JPH09135842A - 超音波装置 - Google Patents

超音波装置

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JPH09135842A
JPH09135842A JP8275349A JP27534996A JPH09135842A JP H09135842 A JPH09135842 A JP H09135842A JP 8275349 A JP8275349 A JP 8275349A JP 27534996 A JP27534996 A JP 27534996A JP H09135842 A JPH09135842 A JP H09135842A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外科手術用装置の作用部４０に、振幅と周波
数を調整できる超音波振動を複数同時に発生することが
できないという課題があった。 【解決手段】 第１の共振器２０と第２の共振器３０の
間に位置するピエゾ圧電部５０を含む、医療装置の超音
波スタック１０を励起する方法であって、第１の周波数
の電気的励起信号でピエゾ圧電部５０を励起する工程
と、前記第１の周波数の整数倍である第２の周波数の電
気的励起信号でピエゾ部分５０を励起する工程とを備え
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は外科手術用超音波
装置、特に、２以上の励起周波数により駆動されるピエ
ゾ圧電素子を用いる外科手術用超音波装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】外科手術用超音波装置は、例えば生体組
織の切断、切開などの医療処置に用いられる。生体組織
の切断、切開などは外科手術用装置の末端にある外科手
術用具により行われ、その外科手術用具の先端部で超音
波出力を生体組織に伝達する。超音波出力は外科手術用
具の先端部の周辺の生体組織意を焼灼するためにも用い
られ、その周辺生体組織の血液を凝固することで止血を
行う。
【０００３】超音波振動は、ハンドピース内にある１ま
たは２以上のピエゾ圧電素子の電気的励起により、外科
手術用具の先端部に誘導される。ピエゾ圧電素子は外科
手術用装置の共振周波数で励起される。ここで、外科手
術用装置の基準共振周波数をｆ0 、その波長をλ0 で示
すと、λ0 はｃ／ｆ0 に等しい。ここで、ｃは装置内の
音速を示す。電気的励起信号がサイン波であるかサイン
波の成分を有することにより、ピエゾ圧電素子は、電気
的励起信号の周波数と等しい周波数の機械的な定常波振
動を生じる。ピエゾ圧電部で生じる振動は、共振器でフ
ィルターされ、少なくとも１以上の速度変換器で増幅さ
れ、外科手術用具の先端部に伝達される。
【０００４】ここで記述される外科手術用超音波装置に
おいて、ハンドピースは、“ランジュバン スタック”
あるいは“スタック”として知られ、１組の共振器で囲
まれる１以上のピエゾ圧電部を備える。共振器は、１般
にピエゾ圧電部の両側面に接する金属部分をなす。ま
た、共振器の長さは、おおよそ、ピエゾスタックの中心
から４分の１波長（λ0 ／４）である。ピエゾ圧電素子
と共振器を含むスタックは、およそ、２分の１波長（λ
0 ／２）の長さである。共振器は機械的バンドパスフィ
ルターとして作動し、有効周波数あるいは有効周波数の
高調波以外の周波数の音波を、除去、あるいは、ほとん
ど減少させる。
【０００５】スタックの１端は、電気的励起信号をピエ
ゾ圧電素子に伝達するワイヤー、あるいはケーブルを接
合するよう適合されている。多くのそのような装置にお
いて、共振器は電気的に接地されており、励起信号は、
スタック内に交互に並ぶピエゾ圧電素子の組に伝えられ
る。スタックのもう一方の端は、１般に、外科手術用具
の先端部又はスタックから外科手術用具の先端部に音信
号を伝達する伝達ロッドのどちらかに接合するよう適合
されている。
【０００６】上述したような外科手術用装置において、
共振器と外科手術用具の先端部の間に速度変換器を挿入
することにより、音波は増幅される。速度変換器は、装
置の断面積を減少することで音波を増幅させる。それゆ
え、共振器の出力部より径の小さい伝達ロッドを使用す
ることにより、共振器と伝達ロッドの接合部は、速度変
換器として作動し、伝達ロッドを介して伝達される音波
の強度を増幅する。外科手術用具の先端部の径を伝達ロ
ッドより小さくする場合、伝達ロッドとその先端部の接
触面における同様な階段的接合部は、第２の速度変換器
として作用し、さらに、その先端部の音波の強度を増加
させる。１般に、共振器及び伝達ロッドの長さは、速度
変換器が定常波の節に位置するように選択される。
【０００７】前述のように、音定常波は周波数ｆの電圧
がピエゾ圧電素子に供給されることによって起こされ
る。ピエゾ圧電素子を横切る電圧の印加は、電位勾配方
向にピエゾ圧電素子の膨張、収縮を生じさせる。ピエゾ
圧電素子の変位方向（例えば、膨張、収縮）は供給され
る信号の極性で決定される。このように、周波数ｆのサ
イン波から構成される電気的励起信号が供給される時、
連続的に膨張、収縮を繰り返す。スタック自身の機械的
膨張、収縮は一組のピエゾ圧電素子を使用することで避
けられる。その一組のピエゾ圧電素子において、極性を
有する電気的信号の印加は、第１ピエゾ圧電素子を膨張
させ、第２のピエゾ圧電素子を収縮させるからである。
【０００８】外科手術用装置は、どの共振周波数に対し
ても駆動、あるいは励起される。基準共振周波数ｆ0 を
有するその装置は、ｆ0 の調和周波数（即ち、ｆ0 の整
数倍）であるｆe の励起信号により駆動される。励起周
波数ｆe の信号の波長をλeとする。その装置の基準共
振周波数はｆ0 であるので、ｆ0 でピエゾ圧電素子を駆
動する電気的励起信号は、ｆ0 の振動を手術用具の先端
部に起こす。
【０００９】電気的励起信号が、励起信号の調和成分を
含んできれいなサイン波でない場合（例えば、方形波、
ノコギリ波）、手術用具の先端部は、ｆ0 あるいはｆ0
の調和振動数で振動することが期待される。電気的励起
信号がきれいなサイン波でない場合でも、装置の非線形
性が、手術用具の先端部を、ｆ0 あるいはｆ0 の調和振
動数で振動させるからである。いずれの場合も、手術用
具の先端部での振動の大きさは、ｆ0 の場合に１番大き
く、ｆ0 の調和振動では本質的により小さい。ほとんど
の場合に、調和振動の音波出力は基準振動の２５％以下
である。このように、既存の生成器において、励起周波
数以外の周波数で手術用具の先端部から伝えられる音波
出力は、装置の励起周波数で伝えられる音波出力の、多
くても２５％である。
【００１０】励起振動とその調和振動の音波の出力比
は、きれいなサイン波と励起信号との間のずれの度合い
を変数とする関数である。従って、ｆ0 の励起信号がピ
エゾ圧電素子を駆動する場合、本質的に手術用具の先端
部での全ての仕事（例えば、生体組織の切開、焼灼）は
ｆ0 で行われる。他の励起周波数ｆe の励起信号がピエ
ゾ圧電素子を駆動する場合、本質的に手術用具の先端部
での全ての仕事はｆe で行われる。
【００１１】ある一定の振動周波数は、特定用途の超音
波装置の効果を高めると考えられている。例えば、装置
を生体組織の切断あるいは切開に用いる場合、ある周波
数は特に有効であり、一方、生体組織の焼灼に用いる場
合には、他の周波数が有効である。それゆえ、例えば装
置の基準周波数である１番目の周波数と、１あるいは２
以上の調和周波数により圧電素子を励起させれば、ある
応用においては、装置の性能の実質的改定となると考え
られる。例えば、装置が生体組織の切開と凝結に使用さ
れる場合、生体の切開用には基準周波数の、生体の焼灼
用には基準周波数の調和周波数の出力を与えるように励
起信号を選択的に調節してもよい。
【００１２】生体組織に供給される超音波出力の周波数
に依存して、異なった有効な効果を、生体組織に供給さ
れる超音波出力は生じる。そのため、例えば、ピエゾス
タックが、装置の基準周波数である第１の励起周波数
と、少なくとも１以上の、基準周波数の調和周波数との
両方で励起されるよう、超音波装置を設計することが有
効であろう。第１の励起周波数の調和周波数で供給され
る音波出力を、第１の励起周波数で供給される音波出力
とほぼ等しいか５０％以上になるよう超音波装置を設計
することは、より有効であろう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来の外科手術用超音
波装置は以上のように構成されているので、異なる周波
数の超音波振動を、超音波装置の作用部に発生させるこ
とができず、超音波振動の周波数毎に異なる複数の効果
を超音波装置の作用部で達成することができない課題が
あった。また、異なる周波数の超音波振動を複数同時
に、超音波装置の作用部に発生させることも不可能であ
り、超音波振動の周波数毎に異なる効果を複数同時に、
超音波装置の作用部で達成することができないなどの課
題があった。
【００１４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、異なる周波数の超音波振動を作用
部において発生することが可能であり、複数の効果を達
成することのできる超音波装置、及び同時に作用部にお
いて異なる周波数の超音波振動を同時に発生して複数の
効果を同時に達成することのできる超音波装置を得るこ
とを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るスタックを励起する方法は、第１の周波数の電気的励
起信号でピエゾ圧電部を励起する工程と、第１の周波数
の整数倍である第２の周波数の電気的励起信号でピエゾ
圧電部を励起する工程とを備えるものである。
【００１６】請求項２記載の発明に係る超音波装置は、
第１と第２の共振器の間に位置するピエゾ圧電部と、そ
のピエゾ圧電部に結合し、第１の周波数の信号と第１の
周波数の整数倍である第２の周波数の信号を少なくとも
含む励起信号を、ピエゾ圧電部に供給するパワーソース
とを備えるものである。
【００１７】請求項３記載の発明に係る超音波スタック
は、第１のピエゾ圧電部と、第２のピエゾ圧電部と、第
１のピエゾ圧電部の第１の端面と接する第１の共振器
と、第１のピエゾ圧電部の第２の端面と前記第２のピエ
ゾ圧電部の第１の端面とに接する第２の共振器と、第２
のピエゾ圧電部のもう一方の端面と接する第３の共振器
とを備えるものである。
【００１８】この発明は、第１の周波数ｆ1 と、好のま
しくはｆ1 の周波数の整数倍である第２の周波数ｆ2 等
の複数の周波数で、励起信号がピエゾ圧電素子を駆動す
る外科手術用超音波装置に関する。この発明に係る一つ
の実施形態において、第２の周波数ｆ2 での励起信号の
パワーは、本質的に、第１の周波数ｆ1 での励起信号の
パワーに等しいかそれ以上である。この発明に係る他の
実施形態において、第２の周波数ｆ2 での励起信号のパ
ワーは、第１の周波数ｆ1 での励起信号のパワーに等し
いか、５０％以上である。さらに、この発明に係る他の
実施形態において、第１の周波数ｆ1 での励起信号のパ
ワーは、第２の周波数ｆ2 での励起信号のパワーに等し
いか、５０％以上である。また、この発明に係る他の実
施形態では、周波数ｆ2 は周波数ｆ1 の２倍である。さ
らに、この発明に係る装置では、複数のピエゾ圧電部を
含み、各ピエゾ圧電部は、基準周波数か、基準周波数の
調和周波数で駆動されるので、手術用具の先端部は複数
の周波数で振動する。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。図１は本発明に係る外科手術用超音波装置の
第１の実施の形態の側面図である。図１で図示される発
明に係る実施の形態において、外科手術用超音波装置１
４は、伝達ロッド６０を介して手術用具の先端部４０に
接続されるスタック１０を備えている。信号ワイヤ１６
は超音波スタック１０に電気的励起信号を伝える。ま
た、スタック１０は、ピエゾ圧電素子５０の最初の側面
５２に接合される第１の共振器２０と、ピエゾ圧電素子
５０の第２の側面５４に接合される第２の共振器３０を
備えている。
【００２０】伝達ロッド６０は第２の共振器３０の出力
部と手術用具の先端部４０を連結する。また、手術用具
の先端部４０は刃４４あるいは生体組織に超音波力を伝
達する器具を含む。図１に図示されるように、例えばね
じ込みにより、伝達ロッド６０を第２の共振器３０に締
め付けることで、伝達ロッド６０を第２の共振器３０に
接合する。また、例えばねじ込みにより、手術用具の先
端部４０を伝達ロッド６０に締め付けることで、手術用
具の先端部４０を伝達ロッド６０に接合する。図１にお
いて、伝達ロッド６０は共振器３０より小さく、階段状
接合面２５をつくる。また、手術用具の先端部４０を伝
達ロッド６０より小さくすることで、階段的接合面２７
が、伝達ロッド６０と手術用具の先端部４０との間に形
成される。階段的接合面２５と２７は速度変換器として
作動し、手術用具の先端部４０に伝えられる振動の大き
さを増加させる。
【００２１】超音波装置１４は、スタック１０の振動か
ら操作者を分離するための包装（図示されず）を含む。
スタック１０は、ピエゾ圧電部、あるいは変換アセンブ
リ５０を含む。この実施の形態において、ピエゾ圧電部
５０は対置するピエゾ圧電結晶の組を１またはそれ以上
含む。ピエゾ圧電結晶の組は離して対置された共振器２
０、３０の間に挟まれている。また、ピエゾ圧電部５０
は、図６に示される様な制御装置から供給される高周波
数の電気力に反応し、振動する。操作中、ピエゾ圧電部
５０は、手術用具の先端部４０に伝達する高周波数の振
動を、定常波パターン状につくりだす。ピエゾ圧電部５
０は、例えば、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の、基
準超音波振動をつくりだす。また、好のましくは、約２
０ｋＨｚから８０ｋＨｚの間の基準超音波振動が選択的
につくりだされる。
【００２２】振動のカツプリング、または伝達用の長い
ロッド６０が、直接にかつ真ん中に、第２の共振器３０
を介してピエゾ圧電部５０に接合される。伝達ロッド６
０は、手術用具又は作用器具の先端部４０にも接合され
る。また、伝達ロッド６０は、その軸方向に延びている
吸気導管あるいは通路（図示されず）を有している。吸
気通路は、１端で作用器具の先端部４０の中心孔（図示
されず）と接続され、もう１端はハンドピースから吸入
管ポンプ（図示されず）に導かれる吸気導管に接続され
る。吸入ポンプの動作は、外科手術部にある、ばらばら
にされた生体組織片と流体を、外科手術用具の先端部４
０の中心孔とハンドピースを介して、適度な収集容器
（図示されず）に吸引するものである。
【００２３】図２は、本発明に係る第２の実施の形態で
ある外科手術用超音波装置１１４の側面図である。外科
手術用超音波装置１１４は手術用具の先端部１４０に伝
達ロッド１６０を介して接続されるスタック１１０を備
えている。外科手術用超音波装置１１４は、使用に際
し、スタック１１０の振動から操作者を分離するための
包装を有する。図２の実施の形態において、スタック１
１０は、第１の超音波ピエゾ圧電部１５０と第２の超音
波ピエゾ圧電部１６２、あるいは変換アセンブリを含
む。この実施の形態において、ピエゾ圧電部１５０と１
６２は、対置するピエゾ圧電結晶の組を１あるいは１以
上含む。ピエゾ圧電部１５０と１６２は中心部分１４５
により分離され、離されて対置された共振器１２０と１
３０に挟まれている。中心部分１４５は、本質的に固体
金属部から構成される。ピエゾ圧電部１５０と１６２
は、フットスイッチ等の制御により、図７に示される様
な、制御装置から供給される高周波数の電気力に反応
し、駆動する。
【００２４】駆動中、手術用具の先端部１４０に伝達さ
れる高周波数の機械振動をピエゾ圧電部１５０と１６２
は、定常波にてつくりだす。ピエゾ圧電部１５０と１６
２は、例えば、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の、基
準超音波振動をつくりだすよう駆動する。また、好のま
しくは、約２０ｋＨｚから８０ｋＨｚの間の基準超音波
振動が選択的につくりだされる。
【００２５】直接にかつ真ん中に、共振器１３０と中心
部分１４５を介してピエゾ圧電部１５０と１６２に結合
するのは、振動のカップリングあるいは伝達用の長いロ
ッド１６０である。そして、伝達ロッド１６０は、ま
た、外科手術用具あるいは作用器具の先端部１４０に結
合される。図２で示される実施の形態はまた、伝達ロッ
ド１６０の吸気導管、スタック１１０の吸気通路、外科
手術用具の先端部１４０の中心孔を備えている。
【００２６】図１、２で示される実施の形態において、
ピエゾスタック５０、１５０と１６２は複数のピエゾ圧
電素子を備えている。信号ワイヤ１６と１１６から供給
される電気信号はピエゾ圧電素子を励起し、それらを振
動させ、そして、ここで記述される超音波を生み出す。
信号ワイヤ１６と１１６から供給される電気信号は、例
えば、実効値約１／２アンペアの電流で実効値約５００
ボルトの電圧である。スタック５０、１５０と１６２の
個々の素子は、膨張と収縮を各組の素子で相殺するよ
う、交互に積み重ねられる。
【００２７】図１、図２で示されるような超音波装置に
おいて、スタックで定常音波を起こすことによって出力
が外科手術用具の先端部に伝達される。スタック内で定
常波を生み出すために、スタックはλ0 ／２の整数倍の
長さに設計される。ここでλ0 は基準周波数ｆ0 の波長
である。スタックの長さがλ0 ／２に設計されている場
合に、定常波には、基準周波数あるいはどのような調和
周波数でも誘導可能である。定常波の、最小値点あるい
は０交点は１般に節と呼ばれる。スタックの長さに沿っ
た物理的位置において、伝達ロッドと手術用具の先端部
で定常波が最小値となる点は、節点とみなされる。
【００２８】定常波の最大値あるいはピークを示す点は
一般に腹と呼ばれる。それゆえ、スタックの長さに沿っ
た物理的位置にて、伝達ロッドと手術用具の先端部で定
常波が最大値となる点は、腹点と呼ばれる。スタックの
各終端は、振動が自由で、腹点である。腹点はスタック
の長さに沿って１／２波長毎に起こる。効果的にスタッ
クを励起し、望みの励起周波数の定常波を生み出すため
に、励起を起こす部分、例えばピエゾ圧電素子は、一般
に１あるいはそれ以上の節位置に置かれる。定常波にお
いて、節は通常、腹からλ／４離れた位置にある。増幅
のため、節にピエゾ圧電部を位置させたいので、スタッ
クの基準周波数ｆ0 の調和周波数ｆx 、波長λx の信号
でスタックを駆動する場合、ピエゾ圧電領域は、そのス
タックの両端からλx ／４の位置に置かれる。
【００２９】基準周波数あるいは基準周波数の奇数倍
で、スタックが励起される場合において、そのスタック
で生じる定常波は、スタックの両端からλ0 ／４の位置
に節をもつ。また、その２点間の距離はλ0 ／２であ
る。それゆえ、基準周波数あるいは基準周波数の奇数倍
の周波数の励起周波数を望む場合、ピエゾ圧電領域はス
タックの両端からＡλ0 ／４に置かれる。ここでＡは任
意の奇数である。ピエゾ圧電部をスタックの両端からＡ
λ0 ／４の位置に置くことは、操作者が選択的に基準周
波数あるいは基準周波数の奇数倍の周波数でピエゾ圧電
領域を駆動するのに有利である。代わりに、基準周波数
の奇数倍以外あるいは特殊な周波数でスタックを駆動す
るように設計する場合、その励起信号により生じる定常
波のいずれかの節にピエゾ圧電領域を置く。節は常にＡ
λe ／４に位置するので、ピエゾ圧電部はスタックの両
終端からＡλe ／４に置かれる。ここでＡは任意の奇数
で、λe は励起周波数である。それゆえ、もし、励起周
波数ｆe が基準周波数のＸ倍である場合、定常波の節は
λ0 ／４Ｘに位置する。
【００３０】長さλ／２のスタックにおいて、波長λの
定常波は、そのスタックの両端からλ／４の位置に節を
もつ。定常波が最小値を示す位置にピエゾ圧電部を置く
ことが一般に有利なので、長さがλ／２であるスタック
のピエゾ圧電部は、スタックの中心点、つまり、そのス
タックの両端からλ／４の位置におかれる。λ／２より
長いスタックでは、そのスタックの長さはλ／２の奇数
倍の長さである（例えば、λ／２、３λ／２、５λ／
２、７λ／２．．．．Ａλ／２）。
【００３１】図１において、λ0 は基準周波数ｆ0 の波
長を示す。図１で示すように、ピエゾ圧電部５０の中心
点は、円錘共振器２０の第１の端面１２から約４分の１
波長（λ0 ／４）の位置である。さらに、階段状接合面
２５はピエゾ圧電部５０の中心点からおよそ４分の１波
長（λ0 ／４）の位置である。従来のスタックにおい
て、共振器はピエゾ圧電部の径と等しい一定の径をもつ
ている。スタックでの共振器の物理的長さは、ピエゾ圧
電部の長さ、共振器に使用する金属の質量、スタックの
基準振動等を変数とする関数であらわされる。しかしな
がら、図１におけるスタックでは、選択された共振器の
長さはおよそ２分の１波長（λ／２）である。
【００３２】図１で示される実施の形態において、信号
ワイヤー１６から供給される電気信号は、少なくとも第
１と第２の励起信号を含んでいる。第１の励起信号の周
波数ｆ1 は基準周波数の奇数倍である（例えば、ｆ0 ，
３ｆ0 ，５ｆ0 ，７ｆ0 ．．．．）。第２の励起信号の
周波数ｆ2 も基準周波数ｆ0 の奇数倍である。ここで、
ｆ2はｆ1 とは異なる周波数である。このようにピエゾ
圧電部５０はｆ1 ，ｆ2 で励起され、スタック１０で周
波数ｆ1 ，ｆ2 の定常超音波を生み出す。結果として、
外科手術用具の先端部４０から生体組織に伝達される音
波出力は、周波数ｆ1の成分と周波数ｆ2 の成分を有す
る。図１で示される実施の形態において、図６で示され
るパワー供給器は、ｆ1 で供給される超音波出力が実質
的に、ｆ2 で供給される超音波出力に等しいか、大きく
なるようにｆ1 とｆ2 の電気的励起信号を生み出すよう
に設計されている。他の例において、ｆ1 で供給される
超音波出力は、ｆ2 で供給される超音波出力の７５％以
内である。また、他の例において、ｆ1 で供給される超
音波出力は、ｆ2 で供給される超音波出力に等しい。図
１で示される各要素は、任意の整数倍の大きさにするこ
とで、特定用途用の適切なサイズとすることができる。
【００３３】図２において、スタック１１０はおおよそ
λ0 の長さである。ここで、λ0 は基準周波数ｆ0 の波
長を示す。図２において、ピエゾ圧電部１５０と１６２
は節点に位置する。図２で示されるように、ピエゾ圧電
部１５０の中心点は、共振器１２０の終端１１２から約
４分の１波長（λ0 ／４）の位置である。さらに、階段
状接合面１２５はピエゾ圧電部１６２の中心点からおよ
そ４分の１波長（λ0／４）の位置である。ピエゾ圧電
部１５０と１６２はおおよそ２分の１波長（λ0 ／２）
離れている。スタックの共振器１２０、１３０と中心部
分１４５の物理的長さは、ピエゾ圧電部の厚さ、共振器
に使用される金属の質量、スタックの基準振動等を変数
とする関数であらわされる。しかしながら、中心部分と
共振器の長さは、図２におけるスタックの長さが、およ
そ１波長（λ0 ）になるように選択されれてい る。図
２で示される実施の形態において、信号ワイヤー１１６
から供給される少なくとも第１と第２の励起信号を含ん
でいる。第１の励起信号の周波数ｆ1 は基準周波数の奇
数倍である（例えば、ｆ0 ，３ｆ0 ，５ｆ0 ，７ｆ
0 ．．．．）。
【００３４】第２の励起信号の周波数ｆ2 も基準周波数
ｆ0 の奇数倍である。ここで、ｆ2はｆ1 とは異なる周
波数である。図２で示される実施の形態２において、周
波数ｆ1 の励起信号は第１のピエゾ圧電部１５０のピエ
ゾ圧電素子を励起し、一方、周波数ｆ2 の励起信号は第
２のピエゾ圧電部１６２のピエゾ圧電素子を励起する。
図２で示される実施の形態において、図７で示されるパ
ワー供給器は、ｆ1 で供給される超音波出が実質的にｆ
2 で供給される超音波出力に等しいか、大きくなるよう
にｆ1 とｆ2 の電気的励起信号を生み出すように設計さ
れている。他の例において、ｆ1 で供給される超音波出
力は、ｆ2 で供給される超音波出力の７５％以内であ
る。また、他の例において、ｆ1 で供給される超音波出
力は、ｆ2で供給される超音波出力に等しい。
【００３５】図２で示される実施の形態において、第１
のピエゾ圧電部１５０と第２のピエゾ部分１６２は、そ
れぞれ第１の終端１１２と階段状接合面１２５からおお
よそλ0 ／４の位置にある。他方、ここで記述されるよ
うに、ピエゾ圧電部１５０と１６２は、基準周波数のい
ずれかの節に位置する。基準周波数の節点に選択的にピ
エゾ圧電部を置くことで、基準周波数の奇数倍でピエゾ
圧電部が励起される場合、定常波は生じる。このよう
に、スタックは、１あるいはそれ以上の、基準周波数の
奇数倍の調和周波数で外科手術用具の先端部を駆動する
ために用いられる。しかしながら、もし外科手術用具の
先端部が基準周波数の奇数倍以外の調和周波数で駆動さ
れる場合は、ピエゾ圧電領域の位置は、このように選択
された定常波の節の位置に選択されないといけない。即
ち、励起周波数の節点と一致するようにピエゾ圧電部の
位置が選択された実施の形態において、ピエゾ圧電部は
スタックの両終端からＡλe ／４に置かれる。ここでＡ
は任意の奇数で、λe は励起周波数ｆe の波長である。
【００３６】複数の励起信号が別々のピエゾ圧電部に供
給される場合、各ピエゾ圧電部はスタックの両終端から
Ａλe ／４に置かれる。ここでＡは任意の奇数で、λe
はピエゾ圧電部の励起周波数ｆe の波長である。図２で
示される各要素は、任意の整数倍の大きさに増大するこ
とで、特殊用途用の適切なサイズとすることができる。
【００３７】図３はこの発明に係るもう１つの実施の形
態の側面図である。ここで、ピエゾ圧電部は、スタック
の基部に近い方の端面からおよそλ0 ／８とλ0 ／４の
位置に置かれる。図３で示される装置は本質的に図２で
示される装置と同１である。また、図２で説明した要素
と同１な要素については説明を省略する。図３で示され
る実施の形態において、信号ワイヤー３１６から、電気
的信号は少なくとも第１と第２の励起信号を含んでい
る。第１の励起信号の周波数ｆ1 は基準周波数の偶数倍
である（例えば、２ｆ0 ，４ｆ0 ，６ｆ0 ．．．．）。
第２の励起信号の周波数ｆ2 は基準周波数ｆ0 の奇数倍
である。ここで、ｆ2 はｆ1 とは異なる周波数である。
【００３８】図３で示される実施の形態において、周波
数ｆ1 の励起信号は第１のピエゾ圧電部３５０のピエゾ
圧電素子を励起し、一方、周波数ｆ2 の励起信号は第２
のピエゾ圧電部３６２のピエゾ圧電素子を励起する。図
３で示される実施の形態において、図７で示されるパワ
ー供給器は、ｆ1 で供給される超音波出力が実質的に、
ｆ2 で供給される超音波出力に等しいか、大きくなるよ
うにｆ1 とｆ2 の電気的励起信号を生み出すように設計
されている。他の例において、ｆ1 で供給される超音波
出力は、ｆ2 で供給される超音波出力に等しい。
【００３９】図３で示される実施の形態において、第１
のピエゾ圧電部３５０と第２のピエゾ圧電部３６２は、
それぞれ最初の終端３１２からおおよそλ0 ／８とλ0
／４の位置にある。しかしながら、もし外科手術用具の
先端部が、基準周波数の奇数倍以外の調和周波数で駆動
される場合は、ピエゾ圧電領域の位置は、この選択され
た定常波の節の位置に従って選択されないといけない。
即ち、励起周波数の節点と１致するようにピエゾ圧電部
の位置が選択された実施の形態において、ピエゾ圧電部
はスタックの両終端からＡλe ／８に置かれる。ここで
Ａは奇数で、λe はピエゾ圧電部の励起周波数ｆe の波
長である。複数の励起信号が各ピエゾ圧電部に供給され
る場合、第２のピエゾ圧電部はスタックの両終端からＡ
λe ／４に置かれる。ここでＡは奇数で、λe はピエゾ
圧電部の励起周波数ｆe の波長である。図３で示される
各要素は、任意の整数倍の大きさにすることで、特殊用
途用の適切なサイズとすることができる。
【００４０】図４は１連の励起波形を示す。図４（ａ）
は第１のサイン波の励起波形を示し、その励起波は例え
ば２５ｋＨｚの周波数を有する。図４（ｂ）は第２のサ
イン波の励起波形を示し、その励起波は例えば５０ｋＨ
ｚの周波数を有する。図４（ａ）と４（ｂ）で示される
サイン波型信号の波高値はおよそ等しい。図４（ｃ）で
示す波形は、図４（ａ）と４（ｂ）で示す励起信号の幾
何学的な足し合わせを示す。このように、図１のピエゾ
圧電部５０のピエゾ圧電素子が、例えば図４（ａ）で示
されるような、例えば基準周波数と、図４（ｂ）で示さ
れるような基準周波数の調和周波数で駆動される場合、
外科手術用具の先端部４０は両周波数で励起される。
【００４１】図５は、ある波長λX に対し、どのように
ピエゾ圧電部の位置が選択されるかを示す図である。図
５において、ピエゾ圧電領域は、λX ／４と３λX ／４
等に置かれる。その位置は周波数ｆx で生じる定常波の
節点に１致する。
【００４２】図６は、図１で示される装置と共に使用さ
れる制御装置を示す。図６において、能動素子の組（６
１２）を含むスタック６１０は、電気的にインピーダン
ス整合回路６０９と結合されている。パワー増幅器６０
８は加算器６０７からの信号を受け、増幅された駆動信
号をインピーダンス整合回路６０９に出力する。加算器
６０７は第１のオシレータ６０５からの周波数ｆ1 の信
号と第２のオシレータ６０６からの周波数ｆ2 の信号と
を加える。フィードバックループ６１１は、第１の増幅
調整回路６０１と、第２の増幅調整回路６０３と、第１
の周波数調整回路６０２と、第２の周波数調整回路６０
４とに入力を供給する。増幅調整回路６０１と周波数調
整回路６０２はオシレータ６０５を駆動し、増幅調整回
路６０３と周波数調整回路６０４はオシレータ６０６を
駆動する。
【００４３】図７は、図２、３で示される装置と共に使
用される制御装置を示す。図７において、２つの能動素
子の組７１３と７１４を含むスタック７１０は、電気的
に、それぞれ、インピーダンス整合回路７０９と７１２
に結合されている。パワー増幅器７０７と７０８は、そ
れぞれ、オシレータ７０５と７０６からの信号を受け、
増幅された駆動信号をインピーダンス整合回路７１２と
７０９に出力する。オシレータ７０５は周波数ｆ1 の信
号をパワー増幅器７０７に供給する。オシレータ７０６
は周波数ｆ2 の信号をパワー増幅器７０８に供給する。
フィードバックループ７１１は、増幅調整回路７０１
と、周波数調整回路７０２に入力値を供給する。増幅調
整回路７０１と周波数調整回路７０２はオシレータ７０
５を駆動する。フィードバックループ７１５は、増幅調
整回路７０３と、周波数調整回路７０４に入力値を供給
する。増幅調整回路７０３と周波数調整回路７０４はオ
シレータ７０６を駆動する。
【００４４】多くの励起信号の供給源、例えばジェネレ
ータ、は図４で示されるようなきれいなサイン波を生成
しないことが、当業者には知られている。駆動信号がき
れいなサイン波でない場合に、励起信号は、基準周波数
と、１あるいはそれ以上の、基準周波数の調和周波数と
を共に有している。そのような信号において、調和振動
数の信号の波高値は、基準波より、本質的に小さい（例
えば、普通、基準波のパワーの２５％以下である）。従
って、調和周波数での先端部の変位距離は、基準周波数
での先端部の変位距離より小さくなる。故意に励起信号
の信号レベルを、基準周波数での５０％、あるいはそれ
以上、好ましくは等しくすると、先端部の変位距離は、
調和周波数において実質的に増加し、装置の特定の特性
を増加させることとなる。例えば、基準周波数で駆動
し、ナイフとして装置を使用する場合、止血の特性は、
第１の調和周波数あるいは第２の調和周波数での励起信
号の波高値を大きくすることで改善される。この発明に
係る他の実施の形態において、調和励起信号の位相は、
基準周波数の信号の位相に対して連続的にずらされる。
これによる、外科手術用具の先端部の変位により、オシ
レータとしての装置の特性が強調されることとなる。
【００４５】なお、この発明に係るスタックは、伝達ロ
ッドと外科手術にて切開あるいは切断に使用する先端部
に結合するように述べられてきたが、この発明に係るハ
ンドピースは、多くのその他の超音波装置として使用可
能であることは、当業者にはあきらかである。この発明
に係るスタックは、例えば、超音波ハサミのハンドピー
スとして、あるいは超音波トロカールの密閉装置として
使用することができる。さらに、この発明に係るスタッ
クは、超音波焼灼用のハンドピースとして使用すること
ができる。このように、ここで述べられた外科手術用先
端部は、ここで述べたものを含めた多くの超音波手術具
を代表するものである。
【００４６】この発明の好適な実施の形態を以上に説明
したが、これらが発明を例示する目的のみのために示さ
れていることは、当業者には明らかであろう。また、こ
の発明の本質から離れることなく、当業者により、多く
のこの発明の変形が行われるであろう。従って、この発
明は、請求項の範囲と趣旨によってのみ限定される。
【００４７】本発明の好適な実施態様として、以下のよ
うなものがある。 （１） 第２の周波数が、第１の周波数のおよそ２倍で
あることを特徴とする請求項１記載のスタックを励起す
る方法。 （２） 第２の周波数の信号の入力パワーが、第１の周
波数の信号の入力パワーの５０％以上であることを特徴
とする請求項１記載のスタックを励起する方法。 （３） 第１の周波数の信号の入力パワーが、第２の周
波数の信号の入力パワーの５０％以上であることを特徴
とする請求項１記載のスタックを励起する方法。 （４） 第１の周波数が前記スタックの基準周波数であ
ることを特徴とする実施の態様（１）記載のスタックを
励起する方法。 （５） 第２の周波数が、第１の周波数のおよそ２倍で
あることを特徴とする請求項２記載の超音波装置。
【００４８】（６） 第１の周波数の信号の入力パワー
が、第２の周波数の信号の入力パワーの５０％以上であ
ることを特徴とする請求項２記載の超音波装置。 （７） 第２の周波数の信号の入力パワーが、第１の周
波数の信号の入力パワー以上であることを特徴とする請
求項２記載の超音波装置。 （８） 第１の周波数が前記スタックの基準周波数であ
ることを特徴とする実施の態様（５）記載の超音波装
置。 （９） 第１のピエゾ圧電部が第１の周波数の励起信号
を受け、第２のピエゾ圧電部が第１の周波数と異なる第
２の周波数の励起信号を受けることを特徴とする請求項
３記載の超音波スタック。 （１０） 第２の周波数が、第１の周波数の整数倍であ
ることを特徴とする実施の態様（９）記載の超音波スタ
ック。
【００４９】（１１） Ａが奇数で、λが第１の周波数
の波長であるときに、超音波スタックの１端面からの距
離がおよそＡλ／４の位置に前記第１のピエゾ圧電部を
置くことを特徴とする実施の態様（１０）記載の超音波
スタック。 （１２） Ｂが奇数で、λが前記第２の周波数の波長で
あるときに、超音波スタックの１端面からの距離がおよ
そＡλ／４の位置に第２のピエゾ圧電部を置くことを特
徴とする請求項１３記載の超音波スタック。 （１３） Ｃが偶数であるときに、超音波スタックの１
端面からの距離がおよそＣλ／８の位置に第１のピエゾ
圧電部を置くことを特徴とする請求項３記載の超音波ス
タック。 （１４） ＣとＤは値が異なる偶数であるときに、超音
波スタックの１端面からの距離がおよそＣλ／８の位置
に第１のピエゾ圧電部を置き、超音波スタックの１端面
からの距離がおよそＤλ／８の位置に第２のピエゾ圧電
部を置くことを特徴とする請求項３記載の超音波スタッ
ク。
【００５０】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の周波数の超音波振動を超音波装置の作用部で発生させ
ることが可能となり、周波数により異なる複数の効果を
超音波装置の作用部において達成することが可能とな
る。また、複数の周波数の超音波振動を超音波装置の作
用部で同時に発生させることも可能であり、周波数によ
り異なる複数の効果を超音波装置の作用部において同時
に達成することが可能となる。さらに、パワーソースか
ら第１の周波数の第１の信号とこれの整数倍の周波数の
第２の信号を含んだ励起信号をピエゾ圧電部に印加して
これを励起することにより、周波数の異なる超音波振動
を同時に超音波装置の作用部で発生させて同時に複数の
効果を達成することが可能となる。さらに、複数のピエ
ゾ圧電部とその共振器を各々配置して各々のピエゾ圧電
部において異なる超音波振動を励起することも可能であ
り、設計の自由度を確保しながら、多様な周波数の超音
波振動を作用部において発生させることのできる超音波
装置がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つのピエゾ圧電部を含む外科手術用装置の実
施形態の側面図である。
【図２】２つのピエゾ圧電部を含む外科手術用装置の実
施形態の側面図である。
【図３】２つのピエゾ圧電部を含む外科手術用装置の実
施形態の側面図である。
【図４】基準周波数の波形、第１の調和周波数の波形、
基準周波数の波形と第１の調和周波数の波形を幾何学的
合成した波形、を含む１連の励起波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の一形態におけるピエゾ圧電部の
配置可能な位置を示した図である。
【図６】図１で示された外科手術装置を結合して使用す
るためのコントロール装置を示す図である。
【図７】図２、３で示された外科手術装置を結合して使
用するためのコントロール装置を示す図である。
【符号の説明】
２０ 第１の共振器 ３０ 第２の共振器 ５０ ピエゾ圧電部 １２０ 第１の共振器Ａ １３０ 第３の共振器 １４５ 第２の共振器Ａ １５０ 第１のピエゾ圧電部 １６２ 第２のピエゾ圧電部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１と第２の共振器の間に位置するピエ
    ゾ圧電部を含む、医療装置の超音波スタックを励起する
    方法であって、第１の周波数の電気的励起信号で前記ピ
    エゾ圧電部を励起する工程と、前記第１の周波数の整数
    倍である第２の周波数の電気的励起信号で前記ピエゾ圧
    電部を励起する工程とを備えた方法。
  2. 【請求項２】 第１と第２の共振器の間に位置するピエ
    ゾ圧電部と、前記ピエゾ圧電部に接続され、第１の周波
    数の第１の信号と前記第１の周波数の整数倍である第２
    の周波数の第２の信号を少なくとも含む励起信号を前記
    ピエゾ圧電部に供給するパワーソースとを備えた超音波
    装置。
  3. 【請求項３】 第１のピエゾ圧電部と、第２のピエゾ圧
    電部と、前記第１のピエゾ圧電部の第１の端面と接する
    第１の共振器と、前記第１のピエゾ圧電部の第２の端面
    と前記第２のピエゾ圧電部の第１の端面と接する第２の
    共振器と、前記第２のピエゾ圧電部の第２の端面と接す
    る第３の共振器とを備える超音波スタック。
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