（即ち、溝７ｂの対向する両壁間の距離）や深さにおいても適宜設定が可能である。勿論、溝７ｂの形状は限定されるものではなく、少なくともプローブ７の表面に角張った箇所（エッジ７ｄ）が設けられていればよい。従って、本実施形態では、エッジ７ｄを溝（凹部）７ｂで形成しているが、これに換わって、凸状に張り出た突起で形成してもよい。

このエッジ部７ｃは、図３Ａに示すように、複数の溝７ｂにより構成される場合には、等間隔又は任意の間隔を空けて、長手方向ｍに沿って配置される。尚、任意の間隔の配置とは、例えば、複数の溝７ｂを配置した際に、中央側のエッジ７ｄ間の間隔を狭くし、両外側のエッジ７ｄ間の間隔を広くして配置するなど、異なる間隔で配置してもよく、製造時に適宜設定できる。処置対象部位と当接する範囲を規定される場合に、処置対象部位を叩く効果、即ち、ハンマリング効果をより得るには、エッジ７ｄ間の間隔を広くするよりは狭くする方がプローブ７の表面積、即ち叩く面積が多くなるため、効果が得やすい。但し、エッジ７ｄ間の間隔が狭すぎると、エッジ７ｄによる切削又は破砕の作用が小さくなる。

次に、図５及び図６を参照して、超音波処置具の超音波振動による通常切削モードと軟骨切削モードについて説明する。図５は、ハンドピース４の超音波振動部１２の構成例を概念的に示す図、図６は、ハンドピース本体の構成と超音波振動子による超音波振動の発生について説明するための概念を示す図である。また、図７Ａは、超音波振動子の分極による振動発生について説明するための図、図７Ｂは、超音波振動子の６分割振動子の一例を概念を示す図、図７Ｃは、超音波振動子の２分割振動子の一例を概念を示す図である。以下の説明において、プローブ７は、図３に示した複数の溝７ｂで構成されるエッジ部７ｃを有する処置部７ａを備えているものとする。

図５及び図６に示すように、本実施形態の超音波振動部１２は、ハンドピース本体２５内でプローブ側から、プローブ７の長手方向ｍに伸び縮みする縦振動の超音波振動する第１の超音波振動子２６と、長手方向に対して交差する方向に反復する回動即ち、捻り振動の超音波振動する第２の超音波振動子２７とが連なるように設けられている。このような縦振動及び捻り振動の超音波振動を発生させる超音波振動子は、公知なピエゾ素子（圧電素子）によりすでに実現されている。図６に示すように超音波振動を伝搬するプローブ７は、振幅の頂点のａ点の位置でねじ締結してハンドピース本体２５へ固定することにより、縦振動を発生させている。

尚、本実施形態では、図５及び図６中、プローブ側から縦振動する第１の超音波振動子２６を配置し、続いて捻り振動する第２の超音波振動子２７の順で配置しているが、逆の順の配置でもよく、プローブ側から捻り振動する第２の超音波振動子２７を配置し、続いて縦振動する第１の超音波振動子２６の順で配置してもよい。

第１の超音波振動子２６は、通常使用されている縦方向に振動する超音波振動子である。また、第２の超音波振動子２７は、回動方向に捻り振動を行う超音波振動子である。これは、図７Ａに示すように、一周を６分割した扇型圧電素子２６ｃに電圧を印加すると矢印に示すような分極が生じる。これらの扇型圧電素子２６ｃを図７Ｂに示すように、同一円周方向に分極するように環状に配置した構造により全体的な捻りが発生する。また、圧電素子２６ａ，２６ｂは、図７Ｃに示すように、６分割以外で２分割でも同様な作用を生じさせることができる。

第１の超音波振動子２６による縦振動の超音波振動を、プローブ７の基端に伝達すると、図３Ａ，３Ｂに示すプローブ７のエッジ部７ｃが振動する。このとき、溝７ｂ及びエッジ７ｄは振動の腹位置付近に相当し、長手方向ｍに沿って往復するように振動する。このとき、縦振動の振動方向は、エッジ７ｄに垂直又は略垂直な方向である。この縦振動されるエッジ部７ｃは、処置対象部位を叩くと共に押し引きを行い、処置対象部を機械的に切削する。

さらに、エッジ部７ｃにおいては、機械的切削に比べて、切削量に占める割合は少ないが、実質的には処置対象部位との間に摩擦熱も発生させており、融解的切削も併せて行われている。この縦振動を用いた切削は、前述した全ての処置対象部位である生体組織、軟骨及び骨を切削する通常切削モードとなる。

また、第２の超音波振動子２７による捻り振動の超音波振動を、プローブ７の基端に伝達すると、図３Ａ，３Ｂに示すプローブ７のエッジ部７ｃが振動する。このとき、溝７ｂ及びエッジ７ｄは長手方向ｍと交差する方向に反復するように揺動し、捻り振動を行う。このとき、捻り振動の振動方向は、エッジ７ｄに平行又は略平行な方向である。この捻り振動は、溝７ｂ及びエッジ７ｄが延びる方向と同じ方向である。このため、エッジ部７ｃが機械的切削に寄与せず、処置対象部位にプローブ７の表面が擦りつけられるのみであるため、叩きによるハンマリング作用を発生し難い。即ち、エッジ部７ｃは、超音波振動により軟骨との間に摩擦熱を発生して、軟骨が融解できる適切な温度に昇温され、軟骨を切削する。この捻り振動を用いた切削は、前述した処置対象部位のうちの軟骨切削する軟骨切削モードとなる。

尚、通常切削モード及び軟骨切削モードの超音波振動においては、エッジ７ｄの延びる方向に対して、垂直に交差する方向に振動する又は平行な方向に振動することを例として上述したが、これらの角度の関係は、必ずしも限定されたものではない。
手術者が、通常切削モードよりも軟骨は切除したいが、骨に対してもある程度切削したい要望があった場合に、斜め方向に往復する振動であってもよい。この斜め振動は、第１の超音波振動子２６と第２の超音波振動子２７を同時に駆動させて、その駆動割合を調整することにより、実施することができる。

この斜め振動の角度は、例えば、エッジ７ｄの延びる方向に対して、４５度を境目として、この４５度よりも大きい傾きで振動する場合には、ハンマリング効果が優位な通常切削モードによる機械的な切削に区分けし、４５度よりも小さい傾きで振動する場合には、熱優位な軟骨切削モードによる融解的に切削に区分けしてもよい。即ち、本実施形態では、エッジ７ｄの延びる方向に対して、４５度を基準として、切削モードを選択可能にしてもよい。この様な角度によるモードの区分は、本実施形態だけではなく、後述する第２の実施形態においても適用することができる。

このように構成された処置部７ａを設けられたプローブ７を備える超音波処置具１による切削処置について説明する。
まず、術者は、生体組織を切開して関節鏡用のポートを形成するために、ハンドピース４の操作入力部６又はフットスイッチ１１を操作して、通常切削モードに設定する。その後、第１の超音波振動子２６を駆動してプローブ７を前述した縦振動に超音波振動させて、処置部７ａのエッジ部７ｃを処置対象となる生体組織に押し付ける。エッジ部７ｃは、生体組織を機械的に切削し、軟骨（変性軟骨）が露出するまで切開する。通常切削モードによる機械的切削は、切開が軟骨に到達した際に、軟骨の弾性により切削速度が遅くなるため、その変化により軟骨が露出したか否かを見極めて、切開処置を停止する。この時、プローブ７の温度が上昇していたとしても、大半が機械的切削による作用とする。

次に、露出した軟骨の切削処置を開始する際に、術者は、ハンドピース４の操作入力部６を操作して、通常切削モードから軟骨切削モードに切り換える。第２の超音波振動子２７を駆動させて、プローブ７を前述した捻り振動に超音波振動させて、処置部７ａのエッジ部７ｃを処置対象となる軟骨に押し付ける。エッジ部７ｃが宛がわれた軟骨は、捻り振動により摩擦熱が発生して加熱され、温度が前述した１２０℃〜１６０℃程度になり、融解的に切削され、軟骨下骨が露出される。

この捻り振動されるエッジ部７ｃは、前述したように温度は高いが機械的切削が作用していないため、切削速度が遅くなって、骨の硬さにより押し付けに対する反発が強くなり、軟骨下骨が露出したことが分かる。その後、第２の超音波振動子２７の駆動を停止させて、軟骨切削モードを終了する。

次に、再度、術者は、操作入力部６を操作して、軟骨切削モードから通常切削モードに切り換え、プローブ７に縦振動の超音波振動を伝達させて、処置部７ａのエッジ部７ｃで、軟骨下骨を機械的に切削する。
以上、本実施形態の超音波処置具３によれば、軟骨を切削する軟骨切削モードと、生体組織、軟骨及び軟骨下骨を切削する通常切削モードを処置対象部位により切換可能に備えており、通常切削モードの設定において、生体組織から軟骨への切り換え判断が容易である。また軟骨切削モードの設定であれば、軟骨を融解的に切削することで、軟骨のみを切削して停止させることができ、軟骨下骨への損傷を回避できる。従って、本実施形態の超音波処置具３は、生体組織と、軟骨と、骨（例えば軟骨下骨）とを低侵襲で容易に切り分けることができる。

次に、図４を参照して第１の実施形態の変形例について説明する。
図４には、第１の実施形態の変形例として、超音波処置具３におけるプローブ３１に設けられた処置部３１ａの構成例を示している。本変形例は、処置部に形成されたエッジ部の溝（エッジ）方向が前述した第１の実施形態とは異なっており、それ以外の構成部位は、同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本変形例の処置部３１ａは、エッジ部３１ｃの溝３１ｂにより形成されるエッジ３１ｄがプローブ３１の長手方向ｍに延伸するように形成されている。このエッジ部３１ｃは、前述した第１の実施形態の処置部７ａの長手方向ｍと交差する方向ｎに延伸するように形成されたエッジ部７ｃと同等の作用効果を有しており、エッジが作用する方向が異なっている。

本変形例では、前述した第１の超音波振動子２６による縦振動の超音波振動を、図４Ａ，４Ｂに示すプローブ３１のエッジ部３１ｃに与えた場合には、エッジ３１ｂが長手方向ｍに往復するように振動する。この縦振動は、エッジ部３１ｃの溝３１ｂが延びる方向と同じ方向であるため、エッジ部３１ｃのエッジ３１ｄが機械的切削に寄与せず、処置対象部位にプローブ１の表面が擦れるのみであるため、叩きによるハンマリング作用が発生し難い。即ち、エッジ部３１ｃは、超音波振動により摩擦熱を発生して、軟骨が融解できる適切な温度に昇温され、軟骨を切削する。この縦振動を用いた切削は、前述した処置対象部位のうちの軟骨切削する軟骨切削モードとなる。

また、第２の超音波振動子２７による捻り振動の超音波振動を、図４Ａ，４Ｂに示すプローブ７のエッジ部３１ｃに与えた場合には、溝３１ｂ及びエッジ３１ｄが長手方向ｍと交差する方向ｎに反復するように回動し、捻り振動を行う。この捻り振動は、エッジ３１ｂが処置対象部位を叩くと共に回動し、処置対象部を機械的に切削する。

さらに、エッジ部３１ｃにおいては、機械的切削に比べて、切削量に占める割合は少ないが、実質的には処置対象部位との間に摩擦熱も発生させており、融解的切削も併せて行われている。この捻り振動を用いた切削は、前述した全ての処置対象部位である生体組織、軟骨及び骨を切削する通常切削モードとなる。

以上のように、前述した第１の実施形態と本変形例とでは、縦振動時又は捻り振動時の処置対象部位に対するエッジが当たる角度（平行か垂直か）が逆になるため、通常切削モードと軟骨切削モードにおける駆動させる超音波振動子２６，２７が異なる。即ち、通常切削モードでは、プローブ３１を捻り振動させる第２の超音波振動子２７を駆動し、軟骨切削モードでは、プローブ３１を縦振動させる第１の超音波振動子２６を駆動する。

本変形例によれば、前述した第１の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。通常切削モードにおいて生体組織から軟骨への切り換え判断が容易であり、また軟骨切削モードの設定であれば、軟骨を融解的に切削することで、軟骨のみを切削して停止させることができ、軟骨下骨への損傷を回避できる。従って、本実施形態の超音波処置具３は、生体組織と、軟骨と、骨（例えば軟骨下骨）とを低侵襲で容易に切り分けることができる。

［第２の実施形態］
次に、図８Ａ、図８Ｂを参照して、本発明の第１の実施形態に係る関節用超音波処置具について説明する。図８Ａは、超音波振動子により発生させる縦振動について説明するための図、図８Ｂは、超音波振動子により発生させる捻り振動について説明するための図である。図９Ａは、プローブに設けられた捻り溝の外観構成を示す斜視図、図９Ｂは、プローブに設けられた捻り溝を正面から見た外観構成を示す図、図９Ｃは、図９Ｂに示すプローブに設けられた捻り溝のＢ−Ｂの断面構成を示す図、図９Ｄは、プローブに設けられた捻り溝の展開図である。

前述した第１の実施形態においては、縦振動する超音波振動子２６と捻り振動する超音波振動子２７（図５から図７Ｃ参照）を備えた構成であった。
これに対して、本実施形態は、プローブの途中に図９Ａ、図９Ｂに示す複数の捻り溝４１ｂを形成して、１つの超音波振動子で振動周波数を変化させて、縦振動と捻り振動を発生させる構成である。１つの超音波振動子で周波数を変化させる場合、振動子への入力信号を変化させるなど、種々の方式を用いることができる。

まず、捻り溝４１ｂについて説明する。
図９Ａ、図９Ｂに示すように、複数の捻り溝４１ｂは、延びる方向がプローブ４１の長手方向に対して傾きを持ち、プローブ４１の周面に沿って等間隔で形成されている捻り溝である。これらの溝４１ｂは、図９Ｄに示すように、長手方向ｍに対して、例えば、傾き角度Φｐ＝２０度に設定され、図９Ｃに示すように、プローブ４１の全周に渡り等間隔に配置されている。プローブ４１は、プローブ７と同等の径を有しており、例えば、直径Φｋ＝６〜７ｍｍ程度である。 また、この様なプローブ径の場合には、溝４１ｂの幅ｑと深さｒについては、共に１ｍｍ程度が好適する。勿論、これらの数値は限定されるものではない。

これらの捻り溝４１ｂのエッジにおける傾き角度Φｐは、プローブ４１の振動方向に対して平行であった場合、機械的切削の作用が小さく、角度が９０℃に近づくほど機械的切削の作用が大きくなる。また、機械的切削の作用とは、反対の作用関係にある融解的切削は、傾き角度Φｐがプローブ４１の振動方向に対して平行であった場合、融解的切削の作用が大きく、即ち摩擦温度か高くなり、９０℃に近づくほど融解的切削の作用が小さく即ち、摩擦温度が低くなる。従って、傾き角度Φｐは、処置対象部位や処置内容により、設計仕様等に従い適宜設定される。また、プローブ４１に形成される複数の溝４１ｂにおいては、等間隔に配置される必要は無く、適宜、間隔を広げても狭めてもよい。

本実施形態における縦振動と捻り振動を発生させる構成として、プローブの長さを、予め定めた１つの超音波振動の１／２波長（第１の波長）の整数倍の長さに設定することにより、この第１の波長を伝達したプローブの先端は、縦振動が発生する。この第１の波長以外の波長（第２の波長）を伝達したプローブの先端は、捻り振動が発生する。

これらの振動の発生を確認するために、一例として、図８Ａに示すように使用する振動の発振周波数（縦振動の波長：λ／２＝約５２ｍｍ）の整数倍に合わせて、ここでは、超音波振動子からプローブ７の長さを２０８ｍｍと設定する。この構成において、プローブの先端側からλ／２の位置に斜線で示す捻り溝４１ｂを形成する。

次に、例えば、４７ｋＨｚの振動周波数を発生させた場合に、斜線で示すスリットより先では、捻り振動の波長とプローブ７の長さが合わず、縦振動の波長とプローブ７の長さがあっているため、４７ｋＨｚの発振周波数の場合には、縦振動が伝達される。また、この時、捻り振動は発生していない。

また、図８Ｂに示すように、同様に超音波振動子からプローブ７の長さを２０８ｍｍと設定し、例えば、２１ｋＨｚの振動周波数を発生させた場合、縦振動のλ／２は約７８ｍｍになる。斜線で示す捻り溝４１ｂより先では、捻り振動の波長とプローブ７の長さが合い、振動の腹位置がプローブ７の先端に相当するため、２１ｋＨｚの発振周波数の場合には、捻り振動が発生する。この時、縦振動はプローブ７の先端の位置において、振幅が抑制される。

従って、１つの超音波振動子が発振した超音波振動の発振周波数即ち、波長を変えることにより、ある振動周波数の波長がプローブ７の長さに合えば、捻り振動が主に発生し、そのある振動周波数の波長が合わなければ、縦振動が主に発生する。

以上のことから本実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同等の作用効果を奏することができる。さらに、プローブの先端からスリットまでの長さと、超音波振動子が発振した超音波振動の発振周波数即ち、波長の長さを合わせることにより、捻り振動又は縦振動を選択的に発生させることができる。
以上、前述した各実施形態及び各変形例に基づいて、本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

Claims (3)

1. 関節に対して超音波振動を用いて処置を行う超音波処置具と、前記超音波振動による駆動を制御する駆動制御装置と、を含む関節用超音波処置システムであって、
   前記超音波処置具は、
   先端部および基端部を有し、前記先端部から前記基端部までの長さを、予め定めた１つの超音波振動の第１の波長となる１／２波長の整数倍の長さに設定し、前記先端部からλ／２の位置にスリットが形成された、超音波振動を伝達するプローブと、
   前記プローブの前記先端部に設けられ、処置対象部位に処置を行う処置部と、
   前記処置部に対して超音波振動を伝達する第１の超音波振動子と、
   を備え、
   前記駆動制御装置は、
   前記第１の超音波振動子に対して、少なくとも２つの異なる周波数で超音波振動をさせる駆動信号を送信する駆動制御部を備え、
   前記駆動制御部は、前記第１の波長の整数倍の発振周波数の駆動信号を前記第１の超音波振動子に印加して前記プローブに縦振動を発生させ、
   前記第１の波長の整数倍以外の発振周波数の駆動信号を前記第１の超音波振動子に印加して、前記プローブに捻り振動を発生させる、関節用超音波処置システム。
2. 前記処置部は、少なくとも１つの溝を有し、前記溝は、前記プローブの長手方向に対して、略直交する方向に設けられる、請求項１に記載の関節用超音波処置システム。
3. 前記溝は、前記第１の超音波振動子により発生される超音波振動の腹の位置に相当する前記処置部の位置に配置される、請求項２に記載の関節用超音波処置システム。

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