JPWO2014092108A1

JPWO2014092108A1 - 治療機器

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Publication number: JPWO2014092108A1
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Inventors: 山田　将志; 将志山田; 典弘山田
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Publication date: 2017-01-12
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Abstract

治療機器（１０）は、把持部材（１７０）と超音波振動部（１４０）とを含む。前記把持部材（１７０）と前記超音波振動部（１４０）とは、生体組織を把持する。前記超音波振動部（１４０）は、前記超音波振動部の先端を一端とし、長さが前記超音波の波長の１／４よりも短い処置部と、前記先端からみて最初に節が生じる第１の節位置を一端とし、前記第１の節位置よりも基端側であって、長さが前記超音波の波長の１／４である伝達部とを含む。前記処置部における断面２次モーメント及び断面積をそれぞれＩ１及びＡ１とし、前記伝達部における断面２次モーメント及び断面積をそれぞれＩ２及びＡ２としたときに、Ｉ１／Ａ１２の平均値は、Ｉ２／Ａ２２の平均値よりも大きい。

Description

本発明は、治療機器に関する。

一般に、超音波振動を伝達するプローブと把持部材とで生体組織を把持し、プローブの超音波振動により、把持した生体組織を凝固させたり切開したりするための超音波処置具が知られている。このような超音波処置具の一例が、例えば日本国特開平１１−１１３９２２号公報に開示されている。日本国特開平１１−１１３９２２号公報には、プローブの強度を向上させるため、プローブの断面係数の値を先端側部分よりも基端側部分の方ほど大きくすることが開示されている。

超音波処置具において、超音波伝達部であるプローブの超音波振動を拡大するためには、超音波振動子部分よりもプローブ先端付近で断面積を減少させる必要がある。しかしながら、断面積を減少させると、プローブの強度が低下し、生体組織を把持したときに、プローブが撓みやすい。その結果、プローブ先端部の視認性が低下したり、プローブの振動特性が変化したりする恐れがある。

本発明は、先端が細くても十分な強度を維持した超音波伝達部を備える治療機器を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、治療機器は、把持部材と、前記把持部材との間に処置対象である生体組織を把持するように前記把持部材に対して変位し、超音波振動する細長形状の超音波振動部であって、当該超音波振動部の先端を一端とし、長さが前記超音波の波長の１／４よりも短くて、前記把持部材と対向する処置部と、当該超音波振動部の前記先端からみて最初に生じる節の位置を第１の節位置としたときに、前記第１の節位置を一端とし、前記第１の節位置よりも基端側であって、長さが前記超音波の波長の１／４である伝達部と、を含み、当該超音波振動部の長手軸と垂直な断面における、前記処置部の重心と前記把持部材の重心とを通る直線と垂直な軸を基準として計算した前記処置部における断面２次モーメントをＩ_１、前記処置部における断面積をＡ_１、前記伝達部における断面２次モーメントをＩ_２、前記伝達部における断面積をＡ_２としたときに、前記処置部におけるＩ_１／Ａ_１ ^２の平均値は、前記伝達部におけるＩ_２／Ａ_２ ^２の平均値よりも大きい、超音波振動部とを具備する。

本発明によれば、先端が細くても十分な強度を維持した超音波伝達部を備える治療機器が提供され得る。

図１は、一実施形態に係る処置装置の構成例を示す図である。図２は、一実施形態に係る処置部、シャフト及び操作部の構成例を示す上面図である。図３は、第１の実施形態に係る処置部の構成例を示す図である。図４は、第１の実施形態に係る先端処置部の構成例を示す図である。図５は、第１の実施形態に係る超音波振動子の構成例を示す図である。図６は、第１の実施形態に係る電極部材の構成例を示す図である。図７は、第１の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を示す図である。図８は、第１の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を示す図である。図９は、第１の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を示す図である。図１０は、第１の実施形態に係る処置部の先端からの距離と断面２次モーメントを断面積の２乗で除した値との関係の一例を示す図である。図１１は、第１の実施形態の変形例に係る超音波伝達部材の構成例を示す図である。図１２は、第１の実施形態の変形例に係るプローブの構成例を示す図である。図１３は、第２の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を説明するための図である。図１４は、第２の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を説明するための図である。図１５は、第３の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を説明するための図である。図１６は、第３の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例を説明するための図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る処置装置１０の概略を図１に示す。この図に示されるように、処置装置１０は、処置部１００と、シャフト１９０と、操作部２００と、電源ユニット３００とを備える。以降説明のため、処置部１００側を先端側、操作部２００側を基端側と称することにする。図１において、処置部１００と、シャフト１９０と、操作部２００とは、それらの側面図が示されている。処置部１００と、シャフト１９０と、操作部２００との上面図を図２に示す。

本実施形態に係る処置装置１０は、例えば内視鏡下外科手術に用いられる。処置部１００及びシャフト１９０は、例えば、被処置者の腹壁に開けられた小さな孔を通して腹腔内に挿入される。術者は、被処置者の体外で操作部２００を操作して、処置部１００を動作させる。このため、シャフト１９０は、細長形状をしている。

処置装置１０の処置部１００は、処置対象である例えば血管といった生体組織を把持する。処置部１００は、把持した生体組織に高周波電流を流して、この生体組織を封止したり凝固させたりする。また、処置部１００は、超音波振動を用いて、把持された生体組織を封止等しながら切断する。

処置部１００には、超音波振動子１１０と、超音波振動子１１０で発生した超音波を伝達する超音波伝達部材の一部であるプローブ１４０と、ジョー１７０とが設けられている。超音波振動子１１０は、後述するように複数の圧電素子が積層された構成を有し、超音波振動を発生する。プローブ１４０は、超音波振動子１１０の先端側に設けられており、細長形状をしている。プローブ１４０は、超音波振動子１１０で発生した超音波振動を伝達し、その長手方向に振動する。ジョー１７０は、プローブ１４０に対して開閉するように移動する。プローブ１４０とジョー１７０とは、処置対象である生体組織を把持する。このように、プローブ１４０とジョー１７０とによって、先端処置部１６０が形成される。なお、プローブ１４０の一部とジョー１７０の一部とは、把持された生体組織に高周波電圧を印加するバイポーラ電極としても機能する。

処置部１００とシャフト１９０との連結部には、関節１９５が設けられている。シャフト１９０に対する処置部１００の向きは、関節１９５によって変化する。また、処置部１００は、関節１９５より先端側でシャフト１９０に対して長手軸回りに回転する回転機構を有する。

操作部２００には、操作部本体２１０と、固定ハンドル２４２と、可動ハンドル２４４と、回転ノブ２５２と、関節ノブ２５４と、出力スイッチ２６０とが設けられている。固定ハンドル２４２は、操作部本体２１０に対して固定されており、可動ハンドル２４４は、操作部本体２１０に対して変位する。可動ハンドル２４４の動作は、シャフト１９０を介してジョー１７０に伝達される。ジョー１７０は、可動ハンドル２４４の動作に応じて、プローブ１４０に対して変位する。その結果、先端処置部１６０は開閉する。

回転ノブ２５２は、処置部１００を長手軸回りに回転させるためのノブである。図２に示されるように、回転ノブ２５２の回転に応じて処置部１００に設けられた回転機構は動作し、処置部１００が回転する。関節ノブ２５４は、関節１９５を駆動させるためのノブである。関節ノブ２５４の変位に応じて関節１９５は動作し、シャフト１９０に対する処置部１００の向きが変化する。

出力スイッチ２６０は、第１のスイッチ２６２と第２のスイッチ２６４とを含む。第１のスイッチ２６２が押圧されたとき、第１のスイッチ２６２は、処置部１００によって超音波振動子の駆動のみが行われるための信号を出力する。その結果、処置部１００のプローブ１４０は超音波振動し、先端処置部１６０で把持された生体組織は切断される。第２のスイッチ２６４が押圧されたとき、第２のスイッチ２６４は、処置部１００によって高周波電圧の印加と超音波振動子の駆動とが行われるための信号を出力する。その結果、先端処置部１６０には、高周波電圧が印加され、先端処置部１６０で把持された生体組織は封止や凝固される。また、プローブ１４０は超音波振動し、先端処置部１６０で把持された生体組織は切断される。

操作部２００には、ケーブル２９０の一端が接続されている。ケーブル２９０の他端は、電源ユニット３００に接続されている。電源ユニット３００は、制御部３１０と、超音波駆動部３２０と、高周波駆動部３３０とを含む。制御部３１０は、処置装置１０の各部の制御を行う。例えば制御部３１０は、出力スイッチ２６０からの入力に応じて、超音波駆動部３２０や高周波駆動部３３０の動作を制御する。超音波駆動部３２０は、制御部３１０の制御下で、超音波振動子１１０を駆動させる。高周波駆動部３３０は、制御部３１０の制御下で、先端処置部１６０に高周波電流を供給する。

本実施形態に係る処置装置１０の動作について説明する。術者は、電源ユニット３００の入力部を操作して、処置装置の出力条件、例えば、高周波エネルギの出力電力や、超音波エネルギの出力電力等を設定しておく。処置装置１０は、それぞれの値が個別に設定されるようになっていてもよいし、術式に応じた設定値のセットが選択されるようになっていてもよい。

処置部１００及びシャフト１９０は、例えば、腹壁を通して腹腔内に挿入される。術者は、回転ノブ２５２及び関節ノブ２５４を操作して、処置部１００を処置対象である生体組織に近づける。術者は、可動ハンドル２４４を操作して処置部１００を開閉させ、プローブ１４０とジョー１７０とによって処置対象の生体組織を把持する。処置対象の生体組織としては、例えば血管が想定される。生体組織としては、血管以外にも種々の組織が想定される。

術者は、処置部１００で処置対象の生体組織を把持したら、出力スイッチ２６０を操作する。例えば第２のスイッチ２６４が押圧されたとき、第２のスイッチ２６４は、処置部１００によって高周波電圧の印加と超音波振動子の駆動とが行われるための信号を出力する。この信号を取得した電源ユニット３００の制御部３１０は、超音波駆動部３２０及び高周波駆動部３３０に、駆動に係る指示を出力する。

高周波駆動部３３０は、制御部３１０の制御下で、処置部１００のプローブ１４０及びジョー１７０に高周波電圧を印加し、処置対象である生体組織に高周波電流を流す。高周波電流が流れると、生体組織が電気的な抵抗となるため、生体組織で熱が発生し、生体組織の温度が上昇する。このときの生体組織の温度は、例えば１００℃乃至２００℃程度になる。その結果、タンパク質が変成し、生体組織が凝固し封止される。

また、超音波駆動部３２０は、制御部３１０の制御下で、超音波振動子１１０を駆動する。その結果、プローブ１４０は、その長手方向に超音波周波数で振動する。生体組織とプローブ１４０との摩擦熱により、生体組織の温度が上昇する。その結果、タンパク質が変成し、生体組織が凝固し封止される。なお、この超音波振動による生体組織の封止効果は、高周波電圧の印加による封止効果よりも弱い。また、生体組織の温度は、例えば２００℃程度になる。その結果、生体組織は崩壊し、生体組織は切断される。このように、先端処置部１６０で把持された生体組織は、凝固し及び封止されながら切断される。以上によって生体組織の処置は完了する。

処置部１００について図３を参照してさらに説明する。この図に示されるように、超音波振動子１１０には、７つの圧電素子１１２が含まれる。これら圧電素子１１２は、環形状をしており、それぞれ環形状の電極１１５に挟まれて積層されている。超音波振動子１１０の両端には、環形状の絶縁板１１４が設けられている。このようにして、環形状の圧電素子１１２、電極及び絶縁板１１４が積層されることによって、全体として中空の円筒形状をした振動部材１１１が構成される。

処置部１００には、超音波伝達部材１３５が設けられている。超音波伝達部材１３５の先端側は、プローブ１４０を構成する。超音波伝達部材１３５のプローブ１４０の基端には、凸部１３７が設けられている。この凸部１３７には、圧電素子１１２等を含む振動部材１１１が押し付けられている。超音波伝達部材１３５の凸部１３７よりも基端側には、貫通部１３９が設けられている。貫通部１３９は、円筒形状をした振動部材１１１の中心部を貫通する。すなわち、貫通部１３９は、圧電素子１１２、絶縁板１１４、電極１１５等を貫通する。貫通部１３９は、圧電素子１１２及び絶縁板１１４には接触しているが、電極１１５には接触していない。貫通部１３９の基端側には、裏打板１２２が設けられている。裏打板１２２は、超音波振動子１１０を超音波伝達部材１３５の凸部１３７に押し付ける。

超音波振動子１１０は、シリンダ１２４内に配置されている。このシリンダ１２４は、超音波振動子１１０を覆うカバーとなっている。シリンダ１２４の先端側の端部には、Ｏリング１２６が設けられている。Ｏリング１２６は、超音波伝達部材１３５とシリンダ１２４との隙間を封止することで、シリンダ１２４内部への液体の侵入を防止する。シリンダ１２４の先端側には、連結部材１６２が設けられている。連結部材１６２には、連結部材１６２に設けられた第１の回転軸１６４を中心軸として回転可能にジョー１７０の支持部材１７２が設けられている。

支持部材１７２の先端付近には、第２の回転軸１７４が設けられており、第２の回転軸１７４を中心軸として回転可能に把持部材１７６が設けられている。把持部材１７６は、支持部材１７２の位置に応じて、支持部材１７２に対して回転できる。その結果、先端処置部１６０は、先端側と基端側とで把持する生体組織の厚みが異なっても、生体組織を先端側と基端側とで同じ圧力で把持することができる。処置対象である生体組織に均一な圧力を加えることは、生体組織の安定した封止及び凝固、並びに切除に効果を奏する。

先端処置部１６０が閉じた状態における、先端側から見たプローブ１４０及び把持部材１７６の断面図を図４に示す。この図に示されるように、プローブ１４０の把持部材１７６と対向する面を把持面としたときに、プローブ１４０の中心軸に対して把持面の裏面となる面に溝が設けられており、プローブ１４０の断面形状は、Ｕ字型をしている。すなわち、プローブ１４０のＵ字型の底部は、把持部材１７６と対向している。

把持部材１７６には、接触部材１７８が設けられている。接触部材１７８は、フッ素樹脂等の絶縁性の材料によって形成されている。先端処置部１６０が閉じられた状態において、プローブ１４０と接触部材１７８とが当接し、プローブ１４０と把持部材１７６との間には、間隙が形成される。処置装置１０の使用時において、先端処置部１６０が生体組織を把持し高周波電圧を印加するとき、プローブ１４０と把持部材１７６とが対向する間隙部分に位置する生体組織内を電流が流れる。すなわち、プローブ１４０と把持部材１７６とは、バイポーラ電極として機能する。その結果、電流が流れた部分の生体組織は封止又は凝固する。また、超音波振動子１１０が振動するとき、プローブ１４０がその長手軸方向に振動し、プローブ１４０と把持部材１７６とに挟まれた部分において、生体組織はプローブ１４０と摩擦し切断される。

超音波振動子１１０の振動部材１１１について、図５及び図６を参照してさらに説明する。図６は、超音波振動子１１０の各圧電素子１１２の両端に設けられた電極１１５を構成する電極部材１１６の斜視図である。図５に示されるように、超音波振動子１１０には、電極部材１１６が２つ互い違いに設けられている。一方の電極部材１１６の端部を＋電極１１７とし、他方の電極部材１１６の端部を−電極１１８とする。＋電極１１７と−電極１１８との間に電圧を印加すると、各圧電素子１１２の両端には、例えば図５に示されるような電圧が印加される。このように、各圧電素子１１２の両端に超音波に相当する周波数の交流電圧が印加されることで、各圧電素子１１２は振動し、超音波を発生する。超音波振動子１１０は、７つの圧電素子１１２が積層されていることで、大きな変位を発生する。また、圧電素子１１２が奇数枚であることにより、プラス電極として用いられる電極部材とマイナス電極として用いられる電極部材とが、図６に示される電極部材１１６のような同一の形状とされ得る。その結果、製造コストが抑制され得る。

また、絶縁板１１４と裏打板１２２との間には、超音波伝達部材１３５と接する高周波電極１１９が設けられている。この高周波電極１１９を介して、超音波伝達部材１３５には、高周波電圧が印加される。図５に示されるように、絶縁板１１４は、超音波伝達部材１３５と、電極部材１１６とを絶縁している。

超音波伝達部材１３５等の各部の寸法を図７乃至図９に示す。これら図に示された長さの単位はｍｍである。図７は、超音波伝達部材１３５を先端側から見た正面図である。この図に示されるように、プローブ１４０の幅は例えば１．７ｍｍであり、プローブ１４０に設けられた溝の幅は、例えば１．２ｍｍである。

図８は超音波伝達部材１３５等の側面図であり、図９は超音波伝達部材１３５等の断面図である。プローブ１４０の先端位置を原点とし、基端側に向けて長さを定義する。プローブ１４０の把持部材１７６と対向する把持部分の長さは１５ｍｍである。先端から絶縁板１１４までの長さは、例えば２６．５ｍｍである。超音波伝達部材１３５の長さは例えば４１ｍｍである。プローブ１４０は、先端程高さが低くなっている。プローブ１４０の把持部材１７６と対向する把持面は、超音波伝達部材１３５の長手方向の中心軸と平行である。一方、プローブ１４０の把持部材１７６と対向する面と反対側である裏面は、中心軸に対して例えば４°傾いている。先端部におけるプローブ１４０の高さは例えば１．４ｍｍであり、基端部におけるプローブ１４０の高さは３．２ｍｍである。基端部におけるプローブ１４０の溝の深さは、例えば２．５ｍｍである。溝の底部は、中心軸と平行である。圧電素子１１２の外径は、例えば５ｍｍである。なお、シャフト１９０の外径は例えば１０．５ｍｍである。

図８の２点鎖線は超音波振動子１１０によって発生した超音波振動の振動速度を表す。本実施形態では、超音波伝達部材１３５が超音波振動子１１０と接する凸部１３７において、振動の節が生じる。図８に示されるように、プローブ１４０は、先端程細くなっているので、先端程振動速度が拡大されている。本実施形態では、振動周波数は７５ｋＨｚである。プローブ１４０の先端部における振動速度は、例えば１８ｍ／ｓｐ−ｐであり、プローブ１４０の基端部における振動速度は、例えば１．５ｍ／ｓｐ−ｐである。

本実施形態では、先端から１５ｍｍまでのプローブ１４０と把持部材１７６とが対向する把持部分を処置部と称することにする。処置部より基端側であり凸部１３７までの部分、すなわち、先端から１５ｍｍから２５ｍｍの部分をモーメント移行部と称することにする。モーメント移行部よりも基端側、すなわち凸部１３７より基端側を伝達部と称することにする。このように、処置部の長さは、超音波の波長の１／４よりも短い。伝達部の長さは、超音波の波長の１／４である。なお、超音波振動子１１０が設けられた部分も含み、超音波伝達部材１３５の長さは、超音波の波長の１／２となっている。

本実施形態において、プローブ１４０の断面形状がＵ字型であるのは、次の理由による。プローブ１４０とジョー１７０とは生体組織を挟むので、プローブ１４０には図５に示した白抜き矢印の方向に把持荷重が掛かる。このため、プローブ処置部１２０には、把持荷重が掛かったときに撓みにくいことが求められる。一方で、細かい部分の処置を行えるように、また、先端部で超音波の振動速度が拡大するように、プローブ１４０の先端は細いことが要求される。細いプローブ１４０において把持荷重が掛かったときに、プローブ１４０が撓みにくいように、本実施形態では、プローブ１４０の断面形状はＵ字型をしている。

先端からの距離がｘである各位置における中心軸と垂直な断面について、把持荷重に対して垂直な軸を基準として計算した断面２次モーメントをＩｘとする。また、先端からの距離がｘである各位置における断面積をＡｘとする。すなわち、中心軸に対して垂直な断面に、把持荷重方向と平行にｙ軸を、ｙ軸と垂直な方向にｚ軸を設けたとき、断面２次モーメントＩｘは、

で与えられる。プローブ１４０の先端からの距離ｘと、プローブ１４０及び超音波振動子１１０からなる部分の断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値との関係を図１０に示す。ここで、断面２次モーメントＩを断面積Ａの２乗で除した値は、断面２次モーメントを無次元化した値であり、把持荷重に対する単位断面積当たりの剛性を表す。図１０に示されるように、断面がＵ字型である処置部の任意の位置における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値は、断面が円形である伝達部の任意の位置における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値よりも大きい。したがって、処置部における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値の平均値は、伝達部における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値の平均値よりも大きい。

このように、例えばプローブ１４０及び超音波振動子１１０は、超音波振動する細長形状の超音波振動部として機能する。例えばジョー１７０は、前記超音波振動部に対して移動して、前記超音波振動部との間に処置対象である生体組織を把持する把持部材として機能する。

本実施形態のように、プローブ１４０の断面形状をＵ字型とすることで、プローブ１４０の把持荷重方向の断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値、すなわち、単位断面積当たりの剛性は、断面形状が円形の場合のそれよりも高くなる。このように、プローブ１４０の断面形状をＵ字型とすることで、撓みにくいプローブ１４０が実現され得る。上述の通り、細くすることが望まれるプローブ１４０において、本実施形態のように形状を適切に設定することで、プローブ１４０の把持荷重に対する強度が向上する。

本実施形態では、処置部の任意の位置における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値は、伝達部の任意の位置における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値よりも大きい。しかしながら、これに限らず、処置部における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値（Ｉ_１／Ａ_１ ^２と記載する）の代表値が、伝達部における断面２次モーメントＩｘを断面積Ａｘの２乗で除した値（Ｉ_２／Ａ_２ ^２と記載する）の代表値よりも大きければ、本実施形態の場合と同様の効果が得られる。ここで、伝達部の代表値は値Ｉ_２／Ａ_２ ^２の平均値とし、処置部の代表値は、例えば、他に比べて大きな応力が掛かる部位の値Ｉ_１／Ａ_１ ^２や、把持荷重が掛かる部位の値Ｉ_１／Ａ_１ ^２や、生体組織が接触する部位の値Ｉ_１／Ａ_１ ^２等とすることができる。大きな応力が掛かる部位や、把持荷重が掛かる部位や、生体組織が接触する部位等において、高い剛性が求められるからである。したがって、例えば処置部の一部分において値Ｉ_２／Ａ_２ ^２が伝達部の値Ｉ_２／Ａ_２ ^２よりも小さくなっても問題とならない場合もある。

［第１の実施形態の変形例］
本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例に係る超音波振動子１１０及び超音波伝達部材１３５の断面図を図１１に、上面図を図１２に示す。この図に示されるように、本変形例に係るプローブ１４０は、第１の実施形態に係るプローブ１４０よりも基端側が太い。また、本変形例に係るプローブ１４０は、基端側でＵ字型の溝の深さが深くなるように、溝底部が中心軸に対して傾いている。

本変形例のような構造を有することで、プローブ１４０の基端側が太くなっているため、把持荷重による応力が分散し、プローブ１４０に係る最大応力が低下する。その結果、本変形例に係るプローブ１４０は、把持荷重に対して強くなる。また、Ｕ字型の溝底部が中心軸に対して傾いており、基端側で溝が深くなっているため、プローブ１４０の先端部に向けて徐々に断面積が小さくなっており、プローブ１４０の処置部における振動速度は高められる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る超音波伝達部材１３５等の形状を図１３及び図１４に示す。図１３は、超音波伝達部材１３５等の形状を示す斜視図であり、図１４は、超音波伝達部材１３５等を先端側から見た正面図である。これら図に示されるように、本実施形態に係るプローブ１４０は、四角柱形状をしている。ここで、図１３に矢印で示された荷重方向のプローブ１４０の長さを高さｈとし、荷重方向及び中心軸と垂直な方向の長さを幅ｂとする。このとき、処置部であるプローブ１４０の荷重方向に係る断面２次モーメントＩ_１は、Ｉ_１＝（ｂ・ｈ^３）／１２で表される。また、処置部であるプローブ１４０の中心軸と垂直な面の断面積Ａ_１は、Ａ_１＝ｂ・ｈで表される。したがって、Ｉ_１／Ａ_１ ^２＝ｈ／１２ｂである。

一方、超音波振動子１１０を含む伝達部の中心軸に対して垂直な面における断面形状を直径Ｄ_０の円とする。このとき、伝達部の断面２次モーメントＩ_０は、Ｉ_０＝πＤ_０ ^４／６４で表される。また、伝達部の断面積Ａ_０は、Ａ_０＝πＤ_０ ^２／４で表される。したがって、Ｉ_０／Ａ_０ ^２＝１／４πである。

以上より、ｈ／ｂ＞３／πの場合、Ｉ_１／Ａ_１ ^２＞Ｉ_０／Ａ_０ ^２となる。すなわち、ｈ／ｂ＞３／πの場合、伝達部よりも処置部の単位断面積当たりの剛性は高くなる。すなわち、プローブ１４０の断面形状をｈ／ｂ＞３／πとすることで、プローブ１４０は撓みにくくなり、プローブ１４０の把持荷重に対する強度が向上する。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る超音波伝達部材１３５等の形状を図１５及び図１６に示す。図１５は、超音波伝達部材１３５等の形状を示す斜視図であり、図１６は、超音波伝達部材１３５等を先端側から見た正面図である。これら図に示されるように、本実施形態に係る処置部であるプローブ１４０は、中空の円筒形状をしている。また、本実施形態では、伝達部も円筒形状をしているものとする。

処置部の円筒形状の外径をＤ_１とし、内径をｄ_１とする。また、伝達部の外径をＤ_０とし、内径をｄ_０とする。このとき、処置部であるプローブ１４０の荷重方向に係る断面２次モーメントＩ_１は、Ｉ_１＝（Ｄ_１ ^４−ｄ_１ ^４）π／６４で表される。また、処置部であるプローブ１４０の中心軸と垂直な面の断面積Ａ_１は、Ａ_１＝（Ｄ_１ ^２−ｄ_１ ^２）π／４で表される。したがって、Ｉ_１／Ａ_１ ^２＝（Ｄ_１ ^２＋ｄ_１ ^２）／（８π（ｄ_１ ^２−ｄ_１ ^２））である。

一方、超音波振動子１１０を含む伝達部の断面２次モーメントＩ_０は、Ｉ_０＝（Ｄ_０ ^４−ｄ_０ ^４）π／６４で表される。また、伝達部の断面積Ａ_０は、Ａ_０＝（Ｄ_０ ^２−ｄ_０ ^２）π／４で表される。したがって、Ｉ_０／Ａ_０ ^２＝（Ｄ_０ ^２＋ｄ_０ ^２）／（８π（ｄ_０ ^２−ｄ_０ ^２））である。

以上より、（Ｄ_１ ^２＋ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２−ｄ_０ ^２）＞（Ｄ_１ ^２−ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２＋ｄ_０ ^２）の場合、Ｉ_１／Ａ_１ ^２＞Ｉ_０／Ａ_０ ^２となる。すなわち、（Ｄ_１ ^２＋ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２−ｄ_０ ^２）＞（Ｄ_１ ^２−ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２＋ｄ_０ ^２）の場合、伝達部よりも処置部の単位断面積当たりの剛性は高くなる。すなわち、プローブ１４０の断面形状を（Ｄ_１ ^２＋ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２−ｄ_０ ^２）＞（Ｄ_１ ^２−ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２＋ｄ_０ ^２）とすることで、プローブ１４０は撓みにくくなり、プローブ１４０の把持荷重に対する強度が向上する。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、治療機器は、先端を有し、超音波振動子で発生した超音波振動を長手方向に伝達し、前記先端からの長さが前記超音波振動の波長の１／４よりも短く、生体組織を把持するための処置部と、前記処置部の前記先端からみて最初に生じる節の位置を節位置としたときに、前記節位置を一端とし、前記節位置よりも基端側であって、長さが前記超音波振動の波長の１／４である伝達部と、前記処置部と前記伝達部との間に位置し、前記伝達部の長手軸と垂直な断面における、前記処置部の重心を通る直線と垂直な軸を基準として計算した前記処置部における断面２次モーメントをＩ_１、前記処置部における断面積をＡ_１、前記伝達部における断面２次モーメントをＩ_２、前記伝達部における断面積をＡ_２としたときに、前記処置部のＩ_１／Ａ_１ ^２の平均値を、前記伝達部におけるＩ_２／Ａ_２ ^２の平均値よりも大きくするモーメント移行部とを具備する。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、治療機器は、第１の先端部及び第１の基端部を有し、超音波振動子で発生した超音波振動を長手方向に沿って前記第１の基端部から前記第１の先端部に伝達し、前記長手方向において前記第１の先端部からの長さが第１の長さである、生体組織を把持するための処置部と、第２の先端部を有し、前記処置部の前記第１の先端部からみて最初に生じる節の位置を節位置としたときに、前記第２の先端部が前記節位置に位置し、前記長手方向の第２の長さが前記超音波振動の波長の１／４であり、前記超音波振動子としての圧電素子を含む伝達部と、前記処置部と前記伝達部との間に位置し、前記長手方向の長さが第３の長さであり、前記長手方向と垂直な断面について前記生体組織を把持する際に荷重がかかる方向に対して垂直な軸を基準として計算した前記処置部における断面２次モーメントをＩ_１、前記処置部における断面積をＡ_１、前記伝達部における断面２次モーメントをＩ_２、前記伝達部における断面積をＡ_２としたときに、前記処置部のＩ_１／Ａ_１ ^２の平均値を、前記伝達部におけるＩ_２／Ａ_２ ^２の平均値よりも大きくするモーメント移行部と、を具備し、前記処置部の前記第１の長さと前記モーメント移行部の前記第３の長さとを合わせた長さが前記超音波振動の波長の１/４であり、
前記処置部及び前記モーメント移行部の前記長手方向と垂直な断面の形状はＵ字形状である。

Claims

把持部材と、
前記把持部材との間に処置対象である生体組織を把持するように前記把持部材に対して変位し、超音波振動する超音波振動部であって、
当該超音波振動部の先端を一端とし、長さが前記超音波の波長の１／４よりも短くて、前記把持部材と対向する処置部と、
当該超音波振動部の前記先端からみて最初に生じる節の位置を第１の節位置としたときに、前記第１の節位置を一端とし、前記第１の節位置よりも基端側であって、長さが前記超音波の波長の１／４である伝達部と、
を含み、
当該超音波振動部の長手軸と垂直な断面における、前記処置部の重心と前記把持部材の重心とを通る直線と垂直な軸を基準として計算した前記処置部における断面２次モーメントをＩ_１、前記処置部における断面積をＡ_１、前記伝達部における断面２次モーメントをＩ_２、前記伝達部における断面積をＡ_２としたときに、前記処置部におけるＩ_１／Ａ_１ ^２の平均値は、前記伝達部におけるＩ_２／Ａ_２ ^２の平均値よりも大きい、
超音波振動部と
を具備する治療機器。
前記処置部の任意の位置における前記Ｉ_１／Ａ_１ ^２の値は、前記伝達部の任意の位置における前記Ｉ_２／Ａ_２ ^２の値よりも大きい、請求項１に記載の治療機器。
前記超音波振動部と前記把持部材とは、高周波電極として機能し、
超音波振動エネルギと高周波電流エネルギとを用いて前記生体組織を処置する、
請求項１に記載の治療機器。
前記処置部の前記把持部材と対向する面を把持面とし、前記処置部の中心軸に対して前記把持面と反対側の面を裏面としたときに、
前記処置部は、前記処置部の長手方向と垂直な断面形状がＵ字型形状となるように、前記裏面に溝を有する形状をしており、
前記溝の底部は、前記処置部の中心軸と平行である、又は前記処置部の先端側よりも前記処置部の基端側の方が前記把持面側に傾いており、
前記処置部は、前記把持面から前記裏面までの高さが基端側よりも先端側の方が低い、
請求項１に記載の治療機器。
前記伝達部は、超音波振動子を含み、
前記超音波振動部の全長は、前記超音波の波長の１／２である、
請求項４に記載の治療機器。
前記超音波振動部の基端側に設けられた関節をさらに具備する請求項５に記載の治療機器。
前記処置部の長手方向と垂直な断面の形状は、前記把持部材と対向する横辺の長さである幅がｂであり、前記横辺と垂直な辺の長さである高さがｈである長方形であり、
前記伝達部の長手方向と垂直な断面形状は円形であり、
前記幅ｂと前記高さｈとは、ｈ／ｂ＞３／πである、
請求項１に記載の治療機器。
前記処置部は、外径がＤ_１であり内径がｄ_１である円筒形状であり、
前記伝達部は、外径がＤ_０であり内径がｄ_０である円筒形状であり、
（Ｄ_１ ^２＋ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２−ｄ_０ ^２）＞（Ｄ_１ ^２−ｄ_１ ^２）（Ｄ_０ ^２＋ｄ_０ ^２）である、
請求項１に記載の治療機器。