JPH08103452A - 電子制御ループの監視制御装置 - Google Patents
電子制御ループの監視制御装置Info
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- JPH08103452A JPH08103452A JP7230459A JP23045995A JPH08103452A JP H08103452 A JPH08103452 A JP H08103452A JP 7230459 A JP7230459 A JP 7230459A JP 23045995 A JP23045995 A JP 23045995A JP H08103452 A JPH08103452 A JP H08103452A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の電子制御ループを監視して、これらの
電子制御ループに制御されている動作の実行中に発生す
るエラー状態を検出し、そのエラー状態に応答する電子
制御ループの監視制御装置を提供する。 【解決手段】 電子制御ループの監視制御装置は、アナ
ログ−ディジタル・コンバータとマルチプレクサとに結
合したマイクロプロセッサを備えている。複数の電子制
御ループの各出力はマルチプレクサに入力され、マルチ
プレクサの出力はコンバータでディジタル形式に変換さ
れて入力ディジタル信号を発生する。入力ディジタル信
号をマイクロプロセッサで処理することにより、適当な
アルゴリズムをもって応答してエラー状態を修正する。
電子制御ループに制御されている動作の実行中に発生す
るエラー状態を検出し、そのエラー状態に応答する電子
制御ループの監視制御装置を提供する。 【解決手段】 電子制御ループの監視制御装置は、アナ
ログ−ディジタル・コンバータとマルチプレクサとに結
合したマイクロプロセッサを備えている。複数の電子制
御ループの各出力はマルチプレクサに入力され、マルチ
プレクサの出力はコンバータでディジタル形式に変換さ
れて入力ディジタル信号を発生する。入力ディジタル信
号をマイクロプロセッサで処理することにより、適当な
アルゴリズムをもって応答してエラー状態を修正する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、患者の手術部位の
組織を破砕及び吸引する外科手術用ハンドピースに使用
されている超音波発生用トランスデューサを駆動するた
めの電気装置と、その装置の電気回路内の電子制御ルー
プとに関する。より詳しくは、本発明は、フィードバッ
ク制御を利用して振動周波数を機械的共振周波数に維持
しつつ超音波外科手術装置を駆動するための装置に関す
る。本発明は更に、振幅を制御するための手段に関する
と共に、動作を監視して、システムのパラメータがアナ
ログ制御ループにおける限界を超えたときに正常動作を
回復するためのディジタル・インターフェースにも関す
る。本発明は更に、その装置の組織選択性を制御するた
めの手段も提供する。
組織を破砕及び吸引する外科手術用ハンドピースに使用
されている超音波発生用トランスデューサを駆動するた
めの電気装置と、その装置の電気回路内の電子制御ルー
プとに関する。より詳しくは、本発明は、フィードバッ
ク制御を利用して振動周波数を機械的共振周波数に維持
しつつ超音波外科手術装置を駆動するための装置に関す
る。本発明は更に、振幅を制御するための手段に関する
と共に、動作を監視して、システムのパラメータがアナ
ログ制御ループにおける限界を超えたときに正常動作を
回復するためのディジタル・インターフェースにも関す
る。本発明は更に、その装置の組織選択性を制御するた
めの手段も提供する。
【0002】
【従来の技術】超音波振動を利用した外科手術装置を用
いて不都合な組織を正確に且つ安全に破砕して吸引除去
できるようになったことから、様々な価値ある手術方法
が開発された。当初は、この外科手術吸引法は、例えば
米国特許第3589363号が開示しているように、白
内障で混濁した組織を破砕及び除去するために適用され
ていた。その後、手持式装置から超音波エネルギを印加
することによって細かな制御を行ないつつ組織を1層ず
つ選択的に除去して行くことが好都合な、例えば神経外
科手術をはじめとする特殊な幾つかの外科手術にも、同
様の手術法が適用されるようになり、それによって大き
な成功が得られている。
いて不都合な組織を正確に且つ安全に破砕して吸引除去
できるようになったことから、様々な価値ある手術方法
が開発された。当初は、この外科手術吸引法は、例えば
米国特許第3589363号が開示しているように、白
内障で混濁した組織を破砕及び除去するために適用され
ていた。その後、手持式装置から超音波エネルギを印加
することによって細かな制御を行ないつつ組織を1層ず
つ選択的に除去して行くことが好都合な、例えば神経外
科手術をはじめとする特殊な幾つかの外科手術にも、同
様の手術法が適用されるようになり、それによって大き
な成功が得られている。
【0003】当業界において公知の装置のうちに、振幅
が略々一定で周波数が約20ないし約30キロヘルツか
ら約40ないし約50キロヘルツまでという振動特性を
有する連続振動を発生するようにした装置がある。米国
特許第4063557号、同4223676号、及び同
4425115号には軟組織の除去に適した装置が開示
されており、その装置は特に、血液を含んでいて非常に
弾性的に変形し易い組織を除去するのに適したものであ
る。また、その装置は、外科医が組織の破砕及び除去を
行なおうとする際には連続運転することができ、通常、
その装置の操作は、足踏式スイッチで行なわれている。
が略々一定で周波数が約20ないし約30キロヘルツか
ら約40ないし約50キロヘルツまでという振動特性を
有する連続振動を発生するようにした装置がある。米国
特許第4063557号、同4223676号、及び同
4425115号には軟組織の除去に適した装置が開示
されており、その装置は特に、血液を含んでいて非常に
弾性的に変形し易い組織を除去するのに適したものであ
る。また、その装置は、外科医が組織の破砕及び除去を
行なおうとする際には連続運転することができ、通常、
その装置の操作は、足踏式スイッチで行なわれている。
【0004】手術部位の組織を超音波で破砕し、その手
術部位から組織の破片及び体液を吸引除去するようにし
た公知の装置の1つに、米国,コネチカット州,スタン
フォードに所在のValleylab, Inc.社が
製造及び販売している「CUSA model Sys
tem 200 Ultrasonic Aspira
tor」という超音波吸引装置がある。この装置につい
ては更に米国特許第4827911号を併せて参照され
たい。この種の超音波吸引装置では、縦方向に振動させ
ている、その装置の先端チップ部を組織に接触させる
と、その先端チップ部が、穏やかに、選択性をもって、
しかも正確に組織を破砕して、その組織を除去すること
ができる。この独創的な外科手術装置の数々の利点のう
ちの幾つかを列挙するならば、腫瘍摘出手術の際に健康
な組織を損傷することが殆どないこと、破砕後に血管だ
けを残すことが可能であること、組織の治癒が早まるこ
と、周囲の組織の縁部を焦がしたり引き裂いたりしない
こと、健康な組織に対して最小限の引張力しか作用させ
ないこと、それに、組織の破砕及び除去を選択的に制御
するための触覚による優れたフィードバックが可能なこ
と等がある。
術部位から組織の破片及び体液を吸引除去するようにし
た公知の装置の1つに、米国,コネチカット州,スタン
フォードに所在のValleylab, Inc.社が
製造及び販売している「CUSA model Sys
tem 200 Ultrasonic Aspira
tor」という超音波吸引装置がある。この装置につい
ては更に米国特許第4827911号を併せて参照され
たい。この種の超音波吸引装置では、縦方向に振動させ
ている、その装置の先端チップ部を組織に接触させる
と、その先端チップ部が、穏やかに、選択性をもって、
しかも正確に組織を破砕して、その組織を除去すること
ができる。この独創的な外科手術装置の数々の利点のう
ちの幾つかを列挙するならば、腫瘍摘出手術の際に健康
な組織を損傷することが殆どないこと、破砕後に血管だ
けを残すことが可能であること、組織の治癒が早まるこ
と、周囲の組織の縁部を焦がしたり引き裂いたりしない
こと、健康な組織に対して最小限の引張力しか作用させ
ないこと、それに、組織の破砕及び除去を選択的に制御
するための触覚による優れたフィードバックが可能なこ
と等がある。
【0005】超音波破砕装置を使用する外科手術法の多
くは、組織の切断や手術部位の止血を行なうための補助
的な装置を必要としている。例えば深部凝固によって大
体積の組織を乾燥させる乾燥法や、スプレー凝固によっ
て組織の表面を乾燥させる高周波法等には止血が必要で
ある。
くは、組織の切断や手術部位の止血を行なうための補助
的な装置を必要としている。例えば深部凝固によって大
体積の組織を乾燥させる乾燥法や、スプレー凝固によっ
て組織の表面を乾燥させる高周波法等には止血が必要で
ある。
【0006】米国特許第4931047号並びに同50
15227号は、超音波振動を利用した外科手術のため
の破砕吸引装置に止血機能を付加した装置を開示してい
る。その装置は、凝固能力と、組織の破砕及び吸引を、
周囲の組織に僅かな外傷しか与えずに行なえるように強
化した破砕吸引機能との、両方の機能を効果的に提供す
るものである。
15227号は、超音波振動を利用した外科手術のため
の破砕吸引装置に止血機能を付加した装置を開示してい
る。その装置は、凝固能力と、組織の破砕及び吸引を、
周囲の組織に僅かな外傷しか与えずに行なえるように強
化した破砕吸引機能との、両方の機能を効果的に提供す
るものである。
【0007】米国特許第4750488号、並びに、同
米国特許の2件の継続特許である米国特許第47509
02号及び同4922902号には、超音波による破砕
と、吸引と、焼灼とを組み合わせて利用するようにし
た、方法及び装置が開示されている。
米国特許の2件の継続特許である米国特許第47509
02号及び同4922902号には、超音波による破砕
と、吸引と、焼灼とを組み合わせて利用するようにし
た、方法及び装置が開示されている。
【0008】ツールの先端チップ部の超音波振動で組織
を破砕する装置では、破砕効率並びにエネルギ利用効率
を最適化するために、超音波振動発生用トランスデュー
サを共振周波数で動作させることが望まれる。そのトラ
ンスデューサが、圧電性結晶体トランスデューサである
場合には、そのトランスデューサの振動周波数は、その
振動を発生させる電気駆動信号の周波数に等しい。動作
効率が最大になるのはそのトランスデューサを、そのト
ランスデューサの共振周波数で振動させるときである。
しかしながら、例えば温度、熱膨張量、それに負荷イン
ピーダンス等の動作パラメータが変化すると、共振周波
数は偏移する。従って、偏移する共振周波数を追跡する
ために、駆動信号の周波数を制御して変化させる必要が
ある。
を破砕する装置では、破砕効率並びにエネルギ利用効率
を最適化するために、超音波振動発生用トランスデュー
サを共振周波数で動作させることが望まれる。そのトラ
ンスデューサが、圧電性結晶体トランスデューサである
場合には、そのトランスデューサの振動周波数は、その
振動を発生させる電気駆動信号の周波数に等しい。動作
効率が最大になるのはそのトランスデューサを、そのト
ランスデューサの共振周波数で振動させるときである。
しかしながら、例えば温度、熱膨張量、それに負荷イン
ピーダンス等の動作パラメータが変化すると、共振周波
数は偏移する。従って、偏移する共振周波数を追跡する
ために、駆動信号の周波数を制御して変化させる必要が
ある。
【0009】米国特許第4750488号が開示してい
る回路は、周波数制御ループを含んでおり、その周波数
制御ループは、圧電性トランスデューサへの電圧入力と
電流入力とに比例する2つの信号を加え合わせて得たフ
ィードバック信号に応じて動作するようにしたものであ
る。
る回路は、周波数制御ループを含んでおり、その周波数
制御ループは、圧電性トランスデューサへの電圧入力と
電流入力とに比例する2つの信号を加え合わせて得たフ
ィードバック信号に応じて動作するようにしたものであ
る。
【0010】米国特許第4965532号が開示してい
る超音波トランスデューサ駆動回路は、周波数制御手段
を含んでおり、その周波数制御手段は、第1位相検出信
号と第2位相検出信号とに応じて変化するフィードバッ
ク制御信号を利用するようにしたものである。
る超音波トランスデューサ駆動回路は、周波数制御手段
を含んでおり、その周波数制御手段は、第1位相検出信
号と第2位相検出信号とに応じて変化するフィードバッ
ク制御信号を利用するようにしたものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明によって明らか
になったことは、圧電性トランスデューサに機械的に結
合したフィードバック用の圧電性結晶体を含んだ独創的
な制御ループを用いることによって、効率的な周波数制
御が行なえるということである。
になったことは、圧電性トランスデューサに機械的に結
合したフィードバック用の圧電性結晶体を含んだ独創的
な制御ループを用いることによって、効率的な周波数制
御が行なえるということである。
【0012】米国特許第4012647号は、周波数を
同調させた回路の中にフィードバック用の圧電性結晶体
を使用し、その回路から発生される、フィルタを通過し
た信号によって、超音波システムの駆動信号を制御する
ということを開示している。この米国特許が開示してい
るシステムは、外科手術装置ではなく、また、超音波振
動子と、増幅器と、同調用インダクタンスとを組み合わ
せた上で、フィードバック用の結晶体から増幅器の入力
へフィードバックをかけることによって、発振回路を構
成している。これに対して本発明の新規な回路では、制
御ループの一部に、電圧制御発振器(VCO)を組み込
んでいる。また、フィードバック用の圧電性結晶体から
のフィードバック信号をこの制御ループへ入力して、こ
の制御ループに増幅器を駆動させている。この新規な回
路の利点は、この回路は機械的共振周波数を追跡する際
に電気的相互作用を伴わないということにある。
同調させた回路の中にフィードバック用の圧電性結晶体
を使用し、その回路から発生される、フィルタを通過し
た信号によって、超音波システムの駆動信号を制御する
ということを開示している。この米国特許が開示してい
るシステムは、外科手術装置ではなく、また、超音波振
動子と、増幅器と、同調用インダクタンスとを組み合わ
せた上で、フィードバック用の結晶体から増幅器の入力
へフィードバックをかけることによって、発振回路を構
成している。これに対して本発明の新規な回路では、制
御ループの一部に、電圧制御発振器(VCO)を組み込
んでいる。また、フィードバック用の圧電性結晶体から
のフィードバック信号をこの制御ループへ入力して、こ
の制御ループに増幅器を駆動させている。この新規な回
路の利点は、この回路は機械的共振周波数を追跡する際
に電気的相互作用を伴わないということにある。
【0013】フィードバック制御ループを備えた超音波
外科手術装置の動作時に頻繁に発生する問題の1つに、
その制御ループが、目標としている共振周波数にではな
く、その近くの不都合な周波数に同調してしまう傾向を
示すということがある。
外科手術装置の動作時に頻繁に発生する問題の1つに、
その制御ループが、目標としている共振周波数にではな
く、その近くの不都合な周波数に同調してしまう傾向を
示すということがある。
【0014】この問題が実際に発生するか否かは、シス
テムの周波数スペクトルと、制御ループの特性とにかか
っている。制御ループの減衰が小さ過ぎると、動作の開
始時や負荷の急変時の大きな過渡オーバーシュートのた
めに、駆動周波数が、近くの別の周波数へ変化させられ
てしまう。制御ループが近くの不都合な周波数に同調し
てしまう傾向は、その制御ループのオーバーシュートが
大きいほど、また、同調してしまうその近くの周波数が
近接しているほど強く現れる。
テムの周波数スペクトルと、制御ループの特性とにかか
っている。制御ループの減衰が小さ過ぎると、動作の開
始時や負荷の急変時の大きな過渡オーバーシュートのた
めに、駆動周波数が、近くの別の周波数へ変化させられ
てしまう。制御ループが近くの不都合な周波数に同調し
てしまう傾向は、その制御ループのオーバーシュートが
大きいほど、また、同調してしまうその近くの周波数が
近接しているほど強く現れる。
【0015】要求性能の点で、また製造時のばらつきの
ために、純粋にアナログ式の構成で上述の不都合を生じ
ることのない制御システムを製造することは困難であ
る。更に、超音波振動子の製造に関する困難な問題の1
つに、材料及び製造工程のばらつきのために、共振周波
数にばらつきが生じるということがある。超音波振動子
の共振周波数にばらつきがあると、制御ループの動作中
の誤差信号の大きさが大きくなる。そして、上述の不都
合が発生する確率は、誤差信号の大きさに正比例して上
昇する。
ために、純粋にアナログ式の構成で上述の不都合を生じ
ることのない制御システムを製造することは困難であ
る。更に、超音波振動子の製造に関する困難な問題の1
つに、材料及び製造工程のばらつきのために、共振周波
数にばらつきが生じるということがある。超音波振動子
の共振周波数にばらつきがあると、制御ループの動作中
の誤差信号の大きさが大きくなる。そして、上述の不都
合が発生する確率は、誤差信号の大きさに正比例して上
昇する。
【0016】本発明によって明らかになったことは、次
のようなシステムを用いることによって上述の不都合を
回避し得るということであり、そのシステムとは、マイ
クロプロセッサを用いたシステムであって、アナログ制
御ループに相互作用的に結合しており、また、動作を監
視してシステムのパラメータがアナログ制御ループの限
界を超えたときに正常動作を回復するための、ディジタ
ル・インターフェースを提供するシステムである。
のようなシステムを用いることによって上述の不都合を
回避し得るということであり、そのシステムとは、マイ
クロプロセッサを用いたシステムであって、アナログ制
御ループに相互作用的に結合しており、また、動作を監
視してシステムのパラメータがアナログ制御ループの限
界を超えたときに正常動作を回復するための、ディジタ
ル・インターフェースを提供するシステムである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、組織の
破砕及び吸引のための外科手術用ハンドピースの超音波
発生用圧電性結晶体トランスデューサを駆動するための
電気装置が提供され、この装置は、増幅器に直列に接続
した電圧制御発振器と、フィードバック用圧電性結晶体
から位相比較器及びループ・フィルタを介して前記電圧
制御発振器へ接続している第1電子制御ループとを備え
ており、前記フィードバック用圧電性結晶体は、前記ト
ランスデューサに機械的に結合していて前記トランスデ
ューサの実際の振動周波数の関数であるフィードバック
信号を発生するようにしてあり、前記位相比較器は、前
記フィードバック信号の位相と駆動信号の位相とを比較
して、該駆動信号を前記トランスデューサの共振周波数
に維持する制御信号を発生するようにしてあり、前記増
幅器は電圧源増幅器であって、該電圧源増幅器の出力部
を、同調用インダクタを並列に接続した前記圧電性結晶
体トランスデューサに接続してあることを特徴とする装
置である。
破砕及び吸引のための外科手術用ハンドピースの超音波
発生用圧電性結晶体トランスデューサを駆動するための
電気装置が提供され、この装置は、増幅器に直列に接続
した電圧制御発振器と、フィードバック用圧電性結晶体
から位相比較器及びループ・フィルタを介して前記電圧
制御発振器へ接続している第1電子制御ループとを備え
ており、前記フィードバック用圧電性結晶体は、前記ト
ランスデューサに機械的に結合していて前記トランスデ
ューサの実際の振動周波数の関数であるフィードバック
信号を発生するようにしてあり、前記位相比較器は、前
記フィードバック信号の位相と駆動信号の位相とを比較
して、該駆動信号を前記トランスデューサの共振周波数
に維持する制御信号を発生するようにしてあり、前記増
幅器は電圧源増幅器であって、該電圧源増幅器の出力部
を、同調用インダクタを並列に接続した前記圧電性結晶
体トランスデューサに接続してあることを特徴とする装
置である。
【0018】好ましくは、前記ハンドピースに圧電性結
晶体トランスデューサを収容するようにし、該トランス
デューサを、トランスデューサとしての作用を及ぼし得
るようにして、先端チップ部を有するツールに連結し、
該トランスデューサが、本発明に係る装置から供給され
る電気駆動信号によって活動化されたならば、前記ツー
ルの前記先端チップ部を超音波振動させ、それによっ
て、該先端チップ部が外科手術部位の組織を破砕し得る
ようにし、また更に、前記ハンドピースが、破砕された
組織を前記外科手術部位から除去するための吸引手段を
備えているようにするのが良い。
晶体トランスデューサを収容するようにし、該トランス
デューサを、トランスデューサとしての作用を及ぼし得
るようにして、先端チップ部を有するツールに連結し、
該トランスデューサが、本発明に係る装置から供給され
る電気駆動信号によって活動化されたならば、前記ツー
ルの前記先端チップ部を超音波振動させ、それによっ
て、該先端チップ部が外科手術部位の組織を破砕し得る
ようにし、また更に、前記ハンドピースが、破砕された
組織を前記外科手術部位から除去するための吸引手段を
備えているようにするのが良い。
【0019】前記圧電性結晶体トランスデューサには同
調用インダクタを並列に接続して回路網を形成してあ
り、この回路網は、前記トランスデューサの動作周波数
に対応した共振周波数を持ち、前記電圧源増幅器から実
際の負荷への結合を最適化している。圧電性結晶体は電
圧によって制御されるデバイスであるため、前記電圧源
増幅器に前記同調用インダクタを並列に接続することの
利点は、圧電性によって駆動される振動子の制御をより
直接的に行なえるということである。また好適実施例に
おいては、前記電圧源増幅器の出力部に小さな抵抗値の
抵抗を直列に接続して更に安定性を高めている。この好
適実施例は、従来用いられていた同調用インダクタを直
列に接続した構成と比べれば顕著な進歩であり、なぜな
らば、インダクタンスによる位相遅れが存在しないため
に応答が迅速化されているからである。
調用インダクタを並列に接続して回路網を形成してあ
り、この回路網は、前記トランスデューサの動作周波数
に対応した共振周波数を持ち、前記電圧源増幅器から実
際の負荷への結合を最適化している。圧電性結晶体は電
圧によって制御されるデバイスであるため、前記電圧源
増幅器に前記同調用インダクタを並列に接続することの
利点は、圧電性によって駆動される振動子の制御をより
直接的に行なえるということである。また好適実施例に
おいては、前記電圧源増幅器の出力部に小さな抵抗値の
抵抗を直列に接続して更に安定性を高めている。この好
適実施例は、従来用いられていた同調用インダクタを直
列に接続した構成と比べれば顕著な進歩であり、なぜな
らば、インダクタンスによる位相遅れが存在しないため
に応答が迅速化されているからである。
【0020】本発明は更に、以上に記載した種類の装置
であって、更に第2制御ループを備えた装置を提供する
ものである。その第2制御ループは、前記トランスデュ
ーサの振動振幅を検出して振幅信号を発生する手段と、
該振幅信号を操作者が調節可能なコマンド信号と比較す
る手段と、前記振幅信号のレベルが前記コマンド信号の
レベルと等しくなるように前記駆動信号を必要に応じて
調節することにより、負荷が変動しても振動の振幅が所
望の動作振幅に維持されるようにする手段とを含んでい
る制御ループである。
であって、更に第2制御ループを備えた装置を提供する
ものである。その第2制御ループは、前記トランスデュ
ーサの振動振幅を検出して振幅信号を発生する手段と、
該振幅信号を操作者が調節可能なコマンド信号と比較す
る手段と、前記振幅信号のレベルが前記コマンド信号の
レベルと等しくなるように前記駆動信号を必要に応じて
調節することにより、負荷が変動しても振動の振幅が所
望の動作振幅に維持されるようにする手段とを含んでい
る制御ループである。
【0021】前記第2制御ループは、RMS−ACフィ
ードバック信号をDCへ変換するコンバータを含んでい
るものであることが好ましい。
ードバック信号をDCへ変換するコンバータを含んでい
るものであることが好ましい。
【0022】本発明は更に、1つないし複数の電子制御
ループを監視して、該電子制御ループに制御されている
動作の実行中に発生するエラー状態を検出し且つそのエ
ラー状態に応答するための制御システムを提供するもの
でもある。その制御システムは、アナログ−ディジタル
・コンバータとマルチプレクサとに結合したマイクロプ
ロセッサを備えており、各々の前記電子制御ループから
の出力を前記マルチプレクサに入力するようにしてあ
り、該マルチプレクサからの出力を前記コンバータにお
いてディジタル形式に変換して入力ディジタル信号を発
生させ、該入力ディジタル信号を前記マイクロプロセッ
サの中で処理することにより、適当なアルゴリズムをも
って応答してエラー状態を修正するようにしてある制御
システムである。
ループを監視して、該電子制御ループに制御されている
動作の実行中に発生するエラー状態を検出し且つそのエ
ラー状態に応答するための制御システムを提供するもの
でもある。その制御システムは、アナログ−ディジタル
・コンバータとマルチプレクサとに結合したマイクロプ
ロセッサを備えており、各々の前記電子制御ループから
の出力を前記マルチプレクサに入力するようにしてあ
り、該マルチプレクサからの出力を前記コンバータにお
いてディジタル形式に変換して入力ディジタル信号を発
生させ、該入力ディジタル信号を前記マイクロプロセッ
サの中で処理することにより、適当なアルゴリズムをも
って応答してエラー状態を修正するようにしてある制御
システムである。
【0023】以上に述べた制御システムが特に適してい
る用途は、本発明に係る装置に含まれている前述の第1
制御ループ等の、周波数制御ループの監視に使用すると
いう用途や、本発明に係る装置に含まれている前述の第
2制御ループ等の、増幅利得制御ループの監視に使用す
るという用途であるが、ただし、好適実施例において
は、それら第1制御ループと第2制御ループとの両方を
監視するためにその制御システムを使用している。この
好適実施例については、以下に添付図面の図1を参照し
つつ、更に具体的に説明する。
る用途は、本発明に係る装置に含まれている前述の第1
制御ループ等の、周波数制御ループの監視に使用すると
いう用途や、本発明に係る装置に含まれている前述の第
2制御ループ等の、増幅利得制御ループの監視に使用す
るという用途であるが、ただし、好適実施例において
は、それら第1制御ループと第2制御ループとの両方を
監視するためにその制御システムを使用している。この
好適実施例については、以下に添付図面の図1を参照し
つつ、更に具体的に説明する。
【0024】本発明は更に、以上に説明した種類の装置
であって、しかも超音波外科手術吸引装置に組織選択性
を付与するための手段を含んでいる装置を提供するもの
であり、その手段は、前記増幅利得制御ループの出力部
に接続した制限回路を含んでおり、該制限回路を介して
操作者が前記増幅利得制御ループの最大誤差信号出力に
調節を施して制限を加えることができるようにしたもの
である。
であって、しかも超音波外科手術吸引装置に組織選択性
を付与するための手段を含んでいる装置を提供するもの
であり、その手段は、前記増幅利得制御ループの出力部
に接続した制限回路を含んでおり、該制限回路を介して
操作者が前記増幅利得制御ループの最大誤差信号出力に
調節を施して制限を加えることができるようにしたもの
である。
【0025】従って、好適なハンドピースの一例を挙げ
るならば、圧電性結晶体トランスデューサを含んでお
り、該トランスデューサを、トランスデューサとしての
作用を及ぼし得るようにして、先端チップ部を有するツ
ールに連結してあり、該トランスデューサは、電気駆動
信号によって活動化されたならば、前記ツールの前記先
端チップ部を超音波振動させ、それによって、該先端チ
ップ部が外科手術部位の組織を破砕し得るようにしてあ
り、更に、破砕された組織をその外科手術部位から除去
するための吸引手段を備えたハンドピースである。ま
た、前記トランスデューサと前記フィードバック用結晶
体とは、電気的に絶縁したハウジングの中に収容し、様
々な動作を選択して起動させるためのスイッチ手段をそ
のハウジングに取付けて、そのハンドピースを手で操作
し得るものとすることが好ましい。
るならば、圧電性結晶体トランスデューサを含んでお
り、該トランスデューサを、トランスデューサとしての
作用を及ぼし得るようにして、先端チップ部を有するツ
ールに連結してあり、該トランスデューサは、電気駆動
信号によって活動化されたならば、前記ツールの前記先
端チップ部を超音波振動させ、それによって、該先端チ
ップ部が外科手術部位の組織を破砕し得るようにしてあ
り、更に、破砕された組織をその外科手術部位から除去
するための吸引手段を備えたハンドピースである。ま
た、前記トランスデューサと前記フィードバック用結晶
体とは、電気的に絶縁したハウジングの中に収容し、様
々な動作を選択して起動させるためのスイッチ手段をそ
のハウジングに取付けて、そのハンドピースを手で操作
し得るものとすることが好ましい。
【0026】
【発明の実施の形態】添付図面の図1に示した装置は電
圧制御発振器(VCO)1を含んでおり、このVCO1
は、電力増幅器2を介して駆動用圧電性結晶体3を正弦
波状発振電圧で駆動している。この発振電圧は、電圧源
増幅器である電力増幅器2の出力から駆動用圧電性結晶
体3へ供給されており、駆動用圧電性結晶体3にはイン
ダクタ4を並列に接続してある。インピーダンス整合用
変成器Tを付加した構成とすることもできる(図2)。
更には、安定性を得るために、小さな抵抗値の抵抗Rを
電力増幅器の出力に接続しても良い(図2)。VCOの
出力の発振周波数はそのVCOの入力へ供給される電圧
の大きさに応じて決まる。VCOの周波数範囲の中点
は、システムが正常動作をしているときに周波数がその
点にくることが予期される点に設定すべきであり、ま
た、その周波数範囲は、システムの通常使用時に周波数
が変化する範囲をカバーするように設定すべきである。
圧制御発振器(VCO)1を含んでおり、このVCO1
は、電力増幅器2を介して駆動用圧電性結晶体3を正弦
波状発振電圧で駆動している。この発振電圧は、電圧源
増幅器である電力増幅器2の出力から駆動用圧電性結晶
体3へ供給されており、駆動用圧電性結晶体3にはイン
ダクタ4を並列に接続してある。インピーダンス整合用
変成器Tを付加した構成とすることもできる(図2)。
更には、安定性を得るために、小さな抵抗値の抵抗Rを
電力増幅器の出力に接続しても良い(図2)。VCOの
出力の発振周波数はそのVCOの入力へ供給される電圧
の大きさに応じて決まる。VCOの周波数範囲の中点
は、システムが正常動作をしているときに周波数がその
点にくることが予期される点に設定すべきであり、ま
た、その周波数範囲は、システムの通常使用時に周波数
が変化する範囲をカバーするように設定すべきである。
【0027】駆動用圧電性結晶体3は、VCOから供給
される正弦波状発振電圧に応答してその発振電圧の周波
数と同じ周波数で振動し、その結果、超音波振動アセン
ブリの全体がその周波数で振動することになる。
される正弦波状発振電圧に応答してその発振電圧の周波
数と同じ周波数で振動し、その結果、超音波振動アセン
ブリの全体がその周波数で振動することになる。
【0028】超音波振動アセンブリはフィードバック用
結晶体5を備えており、このフィードバック用結晶体5
も超音波振動アセンブリと共に振動する。圧電性結晶体
に応力を加えると、それに応答して圧電性結晶体は、加
えられた応力に比例した電圧を発生する。こうして発生
する電圧は、超音波振動アセンブリがどのように振動し
ているのかを表わす指標になる。振動アセンブリの変位
の大きさは、フィードバック用結晶体の両面の間に発生
する電圧のレベルで表わされる。振動アセンブリが所与
の周波数で正弦波状に振動しているときには、フィード
バック用結晶体から得られる電圧信号は、その周波数の
正弦波になる。振動アセンブリの振動の共振周波数は、
振動アセンブリを駆動するために必要な電力が最小にな
る周波数に他ならない。共振周波数は、駆動信号の正弦
波とフィードバック信号の正弦波との間の位相差が90
度になることによって、判別することができる。
結晶体5を備えており、このフィードバック用結晶体5
も超音波振動アセンブリと共に振動する。圧電性結晶体
に応力を加えると、それに応答して圧電性結晶体は、加
えられた応力に比例した電圧を発生する。こうして発生
する電圧は、超音波振動アセンブリがどのように振動し
ているのかを表わす指標になる。振動アセンブリの変位
の大きさは、フィードバック用結晶体の両面の間に発生
する電圧のレベルで表わされる。振動アセンブリが所与
の周波数で正弦波状に振動しているときには、フィード
バック用結晶体から得られる電圧信号は、その周波数の
正弦波になる。振動アセンブリの振動の共振周波数は、
振動アセンブリを駆動するために必要な電力が最小にな
る周波数に他ならない。共振周波数は、駆動信号の正弦
波とフィードバック信号の正弦波との間の位相差が90
度になることによって、判別することができる。
【0029】駆動信号6とフィードバック信号7との2
つの信号は、位相比較器8の夫々の入力へ供給されてい
る。この位相比較器8の出力9は、正弦波信号である駆
動信号と、同じく正弦波信号であるフィードバック信号
との間の、位相角のコサインを与えるものである。
つの信号は、位相比較器8の夫々の入力へ供給されてい
る。この位相比較器8の出力9は、正弦波信号である駆
動信号と、同じく正弦波信号であるフィードバック信号
との間の、位相角のコサインを与えるものである。
【0030】駆動用結晶体の共振周波数がVCOの中心
周波数と一致していれば、VCOは駆動用結晶体をその
共振周波数で駆動する。この場合、位相比較器へフィー
ドバックされる、駆動信号とフィードバック信号との間
の位相角は90度になり、従って、ループ・フィルタ1
0と、後述する増幅器11とを介してVCOへ供給され
る電圧は「0」ボルトになり、そのためVCOは、振動
アセンブリをその共振周波数で駆動し続けることにな
る。
周波数と一致していれば、VCOは駆動用結晶体をその
共振周波数で駆動する。この場合、位相比較器へフィー
ドバックされる、駆動信号とフィードバック信号との間
の位相角は90度になり、従って、ループ・フィルタ1
0と、後述する増幅器11とを介してVCOへ供給され
る電圧は「0」ボルトになり、そのためVCOは、振動
アセンブリをその共振周波数で駆動し続けることにな
る。
【0031】負荷が加わったためにその共振周波数が急
変したならば、2つの正弦波信号の間の位相角はもはや
90度ではなくなる。位相比較器の出力は90度以外の
別の角度のコサインとなり、それはもはや「0」ではな
い。VCOは、これを検知して(位相比較器の出力は利
得増幅器11を介してVCOへ供給されている)、出力
周波数を偏移させ、その偏移の大きさは、位相比較器か
ら出力された信号に利得増幅器11の利得を乗じた積に
比例した大きさであり、その偏移の方向は、駆動信号と
フィードバック信号との間の位相角を90度へ復帰させ
るような方向である。位相角が90度へ復帰すべく90
度という値へ近付いて行くにつれて、位相角のコサイン
は「0」へ復帰すべく「0」という値へ近付いて行く。
位相角が90度へ近付けるだけ近付き、そしてそれに伴
って、VCOへ供給されている電圧が、VCOの中心周
波数とは異なった、新たな共振周波数と一致した周波数
での発振を維持するのに充分な電圧レベルになった時点
で、その系は平衡状態に達する。尚、増幅器の利得を大
きくするほど誤差は小さくなる。
変したならば、2つの正弦波信号の間の位相角はもはや
90度ではなくなる。位相比較器の出力は90度以外の
別の角度のコサインとなり、それはもはや「0」ではな
い。VCOは、これを検知して(位相比較器の出力は利
得増幅器11を介してVCOへ供給されている)、出力
周波数を偏移させ、その偏移の大きさは、位相比較器か
ら出力された信号に利得増幅器11の利得を乗じた積に
比例した大きさであり、その偏移の方向は、駆動信号と
フィードバック信号との間の位相角を90度へ復帰させ
るような方向である。位相角が90度へ復帰すべく90
度という値へ近付いて行くにつれて、位相角のコサイン
は「0」へ復帰すべく「0」という値へ近付いて行く。
位相角が90度へ近付けるだけ近付き、そしてそれに伴
って、VCOへ供給されている電圧が、VCOの中心周
波数とは異なった、新たな共振周波数と一致した周波数
での発振を維持するのに充分な電圧レベルになった時点
で、その系は平衡状態に達する。尚、増幅器の利得を大
きくするほど誤差は小さくなる。
【0032】振動系が機械的なものである場合には、そ
の振動系の振動の周波数ないし振幅が変化しようとする
ときにその変化の速度を抑制しようとする慣性が存在す
るために、問題は更に複雑になっている。振動アセンブ
リの先端チップ部へ急に負荷が加わって、振動アセンブ
リの共振周波数を変化させることがあり得る。位相比較
器8はこれに応答して、増幅器11を介してVCOへ、
周波数を修正させる電圧を供給する。この増幅器の利得
が過大であると、VCOは駆動周波数を、機械的な振動
系である振動アセンブリが対応し得る変化速度の限度を
超えた速い速度で変化させようとする。振動アセンブリ
が、共振する適切な周波数に達したときには、VCOは
既にその周波数を通り過ぎて幾分オーバーシュートして
いる。そのためループは、今度は逆方向へ修正しようと
して再びオーバーシュートし、以後、同じことを繰り返
す。システムが安定であれば、オーバーシュートは各サ
イクル毎に小さくなって行き、最終的に収束する。一
方、システムが不安定であれば、オーバーシュートは各
サイクル毎に小さくなることはなく、一定の大きさのま
まで発振を続けるか、或いは各サイクル毎に大きくなっ
て、最終的にシステムは、近くの別の周波数に同調する
か、或いは損傷することになる。
の振動系の振動の周波数ないし振幅が変化しようとする
ときにその変化の速度を抑制しようとする慣性が存在す
るために、問題は更に複雑になっている。振動アセンブ
リの先端チップ部へ急に負荷が加わって、振動アセンブ
リの共振周波数を変化させることがあり得る。位相比較
器8はこれに応答して、増幅器11を介してVCOへ、
周波数を修正させる電圧を供給する。この増幅器の利得
が過大であると、VCOは駆動周波数を、機械的な振動
系である振動アセンブリが対応し得る変化速度の限度を
超えた速い速度で変化させようとする。振動アセンブリ
が、共振する適切な周波数に達したときには、VCOは
既にその周波数を通り過ぎて幾分オーバーシュートして
いる。そのためループは、今度は逆方向へ修正しようと
して再びオーバーシュートし、以後、同じことを繰り返
す。システムが安定であれば、オーバーシュートは各サ
イクル毎に小さくなって行き、最終的に収束する。一
方、システムが不安定であれば、オーバーシュートは各
サイクル毎に小さくなることはなく、一定の大きさのま
まで発振を続けるか、或いは各サイクル毎に大きくなっ
て、最終的にシステムは、近くの別の周波数に同調する
か、或いは損傷することになる。
【0033】位相比較器8、この位相比較器8の出力
9、利得増幅器11、及びVCO1からなるループは、
位相同期ループ(PLL)を構成しており、この位相同
期ループの部分を、図中に破線12で囲って示した。
9、利得増幅器11、及びVCO1からなるループは、
位相同期ループ(PLL)を構成しており、この位相同
期ループの部分を、図中に破線12で囲って示した。
【0034】振幅を制御するために、第2の制御ループ
13を備えている。このループ13は自動利得制御ルー
プ(AGC)である。操作者は、振動させる先端チップ
部に必要な振動振幅をコマンド入力14で設定する。フ
ィードバック用結晶体から返されてくる正弦波7を、R
MS−DCコンバータ15によって、その正弦波の振幅
の関数であるDCレベルへ変換するようにしている。こ
の信号16が、続いて加算ノード17へ供給され、この
加算ノード17の出力18は、フィードバック信号とコ
マンド入力14との間の差を表わす誤差信号であり、こ
の誤差信号18が誤差増幅器19へ供給されている。誤
差増幅器19はその出力に、加算ノード17への2つの
入力14及び16の間の差に比例した信号を発生する。
信号20は、駆動用圧電性結晶体3を駆動している電力
増幅器2の出力である駆動信号の振幅を制御している。
以上のシステムが平衡状態にあるときには、上述の2つ
の入力14及び16の間に最小限の大きさの差が存在し
ており、ただしその差の大きさは、信号20におけるレ
ベルを、駆動用結晶体を駆動し得るレベルにし、また、
入力14と16との間のこの最小限の差を発生させる信
号をフィードバック用結晶体からフィードバックさせる
ことができるだけの、充分な大きさになっている。利得
を大きく設定すれば誤差を小さくできるが、不安定にな
るのを避けるためには利得に安全率を見ておく必要があ
る。
13を備えている。このループ13は自動利得制御ルー
プ(AGC)である。操作者は、振動させる先端チップ
部に必要な振動振幅をコマンド入力14で設定する。フ
ィードバック用結晶体から返されてくる正弦波7を、R
MS−DCコンバータ15によって、その正弦波の振幅
の関数であるDCレベルへ変換するようにしている。こ
の信号16が、続いて加算ノード17へ供給され、この
加算ノード17の出力18は、フィードバック信号とコ
マンド入力14との間の差を表わす誤差信号であり、こ
の誤差信号18が誤差増幅器19へ供給されている。誤
差増幅器19はその出力に、加算ノード17への2つの
入力14及び16の間の差に比例した信号を発生する。
信号20は、駆動用圧電性結晶体3を駆動している電力
増幅器2の出力である駆動信号の振幅を制御している。
以上のシステムが平衡状態にあるときには、上述の2つ
の入力14及び16の間に最小限の大きさの差が存在し
ており、ただしその差の大きさは、信号20におけるレ
ベルを、駆動用結晶体を駆動し得るレベルにし、また、
入力14と16との間のこの最小限の差を発生させる信
号をフィードバック用結晶体からフィードバックさせる
ことができるだけの、充分な大きさになっている。利得
を大きく設定すれば誤差を小さくできるが、不安定にな
るのを避けるためには利得に安全率を見ておく必要があ
る。
【0035】超音波吸引装置の特徴の1つに、ある特定
の種類の組織だけを、それに隣接する別の種類の組織に
は殆どないし全く影響を与えることなく破砕して吸引す
る、組織選択性という特徴がある。外科手術の種類によ
っては、組織選択性を備えていることが望ましいような
外科手術もあり、また、組織選択性の低い破砕能力を発
揮することが望まれる外科手術もある。
の種類の組織だけを、それに隣接する別の種類の組織に
は殆どないし全く影響を与えることなく破砕して吸引す
る、組織選択性という特徴がある。外科手術の種類によ
っては、組織選択性を備えていることが望ましいような
外科手術もあり、また、組織選択性の低い破砕能力を発
揮することが望まれる外科手術もある。
【0036】本発明によって判明したところによれば、
AGCが供給する駆動信号の最大振幅を制限回路21で
変化させることによって、この組織選択性を強めたり弱
めたりすることができる。
AGCが供給する駆動信号の最大振幅を制限回路21で
変化させることによって、この組織選択性を強めたり弱
めたりすることができる。
【0037】マルチプレクサ22はその入力として、自
動利得制御ループ(AGC)13の誤差信号23と、P
LLの誤差信号24とを受け取っている。このマルチプ
レクサ22の出力はアナログ−ディジタル・コンバータ
25へ供給されており、このアナログ−ディジタル・コ
ンバータ25の出力は、マイクロプロセッサ(μP)2
6へ供給されている。マイクロプロセッサ26の出力信
号27は、中心周波数調節装置28へ供給されており、
この装置28の出力はVCO1へ供給されている。マイ
クロプロセッサ26の第2の出力信号29は、切り換え
装置30へ供給されており、この出力信号29によっ
て、コマンド入力が、「0」または小振幅の基準点31
と、操作者が設定した振幅設定点32との間で切り換え
られるようにしている。
動利得制御ループ(AGC)13の誤差信号23と、P
LLの誤差信号24とを受け取っている。このマルチプ
レクサ22の出力はアナログ−ディジタル・コンバータ
25へ供給されており、このアナログ−ディジタル・コ
ンバータ25の出力は、マイクロプロセッサ(μP)2
6へ供給されている。マイクロプロセッサ26の出力信
号27は、中心周波数調節装置28へ供給されており、
この装置28の出力はVCO1へ供給されている。マイ
クロプロセッサ26の第2の出力信号29は、切り換え
装置30へ供給されており、この出力信号29によっ
て、コマンド入力が、「0」または小振幅の基準点31
と、操作者が設定した振幅設定点32との間で切り換え
られるようにしている。
【0038】このシステムが通常の動作をしているとき
のその動作を、図3のアルゴリズムに示した。先ずAG
Cループの誤差信号23をポーリングして、その誤差信
号のレベルをチェックする(33)。その差の大きさが
所定値よりも大きかったならば(>A)(34)、それ
は、システムがストール状態にあることを表わしてい
る。ストール状態とは、実際の振動の振幅がコマンド入
力14に対応した振幅よりもはるかに小さくなってお
り、従って、加わっている負荷が過大であることが表わ
されており、そのために制御ループが、近くの望ましく
ない周波数に同調しているか、或いは、その他の何らか
のエラー状態になっている状態である。ストール状態に
あることが表わされていなければ、ポーリング(33,
34)を反復して実行し、この場合には、PLLは正常
に動作し続けることができる。一方、ストール状態にあ
ることが表わされていたならば、PLLの誤差をチェッ
クする(35)。PLLの誤差が異常に大きかったなら
ば(>B)(36)、それは、近くの望ましくない周波
数に同調してしまっていることを表わしている。
のその動作を、図3のアルゴリズムに示した。先ずAG
Cループの誤差信号23をポーリングして、その誤差信
号のレベルをチェックする(33)。その差の大きさが
所定値よりも大きかったならば(>A)(34)、それ
は、システムがストール状態にあることを表わしてい
る。ストール状態とは、実際の振動の振幅がコマンド入
力14に対応した振幅よりもはるかに小さくなってお
り、従って、加わっている負荷が過大であることが表わ
されており、そのために制御ループが、近くの望ましく
ない周波数に同調しているか、或いは、その他の何らか
のエラー状態になっている状態である。ストール状態に
あることが表わされていなければ、ポーリング(33,
34)を反復して実行し、この場合には、PLLは正常
に動作し続けることができる。一方、ストール状態にあ
ることが表わされていたならば、PLLの誤差をチェッ
クする(35)。PLLの誤差が異常に大きかったなら
ば(>B)(36)、それは、近くの望ましくない周波
数に同調してしまっていることを表わしている。
【0039】ストール状態にあることが表わされてい
て、しかも、PLLの誤差が所定値以下であったならば
(>B)(37)、以下のアルゴリズムを実行する。先
ずマイクロプロセッサ・システム26の中のタイマを、
修正作業に費やすことを許されている最大時間にセット
する(38)。このアルゴリズムのこの部分でマイクロ
プロセッサ・システム26が実行する対話動作は、適当
な聴覚手段、視覚手段、触覚手段、ないしはその他の伝
達手段を用いて、操作者に対して、超音波外科手術装置
のハンドピースに加わっている圧力が過大であるという
ことを表示することである(39)。マイクロプロセッ
サは、圧力がゆるめられたか否かを知るためのポーリン
グ(40,41)と、タイマを調べて前述の時間が超過
したか否かを知るためのポーリング(42,43)と
を、反復して実行する。ストール状態が解消したなら
ば、マイクロプロセッサは、タイマをクリアし(4
4)、更に、前述の操作者への伝達手段をクリアして
(44)、ポーリング(33,34)の実行へ戻る。一
方、ストール状態が解消されないうちに、タイマをチェ
ックした際に(42)制限時間を超過したことが分かっ
たならば(43)、システムの動作を停止させて、それ
以上の操作を禁止する(45)と共に、前述の伝達手段
によってそのエラー状態を操作者へ告知する(45)。
AGCグループの誤差が所定値を超えており(34)、
それと同時にPLLループの誤差も所定値を超えている
(36)という状況は、システムが、近くの望ましくな
い共振周波数に同調してしまったことを表わしている。
この状況を解消するための1つの方法は、超音波外科手
術装置にそれまで加えられていた圧力を完全に解消させ
(46)、タイマを設定し(47)、そして、AGCル
ープのためのコマンド入力を「0」ボルト31へ切り換
えることである。
て、しかも、PLLの誤差が所定値以下であったならば
(>B)(37)、以下のアルゴリズムを実行する。先
ずマイクロプロセッサ・システム26の中のタイマを、
修正作業に費やすことを許されている最大時間にセット
する(38)。このアルゴリズムのこの部分でマイクロ
プロセッサ・システム26が実行する対話動作は、適当
な聴覚手段、視覚手段、触覚手段、ないしはその他の伝
達手段を用いて、操作者に対して、超音波外科手術装置
のハンドピースに加わっている圧力が過大であるという
ことを表示することである(39)。マイクロプロセッ
サは、圧力がゆるめられたか否かを知るためのポーリン
グ(40,41)と、タイマを調べて前述の時間が超過
したか否かを知るためのポーリング(42,43)と
を、反復して実行する。ストール状態が解消したなら
ば、マイクロプロセッサは、タイマをクリアし(4
4)、更に、前述の操作者への伝達手段をクリアして
(44)、ポーリング(33,34)の実行へ戻る。一
方、ストール状態が解消されないうちに、タイマをチェ
ックした際に(42)制限時間を超過したことが分かっ
たならば(43)、システムの動作を停止させて、それ
以上の操作を禁止する(45)と共に、前述の伝達手段
によってそのエラー状態を操作者へ告知する(45)。
AGCグループの誤差が所定値を超えており(34)、
それと同時にPLLループの誤差も所定値を超えている
(36)という状況は、システムが、近くの望ましくな
い共振周波数に同調してしまったことを表わしている。
この状況を解消するための1つの方法は、超音波外科手
術装置にそれまで加えられていた圧力を完全に解消させ
(46)、タイマを設定し(47)、そして、AGCル
ープのためのコマンド入力を「0」ボルト31へ切り換
えることである。
【0040】スイッチ30を介してAGCループのコマ
ンド入力14へ「0」ボルト31を供給することによっ
て、振動を停止させる。続いて超音波発生器に、蓄えら
れていたエネルギを発散させるための充分な時間を与え
る(48)。スイッチ30を操作してコマンド入力を操
作者設定レベル32へ復帰させる(49)。超音波発生
器に、定常状態の振動振幅レベルを得るための充分な時
間を与える(49)。誤差レベルを再度チェックすると
共に(50,51,52,53)、タイマを再度チェッ
クする(54)。即ち、エラー状態が持続していたなら
ば(51)、タイマをチェックする(54)。このアル
ゴリズムのこの部分は、エラー状態が解消されるか、或
いはタイマ値が超過する(55)かの、いずれかになる
まで反復して実行する。タイマ値が超過する(55)よ
り前に、エラー状態が解消されたならば(50,51,
52,53)、タイマをクリアし(56)、そしてこの
アルゴリズムは、PLLの中心周波数の調節(図3参
照)を実行する(57)。このPLL誤差修正アルゴリ
ズムを実行し、前述の伝達手段をクリアし、更にタイマ
をクリアしたならば(56)、超音波発生器は通常動作
へ復帰する。一方、タイマ値が超過したならば(5
5)、超音波発生器をディスエーブルし(58)、そし
て更に、前述の伝達手段を介して、操作者へエラー・メ
ッセージを表示する(58)。
ンド入力14へ「0」ボルト31を供給することによっ
て、振動を停止させる。続いて超音波発生器に、蓄えら
れていたエネルギを発散させるための充分な時間を与え
る(48)。スイッチ30を操作してコマンド入力を操
作者設定レベル32へ復帰させる(49)。超音波発生
器に、定常状態の振動振幅レベルを得るための充分な時
間を与える(49)。誤差レベルを再度チェックすると
共に(50,51,52,53)、タイマを再度チェッ
クする(54)。即ち、エラー状態が持続していたなら
ば(51)、タイマをチェックする(54)。このアル
ゴリズムのこの部分は、エラー状態が解消されるか、或
いはタイマ値が超過する(55)かの、いずれかになる
まで反復して実行する。タイマ値が超過する(55)よ
り前に、エラー状態が解消されたならば(50,51,
52,53)、タイマをクリアし(56)、そしてこの
アルゴリズムは、PLLの中心周波数の調節(図3参
照)を実行する(57)。このPLL誤差修正アルゴリ
ズムを実行し、前述の伝達手段をクリアし、更にタイマ
をクリアしたならば(56)、超音波発生器は通常動作
へ復帰する。一方、タイマ値が超過したならば(5
5)、超音波発生器をディスエーブルし(58)、そし
て更に、前述の伝達手段を介して、操作者へエラー・メ
ッセージを表示する(58)。
【0041】図3に(57)で表わした動作は、例え
ば、図4に例示したアルゴリズム等によって規定される
動作である。同図のアルゴリズムでは、先ず最初にポー
リング(59,60)を行なって、振動が起動されたか
(61)否か(62)を判定する。振動の開始時には、
操作者が設定したコマンド入力に指示されている振幅レ
ベルと実際の振幅レベルとの間の差を、AGCループの
誤差信号のレベルから判定する(63)。その誤差信号
が「0」でなければ(64)、それは、負荷が加わった
振動状態にあることを表わしており、そのためこのアル
ゴリズムは、通常動作(65)へ進む。一方、その誤差
信号が「0」であったならば(66)、PLLループの
誤差信号をチェックして、PLLループの誤差が「0」
であるか否かを判定する(67)。そして、その誤差が
「0」であったならば(68)、アルゴリズムは通常動
作(69)へ進む。一方、その誤差が「0」でなかった
ならば(70)、その誤差の方向を判定した上で(7
1,72)、VCOに対する調節量を適切な方向へイン
クリメントし、即ち、より高い周波数へのインクリメン
ト(73)と、より低い周波数へのインクリメント(7
4)との、該当する方を実行する。ループのセトリング
・タイムが経過した後に(タイムアウトの後に)(7
5)、再びその誤差のチェックを行なう(67)。以上
のことを、その誤差が「0」になるまで(68)反復し
て実行し、その誤差が「0」になったならばシステムを
通常動作へ復帰させる(69)。
ば、図4に例示したアルゴリズム等によって規定される
動作である。同図のアルゴリズムでは、先ず最初にポー
リング(59,60)を行なって、振動が起動されたか
(61)否か(62)を判定する。振動の開始時には、
操作者が設定したコマンド入力に指示されている振幅レ
ベルと実際の振幅レベルとの間の差を、AGCループの
誤差信号のレベルから判定する(63)。その誤差信号
が「0」でなければ(64)、それは、負荷が加わった
振動状態にあることを表わしており、そのためこのアル
ゴリズムは、通常動作(65)へ進む。一方、その誤差
信号が「0」であったならば(66)、PLLループの
誤差信号をチェックして、PLLループの誤差が「0」
であるか否かを判定する(67)。そして、その誤差が
「0」であったならば(68)、アルゴリズムは通常動
作(69)へ進む。一方、その誤差が「0」でなかった
ならば(70)、その誤差の方向を判定した上で(7
1,72)、VCOに対する調節量を適切な方向へイン
クリメントし、即ち、より高い周波数へのインクリメン
ト(73)と、より低い周波数へのインクリメント(7
4)との、該当する方を実行する。ループのセトリング
・タイムが経過した後に(タイムアウトの後に)(7
5)、再びその誤差のチェックを行なう(67)。以上
のことを、その誤差が「0」になるまで(68)反復し
て実行し、その誤差が「0」になったならばシステムを
通常動作へ復帰させる(69)。
【0042】添付図面の図5〜図8に例示したハンドピ
ースはハウジング110を備えたものであり、このハウ
ジング110は、電気絶縁性を有するプラスチック材料
で製作することが好ましい。このハウジングは、その中
に圧電性結晶体トランスデューサを収容しており、その
トランスデューサは、複数のリング形の圧電性結晶体を
重ね合わせた積層体111を含んでいる。それら結晶体
の各々は隣接する結晶体に機械的に結合しており、それ
ら結晶体の各々が、その結晶体の両側に設けた互いに逆
極性の電極を介して交流電力で付勢されるようにしてあ
る。また、互いに同一の極性の複数の電極106を単一
の部材として形成することにより、ハンドピースの内部
の配線の本数を低減させている。トランスデューサの後
端には、フィードバック用圧電性結晶体112を設けて
ある。フィードバック用圧電性結晶体112は、このト
ランスデューサの駆動用結晶体に機械的に結合してお
り、それら駆動用結晶体と共通に接地してある。フィー
ドバック用結晶体は更に、フィードバック信号をハウジ
ングの後端の電気接点へ伝達するための電気配線(不図
示)に接続した突出電極を備えており、フィードバック
信号はその電気接点から更にコネクタを介して制御回路
に接続されている。駆動用結晶体とフィードバック用結
晶体とを含めたこの圧電性結晶体アセンブリの全体は、
絶縁セラミックス部材108と絶縁スリーブ109と
で、前部ドライバ107及び後部ドライバ132から電
気的に絶縁されている。駆動用結晶体と、フィードバッ
ク用結晶体と、それらに付随する夫々の電極とは、それ
らの内側と外側との両方を、ポリマー製のコーティング
によって電気的に絶縁してあり、それによって、結晶体
における絶縁破壊、並びに絶縁用セラミックス部材10
8における絶縁破壊を防止している。
ースはハウジング110を備えたものであり、このハウ
ジング110は、電気絶縁性を有するプラスチック材料
で製作することが好ましい。このハウジングは、その中
に圧電性結晶体トランスデューサを収容しており、その
トランスデューサは、複数のリング形の圧電性結晶体を
重ね合わせた積層体111を含んでいる。それら結晶体
の各々は隣接する結晶体に機械的に結合しており、それ
ら結晶体の各々が、その結晶体の両側に設けた互いに逆
極性の電極を介して交流電力で付勢されるようにしてあ
る。また、互いに同一の極性の複数の電極106を単一
の部材として形成することにより、ハンドピースの内部
の配線の本数を低減させている。トランスデューサの後
端には、フィードバック用圧電性結晶体112を設けて
ある。フィードバック用圧電性結晶体112は、このト
ランスデューサの駆動用結晶体に機械的に結合してお
り、それら駆動用結晶体と共通に接地してある。フィー
ドバック用結晶体は更に、フィードバック信号をハウジ
ングの後端の電気接点へ伝達するための電気配線(不図
示)に接続した突出電極を備えており、フィードバック
信号はその電気接点から更にコネクタを介して制御回路
に接続されている。駆動用結晶体とフィードバック用結
晶体とを含めたこの圧電性結晶体アセンブリの全体は、
絶縁セラミックス部材108と絶縁スリーブ109と
で、前部ドライバ107及び後部ドライバ132から電
気的に絶縁されている。駆動用結晶体と、フィードバッ
ク用結晶体と、それらに付随する夫々の電極とは、それ
らの内側と外側との両方を、ポリマー製のコーティング
によって電気的に絶縁してあり、それによって、結晶体
における絶縁破壊、並びに絶縁用セラミックス部材10
8における絶縁破壊を防止している。
【0043】トランスデューサは更に、組織の切断ない
し乾燥に使用する高周波電力を前部ドライバ107へ伝
達するための電気配線(不図示)に接続した突出電極1
33を備えている。
し乾燥に使用する高周波電力を前部ドライバ107へ伝
達するための電気配線(不図示)に接続した突出電極1
33を備えている。
【0044】トランスデューサの前端にはリング形のフ
ランジ部113を形成してあり、このフランジ部113
をゴム製の装着部材114の中に装着した上で、その装
着部材114を、ハウジングの内面と鋼製ワッシャ11
5との間に挟持している。トランスデューサの後端は、
振動吸収接続部材を介して接点板116に取付けてあ
り、この接点板116は、ハウジング110の内部に、
気密状態が得られるようにして接着してある。
ランジ部113を形成してあり、このフランジ部113
をゴム製の装着部材114の中に装着した上で、その装
着部材114を、ハウジングの内面と鋼製ワッシャ11
5との間に挟持している。トランスデューサの後端は、
振動吸収接続部材を介して接点板116に取付けてあ
り、この接点板116は、ハウジング110の内部に、
気密状態が得られるようにして接着してある。
【0045】駆動用圧電性結晶体からの電気配線と、フ
ィードバック用圧電性結晶体からの配線とは、ハウジン
グの後端に備えた夫々の電気接点部材117(図7)に
接続している。それら電気接点部材は、コネクタ118
をハウジングに接続したときに、そのコネクタ118に
備えられているそれら電気接点部材に対応した形状の夫
々のソケット部材と電気的に接続する。夫々の電気配線
は、一方では超音波発生器に接続しており、他方ではコ
ネクタ118の後端に結合したケーブル120を介して
制御回路に接続している。コネクタ118の複数のOリ
ング133は、洗浄液と、吸引液と、その他のハンドピ
ースの外部の液体とを、互いに分離し、且つ、電気接点
から隔離している。コネクタ118をハンドピースに接
続するときには、超音波発生用電力配線、フィードバッ
ク用配線、電気外科処置用高圧配線、吸引用チューブ、
及び洗浄用チューブが一度に接続される。この構造によ
って、ハンドピースを、ケーブル類とは別に滅菌処理す
ることができるようにしている。
ィードバック用圧電性結晶体からの配線とは、ハウジン
グの後端に備えた夫々の電気接点部材117(図7)に
接続している。それら電気接点部材は、コネクタ118
をハウジングに接続したときに、そのコネクタ118に
備えられているそれら電気接点部材に対応した形状の夫
々のソケット部材と電気的に接続する。夫々の電気配線
は、一方では超音波発生器に接続しており、他方ではコ
ネクタ118の後端に結合したケーブル120を介して
制御回路に接続している。コネクタ118の複数のOリ
ング133は、洗浄液と、吸引液と、その他のハンドピ
ースの外部の液体とを、互いに分離し、且つ、電気接点
から隔離している。コネクタ118をハンドピースに接
続するときには、超音波発生用電力配線、フィードバッ
ク用配線、電気外科処置用高圧配線、吸引用チューブ、
及び洗浄用チューブが一度に接続される。この構造によ
って、ハンドピースを、ケーブル類とは別に滅菌処理す
ることができるようにしている。
【0046】トランスデューサの前端には中空のツール
121を取付けてあり、このツール121は、このツー
ルをトランスデューサで超音波振動させているときに組
織を破砕することができる先端チップ部を備えている。
ツール121の基端部には、ねじを切ってあり、また、
その基端部の近傍の外周部122を六角形に形成してあ
るため、トランスデューサの前端のフランジ部113に
取付けた前部プレートに形成した対応するねじ部に、こ
のツールを螺着することができる。前部プレートの周囲
に位置するワッシャ124は、前述のゴム製の装着部材
114に当接しており、これらの装着用プレートワッシ
ャとの組み合わせによって、トランスデューサの前端部
近傍に液密の封止構造を形成している。この封止構造
は、ハウジングのうちのトランスデューサ及びトランス
デューサに付随する電気部品を収容している部分に洗浄
液等が侵入するのを防止するために重要なものである。
121を取付けてあり、このツール121は、このツー
ルをトランスデューサで超音波振動させているときに組
織を破砕することができる先端チップ部を備えている。
ツール121の基端部には、ねじを切ってあり、また、
その基端部の近傍の外周部122を六角形に形成してあ
るため、トランスデューサの前端のフランジ部113に
取付けた前部プレートに形成した対応するねじ部に、こ
のツールを螺着することができる。前部プレートの周囲
に位置するワッシャ124は、前述のゴム製の装着部材
114に当接しており、これらの装着用プレートワッシ
ャとの組み合わせによって、トランスデューサの前端部
近傍に液密の封止構造を形成している。この封止構造
は、ハウジングのうちのトランスデューサ及びトランス
デューサに付随する電気部品を収容している部分に洗浄
液等が侵入するのを防止するために重要なものである。
【0047】洗浄液には多くの場合食塩水が使用され、
その洗浄液は、導管部126の内面とツール121の外
面との間に形成されている流路125を通ってツールの
先端チップ部へ供給される。洗浄液は、ハウジングの図
中下方の部分に延在している連通管路127から流路1
25へ流入するようにしてあり、この連通管路127へ
は、コネクタ118に接続したチューブ(不図示)を介
して外部の貯溜槽から洗浄液が供給されるようにしてあ
る。
その洗浄液は、導管部126の内面とツール121の外
面との間に形成されている流路125を通ってツールの
先端チップ部へ供給される。洗浄液は、ハウジングの図
中下方の部分に延在している連通管路127から流路1
25へ流入するようにしてあり、この連通管路127へ
は、コネクタ118に接続したチューブ(不図示)を介
して外部の貯溜槽から洗浄液が供給されるようにしてあ
る。
【0048】ツール121を中空の形状に形成してある
のは、破砕した組織を手術部位から吸引するためであ
る。吸引を行なう際には通常、この中空のツールを介し
て、そして更にチューブ128(図6及び図7)を介し
て吸い込むようにし、チューブ128は、ハウジングの
中を軸方向に延在して、コネクタから外部へ延出してい
る。
のは、破砕した組織を手術部位から吸引するためであ
る。吸引を行なう際には通常、この中空のツールを介し
て、そして更にチューブ128(図6及び図7)を介し
て吸い込むようにし、チューブ128は、ハウジングの
中を軸方向に延在して、コネクタから外部へ延出してい
る。
【0049】洗浄液として使用する液体は導電性を有す
る液体であることがあり、その場合には、その洗浄液
が、前述の前部ドライバに印加されている高周波電力と
同じ電位を持つことがある。それゆえ操作者の安全のた
めに、取外し自在な接続部には充分な絶縁距離を確保す
る必要がある。かかる事情により、前述の導管部126
は、関連法規によって要求されている絶縁表面距離が得
られるように、ハウジング110を覆う形状に設計して
ある。同様に、コネクタ118も、必要な絶縁表面距離
が得られるように、ハウジング110を覆う形状に形成
するようにしても良い。
る液体であることがあり、その場合には、その洗浄液
が、前述の前部ドライバに印加されている高周波電力と
同じ電位を持つことがある。それゆえ操作者の安全のた
めに、取外し自在な接続部には充分な絶縁距離を確保す
る必要がある。かかる事情により、前述の導管部126
は、関連法規によって要求されている絶縁表面距離が得
られるように、ハウジング110を覆う形状に設計して
ある。同様に、コネクタ118も、必要な絶縁表面距離
が得られるように、ハウジング110を覆う形状に形成
するようにしても良い。
【0050】図面に例示した実施例では、ハンドピース
は、その動作を手で操作する方式のものにしてあり、ハ
ウジングにスイッチ・モジュール129を取付けてあ
る。図示のモジュールは2個のスイッチを装備してお
り、それらスイッチはハウジングの中の回路板に電気的
に接続していて、それらスイッチによってハンドピース
の動作を操作するようにしている。尚、本発明の装置に
使用するハンドピースは、手で操作するスイッチを3個
以上備えたものとすることもでき、また、足踏式スイッ
チによってその動作を操作するものとしても良いことを
理解されたい。
は、その動作を手で操作する方式のものにしてあり、ハ
ウジングにスイッチ・モジュール129を取付けてあ
る。図示のモジュールは2個のスイッチを装備してお
り、それらスイッチはハウジングの中の回路板に電気的
に接続していて、それらスイッチによってハンドピース
の動作を操作するようにしている。尚、本発明の装置に
使用するハンドピースは、手で操作するスイッチを3個
以上備えたものとすることもでき、また、足踏式スイッ
チによってその動作を操作するものとしても良いことを
理解されたい。
【図1】本発明の一実施例に係る制御ループを模式的に
示した図。
示した図。
【図2】図1の2つの点Aの間の変更回路部分を示した
図。
図。
【図3】動作を監視してシステムのパラメータがアナロ
グ制御ループの限界を超えたときに正常動作を回復する
ためのステップを示したアルゴリズムの図。
グ制御ループの限界を超えたときに正常動作を回復する
ためのステップを示したアルゴリズムの図。
【図4】位相同期ループの誤差をチェックしてその誤差
を「0」にするために必要な調節を施すステップを示し
たアルゴリズムの図。
を「0」にするために必要な調節を施すステップを示し
たアルゴリズムの図。
【図5】本発明の装置と共に使用する好適なハンドピー
スの一例を示した部分断面側面図。
スの一例を示した部分断面側面図。
【図6】図5の5−5線に沿った正面断面図。
【図7】図5の6−6線に沿った背面断面図。
【図8】前記ハンドピースの上面図。
1:電圧制御発振器、2:増幅器、3:圧電性結晶体ト
ランスデューサ、4:インダクタ、5:フィードバック
用圧電結晶体、8:位相比較器、10:ループ・フィル
タ、12:第1電子制御ループ(PLL)、13:第2
制御ループ(AGC)、22:マルチプレクサ、25:
アナログ−ディジタル・コンバータ、26:マイクロプ
ロセッサ。
ランスデューサ、4:インダクタ、5:フィードバック
用圧電結晶体、8:位相比較器、10:ループ・フィル
タ、12:第1電子制御ループ(PLL)、13:第2
制御ループ(AGC)、22:マルチプレクサ、25:
アナログ−ディジタル・コンバータ、26:マイクロプ
ロセッサ。
Claims (3)
- 【請求項1】 1つないし複数の電子制御ループを監視
して、該電子制御ループに制御されている動作の実行中
に発生するエラー状態を検出し且つそのエラー状態に応
答するための電子制御ループの監視制御装置において、 アナログ−ディジタル・コンバータとマルチプレクサと
に結合したマイクロプロセッサを備えており、各々の前
記電子制御ループからの出力を前記マルチプレクサに入
力するようにしてあり、該マルチプレクサからの出力を
前記コンバータにおいてディジタル形式に変換して入力
ディジタル信号を発生させ、該入力ディジタル信号を前
記マイクロプロセッサの中で処理することにより、適当
なアルゴリズムをもって応答してエラー状態を修正する
ようにしてあることを特徴とする監視制御装置。 - 【請求項2】 監視されている前記電子制御ループが、
組織の破砕及び吸引のための外科手術用ハンドピースの
超音波発生用圧電性結晶体トランスデューサを駆動する
ための装置に組み込まれている周波数制御ループであ
り、前記装置は、増幅器に直列に接続した電圧制御発振
器と、フィードバック用圧電性結晶体から位相比較器及
びループ・フィルタを介して前記電圧制御発振器へ接続
している前記周波数制御ループとを備えた装置であり、
前記フィードバック用圧電性結晶体は、前記トランスデ
ューサに機械的に結合していて前記トランスデューサの
実際の振動周波数の関数であるフィードバック信号を発
生するようにしてあり、前記位相比較器は、前記フィー
ドバック信号の位相と駆動信号の位相とを比較して、該
駆動信号を前記トランスデューサの共振周波数に維持す
る制御信号を発生するようにしてあり、前記増幅器は電
圧源増幅器であって、該電圧源増幅器の出力部を、同調
用インダクタを並列に接続した前記圧電性結晶体トラン
スデューサに接続してあることを特徴とする請求項1記
載の監視制御装置。 - 【請求項3】 監視されている前記電子制御ループが、
増幅利得制御ループであり、該増幅利得制御ループは、
超音波発生用圧電性結晶体トランスデューサの振動振幅
を検出して振幅信号を発生する手段と、該振幅信号を操
作者が調節可能なコマンド信号と比較する手段と、前記
振幅信号のレベルが前記コマンド信号のレベルと等しく
なるように前記駆動信号を必要に応じて調節することに
より、負荷が変動しても振動の振幅が所望の動作振幅に
維持されるようにする手段とを含んでいることを特徴と
する請求項1記載の監視制御装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US83253492A | 1992-02-07 | 1992-02-07 | |
US832534 | 2001-04-11 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5514027A Division JP2506563B2 (ja) | 1992-02-07 | 1992-11-06 | 電気外科手術装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08103452A true JPH08103452A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=25261928
Family Applications (2)
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