WO2006134751A1

WO2006134751A1 - 超音波処置装置及び超音波処置装置用プローブ、並びに、これらの製造方法

Info

Publication number: WO2006134751A1
Application number: PCT/JP2006/310127
Authority: WO
Inventors: Ryoji Sakai
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp.
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2006-12-21
Also published as: CN101675899A; EP1891905A4; CN101198286A; CN100586392C; US20120137504A1; EP1891905B1; JP2006346186A; JP4398408B2; KR20080026104A; EP1891905A1; US20070021765A1; CN101675899B

Abstract

　本発明は、超音波を用いて生体組織に処置を行う超音波処置装置に関し、生体組織への処置における最適なキャビテーション状態を実現する超音波処置装置を提供することを目的とする。　この超音波処置装置は、超音波を発生する超音波振動子（１８）と、超音波振動子（１８）に接続され、超音波振動子（１８）で発生された超音波振動を伝達するプローブ（２４）と、プローブ（２４）に形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部（２６ａ）と、を有する。処置部（２６ａ）は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されているキャビテーション抑制部（３９）を有する。

Description

明細書

超音波処置装置及び超音波処置装置用プローブ、並びに、これらの製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、例えば超音波凝固切開装置や超音波吸引装置のような、超音波を用いて生体組織に処置を行う超音波処置装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、超音波を用いて生体糸且織に処置を行う超音波処置装置が用いられて、る。

例えば、特開 2004— 321606号公報には、生体組織を凝固切開する超音波凝固切開装置が開示されている。特開 2004— 321606号公報の超音波凝固切開装置は、超音波振動を発生する超音波振動子を有する。この超音波振動子には、超音波振動を伝達する細長、プローブの基端部が接続されており、このプローブの先端部には、伝達された超音波振動によって生体組織に凝固切開処置を行う処置部が形成されている。この処置部は、プローブに外挿されているシースの先端開口力も突出しており、このシースの先端部には、処置部に対して開閉されて、処置部と協働して生体組織を把持するジョ一が配設されている。超音波凝固切開装置によって生体組織を処置する際には、処置部とジョ一とによって生体組織を把持し、超音波振動子で発生された超音波振動をプローブを介して処置部に伝達して、把持された生体組織を処置部によって凝固切開する。

[0003] ここで、処置部が体液、血液等の液体に浸された状態で生体組織に処置を行う場合には、処置部においてキヤビテーシヨンが発生して生体組織が損傷される場合がある。米国特許第 6, 790, 216号明細書には、処置部におけるキヤビテーシヨンの発生を抑制する超音波凝固切開装置が開示されている。米国特許第 6, 790, 216 号明細書の超音波凝固切開装置は、特開 2004— 321606号公報の超音波凝固切開装置とほぼ同様な構成を有する力処置部において、ジョ一と対面する把持面の反対側に先端側に向かって傾斜する傾斜形状が形成されている。そして、米国特許第 6, 790, 216号明細書には、傾斜形状の傾斜角度を減少させることにより、処置部において発生するキヤビテーシヨンが抑制されることが開示されている。

[0004] 一方、特開 2002— 233533号公報には、生体組織を破砕吸引する超音波吸引装置が開示されている。特開 2002— 233533号公報の超音波吸引装置は、特開 200 4 321606号公報及び米国特許第 6, 790, 216号明細書の超音波凝固切開装置と同様な超音波振動子、プローブ、及び、シースを有する。特開 2002— 233533 号公報の超音波吸引装置のプローブの先端部には、生体組織を乳化破砕する処置部が形成されている。そして、プローブとシースとの間には、処置部に開口部を有し、破砕された生体組織を吸引する吸引路が形成されている。超音波吸引装置によって生体組織を処置する際には、超音波振動子で発生された超音波振動をプローブを介して処置部に伝達して、生体組織を処置部によって乳化破砕し、破砕された生体組織を吸弓 I路を介して吸引する。

発明の開示

[0005] 上述したように、生体組織を凝固切開する場合等には、生体組織が損傷されなヽょうに、処置部におけるキヤビテーシヨンの発生が抑制されることが好ましい。一方で、生体組織を破砕吸引する場合等には、生体組織の破砕を効果的に行うため、キヤビテーシヨンの発生が促進されることが好まし、。

[0006] 米国特許第 6, 790, 216号明細書には、処置部の把持面に対向する傾斜形状の傾斜角度の減少によってキヤビテーシヨンを抑制することが開示されている力生体糸且織への処置における最適なキヤビテーシヨン状態を実現するまでには到っていない。

[0007] 本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、生体組織への処置における最適なキヤビテーシヨン状態を実現する超音波処置装置を提供することである。

[0008] 本発明の一実施態様の超音波処置装置は、超音波を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続され、前記超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブに形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部と、を具備し、前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されて、るキヤビテーシヨン抑制部を有する、ことを特徴とする。この超音波処置装置では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際には、キヤビテーシヨン抑制部の外表面近傍の液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなつて、処置部におけるキヤビテーシヨンの発生が抑制される。

[0009] 本発明の好ま、一実施態様の超音波処置装置は、前記キヤビテーシヨン抑制部は、抗カ係数が小さくなるような形状に形成されている、ことを特徴とする。

この超音波処置装置では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際にはキヤビテーシヨン抑制部の外表面近傍の液体の圧力勾配はなだらかであって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなる傾向を有する。

[0010] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置は、生体組織を凝固切開するために用いられる、ことを特徴とする。

この超音波処置装置では、キヤビテーシヨンの発生が抑制されている処置部によつて、凝固切開処置を行う。

[0011] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置は、前記処置部に対して開閉されて、前記処置部と協働して生体組織を把持するジョーをさらに具備する、ことを特徴とする。

この超音波処置装置では、処置部とジョ一とによって生体組織を把持して、把持された生体組織に処置部によって処置を行う。

[0012] 本発明の別の一実施態様の超音波処置装置は、超音波を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続され、前記超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブに形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部と、を具備し、前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下になるような形状に形成されて、るキヤビテーシヨン促進部を有する、ことを特徴とする。この超音波処置装置では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際には、キヤビテーシヨン促進部の外表面近傍の液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となって、処置部におけるキヤビテーシヨンの発生が促進される。

[0013] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置は、前記キヤビテーシヨン促進部は、抗カ係数が大きくなるような形状に形成されている、ことを特徴とする。

この超音波処置装置では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際にはキヤビテーシヨン抑制部の外表面近傍の液体の圧力勾配は急であって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となる傾向を有する。

[0014] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置は、破砕された生体組織を吸引する吸引路をさらに具備し、生体組織を破砕吸引するために用いられる、ことを特徴とする。

この超音波処置装置では、キヤビテーシヨンの発生が促進されている処置部によつて破砕処置を行ヽ、破砕された生体組織を吸引路によって吸引する。

[0015] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置は、前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてキヤビテーシヨン促進部の外表面近傍の液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部力生体組織へと向力う方向に相当するような形状に形成されている、ことを特徴とする。

この超音波処置装置では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際には、キヤビテーシヨン促進部の外表面近傍で発生されたキヤビテーシヨンが生体組織に向力つて移動される。

[0016] 本発明のさらに別の一実施態様の超音波処置用プローブは、上記超音波処置装置に用いられる。

[0017] 本発明のさらに別の一実施態様の超音波処置装置用プローブの製造方法は、超音波振動によって生体糸且織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成することと、前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求めることと、前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧以下となっている部分の内の少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるように前記形状モデルを変形することと、前記当該液体の圧力分布を求めることと前記形状モデルを変形することとを繰り返すことと、前記形状モデルの形状に前記処置部を形成することと、を具備することを特徴とする。

[0018] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置用プローブの製造方法は、前記形状モデルを変形することは、前記形状モデルを抗カ係数が減少するように変形することを含む、ことを特徴とする。

[0019] 本発明のさらに別の一実施態様の超音波処置装置用プローブの製造方法は、超音波振動によって生体糸且織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成することと、前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求めることと、前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧より大きくなつている少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧未満となるように前記形状モデルを変形することと、前記当該液体の圧力分布を求めることと前記形状モデルを変形することとを繰り返すことと、前記形状モデルの形状に前記処置部を形成することと、を具備することを特徴とする。

[0020] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置用プローブの製造方法は、前記形状モデルを変形することは、前記形状モデルを抗カ係数が増大するように変形することを含む、ことを特徴とする。

[0021] 本発明の好ましい一実施態様の超音波処置装置用プローブの製造方法は、前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧未満となっている部分の内の少なくとも一部分における液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部から生体組織へと向力う方向に相当するように前記形状モデルを変形することをさらに具備することを特徴とする。

[0022] 本発明のさらに別の一実施態様の超音波処置装置の製造方法は、上記超音波処置装置用プローブの製造方法を具備する。

[0023] 本発明の超音波処置装置では、生体糸且織への処置における最適なキヤビテーション状態が実現されている。

[0024] また、本発明の超音波処置装置用プローブの製造方法によれば、生体組織への処置における最適なキヤビテーシヨン状態を実現する超音波処置装置を製造することが可能である。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置を示す側面図である。

[図 2]図 2は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置の先端部を示す斜視図である。

圆 3A]図 3Aは、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置のプローブを先端側への振動状態で示す斜視図である。

圆 3B]図 3Bは、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置のプローブを後端側への振動状態で示す斜視図である。

[図 4]図 4は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の初期三次元モデルを示す斜視図である。

[図 5]図 5は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルにつ!、ての圧力分布図である。

[図 6]図 6は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルにつ!、ての速度分布図である。

[図 7]図 7は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の最終三次元モデルを示す斜視図である。

[図 8]図 8は、本発明の第 1実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された最終三次元モデルにつ!、ての圧力分布図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 1実施形態の変形例の超音波凝固切開装置のプローブを振動状態で示す斜視図である。

[図 10]図 10は、本発明の第 2実施形態の超音波吸引装置を示す側面図である。

[図 11]図 11は、本発明の第 2実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の初期三次元モデルを示す斜視図である。

[図 12]図 12は、本発明の第 2実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルにっ、ての圧力分布図である。

[図 13]図 13は、本発明の第 2実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の最終三次元モデルを示す斜視図である。 [図 14]図 14は、本発明の第 2実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルにっ、ての圧力分布図である。

[図 15]図 15は、様々な形状についてのレイノズル数 Reに対する抗カ係数 C の値を

D

示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の第 1実施形態を図 1乃至図 8を参照して説明する。本実施形態の超音波処置装置は、キヤビテーシヨンの発生が抑制されている超音波凝固切開装置 16 である。図 1に示されるように、超音波凝固切開装置 16は、超音波振動を発生する超音波振動子 18を有する。この超音波振動子 18は円筒カバー 20に収容されており、この円筒カバー 20の基端部から、超音波振動子 18に電力を供給するためのコード 2 2が延出されている。また、超音波振動子 18の先端部の出力端には、超音波振動を伝達する細長、ストレート形状のプローブ 24の基端部が連結されて、る。このプロ一ブ 24の先端部には、伝達された超音波振動によって生体組織を凝固切開する処置部 26aが形成されている。

[0027] そして、プローブ 24にはシース 28が外挿されており、このシース 28の先端部には、処置部 26aに対して開閉されて処置部 26aと協働して生体組織を把持するジョー 30 が配設されている。一方、シース 28の基端部は、シース 28がその中心軸の軸回り方向に回転自在となるように操作部本体 32に接続されており、シース 28の基端部には、シース 28を回転操作するための回転ノブ 34が配設されている。そして、操作部本体 32には、ジョー 30を開閉操作するための固定ノヽンドル 36及び可動ハンドル 38が配設されている。即ち、可動ハンドル 38は、固定ノヽンドル 36に対して開閉自在に操作部本体 32に枢支されていると共に、操作部本体 32内の操作ロッドの基端部に枢支されている。この操作ロッドは操作部本体 32及びシース 28に進退自在に挿通されており、操作ロッドの先端部はジョー 30の基端部に連結されている。そして、固定ノヽンドル 36に対して可動ハンドル 38を開閉操作して、操作ロッドを進退操作すること〖こより、処置部 26aに対してジョー 30が開閉されるようになっている。

[0028] 図 2に示される本実施形態の処置部 26aは、体液、血液等の液体中で超音波振動させた場合にキヤビテーシヨンの発生が抑制される形状を有する。以下では、このような処置部 26aの設計方法につ、て説明する。

[0029] 工程 1：初期三次元モデルの作成

図 3A及び図 3Bに示されるようなプローブ 24について、初期三次元モデルを作成する。本実施形態では、初期三次元モデルとして、従来の超音波凝固切開用プロ一ブを採用する。

[0030] 工程 2 :三次元モデルに基づく流体解析

プローブ 24を液体中で超音波振動させた場合についての流体解析を行う。

[0031] プローブ 24は、液体中で自身の長手軸方向に所定の振幅及び周期で縦振動する。即ち、プローブ 24は、図 3Aの矢印 B1で示される先端側への振動と、図 3Bの矢印 B2で示される基端側への振動とを繰り返す。本実施形態では、プローブ 24に固定された座標系で解析を行う。この座標系では、一方向に所定の振幅及び周期で振動する液体場に、プローブ 24が液体の振動方向にその長手軸方向が一致するように静止状態で配置されていることとなる。即ち、液体は、図 3Aの矢印 C1で示される基端側への振動と、図 3Bの矢印 C2で示される先端側への振動とを繰り返す。

[0032] 本実施形態では、流体解析における解析時間を削減するため、プローブ 24の先端部の処置部 26aについてのみ流体解析を行う。具体的には、プローブ 24の三次元モデルに基づき、両端部を処置部 26aと同形状にした処置部 26aの三次元モデルを作成する。図 4に、作成された処置部 26aの三次元モデルの一例を示す。この処置部 26aの三次元モデルは、従来の超音波凝固切開用プローブ 24の処置部 26aに採用されて!ヽる円柱形状に対応して、る。

[0033] そして、上述した一方向に所定の振幅及び周期で振動する液体場の半周期分の液体場モデル、即ち、所定の周期で、振幅が 0から最大振幅まで増大し、最大振幅から 0まで減少した後、振幅が減少せずに再び増大に転じる液体場モデルを作成する。この液体場モデルに、処置部 26aの三次元モデルを液体の振動方向にその長手軸方向が一致するように静止状態で配置して、流体解析を行う。ここで、処置部 26a の三次元モデルにおいて、液体場モデルの振動方向の上流側の端部においては、処置部 26aが先端側へと振動する際の挙動が解析され、下流側の端部においては、処置部 26aが基端側へと振動する際の挙動が解析されることとなる。流体解析では、液体場モデルの圧力分布と速度分布とを算出する。

[0034] 液体場モデルの圧力分布に基づいて、キヤビテーシヨンの発生について分析する。一般に、キヤビテーシヨンは、液体が飽和蒸気圧に達した場合に発生する。例えば、水の場合、大気圧（101. 3kPa)下では 100°Cまで温度上昇させると飽和蒸気圧に達し、また、常温（20°C)下では 2kPaまで減圧すると飽和蒸気圧に達して、キヤビテーシヨンが発生する。処置部 26aによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、液体場モデルにぉヽて当該液体の飽和蒸気圧まで減圧されて！ヽる部分に対応する部分で、キヤビテーシヨンが発生すると予想できる。

[0035] 図 5に、流体解析の結果作成された圧力分布図の一例を示す。図 5中、液体の振動方向を矢印 Dによって表す。液体場モデルの液体として常温（20°C)の水を選択しており、液体場モデルにおいて圧力が飽和蒸気圧（2kPa)以下となっている部分でキヤビテーシヨンが発生すると予想される。図 5に示されるように、処置部 26aの三次元モデルの上流側の端部のエッジ部分の近傍にぉ、て、液体場モデルの圧力が 2k Pa以下となっており、処置部 26aによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、先端側への振動に際して処置部 26aのエッジ部分の近傍にぉ、てキヤビテーションが発生すると予想される。対応する実際の実験においても、処置部 26aによって液体中で生体組織に処置を行う場合に、先端側への振動に際して処置部 26aのエッジ部分においてキヤビテーシヨンが発生することが確認された。

[0036] 図 6に、流体解析の結果作成された速度分布図の一例を示す。図 6中、液体の振動方向を矢印 Dによって表す。図 6に示されるように、処置部 26aの三次元モデルの下流側の端部にぉ、て、液体場モデルの液体の速度が一点に収束して、ることが理解される。即ち、処置部 26aの先端側への振動に際して処置部 26aのエッジ部分において発生されたキヤビテーシヨンは、処置部 26aの基端側への振動において、処置部 26aのエッジ部分力も先端側に向かって移動すると想定される。対応する実際の実験においても、処置部 26aの基端側への振動において、処置部 26aのエッジ部分力も先端側に向かってキヤビテーシヨンが移動することが確認された。

[0037] 工程 3 :三次元モデルの変形液体場モデルにぉ、て当該液体の飽和蒸気圧以下となって、る部分の圧力が飽和蒸気圧より大きくなるように、処置部 26aの三次元モデルを変形する。本実施形態では、液体場モデルにぉ、て当該液体の飽和蒸気圧以下となって、る部分の近傍の三次元モデルの形状を、抗カ係数が小さい形状に変形する。抗カ係数が小さければ、圧力勾配がなだらかになり、液体場モデルにおける液体の圧力の低下が減少されることとなる。具体的には、図 5において、処置部 26aの三次元モデルの上流側の端部のエッジ部分の近傍にぉ、て、液体場モデルの圧力が飽和蒸気圧（2kPa) 以下となっており、このエッジ部分を抗カ係数が小さ!、形状である流線形形状に変形する。当然、上流側の端部のエッジ部分の変形に対応して、下流側の端部のエツジ部分も変形させる。なお、図 15に、様々な形状についてのレイノズル数 Reに対する抗カ係数 C の値を示す。

D

[0038] 工程 4：三次元モデルに基づく流体解析と三次元モデルの変形との繰り返し

工程 2の三次元モデルに基づく流体解析と工程 3の三次元モデルの変形とを繰り返す。

[0039] 工程 5 :最終三次元モデルの決定

液体場モデルにぉ、て、当該液体の飽和蒸気圧まで減圧されて、る部分が略消滅したら三次元モデルの変形を終了して、処置部 26aの最終三次元モデルを決定する。

[0040] 図 7に、処置部 26aの最終三次元モデルの一例を示す。図 7に示されるように、この処置部 26aの三次元モデルは、流線形形状に近い形状を有する。図 8に、この処置部 26aの三次元モデルの流体解析の結果作成された圧力分布図を示す。図 8中、液体の振動方向を矢印 Dによって表す。図 8に示されるように、飽和蒸気圧（2kPa) 以下となっている部分はほぼ消滅しており、処置部 26aによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、キヤビテーシヨンの発生が抑制されると予想される。対応する実際の実験においても、処置部 26aによって液体中で生体組織に処置を行う場合に、キヤビテーシヨンの発生が抑制されることが確認された。

[0041] このように、本実施形態では、処置部 26aの先端部分力キヤビテーシヨンの発生を抑制するキヤビテーシヨン抑制部 39となっている。 [0042] 次に、本実施形態の超音波凝固切開装置 16の作用について説明する。超音波凝固切開装置 16によって生体組織を処置する際には、処置部 26aとジョー 30とによつて生体組織を把持し、超音波振動子 18で発生された超音波振動をプローブ 24を介して処置部 26aに伝達して、把持された生体組織を処置部 26aによって凝固切開する。この際、処置部 26aが体液、血液等の液体中に浸される場合がある力処置部 2 6aの外表面近傍では液体の圧力勾配がなだらかであって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となることが少なぐ処置部 26aにおいてキヤビテーシヨンが発生することが抑制される。

[0043] 従って、本実施形態の超音波凝固切開装置 16は次の効果を奏する。本実施形態の処置部 26aは、液体内での超音波振動に関する流体解析において、処置部 26a の外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されている。そして、実際に処置部 26aによって液体内で生体組織を凝固切開する際の処置部 26aにおけるキヤビテーシヨンの発生も抑制されており、凝固切開における最適なキヤビテーシヨン状態が実現されて、る。

[0044] 以下、本発明の第 1実施形態の変形例を図 9を参照して説明する。本変形例では、三次元的に振動する処置部 26aについて、最適なキヤビテーシヨン状態を実現する

[0045] 第 1実施形態のようなストレート形状のプローブ 24では処置部 26aは一次元的に振動するが、通常のプローブ 24では処置部 26aは三次元的に振動する。即ち、処置部 26aの振幅ベクトルは、 X、 Y、 Ζ軸方向の各軸方向のベクトル成分を用いて以下のように表すことができる。

[数 1]

Α = Α χ ■ i + A y - j + A z ■ k i , i， k ：各軸方向の単位べクトル

A x , A y , A z ：各軸方向の振幅の大きさ

[0046] 各軸方向の振幅の大きさは数値解析により算出することが可能であり、これら各軸方向の振幅の大きさに基づいて、処置部 26aの設計における流体解析に用いる液体場モデルを作成する。 [0047] 例えば、図 9に示されるようなカーブ形状のプローブ 24では、処置部 26aは二次元的に振動する。この場合、 X軸及び Y軸の各軸方向の振幅の大きさを数値解析により算出し、処置部 26aの設計方法における流体解析に用いる液体場モデルを矢印 C3 で示されるように作成する。

[0048] 図 10乃至図 14は、本発明の第 2実施形態を示す。第 1実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の超音波処置装置は、生体組織を破砕吸引する超音波吸引装置 40である。図 10に示されるように、この超音波吸引装置 40の超音波振動子 18は、ハンドピース 42に収容されている。そして、超音波振動子 18の出力端にはプローブ 24の基端部が連結されており、このプローブ 24の先端部には伝達された超音波振動によって生体組織を乳化破砕する処置部 26bが形成されて、る。

[0049] さらに、プローブ 24及び超音波振動子 18には、破砕された生体組織を吸引するための吸引路 43がプローブ 24及び超音波振動子 18の長手軸方向に貫通形成されている。この吸引路 43の先端部は、処置部 26bで開口して吸引開口部 44を形成している。そして、吸引路 43の基端部はハンドピース 42に形成されている吸引口金に連通されており、この吸引口金は吸引装置に接続される。

[0050] また、プローブ 24にはシース 28が外挿されており、プローブ 24とシース 28との間のクリアランスによって、送液を行うための送液路 46が形成されている。この送液路 46 の先端部は、シース 28の先端部とプローブ 24との間で環状に開口して送液開口部 4 8を形成している。そして、送液路 46の基端部はハンドピースに配設されている送液口金 50に連通されており、この送液口金 50は送液装置に接続される。

[0051] 本実施形態の処置部 26bは、生理食塩水等の液体中で超音波振動させた場合に、キヤビテーシヨンの発生が促進される形状を有する。以下では、このような処置部 2 6bの設計方法について説明する。なお、第 1実施形態の設計方法と同様な工程については、その説明を省略する。

[0052] 工程 1：初期三次元モデルの作成

本実施形態では、初期三次元モデルとして、従来の超音波吸引用プローブを採用する。 [0053] 工程 2 :三次元モデルに基づく流体解析

図 11に示されるように、プローブ 24の三次元モデルに基づき、両端部を処置部 26 bと同形状にした略円筒状の処置部 26bの三次元モデルを作成する。

[0054] 図 12に、流体解析の結果作成された圧力分布図の一例を示す。図 12中、液体の振動方向を矢印 Dによって表す。図 12に示されるように、処置部 26bの三次元モデルの下流側の端部の円環状端面の近傍にお!、て、液体場モデルの圧力が 2kPa以下となっている。このため、処置部 26bによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、後端側への振動に際して処置部 26bの円環状端面の近傍においてキヤビテーシヨンが発生すると予想される。

[0055] 工程 3 :三次元モデルの変形

処置部 26bによって液体中で生体組織に処置を行う場合にキヤビテーシヨンを発生させた、部分にっ、て、液体場モデルにぉ、て対応する部分の圧力が飽和蒸気圧以下となるように、処置部 26bの三次元モデルを変形する。本実施形態では、液体場モデルにお、て当該液体の飽和蒸気圧以下とした、部分の近傍の三次元モデルの形状を、抗カ係数が大きい形状に変形する。抗カ係数が大きければ、圧力勾配が急になり、液体場モデルにおける液体の圧力の低下が増大されることとなる。具体的には、図 12を参照し、液体場モデルにおいて、処置部 26bの三次元モデルの両端部の円環状端面の近傍の部分を飽和蒸気圧（2kPa)以下としたい場合には、液体場の振動方向に対して抗カ係数が増大されるように、処置部 26bの三次元モデルの外周部の両端部が同一のフランジ形状を有するように三次元モデルを変形する。

[0056] 工程 4：三次元モデルに基づく流体解析と三次元モデルの変形との繰り返し

工程 5：最終三次元モデルの決定

液体場モデルにぉ、て、当該液体の飽和蒸気圧以下とした!、部分が飽和蒸気圧以下となったら、三次元モデルの変形を終了して、処置部 26bの最終三次元モデルを決定する。

[0057] 図 13に、処置部 26bの最終三次元モデルの一例を示す。図 13に示されるように、この処置部 26bの三次元モデルは、端部にフランジ形状を有する形状となっている。図 14に、この処置部 26bの三次元モデルについての流体解析の結果作成された圧力分布図を示す。図 14中、液体の振動方向を矢印 Dによって表す。図 14に示されるように、処置部 26bの三次元モデルの両端部の円環状端面の近傍に、飽和蒸気圧（ 2kPa)以下となる部分が形成されており、処置部 26bによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、キヤビテーシヨンの発生が促進されると予想される。対応する実際の実験においても、処置部 26bによって液体中で生体組織に処置を行う場合に、キヤビテーシヨンの発生が促進されることが確認された。

[0058] このように、本実施形態では、処置部 26aの先端部力キヤビテーシヨンの発生を促進するキヤビテーシヨン促進部 52となって、る。

[0059] 次に、本実施形態の超音波吸引装置 40の作用について説明する。超音波吸引装置 40によって生体組織を処置する際には、吸引口金及び送液口金 50に吸引装置及び送液装置を接続する。そして、送液開口部 48から生理食塩水等を送液して処置部 26bと生体組織とを生理食塩水等の液体によって浸しつつ、超音波振動子 18 で発生された超音波振動をプローブ 24を介して処置部 26bに伝達して、処置部 26b を生体組織に押圧して処置部 26bを乳化破砕する。この際、処置部 26bは生理食塩水等の液体に浸されており、処置部 26bの外表面近傍では液体の圧力勾配が急であって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となり、処置部 26bにおけるキヤビテーシヨンの発生が促進されて乳化破砕が効果的に行われる。乳化破砕された生体組織は、吸引開口部 44から吸引路 43を介して吸引される。

[0060] 従って、本実施形態の超音波吸引装置 40は次の効果を奏する。本実施形態の処置部 26bは、液体内での超音波振動に関する流体解析において、処置部 26bの外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となるような形状に形成されている。そして、実際に処置部 26bによって液体内で生体組織を乳化破砕する際の処置部 2 6bにおけるキヤビテーシヨンの発生も促進されており、乳化破砕における最適なキヤビテーシヨン状態が実現されて、る。

[0061] 以下、本発明の第 2実施形態の変形例について説明する。本変形例の処置部 26b は、生理食塩水等の液体中で超音波振動させた場合に、発生されたキヤビテーションが生体組織に向力つて移動されるような形状を有する。

[0062] このような処置部 26bの設計方法では、三次元モデルの変形工程にお!、て、液体場モデルにおいて圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となる部分での液体の速度の方向が、生体組織への処理において処置部 26bから生体組織へと向力方向に相当するように、処置部 26bの三次元モデルを変形する。具体的には、図 14を参照し、液体場モデルにお!、て、処置部 26bの三次元モデルの両端部の近傍の飽和蒸気圧 (2kPa)以下の部分での液体の速度の方向力生体組織への処理において処置部 26bから生体糸且織へと向力方向に相当する方向、即ち、処置部 26bの長手軸方向外向きとなるように、三次元モデルを変形する。

[0063] 本変形例の超音波吸引装置 40によって生体組織を処置する際には、処置部 26b で発生されたキヤビテーシヨンが生体組織に向カゝつて移動し、生体組織に達して乳ィ匕破砕を促進する。このように、本実施形態の処置部 26bでは、処置部 26bで発生されたキヤビテーシヨンが生体組織に効率的に達するため、生体組織の乳化破砕が促進されている。

産業上の利用可能性

[0064] 本発明は、生体組織への処置における最適なキヤビテーシヨン状態を実現する、例えば超音波凝固切開装置や超音波吸引装置のような、超音波を用いて生体組織に処置を行う超音波処置装置を提供する。

Claims

請求の範囲

[1] 超音波を発生する超音波振動子（18)と、

前記超音波振動子（18)に接続され、前記超音波振動子（18)で発生された超音波振動を伝達するプローブ（24)と、

前記プローブ（24)に形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部（26a)と、

を具備し、

前記処置部（26a)は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されているキヤビテーシヨン抑制部（39)を有する、

ことを特徴とする超音波処置装置。

[2] 前記キヤビテーシヨン抑制部（39)は、抗カ係数が小さくなるような形状に形成されている、

ことを特徴とする請求項 1に記載の超音波処置装置。

[3] 生体組織を凝固切開するために用いられる、ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の超音波処置装置。

[4] 前記処置部（26a)に対して開閉されて、前記処置部（26a)と協働して生体糸且織を把持するジョー (30)をさらに具備する、ことを特徴とする請求項 3に記載の超音波処置装置。

[5] 超音波を発生する超音波振動子（18)と、

前記プローブ（24)に形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部（26b)と、

を具備し、

前記処置部（26b)は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下になるような形状に形成されているキヤビテーシヨン促進部（52)を有する、ことを特徴とする超音波処置装置。

[6] 前記キヤビテーシヨン促進部（52)は、抗カ係数が大きくなるような形状に形成されている、

ことを特徴とする請求項 5に記載の超音波処置装置。

[7] 破砕された生体組織を吸引する吸引路 (43)をさらに具備し、生体組織を破砕吸引するために用いられる、ことを特徴とする請求項 5又は 6に記載の超音波処置装置。

[8] 前記処置部（26b)は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてキヤビテーシヨン促進部（52)の外表面近傍の液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部（26b)から生体組織へと向力方向に相当するような形状に形成されている、

ことを特徴とする請求項 5又は 6に記載の超音波処置装置。

[9] 請求項 1乃至 8の、ずれか 1に記載の超音波処置装置に用いられる超音波処置装置用プローブ。

[10] 超音波振動によって生体糸且織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成することと、

前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求めることと、

前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧以下となっている部分の内の少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるように前記形状モデルを変形することと、

前記当該液体の圧力分布を求めることと前記形状モデルを変形することとを繰り返すことと、

前記形状モデルの形状に前記処置部を形成することと、

を具備することを特徴とする超音波処置装置用プローブの製造方法。

[11] 前記形状モデルを変形することは、前記形状モデルを抗カ係数が減少するように変形することを含む、

ことを特徴とする請求項 10に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法。

[12] 超音波振動によって生体糸且織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成することと、

前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧より大きくなつている少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧未満となるように前記形状モデルを変形することと、

前記形状モデルの形状に前記処置部を形成することと、

[13] 前記形状モデルを変形することは、前記形状モデルを抗カ係数が増大するように変形することを含む、

ことを特徴とする請求項 12に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法。

[14] 前記圧力分布にぉ、て当該液体の飽和蒸気圧未満となって、る部分の内の少なくとも一部分における液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部力生体組織へと向力う方向に相当するように前記形状モデルを変形することをさらに具備することを特徴とする請求項 12又は 13に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法。

[15] 請求項 10乃至 14のいずれか 1に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法を具備する超音波処置装置の製造方法。