JPWO2017191683A1 - 超音波医療装置、エネルギ処置具および制御装置 - Google Patents

Abstract

超音波医療装置１は、超音波振動を発する超音波振動子２３と、生体組織１００に接触する接触面を備え、超音波振動を生体組織１００に伝達する振動伝達部材２２と、超音波振動子２３の第１の共振周波数で駆動する第１のモードと、超音波振動子２３と振動伝達部材２２とが設けられた構造体１１の第２の共振周波数で駆動する第２のモードと、に超音波振動子２３を駆動制御する制御装置２０と、を備える。

Description

本発明は、超音波振動子を備えて内視鏡下外科手術に用いられる生体組織を把持して接合／切離などする超音波医療装置、エネルギ処置具および制御装置に関する。

近年、例えば、内視鏡下外科手術において、エネルギを用いて生体組織を接合／切離する処置具の開発が行われている。このような処置具には、超音波によるエネルギを用いたものが知られている。

例えば、日本国特開２０１１−９２７２７号公報には、超音波を利用したエネルギ処置具である生体組織をシールするための装置が開示されている。

日本国特開２０１１−９２７２７号公報には、超音波を発生する振動子を処置部となるジョーに配置し、生体組織に超音波を与えることで接合を行い、生体組織が接合された後、カッタによって切離される技術が開示されている。

即ち、従来のエネルギ処置具は、挿入部の先端に設けられたジョーに超音波振動子を備えており、生体組織の接合後にカッタにて生体組織を切離する構成となっている。

しかしながら、従来の超音波を用いたエネルギ処置具においては、生体組織の接合と切離が夫々別の構成部材により行われているのが一般的となっており、生体組織を切離するために機械的なカッタ切離機構が必要となり、小型化および低コスト化の妨げとなるという課題がった。

そこで、本願発明は、上記課題に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは同一の構成部材で生体組織の接合および切離とを実施することをできるようにして小型化および低コスト化となる超音波医療装置、エネルギ処置具および制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の超音波医療装置は、超音波振動を発する超音波振動子と、生体組織に接触する接触面を備え、前記超音波振動を当該生体組織に伝達する振動伝達部材と、前記超音波振動子の第１の共振周波数で駆動する第１のモードと、前記超音波振動子と前記振動伝達部材とが設けられた構造体の第２の共振周波数で駆動する第２のモードと、に前記超音波振動子を駆動制御する制御装置と、を備える。

本発明の一態様のエネルギ処置具は、超音波振動を発する超音波振動子と、生体組織に接触する接触面を備え、前記超音波振動を当該生体組織に伝達する振動伝達部材と、前記超音波振動子の第１の共振周波数で前記超音波振動子を駆動する第１のモードと、前記超音波振動子と前記振動伝達部材とが設けられた構造体の第２の共振周波数で前記超音波振動子を駆動する第２のモードと、を操作するスイッチと、を備える。

本発明の一態様の制御装置は、超音波振動を発する超音波振動子の第１の共振周波数で駆動する第１の制御信号と、前記超音波振動子および前記超音波振動を生体組織に伝達する振動部材が設けられた構造体の第２の共振周波数で駆動する第２の制御信号と、を前記超音波振動子に出力する制御部と、を備える。

本発明の一態様の超音波医療装置の全体構成を示す斜視図 同、エネルギ処置具の把持部の構成を示す斜視図 同、把持部の構成を示す断面図 同、把持部の構成を示す分解斜視図 同、把持部の構成を示す斜視図 同、把持部および制御装置を示し、生体組織を把持した状態を示す断面を含む模式図 同、把持部および制御装置を示し、生体組織を接合する状態を示す断面を含む模式図 同、把持部および制御装置を示し、生体組織を切離する状態を示す断面を含む模式図

以下、図を用いて本発明について説明する。
なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
図１は、本発明の一態様の超音波医療装置の全体構成を示す斜視図、図２はエネルギ処置具の把持部の構成を示す斜視図、図３は把持部の構成を示す断面図、図４は把持部の構成を示す分解斜視図、図５は把持部の構成を示す斜視図、図６は把持部および制御装置を示し、生体組織を把持した状態を示す断面を含む模式図、図７は把持部および制御装置を示し、生体組織を接合する状態を示す断面を含む模式図、図８は把持部および制御装置を示し、生体組織を切離する状態を示す断面を含む模式図である。

（超音波医療装置）
先ず、本実施の形態の超音波医療システムの構成について、以下に説明する。
図１に示すように、超音波システムである超音波医療装置１は、超音波処置具であるエネルギ処置具１０と、プロセッサである制御装置２０と、を有して構成されている。

外科手術用デバイスとしての超音波処置具であるエネルギ処置具１０は、先端から順に、処置部として、生体組織を把持して接合（封止）／切離（切開）などするプローブ先端部となる把持部２と、挿入管部３と、操作部４と、を有して構成されている。

把持部２は、超音波ブレード（超音波プローブ）としての上側ジョー１１および生体適合性のある材質から形成された略板状の下側ジョー１２を有している。なお、上側ジョー１１は、下側ジョー１２に対して開閉自在に設けられる。

ここで、本実施形態では上側ジョー１１を超音波ブレードとしたが、下側ジョー１２を超音波ブレードとしても構わない。

把持部２が設けられた挿入管部３は、硬質な金属パイプにより構成されており、基端部に接続固定された回転操作部材５をニュートラル位置から回動操作することで、長手軸回りに、およそ半回転（１８０°）の範囲で左右に首振りできるように回動自在となっている。

これにより、把持部２が挿入管部３の回動に連動して挿入管部３の長手軸回りに回転される。即ち、ここでの超音波医療装置１は、回転操作部材５の回動操作によって、生体組織を把持し易い方向に把持部２を首振り回動することができるようになっている。

操作部４には、上述した挿入管部３を回転操作する回転操作部材５と、使用時に保持するための固定ハンドル６と、上側ジョー１１の開閉操作を行う可動ハンドル７と、血管などの生体組織の接合などを行う第１のモードを操作する第１のハンドルスイッチ８と、生体組織の切離などを行う第２のモードを操作する第２のハンドルスイッチ９と、を有して構成されている。

なお、操作部４には、電源供給のための、ケーブル１３が接続される。このケーブル１３は、端部に設けられたコネクタ１４が制御装置２０と着脱自在に接続される。

また、エネルギ処置具１０は、挿入管部３の把持部２の後方部分に湾曲部が設けられ、その湾曲部を湾曲操作する操作部材が操作部４に設けられた構成としてもよい。

以上の説明により、本実施の形態の超音波医療装置１は、制御装置２０に接続されたエネルギ処置具１０の把持部２によって生体組織を把持して接合／切離などする超音波凝固切開鉗子を構成している。

（把持部）
次に、本実施の形態の把持部２の構成について、以下に説明する。
図２に示すように、把持部２の上側ジョー１１は、生体適合性がある耐熱性の樹脂から形成された上側カバー２１と、この上側カバー２１の下端から露出する、ここでは断面形状が五角形である振動伝達部材としてのブレード２２と、を有しており、上側カバー２１内に、図３に示す振動子２３が内蔵されている。

把持部２の下側ジョー１２は、耐熱樹脂、セラミックなどから形成された下側把持部材３１と、この下側把持部材３１の下面を覆うように配設され、生体適合性がある耐熱性の樹脂から形成された下側カバー３２と、を有している。

なお、把持部２の上側カバー２１および下側カバー３２は、生体組織の処置に伴う上側ジョー１１および下側ジョー１２の高温化に起因した予期しない周辺組織の熱損傷を抑止するため、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＦＡまたはＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）のような耐熱性の樹脂部材から形成されていることが望ましい。

図３から図５に示すように、上側ジョー１１のブレード２２は、高熱伝導部材である高熱伝導振動伝達部材２４と、低熱伝導部材である２つの低熱伝導振動伝達部材２５と、を有して構成されている。

高熱伝導振動伝達部材２４は、銅、窒化アルミなどから形成され、断面略Ｔ字形状の板状ブロック部材である。
２つの低熱伝導振動伝達部材２５は、ジルコニア、チタン合金などから形成され、高熱伝導振動伝達部材２４の下方両側部分にろう接、耐熱性樹脂による接着などによって接合される断面台形状のブロック部材である。

なお、高熱伝導振動伝達部材２４および低熱伝導振動伝達部材２５は、電気的な導電性または絶縁性は問われないが、生体組織を処置する処置具としての電気的構成を考慮すると絶縁性の部材であることが望ましい。

高熱伝導振動伝達部材２４に２つの低熱伝導振動伝達部材２５が接合されることで、断面形状が五角形であるブレード２２が構成される。

なお、ブレード２２の形状は、本実施形態においては例えば五角形の断面で構成された例を示しているが、少なくとも振動子２３からの超音波振動を対象となる生体組織に伝達できる構成であればよい。

生体組織の切離性能をより良くする場合は、ブレード２２の断面が、生体組織１００と接触する接触面において、当該生体組織１００を切離する部分となる中央部が突出している形状を備える多角形が生体組織に接触することが効率の面で望ましい。

そのため、本実施形態のブレード２２は、生体組織に接触する接触面となる断面が突出している形状側が下側ジョー１２に対向するよう設けられている。また、生体組織の接合性能を重視する場合は、生体組織との接触面が平面、つまり、ブレード２２の断面形状を矩角形としてもよい。

このように構成されたブレード２２は、高熱伝導振動伝達部材２４の上面側に、ここではニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）などの圧電単結晶素子を用いた板状の振動子２３が接合される。そして、この振動子２３を覆うように、上側カバー２１が配設されて把持部２の上側ジョー１１が構成される。

なお、上側カバー２１には、振動子２３と相似形状の凹部２１ａ（図４参照）が形成され、振動子２３を隙間なく覆うように耐熱性樹脂の接着剤などによって接着されている。

振動子２３は、圧電単結晶素子、電極、金属マスなどが積層されており、ケーブル１３に挿通された制御ケーブルが接続されて、制御装置２０から出力された制御信号により２つのモードで振動する超音波振動子である。

ここでの振動子２３の圧電材料としては、接合時、使用の経過と共に圧電特性が劣化し難い、およそ１２００℃のキュリー点を有する圧電単結晶のニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）が用いられている。

また、このニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）は、高出力用途超音波振動子に適した高い機械的Ｑ値を有する非鉛圧電材料の１つであって、鉛を使用していないため、環境性に優れている。本実施形態において振動子に用いる材料は、エネルギ処置具１０による最大処置温度が当該材料の持つキュリー点の半分以下の材料を用いることとしている。

なお、振動子２３に用いる圧電単結晶材としては、ニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）に限定されることなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などの圧電単結晶材でもよい。

下側ジョー１２の下側把持部材３１は、上側ジョー１１のブレード２２に対向する上面３１ａが中央に向かって傾斜した板状部材である。この下側把持部材３１は、生体組織を切離する際に、熱の拡散を抑制するため、低熱伝導の耐熱性樹脂、セラミックなどから形成することが望ましい。そして、下側把持部材３１の下面に下側カバー３２が耐熱性樹脂の接着剤などによって接着され、下側ジョー１２が構成される。

以上のように構成された本実施の形態の超音波医療装置１は、血管などの生体組織をエネルギ処置具１０の把持部２で挟み込み、上側ジョー１１の振動子２３を駆動させて生体組織を熱および振動によって接合、切離などすることができる。

（作用）
ここで、超音波医療装置１による血管などの生体組織１００の接合、切離などを行う動作について以下に説明する。
先ず、図６に示すように、エネルギ処置具１０の把持部２において、上側ジョー１１と下側ジョー１２で生体組織１００を挟み込むことで当該生体組織１００を把持する。

その際、ここでの把持部２は、上側ジョー１１のブレード２２が接触する接触面の断面形状により、把持部２で把持された生体組織１００の中央部分における押圧力が両端部分よりも大きくなる構造となっている。

そして、操作部４の第１のハンドルスイッチ８の操作により、第１のモードとして、上側ジョー１１に設けられた振動子２３に振動子自体の共振周波数に相当する、ＭＨｚ帯、例えば１０〜３０ＭＨｚの高周波とし、所定の電圧の制御信号が制御装置２０の制御部４０から印加される。

このとき、振動子２３は、１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの超音波振動を発生させ、高熱伝導振動伝達部材２４を介して生体組織１００に高周波数の振動を伝播／吸収させる。
このように非常に高い周波数を用いることによって、この超音波エネルギは生体組織１００の内部で吸収されて発熱することから、比較的小さなエネルギで接合部を加熱し、大きな熱損傷を与えることなく高い封止強度を得ることが可能となる。

これにより、図７に示されるように、把持部２に把持された領域の生体組織１００が加熱されて封止され、接合部位１０１が形成される。

なお、把持部２による生体組織１００の把持領域の組織温度は、およそ２００℃程度で、処置時間が、およそ１０〜２０秒程度で接合部位１０１を形成することができる。

また、ここでの振動子２３は、ニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）の圧電単結晶を有し、厚さ０．１ｍｍ程度に対して厚み方向の共振周波数が３０ＭＨｚとなるため、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さとすることで、駆動周波数が１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波となっている。

このように、振動子２３の把持部２で把持された生体組織１００を接合する第１のモードでは、振動子２３を、それ自体の共振周波数で駆動させるモードとなっている。

次に、操作部４の第２のハンドルスイッチ９の操作により、第２のモードとして、振動子２３に上側ジョー１１全体の共振周波数に相当する、ｋＨｚ帯、例えば１５０ｋＨｚの高周波とし、第１のモードよりも高い所定の電圧の制御信号が制御装置２０の制御部４０から印加される。

このとき発生した熱が高熱伝導振動伝達部材２４を伝わり、把持部２で把持された生体組織１００の接合部位１０１が加熱されると共に、上側ジョー１１全体の振動に起因した組織表面の摩擦熱も接合部位１０１の加熱に寄与する。

これにより、図８に示されるように、接合部位１０１は、短時間で高温度に加熱され、組織の崩壊が起こり、特に押圧力の大きい把持部２で把持された生体組織１００の中央付近（切離部位１０２）が切離される。

ここで、生体組織１００の把持された接合部位１０１の両端部は、熱伝導率の低い低熱伝導振動伝達部材２５の存在により、加熱が抑制されるため、接合部位１０１およびその周辺部位での熱侵襲を低減することができる。

なお、高熱伝導振動伝達部材２４を介して伝熱される生体組織１００の接合部位１０１の組織温度は、およそ３００℃程度の処置時間がおよそ１〜３秒程度で切離部位１０２を形成することができる。

また、ここでは、第１のモードよりも高電圧（高電力）が振動子２３に印加され、上側ジョー１１の共振周波数に相当するｋＨｚ帯、ここでは１５０ｋＨｚの高周波で振動子２３が駆動される。

このように、振動子２３の把持部２で把持された生体組織１００を切離する第２のモードでは、振動子２３を、上側ジョー１１の共振周波数で駆動させるモードとなっている。

なお、上述では、操作部４の第１のハンドルスイッチ８および第２のハンドルスイッチ９の操作により、振動子２３の把持部２で把持された生体組織１００を接合する第１のモードと、生体組織１００を切離する第２のモードと、の切替えを行う構成を例示したが、１つのスイッチ操作で、制御装置２０の制御部４０による制御によって、第１のモードから第２のモードを連続的に実施するような構成とすることもできる。

以上のように構成された本実施の形態の超音波医療装置１は、従来のように生体組織を切離するために機械的なカッタ切離機構が不要であり、エネルギ処置具１０を小型化および低コスト化することができる。

したがって、超音波医療装置１は、同一の構成部材としてのエネルギ処置具１０の把持部２によって生体組織１００の接合および切離とを実施することをできるようになり、小型化および低コスト化となる利点がある。

さらに、超音波医療装置１は、エネルギ処置具１０により、把持部２で生体組織１００を把持して１つのアクションで接合および切離の処置が行え、従来のように、生体組織１００を把持して接合する操作に加え、把持部２のカッタ機構により生体組織１００を切離する操作が不要となる。

また、エネルギ処置具１０は、振動子２３に、従来から広く用いられているジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）ではなく、キュリー温度が１２００℃程度と高いニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）の圧電単結晶を用いることで、生体組織１００を接合および切離する際に必要な温度まで加熱しても、その特性が劣化することがない構成となっている。

さらに、超音波医療装置１は、制御装置２０によって、低電力で生体組織１００への超音波の伝播／吸収によって加熱する振動子２３の共振周波数の高周波数駆動に制御して、生体組織１００の把持領域の全域を加熱して接合する第１のモードと、大電力で生体組織１００への伝播／吸収によって加熱する上側ジョー１１全体の構造体の共振周波数の高周波数（第１のモードに比して低周波）駆動に制御して、生体組織１００の把持領域の中心近傍を局所的に高温化し、上側ジョー１１の振動による摩擦熱も作用して切離する第２のモードと、を有している。

特に、第２のモードにおいては、ブレード２２が高熱伝導振動伝達部材２４の両側に低熱伝導振動伝達部材２５が配されており、生体組織１００の把持領域の中心近傍を局所的に高温化することができるため、生体組織１００の切離（切開）領域以外における熱侵襲を抑制することができる。

上述に記載した発明は、その実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

Claims (8)

1. 超音波振動を発する超音波振動子と、
   生体組織に接触する接触面を備え、前記超音波振動を当該生体組織に伝達する振動伝達部材と、
   前記超音波振動子の第１の共振周波数で駆動する第１のモードと、前記超音波振動子と前記振動伝達部材とが設けられた構造体の第２の共振周波数で駆動する第２のモードと、に前記超音波振動子を駆動制御する制御装置と、
   を備える超音波医療装置。
2. 前記第１の共振周波数は、前記生体組織を接合する共振周波数であり、
   前記第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数よりも低い周波数であり、前記生体組織を切離する
   請求項１に記載の超音波医療装置。
3. 前記超音波振動子は、圧電単結晶の素材によって構成される
   請求項２に記載の超音波医療装置。
4. 前記振動伝達部材は、前記接触面の中心に配設される高熱伝導部材と、当該高熱伝導部材の周囲に配設される低熱伝導部材を有している
   請求項２または３に記載の超音波医療装置。
5. 前記振動伝達部材は、前記超音波振動子からの前記接触面までの距離において、前記高熱伝導部材の方が前記低熱伝導部材よりも長い
   請求項４に記載の超音波医療装置。
6. 前記第１の共振周波数は、ＭＨｚ帯であり、
   前記第２の共振周波数は、ｋＨｚ帯である
   請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の超音波医療装置。
7. 超音波振動を発する超音波振動子と、
   生体組織に接触する接触面を備え、前記超音波振動を当該生体組織に伝達する振動伝達部材と、
   前記超音波振動子の第１の共振周波数で前記超音波振動子を駆動する第１のモードと、前記超音波振動子と前記振動伝達部材とが設けられた構造体の第２の共振周波数で前記超音波振動子を駆動する第２のモードと、を操作するスイッチと、
   を備えるエネルギ処置具。
8. 超音波振動を発する超音波振動子の第１の共振周波数で駆動する第１の制御信号と、
   前記超音波振動子および前記超音波振動を生体組織に伝達する振動部材が設けられた構造体の第２の共振周波数で駆動する第２の制御信号と、
   を前記超音波振動子に出力する制御部と、
   を備える制御装置。

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