WO2011125544A1 - 超音波手術システム及び外科用処置具 - Google Patents

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WO2011125544A1
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秀男 佐内
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
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    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
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    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B17/320092—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw
    • A61B2017/320093—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw additional movable means performing cutting operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B17/320092—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw
    • A61B2017/320095—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw with sealing or cauterizing means

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic surgical system and a surgical treatment instrument, and more particularly to an ultrasonic surgical system and a surgical treatment instrument that adjust the amplitude of an ultrasonic transducer.
  • an ultrasonic surgical system for incising or coagulating a living tissue using an ultrasonic probe that has been ultrasonically vibrated has been developed as an ultrasonic surgical system for surgery using ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic vibration in this ultrasonic surgical system is realized by driving control of an ultrasonic transducer incorporated in the handpiece, and the tip of the ultrasonic probe vibrates with a predetermined amplitude.
  • the magnitude of this amplitude varies depending on variations in parts or assembly of the ultrasonic transducer, or parts or assembly of the ultrasonic probe. If the amplitude is large, there is a problem that the stress of the ultrasonic probe increases. Suppressing such variations in the ultrasonic transducer parts or assembly, or variations in the parts of the ultrasonic probe itself or assembly, leads to an increase in cost.
  • the gripping force amount of the handle varies depending on component variations or assembly variations. If the gripping force amount is small, the incision speed is reduced, and if the gripping force amount is large, there is a problem that the wear of the Teflon pad is accelerated and the stress of the ultrasonic probe increases. Suppressing such variation in parts or assembly related to the gripping force amount leads to an increase in cost. Even when the handpiece has a scissors shape, the magnitude of the amplitude varies depending on the above-described ultrasonic transducer component variation or assembly variation, or ultrasonic probe component variation or assembly variation. If the amplitude is small, the incision speed is reduced, and if the amplitude is large, there is a problem that the blood pressure resistance is lowered and the Teflon pad wear is accelerated.
  • the hardness of the treatment site treated by the operator varies depending on the site.
  • the incision speed decreases, and when the treatment site is a hard tissue, there is a problem that the stress of the ultrasonic probe increases and the main body apparatus may not be able to output ultrasonic waves. It is not preferable from the viewpoint of usability that the surgeon can treat only a specific treatment site, that is, a normal tissue.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-27907 proposes an ultrasonic surgical system that detects the impedance when driving the ultrasonic transducer and controls the drive signal supplied to the ultrasonic transducer. Yes.
  • the ultrasonic surgical system proposed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-27907 obtains the impedance at the time of driving the ultrasonic transducer corresponding to the mechanical load applied to the ultrasonic probe, and feeds back this impedance to the main unit.
  • a control program and a control unit for performing feedback control are required in order to control the current supplied to the ultrasonic transducer in the control unit of the main unit. Therefore, the proposed ultrasonic surgical system requires a control program and a control unit for performing feedback control, and there is a problem that costs increase.
  • an object of the present invention is to provide an ultrasonic surgical system that can control a current flowing through an ultrasonic transducer without requiring a control program and a control unit for performing feedback control.
  • a drive current generator an ultrasonic transducer driven by the drive current generator, and an ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer connected to the ultrasonic transducer
  • a surgical treatment instrument having a drive target including a treatment unit that performs a treatment on a living tissue, and provided between the drive current generation unit and the drive target, and according to a load state applied to the treatment unit
  • An amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the ultrasonic transducer by adjusting the amount of current flowing to the drive target by diverting the current flowing from the drive current generation unit to the drive target.
  • An ultrasonic surgical system can be provided.
  • a drive target including an ultrasonic transducer and a current for driving the drive target provided in parallel to the drive target and flowing to the drive target are shunted.
  • a surgical treatment instrument comprising an amplitude adjusting unit that adjusts the amplitude of the ultrasonic transducer.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic surgical system according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic surgical system 1 includes a handpiece 2, a main body device 3 that is an output control device, and a foot switch 4.
  • the handpiece 2 is a surgical treatment tool capable of outputting ultrasonic waves.
  • the handpiece 2 is connected to the main body device 3 via a detachable cable 2a.
  • the handpiece 2 has an insertion portion 2b and a handle portion 2c.
  • the handpiece 2 has a built-in drive target including the ultrasonic transducer 2f.
  • the ultrasonic transducer 2f is configured in a cylindrical shape such that a plurality of piezoelectric elements formed in a donut shape are stacked with a plurality of annular electrodes disposed between adjacent piezoelectric elements. It has a vibration block.
  • the ultrasonic transducer 2f is configured.
  • This ultrasonic transducer 2f is a unit of a Langevin type bolted ultrasonic transducer.
  • the handpiece 2 has an ultrasonic probe 2d, and the ultrasonic probe 2d has a distal end portion and a movable piece that can be opened and closed with respect to the distal end portion. Part 2e is formed.
  • the main unit 3 supplies a drive signal for ultrasonic output to the ultrasonic transducer 2 f built in the handpiece 2.
  • the ultrasonic vibrator 2f vibrates ultrasonically when this drive signal is supplied. This ultrasonic vibration is transmitted to the distal end portion via the ultrasonic probe 2d in the insertion portion 2b. Then, the handpiece 2 can generate a frictional heat in the living tissue to be treated by the ultrasonic vibration energy and perform a treatment such as coagulation or incision.
  • the foot switch 4 is connected to the main unit 3 via a cable 4a.
  • the foot switch 4 is a switch for turning on or off the ultrasonic output at the time of ultrasonic output.
  • the operator pulls a wire (not shown) inserted into the insertion portion 2b by opening and closing the handle portion 2c with a finger, and opens and closes the movable piece in the treatment portion 2e.
  • a living tissue can be grasped.
  • the surgeon can perform the operation with the handpiece 2 in one hand and the other treatment tool in the other hand, for example, under a laparoscope.
  • FIG. 10 is a diagram showing an equalization circuit of a conventional ultrasonic surgical system.
  • the ultrasonic transducer 104 provided in the handpiece 102 of the ultrasonic surgical system 101 includes a series resonance circuit in which a resistor R1, a capacitor C1, and a coil L1 are connected in series, and this series circuit.
  • the capacitor C2 is connected in parallel.
  • the main body device 103 of the ultrasonic surgical system 101 is composed of an output transformer Tr and a coil L2 connected in parallel to the output transformer Tr.
  • a signal oscillated by an oscillation circuit (not shown) is supplied to the primary winding of the output transformer Tr, and a drive signal for ultrasonic output is generated in the secondary winding of the output transformer Tr.
  • the coil L2 is a coil for performing impedance matching on the drive signal so that the drive signal can be efficiently supplied to the ultrasonic transducer 104.
  • the reactive current I ′ is shunted to the capacitor C 2, and the current I 1 is supplied to the series resonant circuit configured by the resistor R 1 , the capacitor C 1, and the coil L 1.
  • the current I 1 generated in the output transformer Tr is supplied to the series resonance circuit.
  • Series resonance circuit resonates in response to the value of the current I 1, the ultrasonic transducer 104 is ultrasonic vibration.
  • the conventional ultrasonic surgical system 101 cannot adjust the current I 1 generated in the output transformer Tr. For this reason, the magnitude of the amplitude of the treatment portion varies depending on the component variation or assembly variation of the ultrasonic transducer 104 or the component variation or assembly variation of the ultrasonic probe. Further, in order to adjust the current I 1 generated in the output transformer Tr, it is necessary to detect the impedance at the time of driving the ultrasonic transducer 104 and feed it back to the main unit, and a control program for performing feedback control, It was necessary to provide a control unit in the main unit.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equalization circuit of the ultrasonic surgical system before ultrasonic output according to the present embodiment.
  • the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • a non-inductive resistor R2 is provided in parallel between the output transformer Tr and the ultrasonic transducer 2f.
  • the non-inductive resistor R2 as the amplitude adjusting unit diverts the current supplied from the output transformer Tr as the drive current generating unit to the ultrasonic transducer 2f.
  • the non-inductive resistor R2 is provided on the handpiece 2 side, and the value of the non-inductive resistor R2 is substantially the same as the value of the resistor R1.
  • the non-inductive resistor R2 as the amplitude adjusting unit is provided on the handpiece 2 side, but may be provided on the main device 3 side.
  • the amplitude adjustment unit may be a resistor instead of the non-inductive resistor R2.
  • Output current I 3 of the transformer Tr when current I 2 is branched into non-inductive resistor R2, the value of the current I 3 such that a current I 1 to the ultrasonic transducer 2f flows is determined. That is, the value of the current I 3 is the sum of the value of the current I 1 and the value of the current I 2 .
  • a series resonance circuit resonates in response to the value of the current I 1, the ultrasonic vibrator 2f is ultrasonic vibration.
  • FIG. 3 is a diagram showing an equalization circuit of the ultrasonic surgical system during ultrasonic output according to the present embodiment.
  • the equalization circuit of the ultrasonic surgical system 1 includes only the non-inductive resistance R2 and the resistance R1 of the ultrasonic transducer 2f.
  • Current I 1 flowing through the resistor R1 is converted into ultrasonic vibration, the tip portion of the ultrasonic probe 2d to oscillate at a predetermined amplitude value.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the value of the non-inductive resistance and the current supplied to the ultrasonic transducer.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the load of the treatment section and the current supplied to the ultrasonic transducer.
  • the non-inductive resistance R2 is fixed to a predetermined value, and the load (voltage) of the treatment portion 2e is changed.
  • the load on the treatment section 2e is equalized with the load on the ultrasonic transducer 2f. That is, an increase in the load on the treatment section 2e is equal to an increase in the value of the resistance R1 of the ultrasonic transducer 2f, and a decrease in the load on the treatment section 2e indicates that the load on the ultrasonic transducer 2f is reduced. This is equivalent to a decrease in the value of the resistor R1.
  • the current flowing through the ultrasonic transducer 2f can be adjusted by the load of the treatment section 2e, and the amplitude value of the ultrasonic transducer 2f can be adjusted. is there.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the amplitude value of the treatment section and the oscillation efficiency of the main device.
  • the aim th amplitude value of the treatment portion 2e is (hereinafter, also referred to as a central value) if the A 2 of the oscillation efficiency of the main unit 3 becomes c ⁇ 0.8 [%]. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value smaller than A 1, the oscillation efficiency of the main unit 3 becomes c [%]. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value larger than A 3, the oscillation efficiency of the main unit 3 becomes c ⁇ 0.6 [%].
  • the amplitude value of the treatment portion 2e is when changes by about ten ⁇ m from A 1 to A 3, the oscillation efficiency of the main unit 3 is reduced about 40%.
  • the amplitude value of the treatment unit 2e increases, the oscillation efficiency of the main body device 3 decreases.
  • the amplitude value of the treatment section 2e is further increased and becomes an amplitude value outside a specified range, the oscillation efficiency of the main body device 3 is further reduced and ultrasonic waves cannot be output.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the amplitude value of the treatment section and the incision time.
  • the incision time in FIG. 7 is the time required for incising a certain tissue by 20 cm.
  • the incision time is T [S]. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value smaller than B 1, incision time is about 2.5 times the T ⁇ 2.5 [S]. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value larger than B 3, incision time is about 1/2 of the T / 2 [S].
  • the incision speed decreases and the treatment time becomes longer.
  • the amplitude value of the treatment portion 2e is large, the incision speed increases, but the stress of the ultrasonic probe increases.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the amplitude value of the treatment section and the average value of the blood pressure resistance.
  • vascular breakdown voltage average value is approximately d ⁇ 0.6 [mmHg]. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value smaller than C 1, vascular breakdown voltage average value is approximately d [mmHg]. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value greater than C 3, vascular breakdown voltage average value is approximately d ⁇ 0.3 [mmHg].
  • the blood vessel pressure resistance decreases by about 70%.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the amplitude value of the treatment section and the number of incisions.
  • the incision number is N times. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value smaller than D 1, the incision number is twice the 2N times than the center value amplitude value. If the amplitude value of the treatment portion 2e of the center value greater than D 3, incision number is 1/2 times the 2 / N times compared to the central value is the amplitude value.
  • the number of incisions decreases when the amplitude value of the treatment section 2e increases. This is because the Teflon pad of the treatment portion 2e is easily worn when the amplitude value of the treatment portion 2e is increased.
  • the ultrasonic probe 2d comes into contact with the movable piece, and a crack is generated in the ultrasonic probe 2d.
  • the load on the treatment section 2e is near the center value.
  • the value of the resistor R1 of the ultrasonic vibrator 2f is current I 1 flowing in the current I 2 and the resistor R1 is shunted to non-inductive resistor R2 does not vary. Since the current I 1 flowing through the resistor R1 does not vary, the amplitude value of the treatment portion 2e does not vary.
  • the load on the treatment unit 2e is near the center value.
  • the value of the resistor R1 of the ultrasonic vibrator 2f does not change the value of the resistor R1 of the ultrasonic vibrator 2f is current I 1 flowing in the current I 2 and the resistor R1 is shunted to non-inductive resistor R2 does not vary. Therefore, the current I 1 flowing through the resistor R1 does not vary, the amplitude value of the treatment portion 2e does not vary.
  • the load on the treatment unit 2e is around the center value.
  • the value of the resistor R1 of the ultrasonic vibrator 2f is current I 1 flowing in the current I 2 and the resistor R1 is shunted to non-inductive resistor R2 does not vary. Therefore, the current I 1 flowing through the resistor R1 does not vary, the amplitude value of the treatment portion 2e does not vary.
  • the load on the treatment portion 2e is reduced.
  • an equalized and the value of the resistor R1 of the ultrasonic vibrator 2f is reduced, the current I 2 which divert the non-inductive resistor R2 is reduced, current I 1 flowing through the resistor R1 increases.
  • the load on the treatment portion 2e is increased.
  • an equalized and the value of the resistor R1 of the ultrasonic vibrator 2f increases, current I 2 shunted to non-inductive resistor R2 increases, the current I 1 flowing through the resistor R1 decreases.
  • the main body device 3 cannot output an ultrasonic wave because the stress increase and load of the ultrasonic probe are large.
  • the current I 1 flowing through the resistor R1 is decreased, so that the amplitude value of the treatment portion 2e is decreased, and the stress increase and the load of the ultrasonic probe are large. Therefore, it can suppress that the main body apparatus 3 cannot output an ultrasonic wave.
  • the non-inductive resistor R2 in parallel between the output transformer Tr of the main body device 3 and the ultrasonic transducer 2f in the handpiece 2, The current supplied from the main unit 3 to the ultrasonic transducer 2f is shunted.
  • the current flowing through the non-inductive resistor R2 increases and the current flowing through the ultrasonic transducer 2f decreases.
  • the load on the treatment portion 2e is reduced, the current flowing through the non-inductive resistor R2 is decreased, and the current flowing through the ultrasonic transducer 2f is increased.
  • the ultrasonic surgical system 1 reduces the amplitude value of the treatment section 2e when the load on the treatment section 2e increases, and reduces the amplitude of the treatment section 2e when the load on the treatment section 2e decreases.
  • the amplitude value can be increased. That is, the ultrasonic surgical system 1 can control the amplitude value of the treatment unit 2e to approach the center value even when the load of the treatment unit 2e varies.
  • the ultrasonic surgical system 1 diverts the current output from the output transformer Tr by the non-inductive resistance R2 provided in the handpiece 2, and also supplies the ultrasonic transducer 2f according to the load of the treatment unit 2e. It is possible to increase or decrease the flowing current. Thereby, the ultrasonic surgery system 1 can automatically adjust an amplitude value according to the load of the treatment part 2e.
  • the ultrasonic surgical system 1 is provided with a control program and a control unit for feedback in the main body device as in the prior art, and feeds back the impedance from the ultrasonic transducer to the ultrasonic transducer. There is no need to perform feedback control to control the flowing current.
  • the current flowing through the ultrasonic transducer can be controlled without requiring a control program and a control unit for performing feedback control.

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Abstract

　超音波手術システム１は、出力トランスＴｒと、出力トランスＴｒによって駆動される超音波振動子２ｆと、超音波振動子２ｆと連結され超音波振動子２ｆで発生した超音波振動により生体組織の処置を行う処置部２ｅとを含む駆動対象を備えたハンドピース２と、出力トランスＴｒと超音波振動子２ｆとの間に設けられ、かつ、処置部２ｅにかかる負荷状態に応じて出力トランスＴｒから超音波振動子２ｆに流れる電流を分流させて超音波振動子２ｆに流れる電流量を調整することで超音波振動子２ｆの振幅調整を行う無誘導抵抗Ｒ２とを備える。

Description

超音波手術システム及び外科用処置具
　本発明は、超音波手術システム及び外科用処置具に関し、特に、超音波振動子の振幅調整を行う超音波手術システム及び外科用処置具に関する。
　従来、超音波振動を応用した外科手術用の超音波手術システムとして、超音波振動させた超音波プローブを用い、生体組織を切開または凝固する超音波手術システムが開発されている。この超音波手術システムにおける超音波振動は、ハンドピースに組み込まれた超音波振動子の駆動制御によって実現され、超音波プローブの先端部は、所定の振幅で振動する。
　しかし、この振幅の大きさは、超音波振動子の部品バラツキまたは組立バラツキ、あるいは超音波プローブの部品バラツキまたは組立バラツキによって変動する。振幅の大きさが大きいと、超音波プローブの応力増加という問題がある。このような超音波振動子部品バラツキまたは組立バラツキ、あるいは超音波プローブの部品自体のバラツキまたは組立バラツキを抑制することはコストアップに繋がる。
　また、ハンドピースがシザース形状の場合、ハンドルの把持力量が部品バラツキまたは組立バラツキによって変動する。把持力量が小さいと、切開スピードが低下し、把持力量が大きいと、テフロンパットの磨耗促進及び超音波プローブの応力が増加するという問題がある。このような把持力量に関わる部品自体のバラツキあるいは組立バラツキを抑制することはコストアップに繋がる。また、ハンドピースがシザース形状の場合においても、上述した超音波振動子の部品バラツキまたは組立バラツキ、あるいは超音波プローブの部品バラツキまたは組立バラツキによって、振幅の大きさが変動する。振幅の大きさが小さいと、切開スピードが低下し、振幅の大きさが大きいと、血管耐圧能力の低下及びテフロンパットの磨耗促進という問題がある。
　さらに、術者が処置する処置部位の硬さは部位によって異なる。処置部位が薄い組織の場合、切開スピードが低下し、処置部位が硬い組織の場合、超音波プローブの応力が増加する及び本体装置が超音波出力できなくなる場合があるという問題がある。術者が特定の処置部位しか、即ち、通常の組織しか処置できないということは、ユーザビリティの観点で好ましくない。
　そこで、例えば、特開２００５－２７９０７号公報には、超音波振動子の駆動時のインピーダンスを検知して、超音波振動子に供給される駆動信号の制御を行う超音波手術システムが提案されている。
　しかしながら、上記の特開２００５－２７９０７号公報に提案の超音波手術システムは、超音波プローブにかかる機械的負荷に対応する超音波振動子の駆動時のインピーダンスを求め、このインピーダンスを本体装置にフィードバックし、本体装置の制御部において超音波振動子に供給される電流を制御するため、フィードバック制御を行うための制御プログラム及び制御部が必要となる。そのため、上記提案の超音波手術システムは、フィードバック制御を行うための制御プログラム及び制御部が必要となり、コストが増大するという問題がある。
　そこで、本発明は、フィードバック制御を行うための制御プログラム及び制御部を必要とせず、超音波振動子に流れる電流を制御することができる超音波手術システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、駆動電流発生部と、前記駆動電流発生部によって駆動される超音波振動子と、前記超音波振動子と連結され前記超音波振動子で発生した超音波振動により生体組織の処置を行う処置部とを含む駆動対象を備えた外科用処置具と、前記駆動電流発生部と前記駆動対象との間に設けられ、かつ、前記処置部にかかる負荷状態に応じて前記駆動電流発生部から前記駆動対象に流れる電流を分流させて前記駆動対象に流れる電流量を調整することで前記超音波振動子の振幅調整を行う振幅調整部と、を備えることを特徴とする超音波手術システムを提供することができる。
　また、本発明の他の態様によれば、超音波振動子を含む駆動対象と、前記駆動対象に並列に設けられ、かつ、前記駆動対象に流れる前記駆動対象を駆動させるための電流を分流させ、前記超音波振動子の振幅調整を行う振幅調整部と、を備えることを特徴とする外科用処置具を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る超音波手術システムの構成を示す図である。 本実施の形態の超音波出力前の超音波手術システムの等化回路を示す図である。 本実施の形態の超音波出力中の超音波手術システムの等化回路を示す図である。 無誘導抵抗の値と超音波振動子へ供給される電流との関係を説明するための説明図である。 処置部の負荷と超音波振動子へ供給される電流との関係を説明するための説明図である。 処置部の振幅値と本体装置の発振効率の関係を説明するための説明図である。 処置部の振幅値と切開時間の関係を説明するための説明図である。 処置部の振幅値と血管耐圧平均値の関係を説明するための説明図である。 処置部の振幅値と切開回数の関係を説明するための説明図である。 従来の超音波手術システムの等化回路を示す図である。
（全体構成）
　図１は、本発明の実施の形態に係る超音波手術システムの構成を示す図である。超音波手術システム１は、ハンドピース２と、出力制御装置である本体装置３と、フットスイッチ４とを含んで構成されている。
　ハンドピース２は、超音波出力が可能な外科用処置具である。ハンドピース２は、着脱可能なケーブル２ａを介して本体装置３に接続されている。ハンドピース２は、挿入部２ｂと、ハンドル部２ｃを有している。また、ハンドピース２は、超音波振動子２ｆを含む駆動対象を内蔵している。この超音波振動子２ｆは、ドーナツ状に形成された複数の圧電素子が、隣り合う圧電素子間に配置された円環状の複数の電極を挟んで積層されるようにして円筒状に構成された振動ブロックを有する。さらに、積層された複数の圧電素子と複数の電極の中心の貫通孔にはボルトが貫通され、ボルトをホーン部に対してねじ込むことによって、複数の圧電素子と複数の電極が強固に密着するようにして、超音波振動子２ｆが構成されている。この超音波振動子２ｆは、ランジュバン型ボルト締め超音波振動子のユニットである。
　さらに、ハンドピース２は、超音波プローブ２ｄを有し、この超音波プローブ２ｄの先端側には、この超音波プローブ２ｄの先端部と、この先端部に対して開閉自在な可動片とにより処置部２ｅが形成される。
　本体装置３は、ハンドピース２に内蔵されている超音波振動子２ｆに、超音波出力のための駆動信号の供給を行う。超音波振動子２ｆは、この駆動信号が供給されることにより、超音波振動する。この超音波振動は、挿入部２ｂ内の超音波プローブ２ｄを介して、その先端部に伝達される。そして、ハンドピース２は、この超音波振動エネルギにより、処置対象の生体組織に摩擦熱を発生させ、凝固または切開等の処置を行うことができる。
　フットスイッチ４は、ケーブル４ａを介して本体装置３に接続されている。フットスイッチ４は、超音波出力時に、超音波出力をオンあるいはオフするためのスイッチである。
　術者は、ハンドル部２ｃに指をかけて開閉操作を行うことにより、挿入部２ｂ内に挿通されたワイヤ（図示せず）を牽引し、処置部２ｅにおける可動片を開閉して処置対象の生体組織を把持することができる。また、術者は、片手にハンドピース２を持ち、他方の手に他の処置具を持って、例えば、腹腔鏡下で、手術を行うことができる。
　ここで、従来の超音波手術システムの等化回路について説明する。図１０は、従来の超音波手術システムの等化回路を示す図である。
　図１０に示すように、超音波手術システム１０１のハンドピース１０２に設けられた超音波振動子１０４は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、コイルＬ１が直列に接続された直列共振回路と、この直列回路に並列に接続されたコンデンサＣ２とにより構成されている。
　超音波手術システム１０１の本体装置１０３は、出力トランスＴｒと、この出力トランスＴｒに並列に接続されたコイルＬ２とにより構成されている。出力トランスＴｒの１次巻き線には、図示しない発振回路で発振された信号が供給され、出力トランスＴｒの２次巻き線に超音波出力のための駆動信号が発生する。
　コイルＬ２は、駆動信号を効率よく超音波振動子１０４に供給できるように、その駆動信号に対しインピーダンスのマッチングを行うためのコイルである。出力トランスＴｒにおいて発生した電流Ｉ１と、コイルＬ２において発生した無効電流Ｉ’と合わせた電流Ｉ１＋Ｉ’は、上述したケーブル２ａを介して、ハンドピース１０２に供給される。
　ハンドピース１０２に供給された電流Ｉ１＋Ｉ’のうち、無効電流Ｉ’はコンデンサＣ２に分流され、電流Ｉ１は抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、コイルＬ１により構成される直列共振回路に供給される。このように、出力トランスＴｒにおいて発生した電流Ｉ１が直列共振回路に供給される。直列共振回路は、電流Ｉ１の値に応じて共振し、超音波振動子１０４が超音波振動する。
　従来の超音波手術システム１０１は、出力トランスＴｒにおいて発生した電流Ｉ１を調整することができなかった。そのため、超音波振動子１０４の部品バラツキまたは組立バラツキ、あるいは超音波プローブの部品バラツキまたは組立バラツキによって、処置部の振幅の大きさが変動していた。また、出力トランスＴｒにおいて発生する電流Ｉ１を調整するためには、超音波振動子１０４の駆動時のインピーダンスを検知して本体装置にフィードバックする必要があり、フィードバック制御を行うための制御プログラム及び制御部を本体装置に設ける必要があった。
　図２は、本実施の形態の超音波出力前の超音波手術システムの等化回路を示す図である。なお、図２において、図１０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　図２に示すように、超音波手術システム１は、出力トランスＴｒと超音波振動子２ｆとの間に、並列に無誘導抵抗Ｒ２が設けられている。振幅調整部としての無誘導抵抗Ｒ２は、駆動電流発生部としての出力トランスＴｒから超音波振動子２ｆに供給される電流を分流させる。また、無誘導抵抗Ｒ２は、ハンドピース２側に設けられており、この無誘導抵抗Ｒ２の値は、抵抗Ｒ１の値と略同一の値である。なお、振幅調整部としての無誘導抵抗Ｒ２は、ハンドピース２側に設けられているが、本体装置３側に設けられていてもよい。また、振幅調整部は、無誘導抵抗Ｒ２に代わり抵抗であってもよい。
　出力トランスＴｒの電流Ｉ３は、無誘導抵抗Ｒ２に電流Ｉ２が分流した際に、超音波振動子２ｆに電流Ｉ１が流れるように電流Ｉ３の値が決められる。即ち、電流Ｉ３の値は、電流Ｉ１の値と電流Ｉ２の値とを合わせた値になっている。これにより、電流Ｉ１の値に応じて直列共振回路が共振し、超音波振動子２ｆが超音波振動する。
　図３は、本実施の形態の超音波出力中の超音波手術システムの等化回路を示す図である。
　超音波手術システム１は、超音波出力中の共振状態では、コンデンサＣ１とコイルＬ２と、及び、コンデンサＣ２とコイルＬ２とがそれぞれ打ち消し合う。そのため、超音波手術システム１の等化回路は、無誘導抵抗Ｒ２及び超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１のみとなる。抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が超音波振動に変換され、超音波プローブ２ｄの先端部が所定の振幅値で振動する。
　ここで、超音波振動子２ｆに供給される電流Ｉ１について、図４及び図５を用いて説明する。
　図４は、無誘導抵抗の値と超音波振動子へ供給される電流との関係を説明するための説明図である。
　図４に示すように、無誘導抵抗Ｒ２の値がａ［Ω］からａ×７［Ω］に増加すると、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１へ供給される電流Ｉ１の値は、Ｉ１１［Ａ］からＩ１２［Ａ］に増加する。これは、無誘導抵抗Ｒ２の値が大きくなるに従って、無誘導抵抗Ｒ２に分流される電流Ｉ２が減少するためである。即ち、無誘導抵抗Ｒ２の値が大きい場合、無誘導抵抗Ｒ２に分流される電流Ｉ２が減少するため、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１へ流れる電流Ｉ１は増加する。一方、無誘導抵抗Ｒ２の値が小さい場合、無誘導抵抗Ｒ２に分流される電流Ｉ２が増加するため、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１へ流れる電流Ｉ１は減少する。
　図５は、処置部の負荷と超音波振動子へ供給される電流との関係を説明するための説明図である。図５の例は、無誘導抵抗Ｒ２を所定の値に固定し、処置部２ｅの負荷（電圧）を変化させている。処置部２ｅの負荷とは、超音波振動子２ｆの負荷と等化である。即ち、処置部２ｅの負荷が大きくなることは、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が大きくなることと等化であり、処置部２ｅの負荷が小さくなることは、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が小さくなることと等化である。
　図５に示すように、処置部２ｅの負荷がｂ［Ｖ］からｂ×２［Ｖ］に増加すると、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１へ供給される電流Ｉ１の値は、Ｉ１３［Ａ］からＩ１４［Ａ］に減少する。これは、処置部２ｅの負荷が大きくなるに従って、抵抗Ｒ１の値が大きくなり、抵抗Ｒ１に分流される電流Ｉ１が減少するためである。
　このように、無誘導抵抗Ｒ２を所定の値に固定した場合、処置部２ｅの負荷によって超音波振動子２ｆに流れる電流を調整し、超音波振動子２ｆの振幅値を調整することが可能である。
　ここで、処置中の技術的課題について、図６から図９を用いて説明する。
　図６は、処置部の振幅値と本体装置の発振効率の関係を説明するための説明図である。
　処置部２ｅの振幅値が狙い目（以下、中心値ともいう）のＡ２の場合、本体装置３の発振効率はｃ×０．８［％］となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より小さいＡ１の場合、本体装置３の発振効率はｃ［％］となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より大きいＡ３の場合、本体装置３の発振効率はｃ×０．６［％］となる。
　このように、処置部２ｅの振幅値がＡ１からＡ３へ約十数μｍ変化すると、本体装置３の発振効率は約４割低下する。処置部２ｅの振幅値が大きくなると、本体装置３の発振効率は低下してしまう。処置部２ｅの振幅値がさらに大きくなり、ある規定範囲外の振幅値となると、本体装置３の発振効率がさらに低下して超音波出力できなくなる。
　図７は、処置部の振幅値と切開時間の関係を説明するための説明図である。図７の切開時間は、ある組織を２０ｃｍ切開する際にかかる時間である。
　図７に示すように、処置部２ｅの振幅値が中心値のＢ２の場合、切開時間はＴ［Ｓ］となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より小さいＢ１の場合、切開時間は約２．５倍のＴ×２．５［Ｓ］となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より大きいＢ３の場合、切開時間は約１／２のＴ／２［Ｓ］となる。
　このように、処置部２ｅの振幅値が減少すると切開スピードが減少し、処置時間が長くなってしまう。一方、処置部２ｅの振幅値が大きい場合、切開スピードは増加するが、超音波プローブの応力が増加してしまう。
　図８は、処置部の振幅値と血管耐圧平均値の関係を説明するための説明図である。
　処置部２ｅの振幅値が中心値のＣ２の場合、血管耐圧平均値は約ｄ×０．６［ｍｍＨｇ］となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より小さいＣ１の場合、血管耐圧平均値は約ｄ［ｍｍＨｇ］となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より大きいＣ３の場合、血管耐圧平均値は約ｄ×０．３［ｍｍＨｇ］となる。
　このように、処置部２ｅの振幅値が増加すると、血管耐圧能力が約７割低下してしまう。
　図９は、処置部の振幅値と切開回数の関係を説明するための説明図である。
　図９に示すように、処置部２ｅの振幅値が中心値のＤ２の場合、切開回数はＮ回となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より小さいＤ１の場合、切開回数は振幅値が中心値に比べ２倍の２Ｎ回となる。処置部２ｅの振幅値が中心値より大きいＤ３の場合、切開回数は振幅値が中心値に比べ１／２倍の２／Ｎ回となる。
　このように、処置部２ｅの振幅値が増加すると切開回数が減少してしまう。これは、処置部２ｅの振幅値が増加すると処置部２ｅのテフロンパットが磨耗しやすくなるためである。処置部２ｅのテフロンパットが磨耗した破壊モードに至ると、超音波プローブ２ｄと可動片が接触し、超音波プローブ２ｄにクラックが発生する。
　ここで、超音波振動子２ｆ等の部品バラツキ等により、処置部２ｅの振幅値が変動した場合の処置部２ｅの振幅値の制御について説明する。
　処置部２ｅの振幅値が中心値付近の場合、処置部２ｅの負荷が中心値付近となる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が変動せず、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２及び抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１は変動しない。このように、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が変動しないため、処置部２ｅの振幅値は変動しない。
　処置部２ｅの振幅値が中心値付近より低い場合、処置部２ｅの負荷が小さくなる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が小さくなることと等化であり、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２が減少し、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が増加する。
　処置部２ｅの振幅値が中心値付近より低い場合、切開スピードが低下するという問題がある。しかし、このように、処置部２ｅの振幅値が中心値付近より低い場合、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が増加するため、処置部２ｅの振幅値が上昇し、切開スピードの低下を抑制することができる。
　処置部２ｅの振幅値が中心値付近より高い場合、処置部２ｅの負荷が大きくなる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が大きくなることと等化であり、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２が増加し、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が減少する。
　処置部２ｅの振幅値が中心値付近より高い場合、血管耐圧能力の低下、テフロンパットの磨耗の促進及び超音波プローブの応力増加という問題がある。しかし、このように、処置部２ｅの振幅値が中心値付近より高い場合、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が減少するため、処置部２ｅの振幅値が減少し、血管耐圧能力の低下、テフロンパットの磨耗の促進及び超音波プローブの応力増加を抑制することができる。
　次に、ハンドル２ｃの部品バラツキ等により、ハンドル２ｃの把持力量が変動した場合の処置部２ｅの振幅値の制御について説明する。
　把持力量が中心値付近の場合、処置部２ｅの負荷が中心値付近となる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が変動せず、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２及び抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１は変動しない。このため、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が変動しないため、処置部２ｅの振幅値は変動しない。
　把持力量が中心値付近より低い場合、処置部２ｅの負荷が小さくなる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が小さくなることと等化であり、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２が減少し、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が増加する。
　把持力量が中心値付近より低い場合、切開スピードが低下するという問題がある。しかし、このように、把持力量が中心値付近より低い場合、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が増加するため、処置部２ｅの振幅値が上昇し、切開スピードの低下を抑制することができる。
　把持力量が中心値付近より高い場合、処置部２ｅの負荷が大きくなる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が大きくなることと等化であり、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２が増加し、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が減少する。
　把持力量が中心値付近より高い場合、テフロンパットの磨耗の促進、超音波プローブの応力増加という問題がある。しかし、このように、把持力量が中心値付近より高い場合、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が減少するため、処置部２ｅの振幅値が減少し、テフロンパットの磨耗の促進及び超音波プローブの応力増加を抑制することができる。
　次に、処置部位の硬さが変動した場合の処置部２ｅの振幅値の制御について説明する。
　処置部位が血管等の普通の組織の場合、処置部２ｅの負荷が中心値付近となる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が変動せず、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２及び抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１は変動しない。このため、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が変動しないため、処置部２ｅの振幅値は変動しない。
　処置部位が腸間膜等の薄い組織の場合、処置部２ｅの負荷が小さくなる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が小さくなることと等化であり、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２が減少し、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が増加する。
　処置部位が腸間膜等の薄い組織の場合、切開スピードが低下するという問題がある。しかし、このように、処置部位が腸間膜等の薄い組織の場合、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が増加するため、処置部２ｅの振幅値が上昇し、切開スピードの低下を抑制することができる。
　処置部位が子宮靭帯等の硬い組織の場合、処置部２ｅの負荷が大きくなる。この場合、超音波振動子２ｆの抵抗Ｒ１の値が大きくなることと等化であり、無誘導抵抗Ｒ２に分流する電流Ｉ２が増加し、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が減少する。
　処置部位が子宮靭帯等の硬い組織の場合、超音波プローブの応力増加及び負荷が大きいため本体装置３が超音波出力できないという問題がある。しかし、このように、処置部位が子宮靭帯等の硬い組織の場合、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１が減少するため、処置部２ｅの振幅値が減少し、超音波プローブの応力増加及び負荷が大きいため本体装置３が超音波出力できないということを抑制することができる。
　以上のように、本実施の形態の超音波手術システム１では、本体装置３の出力トランスＴｒとハンドピース２内の超音波振動子２ｆとの間に並列に無誘導抵抗Ｒ２を設けることにより、本体装置３から超音波振動子２ｆに供給される電流を分流させるようにしている。これにより、処置部２ｅの負荷が大きくなった場合には、無誘導抵抗Ｒ２に流れる電流が増加し、超音波振動子２ｆに流れる電流が減少する。また、処置部２ｅの負荷が小さくなった場合には、無誘導抵抗Ｒ２に流れる電流が減少し、超音波振動子２ｆに流れる電流が増加する。
　この結果、超音波手術システム１は、処置部２ｅの負荷が大きくなった場合には、処置部２ｅの振幅値を小さくし、処置部２ｅの負荷が小さくなった場合には、処置部２ｅの振幅値を大きくすることができる。即ち、超音波手術システム１は、処置部２ｅの負荷が変動した場合でも、処置部２ｅの振幅値を中心値に近づけるように制御することができる。
　このように、超音波手術システム１は、ハンドピース２に設けた無誘導抵抗Ｒ２によって、出力トランスＴｒから出力された電流を分流させるとともに、処置部２ｅの負荷に応じて超音波振動子２ｆへ流れる電流を増加または減少させることが可能となる。これにより、超音波手術システム１は、処置部２ｅの負荷に応じて振幅値を自動的に調整することができる。
　この結果、本実施の形態の超音波手術システム１は、従来のように、本体装置にフィードバック用の制御プログラム及び制御部を設け、超音波振動子からのインピーダンスをフィードバックし、超音波振動子へ流れる電流を制御するフィードバック制御を行う必要がなくなる。
　よって、本実施の形態の超音波手術システム１によれば、フィードバック制御を行うための制御プログラム及び制御部を必要とせず、超音波振動子に流れる電流を制御することができる。
　本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
　本出願は、２０１０年４月９日に米国に仮出願された出願番号６１／３２２，５１０を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (9)

  1. 　駆動電流発生部と、
    　前記駆動電流発生部によって駆動される超音波振動子と、前記超音波振動子と連結され前記超音波振動子で発生した超音波振動により生体組織の処置を行う処置部とを含む駆動対象を備えた外科用処置具と、
    　前記駆動電流発生部と前記駆動対象との間に設けられ、かつ、前記処置部にかかる負荷状態に応じて前記駆動電流発生部から前記駆動対象に流れる電流を分流させて前記駆動対象に流れる電流量を調整することで前記超音波振動子の振幅調整を行う振幅調整部と、
    を備えることを特徴とする超音波手術システム。
  2. 　前記振幅調整部は、抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の超音波手術システム。
  3. 　前記抵抗は、無誘導抵抗であることを特徴とする請求項２に記載の超音波手術システム。
  4. 　前記抵抗は、前記デバイス内に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の超音波手術システム。
  5. 　前記抵抗の値は、前記駆動対象が有する超音波振動子の抵抗の値と略同一であることを特徴とする請求項２に記載の超音波手術システム。
  6. 　超音波振動子を含む駆動対象と、
    　前記駆動対象に並列に設けられ、かつ、前記駆動対象に流れる前記駆動対象を駆動させるための電流を分流させ、前記超音波振動子の振幅調整を行う振幅調整部と、
    を備えることを特徴とする外科用処置具。
  7. 　前記振幅調整部は、抵抗であることを特徴とする請求項６に記載の外科用処置具。
  8. 　前記抵抗は、無誘導抵抗であることを特徴とする請求項７に記載の外科用処置具。
  9. 　前記抵抗の値は、前記駆動対象が有する超音波振動子の抵抗の値と略同一であることを特徴とする請求項７に記載の外科用処置具。
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