JPH01139054A - 超音波処置装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超音波振動を用いて生体組織（腫瘍、骨）や
結石等の処置対象物を破壊除却する超音波処置装置に関
する。

〔従来の技術〕

このような装置の従来例として、特開昭５４−１４０５
２６号公報（西ドイツ特許公報第２９１６５４０号公報
）に記載の電歪振動子駆動回路がある。これは、振動子
への駆動電流と振動子の振幅との間に一定の関係がある
ことを利用して、振動子への駆動電流を制限し一定電流
にすることによって、処置の作用部分の振動（振幅）を
制限し、発熱や破壊を防止している。

また、米国特許第４．５７９．０００号や、本願出願人
による特願昭８１−５１８６８号のように、超音波振動
の振幅を電磁的に検出し、異常振幅の場合に、振動子駆
動電源の出力を低下させるものもある。米国特許第４，
５７９．０００号は振動子に鉄等の磁性体からなる突起
を取付け、この突起の周囲にコイルを設けている。そし
て、振動子の振動に伴う突起の振動をコイルの電流変化
により測定する。特願昭６１−５１８６８号は振動部に
永久磁石を取付けたもので、磁石の振動をコイルで検出
し、振動を測定している。

ここで、振動子および組織等に作用する処置部を決めて
やれば、駆動電流と振幅の関係が一定なので、駆動電流
を制御し振幅を制御することは、可能である。しかしな
がら、製造上のバラツキ等で振動子の特性が異なると、
同じ電流値でも同じ振幅が得られるとは限らない。一般
に、振動子を構成する圧電素子の特性のバラツキは大き
い。従って、振動子毎に、電流値を設定し直さなければ
所望の振動が得られない。この設定をし忘れると、振動
子等を破壊することがある。

また、電磁的に振幅を検出する方法は振動子や処置具に
余分な部材を直接取付けることとなり、振動形態として
は好ましくない。これは、この余分な部材により、重さ
や形状が変わるため、共振周波数やインピーダンス特性
等が変わってしまうからである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来の超音波処置装置は、振動子の駆動電流
を制御するために振動子の振動を検出する際に、振動形
態に影響を与えないで検出することが不可能であった。

この発明は上述した事情に対処すべくなされたもので、
その目的は振動形態に影響を与えないで振動子の振動を
検出することができ、検出した振動に応じて振動子の駆
動電流を安定して制御できる超音波処置装置を提供する
ことである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による超音波処置装置は、処置具を介して対象
物に伝達される超音波振動、を発生する超音波振動子の
後端に発光部と受光部を有する光学的センサを設け、光
学的センサにより振動子の後端の振動を検出する。

〔作用〕

この発明による超音波処置装置によれば、振動子の振動
を光学的に非接触で検出することにより、振動形態に影
響を与えないで振動子の振動を検出することができ、振
動子の駆動電流を安定して制御することができる。

〔実施例〕

以下図面を参照してこの発明による超音波処置装置の一
実施例を説明する。ここで、実施例としては生体組織の
治療装置を説明する。

第１図に第１実施例全体の構成を示す。超音波振動子と
しては第１〜第６圧電素子１〜６からなるランジュバン
型振動子が使用される。第１〜第６圧電素子ｌ〜６がホ
ーン７、裏打板８で挟まれ、ボルト９、ナツトＩＯで締
付けられている。この締付は力は数１００Ｋｇに達する
。ホーン７は振動を増幅するもの、裏打板８は振動子の
共振周波数を調整するものである。

ホーン７の手元にはフランジｌｌが設けられ、フランジ
１１は振動子のケース１２にナツト１３で固定される。

ホーン７の先端にはネジ１４が設けられており、超音波
振動を治療対象物に伝達する棒状の処置具１５がネジに
より結合されている。

ケース１２の後端にはブッシング１Ｂが設けられ、ファ
イバ１７（ガラス、またはプラスチック）の先端が所定
の距離を隔てて裏打板８に対向するようにブッシング１
６に固定されている。ファイバ１７の後端は後述する駆
動回路に接続され、光源からの光がファイバ１７を介し
て裏打板８の後端面に照射されるようになっている。こ
の反射光の振幅を検出することにより振動子の振動が測
定できる。

ここで、ファイバ１７の固定方法を説明する。通常、フ
ァイバ１７は第２図に部分断面図を示すように、ブッシ
ング１Ｇによりその先端が裏打板８と一定の距離Ｘを保
つように固定されている。

また、第３図、第４図（第３図のＡ−″へ′線に沿った
断面図）に示すように、ブッシング１６にスライド台６
０を設け、ネジ６１を回すことにより、その軸上に設け
られたラック・ビニ゛オン機構を介してファイバ１７と
裏打板８との距離Ｘを調整できる構造にしてもよい。距
離Ｘはブッシング１６とスライド台６０に設けたスケー
ル６３にて測定することができる。

振動を正確に測定するためには、ファイバ１７と裏打板
８との距離Ｘには微妙なズレも許されないが−１このよ
うにすると、距離ＸがΔＸだけ微妙にずれた場合でも、
これを補正し、常に一定の距離Ｘの状態で振幅を測定す
ることができる。

また、振動子で発生した超音波振動がケース１２を介し
てファイバ１７に伝わり、振動の測定に支障を来たす場
合がしばしばある。そのため、ブッシング１６は振動を
吸収する弾性体で形成されていることが好ましい。ブッ
シング１６とスライド台６０との進退方法はラック・ピ
ニオン機構以外のカム方式でもよい。

第１図に戻り、処置具Ｉ５は振動子の振動を治療対象物
に伝達するとともに、切除した組織等を体外に排出する
役割を有し、その内部は中空になっており、ホーン７、
ボルト８には貫通孔が設けられ、切除した組織等を吸引
できるようになっている。

ボルト９の後端はパイプ状部２０に接続され、パイプ状
部２０はゴム等のＯリング１９を介してケース１２に接
続されている。パイプ状部２０には吸引チューブ２１が
接続され、吸引チューブ２１は図示していない吸引ポン
プに接続され、切除した組織等が貫通孔、パイプ状部２
０、吸引チューブ２１を介して吸引される。

圧電素子１〜６には電極２２〜２７が設けられ、これら
の電極２２〜２７は同軸ケーブル２８を介して後述する
駆動回路に接続されている。ここで、電極２２．２４．
２６が同軸ケーブル２８の内側導体に、電極２３．２５
．２７が同軸ケーブル２８の外側導体に接続される。

駆動回路において、ファイバ１７の後端はハーフプリズ
ム２９の一端に接続され、ハーフプリズム２９の両側面
には第１、第２受光素子３０．３１がそれぞれ設けられ
ている。ハーフプリズム２９の他端側には、レンズ３２
、発光ダイオード（ＬＥＤ）３３が設けられ、ＬＥＤ３
３には電源３４が接続されている。

ＬＥＤ３３から発光された光はハーフプリズム２９で透
過光と反射光とに分光され、透過光はファイバ１７の後
端に入射され、反射光は受光素子３０に入射される。フ
ァイバ１７からハーフプリズム１７に入射された光はそ
こで反射されて受光素子３１に入射される。

受光素子３０．３１の出力は増幅器（電流／電圧変換器
）３５．３６に接続され、増幅器３５の出力は直接に割
算器３Ｂに供給され、増幅器３６の出力はバイパスフィ
ルタ（ＨＰＦ）３７を介して割算器３８に供給される。

割算器３８の出力は整流平滑回路３９に供給され、整流
平滑回路３９の出力は差動増幅器４０の第１入力端子に
供給される。差動増幅器４０の第２入力端子には基準電
源４１が接続される。基準電源４１は可変電源である。

後述するが、この基準電圧が振動子の駆動電流の基準値
に対応する。

差動増幅器４０の出力は掛算器５０の第１入力端子に供
給され、掛算器５０の第２入力端子には一定周波数の発
振器５１の出力が供給される。掛算器５０の出力は電力
増幅器４２に供給される。電力増幅器４２の出力はトラ
ンス４３を介して同軸ケーブル２８の後端に供給される
。すなわち、電力増幅器４２の出力がトランス４３、同
軸ケーブル２８を介して圧電素子１〜６の電極２２〜２
７に供給され、振動子の駆動電流となる。

次に、第６図（ａ）〜（ｈ）を参照して、第１実施例の
動作を説明する。このような治療装置では基本的には、
振動子ｔ−ａの振幅がランジュバン型振動子の原理でホ
ーン７により拡大され、処置具１５の先端が大きな振幅
で振動され、対象物が破壊される。このため、振動子の
振動は負荷としての治療対象物の状態に応じて適切に制
御されなければならない。

処置具１５の先端の振幅と裏打板８の振幅は、第５図に
示すように、先端負荷を一定とし、電力をパラメータと
すると、一定の関係にあるので、裏打板Ｂの振幅を測定
すれば、処置具１５の振幅を測定できる。この実施例で
は、裏打板８の振動の測定はケース１２に固定されたフ
ァイバＩ７により振動面へ照射された光の反射光を測定
することにより行なう。

電源３４により駆動されたＬＥＤ３３から照射された光
はレンズ３２で集光され、ハーフプリズム２９に入射さ
れ、反射光は受光素子３０へ、透過光はファイバ１７へ
入射され裏打板８の後端で反射され戻ってくる。戻って
きた光はハーフプリズム２９で反射され受光素子３１へ
入射される。このように、受光素子３０は裏打板８への
照射光の一部、受光素子３１（よ裏打板８からの反射光
の一部を受光する。受光素子３０、受光素子３１の出力
は増幅器３５．３Ｂで増幅され、増幅器３Ｂの出力は直
流成分を除去するＨＰＦ３７を通過し、増幅器３５の出
力とともに、割算器３８に入力される。

ここで、裏打板８の振動が第６図（ａ）に示すような波
形であるとすると、受光素子３１の出力信号は第６図（
ｂ）に示すように振動に応じて変調される。受光素子３
０は照射光のレベルを検出する。

受光素子３０の出力を増幅する増幅器３５の出力を第６
図（ｃ）に示す。受光素子３１の出力が増幅器３６を介
して供給されるＨ　Ｐ　Ｆ　３７の出力を第６図（ｄ）
に示す。

割算器２８の出力Ｚは増幅器３５の出力をＸ１ＨＰ　Ｆ
　３７の出力をＹとすると、Ｚ−Ｋｌ　　・　（Ｙ／Ｘ
）と表わされる。Ｋ１は定数である。この割算により、
ＬＥＤの光量変化による反射光のレベル変動が補償でき
る。割算器３８の出力を第６図（ｅ）に示す。

割算器３８の出力Ｚは平滑整流回路３９で平滑整流され
、裏打板８の振幅に比例した直流信号が得られる。平滑
整流回路３９の出力を第６図（ｆ）に示す。直流信号は
差動増幅器４０に入力される。差動増幅器４０には基準
電源４１も接続されていて、差動増幅器４０は直流信号
を基準電圧と比較し、差に比例した電圧を出力する。

差動増幅器４０の出力は掛算器５０に入力され、発振器
５１の出力（第６図（ｇ））と掛算される。このため、
発振器５１の出力は差動増幅器４０の出力に応じて振幅
が増幅される。掛算器５０の出力を第６図（ｈ）に示す
。掛算器５０の出力が電力増幅器４２、トランス４３、
同軸ケーブル２８を介して駆動信号として振動子電極２
２〜２７に供給される。

この結果、裏打板８の振幅が増大すると、基準電圧４１
より整流平滑回路３９の出力の方が大きくなり、差動増
幅器４０の出力は低下し、駆動信号の振幅は低下する。

逆の場合は駆動信号の振幅は増大する。このように、掛
算器５０は整流平滑回路３９の出力と基準電圧４１が一
致するように駆動信号の振幅を制御する。

以上説明したように、第１実施例によれば、振動子の後
端にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによ
り、振動子、すなわち処置具の先端の振動を光学的に非
接触で測定し、この測定値に応じて駆動信号を制御する
ことにより、安定した所望の超音波振動を得ることがで
きる。また、振動の測定は非接触で行われるので、振動
子や処置具に余分な部材を取付ける必要がなく、振動形
態に影響を与えることなく振動を測定することができる
。

次に、この発明の他の実施例を説明する。以下の実施例
で第１実施例と対応する部分には同一の参照数字を付し
て、詳細な説明は省略する。

第７図は第２実施例の構成を示す図である。

Ｈｅ−Ｎｅレーザ５０からのレーザ光がハーフミラ−５
１，５５を透過してファイバ１７に入射される。

Ｈｅ−Ｎｅレーザ５０から照射されハーフミラ−５１で
反射されたレーザ光はミラー５２、超音波シフタ５３、
ミラー５４を介してハーフミラ−５５に入射され、ハー
フミラ−５５を透過してレンズ５６に入射される。

裏打板８で反射されファイバ１７を介して戻ってきたレ
ーザ光もハーフミラ−５５で反射され、レンズ５Ｂに入
射される。

レンズ５Ｂに入射されたレーザ光はフォトダイオード５
７で光電変換され、その出力電気信号が増幅器５８を介
して周波数分析器５９に入力される。周波数分析器５９
の出力は差動増幅器４ｏに入力され、それ以降の接婢は
第１実施例と同じである。

第２実施例の動作を説明する。レーザ５ｏがら照射され
たレーザ光は周波数ｆｏで変調されているとする。この
レーザ光はハーフミラ−５１で反射光と透過光に分光さ
れる。透過光は周波数ｆｏのままハーフミラ−５５を透
過してファイバ１７に入射され、裏打板８に照射される
。反射光は超音波シフタ５３で周波数ｆｏ＋ｆｌの変調
光に変換される。

周波数ｆ。のレーザ光が裏打板８へ照射されると、裏打
板８の振動に応じて変調された周波数ｆｏ＋Δｆのレー
ザ光が反射され、ファイバ１７を介してハーフミラ−５
５に入射される。

超音波シフタ５３から出力される周波数ｆｏ＋ｆ１のレ
ーザ光（参照光）と、ファイバ１７がら出力される周波
数ｆ。＋Δｆのレーザ光（信号光）がレンズ５Ｂを介し
てフォトダイオード５７の受光面で合成され、ヘテロダ
イン検波される。フォトダイオード５７の出力信号が増
幅器５８で増幅されて周波数分析器５９に入力される。

周波数分析器５９は裏打板８の振動により発生される周
波数変化Δｆを算出し、Δｆから振動速度Ｖ−λ・Δｆ
／２を求め、振動速度Ｖに比例した直流電圧を出力する
。

この際、振動速度Ｖとしては最大値を用いる。周波数分
析器５９の出力は第１実施例の整流平滑回路３９の出力
と同様に作用する。

第２実施例によれば、裏打板８の反射率等が変化した場
合でも、正確に振動を解析することができる。なお、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ５０の代わりに半導体レーザを用いても
よい。なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザ５０からフォトダイオー
ド５７までの素子は小型化して裏打板８の近傍に設けて
もよい。

第８図は第３実施例の構成を示す図である。これは、第
１実施例の変形に関するものであり、ハーフプリズム２
９の片側の側面のみに受光素子３１が設けられ、第１実
施例において照射光の一部を受光する受光素子３０は設
けられていない。受光素子３１の出力が増幅器３６を介
してＨＰ　Ｆ　８０、Ｌ　Ｐ　Ｆ　８２に供給される。

ＨＰ　Ｆ　８０、Ｌ　Ｐ　Ｆ　８２の出力が割算器３８
を介して整流平滑回路３９に供給され、これ以降の接続
は第１実施例と同じである。

次に、第９図（ａ）〜（ｆ）を参照して、第３実施例の
動作を説明する。裏打板８からの反射光の一部が受光素
子３１で受光され、その出力が増幅器３Ｇで増幅される
。そのため、増幅器３Ｂの出力信号は、第９図（ａ）に
示すように、裏打板８が振動している時に反射してくる
振動成分と、裏打板８が振動していない時に反射してく
る直流成分を含んでいる。ＨＰ　Ｆ　８０により増幅器
３Ｂの出力から直流成分が除去され、第９図（ｂ）に示
すような振動成分のみの信号が得られる。同様に、ＬＰ
Ｆ８２により増幅器３Ｂの出力から振動成分が除去され
、第９図（ｃ）に示すような直流成分のみの信号が得ら
れる。

ＨＰ　Ｆ　８０、Ｌ　Ｐ　Ｆ　８２の出力が割算器３８
で合成され、第９図（ｄ）に示すような信号が得られる
。

この信号が平滑整流回路３９で平滑整流され、第９図（
ｅ）に示すように裏打板８の振幅に比例した直流信号が
得られる。この結果、掛算器５０からは、第１実施例と
同様に、裏打板８の振幅に応じた駆動信号が出力される
。

以上の説明では、振動を検出する光学的センサはケース
１２の外部に設けたが、第１０図（ａ）に示すように、
裏打板８の後端面に近接してケース１２の内側に光学的
センサ９０を取付けてもよい。光学的センサ９０は第１
０図（ｂ）に示すように、発光ダイオード９２とフォト
トランジスタ９４からなるフォトカブラである。このよ
うにしても、裏打板８の振動を光学的に非接触で測定で
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、振動子の振動を
光学的センサにより非接触で検出することにより、振動
形態に影響を与えないで振動子の振動を検出することが
でき、振動子の駆動電流を安定して制御する超音波処置
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による超音波処置装置の第１実施例の
構成を示す図、第２図は第１実施例におけるファイバの
固定力、法の一例を示す図、第３図は第１実施例におけ
るファイバの固定方法の他の例を示す図、第４図は第３
図のＡ−Ａ−線に沿った断面図、第５図は第１実施例に
おける裏打板の振幅と処置具先端の振幅との関係を示す
図、第６図（ａ）〜（ｈ）は第１実施例の動作を示す信
号波形図、第７図は第２実施例の構成を示す図、第８図
は第３実施例の構成を示す図、第９図（ａ）〜（ｆ）は
第３実施例の動作を示す信号波形図、第１Ｏ図（ａ）、
（ｂ）は光学的センサの変形例を示す図である。 ｔ−ｅ・・・圧電素子、７・・・ホーン、８・・・裏打
板、１２・・・ケース、１５・・・処置具、１７・・・
ファイバ、２２〜２７・・・電極、２８・・・同軸ケー
ブル、２９・・・ハーフプリズム、３ｏ、　ａｔ・・・
受光素子、３３・・・発光ダイオード、３５．３８・・
・増幅器、３７・・・バイパスフィルタ、３８・・・割
算器、３９・・・整流平滑回路３９．４０・・・差動増
幅器、４１・・・基準電源、４２・・・電力増幅器、４
３・・・トランス、５０・・・掛算器、５１・・・発振
器。 出願人代理人　　弁理士　坪井　淳 第９図 （ａ） （ｂ） 第１０図 手続補正書 １、事件の表示 特願昭６２−２９９２３９号 ２、発明の名称 超音波処置装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 東京都千代ｍ区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙のとおり補正する。 （２）図面第１図、第７図、第８図を別紙のとおり補正
する。 （３）明細書第９頁、第４行目、第５行目、第６行目に
記載の「掛算器５０」を「掛算器４′４」と訂正する。 （４）明細書第９頁、第６行目に記載の「発振器５１Ｊ
を「発振器４５」と訂正する。 （５）明細書第１２頁、第２行口、第５行目、第６行目
、第１３行目に記載の「掛算器５０」を「掛算器４４」
と訂正する。 （６）明細書第１２頁、第２行目乃至第３行目、第４行
目に記載の［発振器５１Ｊを「発振器４５」と訂正する
。 （７）明細書第１６頁、第２０行目に記載の「掛算器５
０」を「掛算器４４」と訂正する。 （８）明細書第１８頁、第１７行目乃至第１８行目に記
載の「５０・・・掛算器」を「４４・・・掛算器」と訂
正する。 （９）明細書第１８頁、第１８行目に記載のｒ５１・・
・発振器」を「４５・・・発振器」と訂正する。 ２、特許請求の範囲 超音波振動子の振動を処置具を介して対象物に伝達する
超音波処置装置において、前記超音波振動子へ光を照射
する手段と、前記照射手段により照射され前記超音波振
動子で反射された光に基づいて前記処置具のｆｆ１Ｎを
ｎ１定する手段と、前記８１１１定手段の測定値に応じ
て前記超音波振動子の駆動電力を制御する手段を具備す
る超音波処置装置。 出願人代理人　弁理士　　坪井　淳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波振動子の振動を処置具を介して対象物に伝達する
   超音波処置装置において、前記超音波振動子へ光を照射
   する手段と、前記照射手段により照射され前記超音波振
   動子で反射された光に基づいて前記処置具の振動を測定
   する手段と、前記測定手段の測定値に応じて前記超音波
   振動子の駆動信号を制御する手段を具備する超音波処置
   装置。