JPH10225461A - 超音波エネルギー増幅器および増幅方法 - Google Patents

超音波エネルギー増幅器および増幅方法

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JPH10225461A
JPH10225461A JP9157320A JP15732097A JPH10225461A JP H10225461 A JPH10225461 A JP H10225461A JP 9157320 A JP9157320 A JP 9157320A JP 15732097 A JP15732097 A JP 15732097A JP H10225461 A JPH10225461 A JP H10225461A
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JP
Japan
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ultrasonic energy
horn
distal
proximal
cross
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Pending
Application number
JP9157320A
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English (en)
Inventor
George Bromfield
ジョージ・ブロンフィールド
Jeffrey J Vaitekunas
ジェフリー・ジェイ・ヴァイテキュナス
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Ethicon Endo Surgery Inc
Original Assignee
Ethicon Endo Surgery Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Ethicon Endo Surgery Inc filed Critical Ethicon Endo Surgery Inc
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B3/02—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency involving a change of amplitude
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3476—Powered trocars, e.g. electrosurgical cutting, lasers, powered knives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/32007—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with suction or vacuum means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/320072—Working tips with special features, e.g. extending parts
    • A61B2017/320073—Working tips with special features, e.g. extending parts probe
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/320089—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic node location

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部寸法を小さくせずに超音波エネルギーの
速度を増幅できる超音波エネルギー増幅器を提供する。 【解決手段】 超音波エネルギー増幅器は、中実近位部
分と中空遠位部分を有する伝達ホーンを含む。中空遠位
部分は中実近位部分より実質的に小さな断面積を有す
る。超音波は近位部分と遠位部分から連続的に伝達さ
れ、その速度は遠位部分の小さな断面積のために増幅さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に挿入及び溶解
装置に関し、より詳しくは、本発明は超音波トランスジ
ューサー（変換器）によって生じた超音波エネルギーの
速度を増幅し、その超音波エネルギーを挿入あるいは改
良すべき物質に伝達するための中空増幅用先端に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現代の外科医術は切開が必要な患者に様
々な外科用器具を挿入する。患者の体外に通じる自然の
通路を何ら持たない患者の体内空洞と臓器に人工的なア
クセスを与えることは医療技術で知られている。トロカ
ールとして知られた挿管器具がこの目的のために使用さ
れている。
【０００３】例えば、内視鏡的外科では、スリーブによ
り取り外し可能に包囲された鋭く尖ったトロカールを使
用して腹膜に通す。このトロカールは体の組織に刺入
し、スリーブの直径まで開口を広げる。スリーブをその
開口に押し込みトロカールをスリーブから取り外す。ス
リーブは開口内に留めたままにして内視鏡と他の外科用
器具の挿入、取り外しが可能な通路として使用する。
【０００４】注入場所を有利に選んでも、トロカールを
挿入すると、腹膜内の傷つきやすい内部臓器と血管やそ
の周囲の脂肪組織を誤って損傷させる危険がある。ま
た、挿入後、トロカールをさらに動かすことによって腹
部空洞内の臓器と血管を傷つける危険もある。
【０００５】これらの問題を解決するため様々な試みが
先行技術でなされてきた。例えば、米国特許第５，２７
１，３８０号（１９９３年１２月２１日にリエク（Rie
k）らに発行された）は臓器と血管を照らして外科医が
見えるように使用する光ファイバーを含む挿入器具を開
示している。この器具は鋭く尖ったトロカールの直前に
位置する領域を観察して臓器と血管に対し誤って傷をつ
けないようにするものである。しかしながら、この使い
方では腹膜を尖った物で刺すことが挿入の主要な方法で
あり、そのため、トロカールの挿入時に損傷する危険が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は人間の組織に挿入するための先が太い装置（器具）を
提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は超音波変換装置の部品
として使用できる装置を提供することである。
【０００８】本発明のさらに他の目的は装置の外部寸法
を小さくせずに超音波エネルギーの速度を増幅できる装
置を提供することである。
【０００９】本発明のさらに他の目的はその一つの態様
によれば、超音波エネルギーの速度を増幅することがよ
り能率的である装置を提供することである。
【００１０】また本発明の目的は、中空先端を通して超
音波エネルギーを伝達して超音波エネルギーの速度を増
幅することでもある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的と特に列挙しな
かったその他の目的は、特定の例示的な超音波エネルギ
ー増幅器の実施態様で実現される。増幅器は中実近位部
分と中空遠位部分を有する伝達ホーンを有する。中空遠
位部分は中実近位部分より実質的に小さな断面積を有す
る。超音波エネルギーは近位部分と遠位部分から連続的
に伝達され、その速度は遠位部分の小さな断面積のため
に増幅される。本発明の他の目的と利点は以下の説明に
示し、その一部がその記載から明らかであるか、本発明
を実施すれば過度の実験をする必要もなくわかるもので
ある。本発明の目的と利点は添付特許請求の範囲に特に
示した器具（装置）との組み合わせにより実現され得ら
れる。本発明の上記目的と他の目的、特徴及び利点は添
付図面に関連して示されて以下の詳細な説明を考慮すれ
ば明らかになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る原理を早く理解する
ために、図示した実施態様について説明し、その実施態
様を説明するのに特殊な用語を使用する。しかし本発明
の範囲をそれにより限定するものでないことがわかる。
例示した装置のどのような改造と改良も、また本明細書
で例示した本発明の原理をさらに適用することも、この
開示技術を有する関連技術の当業者には通常行なわれる
ことであり、請求した本発明の範囲内であると思われ
る。
【００１３】出願人らは、人間の組織は中空伝達ホーン
で増幅した超音波エネルギーを使用することにより先行
技術の鋭く尖ったトロカールを使わずに能率的にしかも
安全に挿入することができることがわかった。中空伝達
ホーンは必ずしもそのホーンの外部寸法を狭くしないで
超音波エネルギーの最適な増幅の利点を与える。さら
に、本発明の用途はトロカールの代わりになる物に限定
されず、プラスチック溶接機、細胞破壊機、外科用ハン
ドピース、及び医薬用溶解装置などのいかなる超音波エ
ネルギー装置でも使用することができる。
【００１４】ここで図２を参照する。図２には一般に１
０で示した縦超音波トランスジューサーが示されてい
る。超音波トランスジューサー１０は電気コネクター１
４を介して発電機（図示せず）に電気的に接続した電源
１２を有する。個々の能動変換素子１８の縦スタック１
６は超音波トランスジューサーの分野の通常の知識と技
術により電源１２に取り付けられる。個々の能動変換素
子１８は、鋼あるいはチタンブロック１３などの２個の
非圧電端部材の間にサンドイッチ形態で配置した圧電デ
ィスクあるいはリングを含むことができる。縦スタック
１６には半波長セグメント１５でできた縦スタック１７
が取り付けられ、伝達ホーンとしてこの分野で知られた
先端４０がスタック１７の遠位（先の）端部に取り付け
られる。
【００１５】能動素子１８は例えば圧力セラミックリン
グなどの圧力要素（piezoelement）素子を含む。これら
の能動素子１８は、超音波トランスジューサー１０を通
して伝達ホーン４０の方にあるいはそれを通して伝達す
る超音波エネルギーの縦波を作るために作動する。この
伝達は、電源１２が圧電素子１８のスタック１６に電気
エネルギーを与えた時に達成される。電気エネルギーに
より、繰り返しの小さな変位の形の乱れが圧電材料に生
じ、その結果、圧電材料で大きな圧縮力と引張り力にな
る。
【００１６】圧電素子１８のスタック内の繰り返しの小
さな変位はスタック１６と端部ブロック１３の結合体を
共鳴周波数に励磁することによって増幅される。電気エ
ネルギーは複数の半波長セグメント１５に沿ったずれの
形で伝達ホーン４０に伝達される。伝達ホーン４０は挿
入すべき物体（図示せず）に接触しており、それにより
その物体に変位エネルギーを伝える。必要なら、半波長
セグメント１５の幾つかを速度増幅器として形成しても
よい。そうでなければ半波長セグメント１５はトランス
ジューサー１０の長さを長くするために使われる「単体
ゲイン」セグメントである。
【００１７】トランスジューサー１０の効率は超音波エ
ネルギーの速度を増幅することによって増大させること
ができ、伝達ホーンの形に依存する。図１（Ａ）と図１
（Ｂ）をここで参照する。中実のテーパーの付いたホー
ン３０あるいは３０ａを図２のトランスジューサー１０
の遠位端部に取り付けることによって超音波エネルギー
波形の速度を増幅することは、先行技術では知られてい
る。
【００１８】図１（Ａ）の先行技術先端３０は、その大
きな近位端部３２と小さな遠位端部３４のために「伝統
的な段付きホーン」として当分野で知られている。先端
３０は遠位端部３６で末端となる。先行技術先端３０
は、近位端部３２より狭い遠位端部３４だけ単純に縮小
した断面積がある。幾つかの先端は、その先端が挿入さ
れた周囲の組織を吸引するために内部に形成した縦通路
３５を備え、その通路３５は開放した遠位端部３５ａが
末端になる。別の先行技術先端は図１（Ｂ）に部材３０
ａで示されている。大きな近位端部３２ａはなだらかな
テーパーが付いており、徐々に小さな遠位端部３４ａに
なる。
【００１９】先行技術ホーン３０と３０ａは、超音波エ
ネルギーの幾つかの用途が狭くなった遠位端部３４ある
いは３４ａとは全く違い、遠位伝達端部で広い断面積を
必要とするために、制限される。さらに、図１（Ｂ）の
遠位端部３４ａの場合のように、先端が細くなればなる
程、一般に先端は丸みが少なくなり、そのため損傷が起
きやすくなる。
【００２０】出願人は図２の伝達ホーン４０で一般に示
された改良増幅先端を思いついた。伝達ホーン４０の好
ましい実施態様は図３（Ａ）に伝達ホーン４０ａで示さ
れる。伝達ホーン４０ａは近位部分４２と中空遠位部分
４４を有する。近位部分４２は実質的に中空でないこと
が望ましい。先端４８は図３（Ａ）に示したように角
（コーナー）と尖った先端が無いことが望ましい特徴の
丸みのある遠位端部面からなっている。近位部分４２と
遠位部分４４は、ホーン４０ａの長さに対し全体の略横
方向が好ましい同じ外幅を有している。
【００２１】図２に先端４０で示したように、先端４０
をその遠位端部のトランスジューサースタック１６に取
り付ける。超音波エネルギーは、先端４８からの伝達の
ために近位部分４２から遠位部分４４を介して出る。超
音波エネルギー波は、近位部分４２の断面積に対して遠
位部分４４の縮小断面積に比例して増幅される。しかし
ながら、遠位部分４４の断面積の縮小は内部空洞あるい
は囲い４６で行なわれるので、遠位部分４４の外部寸法
は近位部分４２と丁度同じになりその結果は丸まった安
全な先端となる。本発明は、先端４８に、その組織−挿
入能力を改良するため増幅した超音波運動を利用する。
【００２２】近位部分４２をトランスジューサーに取り
付けるため、近位部分４２は超音波エネルギーを受け、
超音波エネルギーは遠位端部４４を通り先端４８からあ
る物体に伝達される。伝達ホーン４０ａは近位及び遠位
部分４２、４４に沿って連続的に延びるある長さを有し
ている。近位及び遠位部分４２、４４の各々は伝達ホー
ン４０ａの全長のそれぞれ約１／２の長さである。伝達
ホーン４０ａは、所定の波長を有する超音波エネルギー
を受け、伝達するのに好ましい形態となっており、伝達
ホーン４０ａの全長は所定の波長の１／２に略等しい。
【００２３】図４（Ａ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ断面に
沿って切った伝達ホーン４０ａの長さに直交する中空遠
位部分４４の第一断面５０を示す。同様に、図４（Ｂ）
は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面に沿って切った伝達ホーン
４０ａに直交する第二断面５２を示す。断面５０の断面
積は断面５２の断面積より実質的に小さい。
【００２４】第一断面５０で定めた断面積は第二断面５
２で定めた断面積の約５％と９９％の範囲内にあること
が望ましい。第一断面５０の断面積は第二断面５２の断
面積の１／２より小さいことがより望ましい。第一断面
５０の断面積は第二断面５２の断面積の約３４％である
ことが最も望ましい。しかしながら、必要な大きさの増
幅に従って、断面５０と５２間の全ての相対比率で設計
される。
【００２５】中空遠位部分４４は中に内部空洞あるいは
囲い（エンクロージャー）４６を形成し、その内部空洞
あるいは囲い４６は円筒形が好ましく対向する１対の丸
い端部４７ａと４７ｂをそれぞれ有する。囲い４６は近
位部分４２の幅の１／２より大きいのが好ましい幅を有
している。囲い４６の幅は近位部分４２の幅の２／３よ
り大きいことが最も好ましい。
【００２６】図２の伝達ホーン４０の別の実施態様を伝
達ホーン４０ｂとして図３（Ｂ）に示す。この伝達ホー
ン４０ｂは近位部分５２と中空遠位部分５４を有する。
従って、伝達ホーン４０ｂはその遠位端部５４が中空で
あり、その先端５８が丸いことが望ましい。伝達ホーン
４０ｂもまた中に内部空洞あるいは囲い５６を有する。
【００２７】囲い５６は形が円筒状であり、円錐遠位端
部５７ａと対向端部５７ｂを備えていることが望まし
い。遠位部分５４は連続する放射状内側にテーパーの付
いた外遠位端部５９が末端となる。囲い５６の円錐遠位
端部５７ａと放射状内向き外テーパーは、合わせて略均
一な肉厚の円錐台と円錐外面を有する遠位端部５９にな
る。従って、遠位端部５９は囲い５６の遠位端部５７ａ
を形成する。
【００２８】伝達ホーン４０は、トランスジューサース
タック１６などの導波管軸にこのホーンの近位部分を取
り付けるための手段を備えている。その手段は導波管軸
が伝えた超音波エネルギーが連続的に近位部分と遠位部
分をそれぞれ通るための閉塞具の部品としてのものであ
り、内視鏡的外科手順の部品として遠位部分から臓器組
織に伝達するためのものである。例えば、伝達ホーン４
０ｂは図２のトランスジューサースタック１６に対する
取り付け形状になっている取り付け用インサート５５を
有する。
【００２９】図３（Ｂ）に示したように、先端５８の肉
厚は０．０４０インチが好ましく、中空遠位部分（領
域）５４の内径は０．３５２インチが好ましく、その外
径は０．４３２インチが好ましい。遠位端部５９は、ホ
ーン４０ｂの軸５１に対し好ましい３０度の角度であ
る。図３（Ａ）の伝達ホーン４０ａでは先端４８肉厚は
同様に０．０４０インチが好ましく、中空遠位部分４４
の内径と外径もまたそれぞれ０．３５２インチと０．４
３２インチが好ましい。しかしながら、遠位端部と近位
端部の所定の寸法と相対比率はいずれも本発明の原理に
従う。
【００３０】本明細書で使用する用語「中空」は、囲い
が空かこのホーンの材料と違った音響インピーダンスを
有する幾つか他の材料が詰まっているかに関係なく、本
明細書の囲いを形成する伝達ホーンを称するために広く
解釈されるものと理解する。伝達ホーンが、超音波エネ
ルギーの速度を多少増幅できる空の囲いか、このホーン
の材料と違った音響インピーダンスを有する幾つか他の
材料が詰まっている囲いを形成する限り、ホーンそれ自
身は中にその用語を意図しているので「中空」である。
そのため伝達ホーン４０ａを通して伝達される超音波エ
ネルギー速度を幾つかの所定の大きさに変えるために、
異なった音響インピーダンスを有する材料で囲い４６が
充填される図３（Ａ）のホーン４０ａなどの中空伝達ホ
ーンを設けることが本発明の原理によるものである。
【００３１】本明細書で説明し請求した伝達ホーンは、
超音波エネルギーの速度変位を増幅するために使用す
る。これはエネルギー保存の効果により行なわれる。超
音波エネルギーを断面積が変わる伝達ホーンに沿って伝
達すると、断面積が縮小する場合に、超音波エネルギー
は保存され、速度が増幅される。もしも伝達ホーンが、
例えば、その近位部分から遠位部分までで断面積が５０
％減面すれば、ホーンのその部分に沿って伝達した超音
波エネルギーの速度変位が２倍になることがわかる。逆
に、もしもホーンの断面積が２倍になれば、ホーンのそ
の部分に沿う速度変位は５０％だけ減少する。
【００３２】ここで図３（Ａ）と図５を参照する。伝達
ホーンにより生じた速度変位の効率がホーンの形態に対
するホーンでのノード（波節）位置とアンチノード（波
腹）位置の関数であることがわかる。例えば、囲い４６
の第一端部４７ａと第二端部４７ｂがホーン４０ａのそ
れぞれノードとアンチノードに一致するようにホーン４
０ａを設計することが、そのような装置が増幅能率が高
くなるために望ましい。
【００３３】図５のグラフは、ホーンの断面積の段階的
な変化は、その変化がノードで発生する場合、ホーンに
沿って伝達した超音波エネルギーの速度を増幅する際に
理論的に１００％の効率である。逆に、段階的な変化が
アンチノードで発生すれば、ホーンの断面積の段階的な
変化は０％の効率である。変位振幅は、囲い４６の第一
端部４７ａを設計してホーン４０ａのノードに一致させ
るなどの、ノードでホーン４０ａの断面変化を起こすこ
とにより増加する。
【００３４】ここで図６（Ａ）と図６（Ｂ）を説明す
る。図には図３（Ａ）のホーン４０ａの別の実施態様が
示されている。図６（Ａ）はそれぞれ近位端部６０ａと
遠位端部６０ｂを有する伝達ホーン６０を示す。ホーン
６０の内面は囲い６１を形成する。その内面は、図示し
たように半径方向外側にホーン６０の遠位方向に拡大す
る円錐部分６２を有する。本明細書で使用する用語「円
錐」は、円錐状囲いを形成する部分６２にのような内面
と、外円錐面ばかりでなく、外円錐台面を引用するよう
に広く解釈されると理解する必要がある。囲い６１は近
位端部６３ａと遠位端部６３ｂを有し、ホーン６０のそ
れぞれノードとアンチノードに一致するように好ましく
配置される。
【００３５】図６（Ｂ）は、内面が好適に同軸、対称形
態で２つの対向する円錐部分を形成する点を除けば、図
６（Ａ）の伝達ホーン６０に類似している伝達ホーン６
５を示す。近位円錐部分６６と遠位円錐部分６７はホー
ン６５の近位、遠位方向に連続的に延び、それにより囲
い６５ａを形成する。本明細書で使用する用語「連続的
に」は、引用されない別の物が「連続的に」配置した物
の間に有るかどうかに関係なく、ある順序に配置した物
を称するように広く理解するもとする。例えば、近位円
錐部分６６と遠位円錐部分６７は、たとえ非円錐で円筒
形の部分がその間にあったとしても、近位、遠位方向に
連続的に延在する。
【００３６】囲い６５ａ近位端部６８ａと遠位端部６８
ｂを有し、ホーン６５のそれぞれノードとアンチノード
に一致するように配置される。移行点６９は近位円錐部
分６６と遠位円錐部分６７が合流する地点である。移行
点６９は、近位囲い端部６８ａと遠位囲い端部６８ｂに
それぞれ一致するホーン６５のノードとアンチノードの
間の中間点に一致することが望ましい。
【００３７】図７（Ａ）と図７（Ｂ）を説明する。図に
は図３（Ａ）のホーン４０ａのさらに別の実施態様が示
されている。図７（Ａ）はそれぞれ近位端部７０ａと遠
位端部７０ｂを有する伝達ホーン７０を示す。ホーン７
０の内面は囲い７１を形成する。囲い７１は近位端部７
３ａと遠位端部７３ｂを有し、それぞれの端部はホーン
７０のノードとアンチノードに一致するように好ましく
配置されている。
【００３８】その内面は、図示したようにホーン７０の
半径方向外側に近位、遠位方向に拡大する凹状円錐部分
７２を有する。本明細書で使用する用語「円錐」は、各
々が一般に円錐である図６〜図１０に示したいずれかの
内面形状を称するのに広く解釈すべきである。さらに特
定な語句「凹状円錐」と「凸状円錐」はそれぞれ凹状部
分と凸状部分を有する円錐表面に広く引用する。例え
ば、図７（Ａ）の円錐面７２と図８（Ａ）の円錐面８２
ａもそれぞれ凹状と凸状である。
【００３９】図７（Ｂ）は、内面が好適に同軸、対称形
態の２つの対向する凹状円錐部分を形成する以外は図７
（Ａ）の伝達ホーン７０に類似している伝達ホーン７５
を示す。近位凹状円錐部分７６ａと遠位凹状円錐部分７
６ｂは、ホーン７５の近位、遠位方向に連続して延在
し、それにより囲い７５ａを形成する。囲い７５ａは、
ホーン７５のそれぞれノードとアンチノードに一致して
配置した近位端部７８ａと遠位端部７８ｂを有する。移
行点７７は近位円錐部分７６ａと遠位円錐部分７６ｂが
合流する地点である。移行点７７は、近位囲い端部７８
ａと遠位囲い端部７８ｂにそれぞれ一致するホーン７５
のノードとアンチノードの間の中間点に一致することが
望ましい。
【００４０】凹状円錐部分７２、７６ａ、および７６ｂ
は、図７（Ａ）と図７（Ｂ）に示した各々の内面の断面
の少なくとも一部が指数関数的なプロファイルを形成す
るように、指数関数曲線（カーブ）を望ましく形成す
る。従って、図７（Ａ）と図７（Ｂ）の各々の内面はそ
れぞれ軸７４と軸７９も定め、それらの軸７４と軸７９
に平行に延在する平面に漸近的に好ましく延びる。図７
（Ａ）と図７（Ｂ）の内面が円筒境界（図示せず）の方
へ漸近的に、しかも軸７４と７９に対しそれぞれ略同軸
向きに延びることが最も望ましい。
【００４１】図８（Ａ）と図８（Ｂ）を参照する。図に
は図３（Ａ）のホーン４０ａのさらに別の実施態様が示
されている。図８（Ａ）はそれぞれ近位端部８０ａと遠
位端部８０ｂを有する伝達ホーン８０を示す。ホーン８
０の内面は囲い８１を形成する。囲い８１は近位端部８
３ａと遠位端部８３ｂを有し、それぞれの端部はホーン
８０のノードとアンチノードに一致するように好ましく
配置されている。内面は、合流して凹状円錐部分８２ｂ
になる凸状円錐部分８２ａを有し、その表面部分８２ａ
と８２ｂの両方共、図示のようにホーン８０の近位、遠
位方向に半径方向外側に拡大している。
【００４２】図８（Ｂ）は、内面が好適に同軸、対称形
態の２つの対向する円錐部分を形成する以外は図８
（Ａ）の伝達ホーン８０に類似している伝達ホーン８５
を示す。近位円錐部分８６ａと遠位円錐部分８６ｂは、
ホーン８５の近位、遠位方向に連続して延在する。近位
円錐部分８６ａと遠位円錐部分８６ｂの各々は、図８
（Ａ）に関連して前に説明したように凸状円錐部分と凹
状円錐部分を有する。
【００４３】円錐部分８６ａと８６ｂはホーン８５の囲
い８５ａを形成する。囲い８５ａは、ホーン８５のそれ
ぞれノードとアンチノードに一致して配置した近位端部
８８ａと遠位端部８８ｂを有する。移行点８７は近位円
錐部分８６ａと遠位円錐部分８６ｂが合流する地点であ
る。移行点８７は、近位囲い端部８８ａと遠位囲い端部
８８ｂにそれぞれ一致するホーン８５のノードとアンチ
ノードの間の中間点に一致することが望ましい。
【００４４】円錐部分８２ａ、８２ｂ、８６ａ、８６ｂ
は、図８（Ａ）と図８（Ｂ）に示した各々の内面の断面
の少なくとも一部が懸垂面プロファイルを形成するよう
に、懸垂面カーブを形成することが望ましい。言い換え
れば内面８２ａ、８２ｂ、８６ａ、８６ｂの断面の一部
が懸垂面プロファイルを形成する。
【００４５】さらに、それぞれ図８（Ａ）と図８（Ｂ）
の各々内面部分８２ａと８６ａは、その面部分８２ａと
８６ａが各々、ホーンの近位、遠位方向に連続的に延在
する凸状円錐部分、凹状円錐部分と円筒部分をそれぞれ
形成するように、末端に延びて円筒部分８２ｃと８６ｃ
を形成する。図８（Ａ）と図８（Ｂ）の各々の内面が、
軸８４と軸８９に対し略同軸向きに延びることが最も望
ましい。
【００４６】図９（Ａ）と図９（Ｂ）を参照する。図に
は図３（Ａ）のホーン４０ａのさらに別の実施態様が示
されている。図９（Ａ）はそれぞれ近位端部９０ａと遠
位端部９０ｂを有する伝達ホーン９０を示す。ホーン９
０の内面は囲い９１を形成する。囲い９１は近位端部９
３ａと遠位端部９３ｂを有し、それぞれの端部はホーン
９０のノードとアンチノードに一致するように好ましく
配置されている。内面は、合流して凹状円錐部分９２ｂ
になる凸状円錐部分９２ａを有し、その表面部分９２ａ
と９２ｂの両方共、図示のようにホーン９０の近位、遠
位方向に半径方向外側に拡大している。
【００４７】図９（Ｂ）は、内面が好適に同軸、対称形
態の２つの対向する円錐部分を形成する以外は図９
（Ａ）の伝達ホーン９０に類似している伝達ホーン９５
を示す。近位円錐部分９６ａと遠位円錐部分９６ｂは、
ホーン９５の近位、遠位方向に連続して延在する。近位
円錐部分９６ａと遠位円錐部分９６ｂの各々は、図９
（Ａ）に関連して前に説明したように凸状円錐部分と凹
状円錐部分を有する。
【００４８】円錐部分９６ａと９６ｂはホーン９５の囲
い９５ａを形成する。囲い９５ａは、ホーン９５のそれ
ぞれノードとアンチノードに一致して配置した近位端部
９８ａと遠位端部９８ｂを有する。移行点９７は近位円
錐部分９６ａと遠位円錐部分９６ｂが合流する地点であ
る。移行点９７は、近位囲い端部９８ａと遠位囲い端部
９８ｂにそれぞれ一致するホーン９５のノードとアンチ
ノードの間の中間点に一致することが望ましい。
【００４９】円錐部分９２ａ、９２ｂ、９６ａ、９６ｂ
は、図９（Ａ）に示した各々の内面の断面の少なくとも
一部がフーリエプロファイルを形成するように、フーリ
エカーブを形成することが望ましい。言い換えれば内面
９２ａ、９２ｂ、９６ａ、９６ｂの断面の一部がフーリ
エプロファイルを形成する。
【００５０】さらに、それぞれ図９（Ａ）と図９（Ｂ）
の各々内面部分９２ａと９６ａは、その面部分９２ａと
９６ａが各々、ホーンの近位、遠位方向に連続的に延在
する凸状円錐部分、凹状円錐部分と円筒部分をそれぞれ
形成するように、末端に延びて円筒部分９２ｃと９６ｃ
を形成する。図９（Ａ）と図９（Ｂ）の各々の内面が、
軸９４と軸９９に対し略同軸向きに延びることが最も望
ましい。
【００５１】ここで図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１
０（Ｃ）を参照する。図にはファセット付き伝達ホーン
１００が示されている。ホーン１００の遠位部分１０２
は中に作られた複数の凹状溝１０６を有する外面１０４
を有する。遠位部分１０２がそれによって形成され、凹
状溝１０６内で嵌合させるための複数の嵌合面１１２を
有する保護カバー１１０（図１０（Ｂ））をその上面で
受ける寸法になっている。凹状溝１０６は、ホーン１０
０の遠位部分の周りに配置した略同じサイズと形状の３
個のファセットを付けている。
【００５２】上記開示によれば、超音波エネルギーの速
度を増幅するための好ましい方法は、（ａ）中実の近位
部分と断面が前記中実の近位部分より小さい中空の遠位
部分を有する伝達ホーンを選択する工程と、（ｂ）前記
伝達ホーンのそれぞれ前記近位部分と遠位部分を介して
連続的に超音波エネルギーを伝達して前記中空遠位部分
から前記エネルギーが通過する際に超音波エネルギーの
速度を増幅する工程を有する。
【００５３】上記装置は本発明の原理の応用を例示した
に過ぎないことが理解されるはずである。本発明の趣旨
と範囲から逸脱することなく多数の改良と代替装置が当
業者により創作されしかも添付特許請求の範囲はそのよ
うな改良と装置をカバーするようになっている。
【００５４】なお本発明の具体的な実施態様は、以下の
通りである。 （１）前記伝達ホーンは前記近位部分と遠位部分でそれ
ぞれ連続的に延在する長さを有し、前記近位部分と遠位
部分の各々はそれぞれ前記長さの約１／２で、前記近位
部分は実質的に非中空である請求項１に記載の超音波エ
ネルギー増幅器。 （２）前記伝達ホーンは前記近位部分と遠位部分で連続
的に延在する長さを有し、前記伝達ホーンの長さに直交
する前記中空遠位部分を切った前記伝達ホーンの第一断
面は、前記伝達ホーンの近位部分を直交するように切っ
た第二断面で定めた断面積より小さい断面積を定める請
求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （３）前記第一断面で定めた断面積は前記第二断面で定
めた断面積の１／２より小さい実施態様（２）に記載の
超音波エネルギー増幅器。 （４）前記第一断面で定めた断面積は第二断面で定めた
断面積の約５％と９９％の範囲内にある実施態様（２）
に記載の超音波エネルギー増幅器。 （５）前記第一断面で定めた断面積は第二断面で定めた
断面積の約３４％である実施態様（４）に記載の超音波
エネルギー増幅器。
【００５５】（６）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分
は内部に、形状が円筒で一対の対向する丸くなった端部
を有する囲いを形成する請求項１に記載の超音波エネル
ギー増幅器。 （７）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分は内部に、前
記近位部分の幅の１／２より大きな幅を有し、その幅の
双方が共通面で測定される囲いを形成する請求項１に記
載の超音波エネルギー増幅器。 （８）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分は内部に、前
記近位部分の幅の２／３より大きな幅を有し、その幅の
双方が共通面で測定される囲いを形成する請求項１に記
載の超音波エネルギー増幅器。 （９）前記伝達ホーンは丸くなった遠位端部が末端とな
り、前記丸くなった面は角と尖った先端が無いことを特
徴とする請求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （１０）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分は内部に、
形状が円筒で円錐遠位端部を有する囲いを形成する請求
項１に記載の超音波エネルギー増幅器。
【００５６】（１１）前記伝達ホーンは前記近位端部と
遠位端部でそれぞれ連続的に延在する長さを有し、連続
的に半径方向内向きにテーパーの付いた遠位端部が末端
になる請求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （１２）前記半径方向内向きにテーパーの付いた遠位端
部は円錐外面を有する実施態様（１１）に記載の超音波
エネルギー増幅器。 （１３）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分は遠位端部
を有する囲いを形成し、前記伝達ホーンの前記テーパー
の付いた遠位端部は、前記囲いの前記遠位端部を形成し
厚さが実質的に均一である遠位端部壁を有する実施態様
（１１）に記載の超音波エネルギー増幅器。 （１４）前記伝達ホーンは前記伝達ホーンの近位部分を
閉塞装置の一部として導波管軸に取り付けて内視鏡的外
科手順の一部として前記遠位部分から臓器組織に伝達す
るために前記導波管軸で伝達した超音波が前記近位部分
と遠位部分を連続的に通る手段を有する請求項１に記載
の超音波エネルギー増幅器。 （１５）伝達ホーンは所定の波長を有する超音波を受
け、伝達するように形成され、前記伝達ホーンは前記所
定の波長の１／２に略等しい長さを有する請求項１に記
載の超音波エネルギー増幅器。
【００５７】（１６）前記伝達ホーンはある長さを有
し、前記伝達ホーンの前記近位部分と遠位部分の各々が
前記ホーンの前記長さに対し略全ての横方向で略同じ外
幅を有する請求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （１７）前記中空遠位部分は内部に、前記ホーンのそれ
ぞれノードとアンチノードに一致するように配置した近
位端部と遠位端部を有する囲いを形成する請求項１に記
載の超音波エネルギー増幅器。 （１８）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分は囲いを形
成する内面を有し、前記内面は前記ホーンの近位、遠位
方向に半径方向に外向きに円錐部分を有する請求項１に
記載の超音波エネルギー増幅器。 （１９）前記内面で形成した囲いは、前記ホーンのそれ
ぞれノードとアンチノードに一致するように配置した近
位端部と遠位端部を有する実施態様（１８）に記載の超
音波エネルギー増幅器。 （２０）前記内面で形成した囲いは、近位円錐部分と遠
位円錐部分からなり、前記円錐部分は前記ホーンの近
位、遠位方向に実質的に延在し、互いに略同軸向きに配
置される実施態様（１８）に記載の超音波エネルギー増
幅器。
【００５８】（２１）前記伝達ホーンの前記中空遠位部
分は囲いを形成する内面を有し、前記内面は、前記近
位、遠位方向に半径方向に外向きに拡大する凹状円錐部
分を有する請求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （２２）前記内面で形成した囲いは、前記ホーンのそれ
ぞれノードとアンチノードに一致するように配置した近
位端部と遠位端部を有する実施態様（２１）に記載の超
音波エネルギー増幅器。 （２３）前記内面で形成した囲いは、近位凹状円錐部分
と遠位凹状円錐部分からなり、前記円錐部分は前記ホー
ンの近位、遠位方向に実質的に延在し、互いに略同軸向
きに配置される実施態様（２１）に記載の超音波エネル
ギー増幅器。 （２４）前記内面の凹状円錐部分は軸を定め、前記軸に
平行に延在する面の方に漸近的に延在する実施態様（２
１）に記載の超音波エネルギー増幅器。 （２５）前記内面の凹状円錐部分は軸を定め、前記軸に
対し略同軸の向きで延在する円筒境界の方に漸近的に延
在する実施態様（２１）に記載の超音波エネルギー増幅
器。
【００５９】（２６）前記内面の側断面の少なくとも一
部が指数的プロファイルを形成する実施態様（２１）に
記載の超音波エネルギー増幅器。 （２７）前記伝達ホーンの前記中空遠位部分は囲いを形
成する内面を有し、前記内面は前記ホーンの近位、遠位
方向に半径方向外向きに延在する凸円錐部分を有する請
求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （２８）前記内面で形成した囲いは、前記ホーンのそれ
ぞれノードとアンチノードに一致するように配置した近
位端部と遠位端部を有する実施態様（２７）に記載の超
音波エネルギー増幅器。 （２９）前記内面で形成した囲いは、近位凸状円錐部分
と遠位凸状円錐部分からなり、前記円錐部分は前記ホー
ンの近位、遠位方向に実質的に延在し、互いに略同軸向
きに配置される実施態様（２７）に記載の超音波エネル
ギー増幅器。 （３０）前記内面は、凸状円錐部分、凹状円錐部分及び
円筒部分が前記ホーンのそれぞれ近位、遠位方向に連続
的に延在するように、前記凸状円錐部分の他に、凹状円
錐部分及び円筒部分を有する前記実施態様（２７）に記
載の超音波エネルギー増幅器。
【００６０】（３１）前記内面の側断面の少なくとも一
部が懸垂面プロファイルを形成する実施態様（２７）に
記載の超音波エネルギー増幅器。 （３２）前記内面の側断面の少なくとも一部がフーリエ
プロファイルを形成する実施態様（２７）に記載の超音
波エネルギー増幅器。 （３３）前記伝達ホーンの前記遠位部分は、内部に形成
した複数の凹状溝を有する外面を有して、前記遠位部分
が前記凹状溝内で嵌合するために複数の嵌合面を有する
保護カバーを上で受けるように形成され寸法設定される
請求項１に記載の超音波エネルギー増幅器。 （３４）前記複数の凹状溝が前記ホーンの前記遠位部分
の周囲に配置した略等しいサイズと形状の３個のファセ
ットを有する実施態様（３３）に記載の超音波エネルギ
ー増幅器。 （３５）前記第一断面で形成した前記断面積は前記第二
断面で形成した前記断面積の１／２より小さい請求項２
に記載の超音波エネルギー増幅器。
【００６１】（３６）前記近位部分と遠位部分は各々前
記伝達ホーンの長さの約１／２からそれぞれなる請求項
２に記載の超音波エネルギー増幅器。 （３７）前記遠位端部壁は、角と尖った先端が無いこと
を特徴とする丸い先端からなる請求項２に記載の超音波
エネルギー増幅器。
【００６２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば外
部寸法を小さくせずに超音波エネルギーの速度を増幅で
きる超音波エネルギー増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は先行技術超音波先端増幅器の側断面
図、（Ｂ）は先行技術超音波先端増幅器の別の実施態様
の側断面図である。
【図２】本発明の原理に従って製造した中空先端を利用
する縦超音波ランスジューサーの側面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の原理に従って製造した超音波
先端増幅器の側面断面図、（Ｂ）は（Ａ）の超音波先端
増幅器の別の実施態様の側面部分断面図である。
【図４】（Ａ）はＡ−Ａ断面に沿って切った図３（Ａ）
の増幅器の正面断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面に沿って切
った図３（Ａ）の増幅器の正面断面図である。
【図５】伝達ホーンの断面積の変化がノードからアンチ
ノードに移動する際の速度増幅の効率のグラフ図であ
る。
【図６】（Ａ）は内部円錐形を有する図３（Ａ）の超音
波先端増幅器の別の実施態様の側面断面図、（Ｂ）は対
向する同軸内部円錐形を有する図６（Ａ）の超音波先端
増幅器の別の実施態様の側面断面図である。
【図７】（Ａ）は指数曲率を形成する内面を有する図３
（Ａ）の超音波先端増幅器の別の実施態様の側面断面
図、（Ｂ）は対向する同軸内部指数曲率形を有する図７
（Ａ）の超音波先端増幅器の別の実施態様の側面断面図
である。
【図８】（Ａ）は懸垂面曲率を形成する内面を有する図
３（Ａ）の超音波先端増幅器のさらに別の実施態様の側
面断面図、（Ｂ）は対向する同軸内部懸垂面曲率形を有
する図８（Ａ）の超音波先端増幅器の別の実施態様の側
面断面図である。
【図９】（Ａ）はフーリエ曲率を形成する内面を有する
図３（Ａ）の超音波先端増幅器のさらに別の実施態様の
側面断面図、（Ｂ）は対向する同軸内部フーリエ曲率形
を有する図９（Ａ）の超音波先端増幅器の別の実施態様
の側面断面図である。
【図１０】（Ａ）は内部に形成した外ファセットを有す
る図３（Ａ）の超音波先端増幅器のさらに別の実施態様
の側面断面図、（Ｂ）は保護キャップと関連して示した
図１０（Ａ）の超音波先端増幅器の側面図、（Ｃ）は図
１０（Ｂ）の超音波先端増幅器の正面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｃ 65/08 Ｂ２９Ｃ 65/08 (72)発明者 ジェフリー・ジェイ・ヴァイテキュナス アメリカ合衆国、45069 オハイオ州、ウ エスト・チェスター、インディアン・トレ イル 6081

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波エネルギーを受けるための近位部
    分と、前記超音波エネルギーを伝達する遠位部分を有
    し、前記遠位部分は囲いの形態の中空であり前記超音波
    エネルギーを前記中空遠位部分から伝達する際に前記エ
    ネルギーの速度を増幅する伝達ホーンを有する超音波エ
    ネルギー増幅器。
  2. 【請求項２】 速度を有する超音波エネルギーをガイド
    し、透過するための導波管と、 前記導波管に結合され、超音波エネルギーを発生し前記
    超音波エネルギーを前記導波管に伝達するための超音波
    エネルギー手段と、 前記導波管に結合され、前記導波管手段から超音波エネ
    ルギーを受け、前記超音波エネルギーの速度を増幅する
    ための増幅手段であって、前記増幅手段は長さを有する
    と共に近位部分と内向きにテーパーの付いた遠位端部が
    末端となる中空遠位端部とを有し、前記長さに直交する
    前記中空遠位部分の前記増幅手段の第一断面は、前記増
    幅手段の近位部分の第二直交断面で定めた断面積より小
    さく、前記中空遠位部分は遠位端部を有する囲いを形成
    し、前記増幅手段は、前記囲いの前記遠位端部を定め厚
    さが略均一な遠位端部壁をさらに含む増幅手段とを有す
    る超音波エネルギー伝達手段。
  3. 【請求項３】 近位部分と遠位部分を有する伝達ホーン
    は、前記遠位部分から伝達されるように超音波エネルギ
    ーを前記近位端部で受け前記近位部分と遠位部分をそれ
    ぞれ通して前記エネルギーを出すように形成され、前記
    遠位部分は、前記エネルギーが前記遠位部分から伝達さ
    れる際に、前記超音波エネルギーの速度を増幅するのに
    サイズが十分な内部に形成した囲いを有する超音波エネ
    ルギー増幅器。
  4. 【請求項４】 超音波エネルギーの速度を増幅するため
    の方法であって、 （ａ）中実近位部分と前記中実近位部分より小さな断面
    積を有する中空遠位部分とを有する伝達ホーンを選択す
    る工程と、 （ｂ）前記伝達ホーンのそれぞれ近位部分と遠位部分を
    通して超音波エネルギーを連続的に伝達して前記エネル
    ギーが前記中空遠位部分から出る際に前記超音波エネル
    ギーの速度を増幅する工程を有する超音波エネルギーの
    速度を増幅するための方法。
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