JPH07106208B2 - 組織の超音波による外科的破砕・摘除装置 - Google Patents
組織の超音波による外科的破砕・摘除装置Info
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- JPH07106208B2 JPH07106208B2 JP62502478A JP50247887A JPH07106208B2 JP H07106208 B2 JPH07106208 B2 JP H07106208B2 JP 62502478 A JP62502478 A JP 62502478A JP 50247887 A JP50247887 A JP 50247887A JP H07106208 B2 JPH07106208 B2 JP H07106208B2
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、超音波装置、特に組織を超音波により外科的
に破砕し、摘除する超音波外科装置に関する。より詳し
くは、本発明は超音波で振動するチップ（先端部材）の
振動をパルス化し、あるいは変調して、そのデューティ
サイクル（使用サイクル）を制御し、その切断特性を改
良する装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、種々
のプログラムされたグループにおける所定の高振幅と低
振幅との間で、個々に分離した設定増分において、超音
波のデューティサイクルを連続的に制御する、あるいは
遠隔的に感知されたパラメータに連続的に応答して、動
作領域に伝えられた超音波エネルギーを正確に制御する
装置に関する。
に破砕し、摘除する超音波外科装置に関する。より詳し
くは、本発明は超音波で振動するチップ（先端部材）の
振動をパルス化し、あるいは変調して、そのデューティ
サイクル（使用サイクル）を制御し、その切断特性を改
良する装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、種々
のプログラムされたグループにおける所定の高振幅と低
振幅との間で、個々に分離した設定増分において、超音
波のデューティサイクルを連続的に制御する、あるいは
遠隔的に感知されたパラメータに連続的に応答して、動
作領域に伝えられた超音波エネルギーを正確に制御する
装置に関する。
各種の応用例に対して超音波エネルギーを効果的に利用
する装置類は、多くの様々な分野において周知である。
望ましくない組織をかなりの精密性と安全性をもって破
砕し、かつ摘除するために超音波振動外科装置を利用す
ることによって、多くの価値ある外科的処理が発達する
に至った。従って、身体から組織を破砕して外科的に摘
除するために、超音波吸引器を利用することは周知とな
っている。最初に、外科的吸引技術は、例えば米国特許
第3,589,363号および第3,693,613号に開示されているよ
うに、白内障組織の破砕および摘除に適用された。後に
なって、そのような技術は神経外科および他の専門外科
に適用されて、かなりの成功をおさめているが、ここに
おいて、精密に制御しながら、一層毎に組織を選択的に
摘除する小型の手で持てる装置による超音波技術の利用
が可能であることが証明された。
する装置類は、多くの様々な分野において周知である。
望ましくない組織をかなりの精密性と安全性をもって破
砕し、かつ摘除するために超音波振動外科装置を利用す
ることによって、多くの価値ある外科的処理が発達する
に至った。従って、身体から組織を破砕して外科的に摘
除するために、超音波吸引器を利用することは周知とな
っている。最初に、外科的吸引技術は、例えば米国特許
第3,589,363号および第3,693,613号に開示されているよ
うに、白内障組織の破砕および摘除に適用された。後に
なって、そのような技術は神経外科および他の専門外科
に適用されて、かなりの成功をおさめているが、ここに
おいて、精密に制御しながら、一層毎に組織を選択的に
摘除する小型の手で持てる装置による超音波技術の利用
が可能であることが証明された。
当業界で公知の幾つかの装置は、特徴として、約20〜30
KHzから約40〜50KHzまでの周波数でほぼ一定の振幅を有
する連続的振動を発生する。米国特許第3,589,363号に
は、白内障の摘除に利用されるのに特に適したこのよう
な装置の１つが記載されており、一方、米国特許第4,06
3,557号には、軟組織の摘除に適した装置が記載されて
いるが、この装置は血液の混合した非常にしなやかな弾
性組織を摘除するのに特に適している。このような装置
は、外科医が組織を破砕し、摘除しようとする場合、連
続的に動作し、そして一般に、足によるスイッチ（フッ
トスイッチ）の制御によって動作する。
KHzから約40〜50KHzまでの周波数でほぼ一定の振幅を有
する連続的振動を発生する。米国特許第3,589,363号に
は、白内障の摘除に利用されるのに特に適したこのよう
な装置の１つが記載されており、一方、米国特許第4,06
3,557号には、軟組織の摘除に適した装置が記載されて
いるが、この装置は血液の混合した非常にしなやかな弾
性組織を摘除するのに特に適している。このような装置
は、外科医が組織を破砕し、摘除しようとする場合、連
続的に動作し、そして一般に、足によるスイッチ（フッ
トスイッチ）の制御によって動作する。
広範囲の外科的処置においてこのような装置を利用しよ
うとする場合、幾つかの制限が生ずる。例えば、連続的
に振動する装置の作用の場合、幾つかのタイプの身体の
組織、骨あるいは結石を破砕する際に所望の効果を上げ
ていない。超音波周波数の範囲は、手で持てる装置の物
理的特徴によって限定されるので、チップにおいて利用
できる動きだけが、器具の切断特性を改良するための焦
点となっていた。このように焦点が限定された結果、幾
つかの利用例にとって効果がないことが明らかとなっ
た。その理由は、チップにおいて利用できる動きが不十
分であるために、外科的に許容できる速度で固い組織を
破砕し、摘除することができないからである、あるいは
利用できるストロークおよびストローク振幅が非常に大
きいので周囲の組織に損傷を与えすぎ、そして手術部位
における液体の蒸発のために外科医の視界を曖昧にする
からである。従って、当業界では、安全かつ有効な組織
摘除のために、振動装置の切断範囲および効率を拡大し
得る方法ならびに超音波装置を必要としてきたのであ
る。
うとする場合、幾つかの制限が生ずる。例えば、連続的
に振動する装置の作用の場合、幾つかのタイプの身体の
組織、骨あるいは結石を破砕する際に所望の効果を上げ
ていない。超音波周波数の範囲は、手で持てる装置の物
理的特徴によって限定されるので、チップにおいて利用
できる動きだけが、器具の切断特性を改良するための焦
点となっていた。このように焦点が限定された結果、幾
つかの利用例にとって効果がないことが明らかとなっ
た。その理由は、チップにおいて利用できる動きが不十
分であるために、外科的に許容できる速度で固い組織を
破砕し、摘除することができないからである、あるいは
利用できるストロークおよびストローク振幅が非常に大
きいので周囲の組織に損傷を与えすぎ、そして手術部位
における液体の蒸発のために外科医の視界を曖昧にする
からである。従って、当業界では、安全かつ有効な組織
摘除のために、振動装置の切断範囲および効率を拡大し
得る方法ならびに超音波装置を必要としてきたのであ
る。
従って、もう１つの全体的な目的は、組織に伝達される
際にエネルギーを正確に制御して硬組織と軟組織の両方
におけるその切断作用を高め、一方、周囲組織の温度を
設定レベル以下に保持する超音波装置を提供することに
ある。この関係においては、許容できる平均エネルギー
を超えないで、他のやり方で外科的に許容され得るより
も高いストロークレベルを利用すること、すなわち、よ
り低いストロークレベルで、より高いストロークレベル
の効果をシュミレートすることが望ましい。また、軟組
織を破砕するときに可視度（可視性）および切断作用の
制御を改善すること、および従来技術装置の特徴である
周囲組織領域への損傷なしに、改良されたしかも安全な
破砕のためにより高いストロークレベルを利用すること
も、本発明の目的である。
際にエネルギーを正確に制御して硬組織と軟組織の両方
におけるその切断作用を高め、一方、周囲組織の温度を
設定レベル以下に保持する超音波装置を提供することに
ある。この関係においては、許容できる平均エネルギー
を超えないで、他のやり方で外科的に許容され得るより
も高いストロークレベルを利用すること、すなわち、よ
り低いストロークレベルで、より高いストロークレベル
の効果をシュミレートすることが望ましい。また、軟組
織を破砕するときに可視度（可視性）および切断作用の
制御を改善すること、および従来技術装置の特徴である
周囲組織領域への損傷なしに、改良されたしかも安全な
破砕のためにより高いストロークレベルを利用すること
も、本発明の目的である。
さらに、幾つかのタイプの癌性のおよび腫瘍性の組織を
精密に制御して加熱することによって有効な効果をもた
らし得ることは公知であるので、本発明の別の目的は、
腫瘍、増殖の周囲の組織の温度を設定レベルに正確に上
昇させる装置を提供することにある。
精密に制御して加熱することによって有効な効果をもた
らし得ることは公知であるので、本発明の別の目的は、
腫瘍、増殖の周囲の組織の温度を設定レベルに正確に上
昇させる装置を提供することにある。
従来技術の概念からは、このような本発明が示唆される
ものでないことは明らかである。例えば、米国特許第3,
812,858号には、組織の抵抗に従って、患者に活性電極
によりRF電力を規則的に与え、さらに有効電流の周期を
調節し、かつ患者への有効電流を反復的に中断するデュ
ーティサイクルタイマを組入れた、当業者には周知の歯
科用電気外科装置が記載されている。しかし、このよう
な比較的長い中断期間は、それによって外科医が手術中
の恐らく重大な時点において電力の再印加を待たねばな
らないので、超音波装置には実用不可能であり、そして
このような技術は、本発明が関連するタイプの超音波外
科装置には適用されなかった。
ものでないことは明らかである。例えば、米国特許第3,
812,858号には、組織の抵抗に従って、患者に活性電極
によりRF電力を規則的に与え、さらに有効電流の周期を
調節し、かつ患者への有効電流を反復的に中断するデュ
ーティサイクルタイマを組入れた、当業者には周知の歯
科用電気外科装置が記載されている。しかし、このよう
な比較的長い中断期間は、それによって外科医が手術中
の恐らく重大な時点において電力の再印加を待たねばな
らないので、超音波装置には実用不可能であり、そして
このような技術は、本発明が関連するタイプの超音波外
科装置には適用されなかった。
米国特許第4,343,111号に説明されている超音波機械加
工の方法ならびに装置においては、工作機械に加えられ
る振動発振は、不規則な断面を超音波加工するために同
期的に中断され、発振は一連の時間間隔を置いたバース
ト（破裂波）形式で与えられる。このような装置は、超
音波手術あるいは器械に応用できることは考えられず、
そしてそこに説明された技術は、本発明によって解決さ
れる問題に適用することはできない。
工の方法ならびに装置においては、工作機械に加えられ
る振動発振は、不規則な断面を超音波加工するために同
期的に中断され、発振は一連の時間間隔を置いたバース
ト（破裂波）形式で与えられる。このような装置は、超
音波手術あるいは器械に応用できることは考えられず、
そしてそこに説明された技術は、本発明によって解決さ
れる問題に適用することはできない。
本発明の上述した目的および他の目的は、添付の図面と
関連して、以下の本発明についての説明を考察すること
によって明らかになるであろう。
関連して、以下の本発明についての説明を考察すること
によって明らかになるであろう。
発明の概要 本発明の上記目的を達成し、かつ上述した問題に解決を
与えるために、本発明による装置は、超音波により作動
するハンドピースと、超音波発生器と、制御装置と、制
御装置と協働する制御パネルと、ハンドピースに伝えら
れる電力のオン／オフ状態を制御するフットスイッチと
を備えるタイプの外科装置の改良を含む。この改良は、
システム応答および最適破砕速度によって決定された繰
返し率で、比較的高速度で、超音波振動するチップを周
期的にパルス化する手段からなる。好適な実施態様にお
いては、超音波振動するチップに連続的に供給される電
力のオン／オフ状態は、約１対２（50％）から約１対６
（16.67％）の範囲内でのデューティサイクルにおい
て、約33Hzの周波数で、オンとオフの状態の間でパルス
化される。あるいはまた、電力供給は、超音波振動する
チップの振幅をパルス周波数に従って高振幅と比較的低
い振幅との間で変化せしめるような割合で、パルス化さ
れる。従って、超音波チップに与えられる波形は、事実
上、周期的に与えられるパルス変調波によって変調され
た約23KHzの超音波搬送波となっている。当業界で公知
の装置と協働してこの結果を達成する回路手段が、代表
的に例示されている。
与えるために、本発明による装置は、超音波により作動
するハンドピースと、超音波発生器と、制御装置と、制
御装置と協働する制御パネルと、ハンドピースに伝えら
れる電力のオン／オフ状態を制御するフットスイッチと
を備えるタイプの外科装置の改良を含む。この改良は、
システム応答および最適破砕速度によって決定された繰
返し率で、比較的高速度で、超音波振動するチップを周
期的にパルス化する手段からなる。好適な実施態様にお
いては、超音波振動するチップに連続的に供給される電
力のオン／オフ状態は、約１対２（50％）から約１対６
（16.67％）の範囲内でのデューティサイクルにおい
て、約33Hzの周波数で、オンとオフの状態の間でパルス
化される。あるいはまた、電力供給は、超音波振動する
チップの振幅をパルス周波数に従って高振幅と比較的低
い振幅との間で変化せしめるような割合で、パルス化さ
れる。従って、超音波チップに与えられる波形は、事実
上、周期的に与えられるパルス変調波によって変調され
た約23KHzの超音波搬送波となっている。当業界で公知
の装置と協働してこの結果を達成する回路手段が、代表
的に例示されている。
本発明の別の側面によれば、超音波振動するチップを比
較的高速度でオンとオフにパルス化して、骨、軟骨およ
び他の硬組織に対する改良された急速な切断作用を達成
する装置が提供される。このような装置によれば、周囲
の骨および軟骨の熱傷あるいは不利な加熱を避けあるい
は低減する一方、そのような硬組織を介してチップを前
進させるに要する力を明らかに低減させることができ
る。それはまた、別の装置であれば担当外科医の視界を
曇らすこともあり得る洗浄液、組織および他の流体の蒸
発を阻止する。この装置は、（ａ）デューティサイク
ル、すなわちオン時間対オフ時間の制限段階において、
すなわちより少ないストロークにより、器械は相当する
組織の損傷を周囲領域に与えることなく、改良された安
全な破砕を行なうより高いストロークレベルを達成する
ことができ、（ｂ）所定レベルのエネルギーあるいは熱
を腫瘍あるいは悪性の腫瘍を取巻く組織に付与し、そこ
にある望ましくない細胞を弱らせあるいは破壊するよう
にデューティサイクルを設定すること特徴としている。
本発明の装置によれば、装置のデューフィサイクルは、
個々に分離した設定増分で、種々の予めプログラムされ
たグループで連続的に制御され、あるいは、閉グループ
系を形成する動作フィールドにおける温度のような遠隔
的に感知されたパラメータに基づいて連続的に制御され
る。本発明による装置を達成するための回路手段を開示
する。
較的高速度でオンとオフにパルス化して、骨、軟骨およ
び他の硬組織に対する改良された急速な切断作用を達成
する装置が提供される。このような装置によれば、周囲
の骨および軟骨の熱傷あるいは不利な加熱を避けあるい
は低減する一方、そのような硬組織を介してチップを前
進させるに要する力を明らかに低減させることができ
る。それはまた、別の装置であれば担当外科医の視界を
曇らすこともあり得る洗浄液、組織および他の流体の蒸
発を阻止する。この装置は、（ａ）デューティサイク
ル、すなわちオン時間対オフ時間の制限段階において、
すなわちより少ないストロークにより、器械は相当する
組織の損傷を周囲領域に与えることなく、改良された安
全な破砕を行なうより高いストロークレベルを達成する
ことができ、（ｂ）所定レベルのエネルギーあるいは熱
を腫瘍あるいは悪性の腫瘍を取巻く組織に付与し、そこ
にある望ましくない細胞を弱らせあるいは破壊するよう
にデューティサイクルを設定すること特徴としている。
本発明の装置によれば、装置のデューフィサイクルは、
個々に分離した設定増分で、種々の予めプログラムされ
たグループで連続的に制御され、あるいは、閉グループ
系を形成する動作フィールドにおける温度のような遠隔
的に感知されたパラメータに基づいて連続的に制御され
る。本発明による装置を達成するための回路手段を開示
する。
図面の簡単な説明 本発明のその他の特徴、図面および特性は、以下の説明
から明らかになるであろう。
から明らかになるであろう。
図面において、 第１図は、当業界で公知の超音波外科装置の機能ブロッ
ク図であり、 第２図は、本発明が適用され得る第１図の一部分の機能
ブロック図であり、 第3A図〜第3E図は、従来技術における超音波振動ハンド
ピースに対する超音波の連続的伝達を示す図であって、
本発明によって変更された、ストローク振幅の手動調整
された変化例および変調された変化例を示し、 第４図は、第１図の装置を制御し、さらに温度応答入力
を有する破砕速度制御回路のブロック図であり、 第５図は、第４図と類似した回路のブロック図であっ
て、特定の制御器回路によるパルス波変更を利用して温
度制御を行なう装置を示し、 第６図は、連続的にオン時間を調整するための可変パル
ス制御装置を有する好適な実施態様による超音波外科吸
引器用の入力制御回路のブロック図であり、 第７図は、動作フィールドの温度を制御する、本発明の
別の実施態様による超音波外科吸引器用の他の入力制御
回路の概略図であり、 第８図は、連続的、個別的なオン時間調整を行なうため
の代表的な入力制御回路であり、そして 第９図は、所定のシーケンスに従ってバースト変調パル
スを発生する入力制御回路を示す。
ク図であり、 第２図は、本発明が適用され得る第１図の一部分の機能
ブロック図であり、 第3A図〜第3E図は、従来技術における超音波振動ハンド
ピースに対する超音波の連続的伝達を示す図であって、
本発明によって変更された、ストローク振幅の手動調整
された変化例および変調された変化例を示し、 第４図は、第１図の装置を制御し、さらに温度応答入力
を有する破砕速度制御回路のブロック図であり、 第５図は、第４図と類似した回路のブロック図であっ
て、特定の制御器回路によるパルス波変更を利用して温
度制御を行なう装置を示し、 第６図は、連続的にオン時間を調整するための可変パル
ス制御装置を有する好適な実施態様による超音波外科吸
引器用の入力制御回路のブロック図であり、 第７図は、動作フィールドの温度を制御する、本発明の
別の実施態様による超音波外科吸引器用の他の入力制御
回路の概略図であり、 第８図は、連続的、個別的なオン時間調整を行なうため
の代表的な入力制御回路であり、そして 第９図は、所定のシーケンスに従ってバースト変調パル
スを発生する入力制御回路を示す。
好適な実施態様の詳細な説明 通常の従来技術による装置に対して、本発明による装置
をより良く理解するために、本出願人から市販されてい
るような従来の装置について、第１図に関連して説明す
る。第１図のブロック図は、現在、CUSA NS−100の商標
で市場において市販されている装置を表わす。参照数字
10で示されるこの装置は、身体から組織を有効に摘除す
るためにハンドピース12において利用できる幾つかの主
機能装置を組入れている。これらの装置には、参照数字
14で示される振動装置、洗滌装置15、吸引装置16、およ
びハンドピース冷却装置17が含まれており、これらは周
知の制御装置18と協働する。超音波振動外科手術用チッ
プ11は、ハンドピース12の一部を形成し、そして長手方
向に振動され、それによってその端と接触させて組織を
破砕する。このような実施態様において、振動レベルは
手動で、連続して調整することができて、チップの振幅
を変える。洗滌装置は、手術用チップ11の外表面と内表
面の間の凝固空間へのIV源（点滴源）からの殺菌した洗
滌溶液の流量を制御して、動作フィールドに入りかつ破
砕された少片を保留しているチップ11の近くでその流体
を排出させる。吸引装置16には、中空の手術用チップ11
に吸引力を作用させて、チップ11の端を介して流体を吸
引し、使い捨て容器に入れるためのポンプが含まれてい
る。
をより良く理解するために、本出願人から市販されてい
るような従来の装置について、第１図に関連して説明す
る。第１図のブロック図は、現在、CUSA NS−100の商標
で市場において市販されている装置を表わす。参照数字
10で示されるこの装置は、身体から組織を有効に摘除す
るためにハンドピース12において利用できる幾つかの主
機能装置を組入れている。これらの装置には、参照数字
14で示される振動装置、洗滌装置15、吸引装置16、およ
びハンドピース冷却装置17が含まれており、これらは周
知の制御装置18と協働する。超音波振動外科手術用チッ
プ11は、ハンドピース12の一部を形成し、そして長手方
向に振動され、それによってその端と接触させて組織を
破砕する。このような実施態様において、振動レベルは
手動で、連続して調整することができて、チップの振幅
を変える。洗滌装置は、手術用チップ11の外表面と内表
面の間の凝固空間へのIV源（点滴源）からの殺菌した洗
滌溶液の流量を制御して、動作フィールドに入りかつ破
砕された少片を保留しているチップ11の近くでその流体
を排出させる。吸引装置16には、中空の手術用チップ11
に吸引力を作用させて、チップ11の端を介して流体を吸
引し、使い捨て容器に入れるためのポンプが含まれてい
る。
超音波発生装置20は、超音波周波数での電気エネルギー
をハンドピース12、特にその内部の駆動コイルに与え
て、チップ11の振動ストロークを制御する。前述の装置
および超音波発生装置の各々は、制御パネル21と協働す
る制御・インタロック装置18によって制御される。操作
においては、制御パネル21における適切な押しボタンに
よって装置10がオンした後、ハンドピース12の振動およ
び超音波発生装置20からハンドピース12への超音波エネ
ルギーの伝達は、外科医によって操作されるフットスイ
ッチ22の制御下に置かれる。この装置において、フット
スイッチ22が押されて装置10がオン状態にある間、発生
装置20からの超音波エネルギーは連続的に、途切れるこ
となくチップ11すなわちハンドピース12に与えられる。
をハンドピース12、特にその内部の駆動コイルに与え
て、チップ11の振動ストロークを制御する。前述の装置
および超音波発生装置の各々は、制御パネル21と協働す
る制御・インタロック装置18によって制御される。操作
においては、制御パネル21における適切な押しボタンに
よって装置10がオンした後、ハンドピース12の振動およ
び超音波発生装置20からハンドピース12への超音波エネ
ルギーの伝達は、外科医によって操作されるフットスイ
ッチ22の制御下に置かれる。この装置において、フット
スイッチ22が押されて装置10がオン状態にある間、発生
装置20からの超音波エネルギーは連続的に、途切れるこ
となくチップ11すなわちハンドピース12に与えられる。
超音波発生装置20は、好ましくは23KHzの周波数で、か
つハンドピース・フィードバックコイルから発生した信
号によって、ハンドピース12のチップ11に駆動力を供給
するが、このフィードバックコイルはチップのストロー
クの振幅を監視し、かつ制御する。従来技術によるフィ
ードバック制御装置は、米国特許第4,036,557号に示さ
れているが、上記装置はこれらの機能を達成するために
利用することができる。上記米国特許の開示内容は引例
として本明細書中に引用加入する。その構成態様におい
て、制御装置18には、制御回路モジュールにおける入力
リレーにより回路における振動を調整するために、フッ
トスイッチ22と協働する制御入力が含まれている。この
フットスイッチは連続するオン／オフ状態を制御する制
御入力に接続されている。実際の実施態様では、制御装
置18には多くの他の制御補助装置が含まれているが、そ
れらはここで開示される本発明に関連したり、あるいは
それによって変更されるものではない。
つハンドピース・フィードバックコイルから発生した信
号によって、ハンドピース12のチップ11に駆動力を供給
するが、このフィードバックコイルはチップのストロー
クの振幅を監視し、かつ制御する。従来技術によるフィ
ードバック制御装置は、米国特許第4,036,557号に示さ
れているが、上記装置はこれらの機能を達成するために
利用することができる。上記米国特許の開示内容は引例
として本明細書中に引用加入する。その構成態様におい
て、制御装置18には、制御回路モジュールにおける入力
リレーにより回路における振動を調整するために、フッ
トスイッチ22と協働する制御入力が含まれている。この
フットスイッチは連続するオン／オフ状態を制御する制
御入力に接続されている。実際の実施態様では、制御装
置18には多くの他の制御補助装置が含まれているが、そ
れらはここで開示される本発明に関連したり、あるいは
それによって変更されるものではない。
制御パネル21には、ハンドピースの振動するチップ11に
対して最大ストローク振幅を調整するポテンショメータ
24が含まれており、それは通常、外科医によって設定さ
れる。従って、装置10への電力をオンにして、フットス
イッチ22を押すと、超音波電力は、連続的にかつ選択調
整可能に、超音波発生装置20からハンドピース12に、従
って振動するチップ11に伝えられる。第3A図は、23KHz
の代表的周波数で、曲線21におけるそのようなエネルギ
ーの連続的付加を示す。曲線21aで示されるように、ス
トロークの振幅は、フットスイッチがオフの間（ポテン
ショメータ24の調整によって）調整することができ、そ
れによってチップに対して別のストローク振幅が確立さ
れる。
対して最大ストローク振幅を調整するポテンショメータ
24が含まれており、それは通常、外科医によって設定さ
れる。従って、装置10への電力をオンにして、フットス
イッチ22を押すと、超音波電力は、連続的にかつ選択調
整可能に、超音波発生装置20からハンドピース12に、従
って振動するチップ11に伝えられる。第3A図は、23KHz
の代表的周波数で、曲線21におけるそのようなエネルギ
ーの連続的付加を示す。曲線21aで示されるように、ス
トロークの振幅は、フットスイッチがオフの間（ポテン
ショメータ24の調整によって）調整することができ、そ
れによってチップに対して別のストローク振幅が確立さ
れる。
第２図は、第１図のブロック図の一部分の簡略化したブ
ロック図で、本発明の基本的概念を示す。スイッチング
回路26は制御装置18に接続され、そしてそれと共働して
超音波発生装置20から振動チップ11への超音波振動を周
期的に中断する。スイッチング制御回路26と制御装置18
の間の接続は、実線27で描かれている。しかし、破線27
a,27b,27c、および27dで示されるように、回路26は、選
択的に、他の装置と接続する、すなわち協働することも
できる。実際には、フットスイッチ22が押されている
間、ハンドピース12に一般に与えられる超音波搬送波形
は（第3A図）、第3B図および第3C図で示されるような変
調波形によって変調されて、説明する理由のために、チ
ップ11によって図示される超音波電力を急速に中断し、
従って第3E図における一般の場合として示される付加波
形を発生する。
ロック図で、本発明の基本的概念を示す。スイッチング
回路26は制御装置18に接続され、そしてそれと共働して
超音波発生装置20から振動チップ11への超音波振動を周
期的に中断する。スイッチング制御回路26と制御装置18
の間の接続は、実線27で描かれている。しかし、破線27
a,27b,27c、および27dで示されるように、回路26は、選
択的に、他の装置と接続する、すなわち協働することも
できる。実際には、フットスイッチ22が押されている
間、ハンドピース12に一般に与えられる超音波搬送波形
は（第3A図）、第3B図および第3C図で示されるような変
調波形によって変調されて、説明する理由のために、チ
ップ11によって図示される超音波電力を急速に中断し、
従って第3E図における一般の場合として示される付加波
形を発生する。
第２図に示される装置は、スイッチングないし変調制御
回路26によって、超音波発生装置のための超音波電力が
ハンドピース12のチップ11に精密に制御された態様で伝
えられるように配置され、構成されている。本発明の一
側面においては、好ましくは23KHzで伝えられる超音波
電力は、スイッチング制御回路26からの変調出力によっ
て周期的に中断され、制御パネル上のポテンショメータ
24にセットする制御振幅によって支配される高振幅と、
適切な低レベルに電子的に決定される低振幅との間で、
ハンドピース12へ伝えられる波形の振幅を連続的に変化
させる。この方法による本発明の別の側面は、第3D図に
示されるように、所定の高振幅と、変調された周期的ベ
ースでのオフ状態との間で振幅を変えることである。繰
返し率は、フットスイッチが押されている間、外科医
が、機械が作動するのを待っているという落着かない感
じを持たないように、また伝えられた超音波信号の周期
的中断が外科医の手術に有利な効果をもたらすように、
十分な速さに決定される。このように、繰返し率は、外
科医がハンドピースが止まったことに気付かないように
十分に高くなければならない。従って、例えば、適切な
繰返し率は少なくとも30Hz以上であると考えられ、そし
て正確な周波数はシステム応答および特定の硬組織に対
する最適破砕速度によって決定される。
回路26によって、超音波発生装置のための超音波電力が
ハンドピース12のチップ11に精密に制御された態様で伝
えられるように配置され、構成されている。本発明の一
側面においては、好ましくは23KHzで伝えられる超音波
電力は、スイッチング制御回路26からの変調出力によっ
て周期的に中断され、制御パネル上のポテンショメータ
24にセットする制御振幅によって支配される高振幅と、
適切な低レベルに電子的に決定される低振幅との間で、
ハンドピース12へ伝えられる波形の振幅を連続的に変化
させる。この方法による本発明の別の側面は、第3D図に
示されるように、所定の高振幅と、変調された周期的ベ
ースでのオフ状態との間で振幅を変えることである。繰
返し率は、フットスイッチが押されている間、外科医
が、機械が作動するのを待っているという落着かない感
じを持たないように、また伝えられた超音波信号の周期
的中断が外科医の手術に有利な効果をもたらすように、
十分な速さに決定される。このように、繰返し率は、外
科医がハンドピースが止まったことに気付かないように
十分に高くなければならない。従って、例えば、適切な
繰返し率は少なくとも30Hz以上であると考えられ、そし
て正確な周波数はシステム応答および特定の硬組織に対
する最適破砕速度によって決定される。
変調周波数の繰返し率によって、第3E図に示されるよう
な伝達された変調超音波搬送波形の波形を作り出す。従
って、第3E図は、第3B図に変調されずに示されているも
のの変調された23KHz搬送波を示しているが、これは、
第１図の実施態様で通常与えられる超音波エネルギーを
表わす、フットスイッチ22が押されている間に、スイッ
チング制御回路26によって確保される高／低（すなわち
オン／オフ）変調効果に従って変調されて伝達されたも
のである。
な伝達された変調超音波搬送波形の波形を作り出す。従
って、第3E図は、第3B図に変調されずに示されているも
のの変調された23KHz搬送波を示しているが、これは、
第１図の実施態様で通常与えられる超音波エネルギーを
表わす、フットスイッチ22が押されている間に、スイッ
チング制御回路26によって確保される高／低（すなわち
オン／オフ）変調効果に従って変調されて伝達されたも
のである。
第3E図の波形は、現在のところ第3D図に示されるような
オン／オフ波形より好ましいとされているが、それは電
気音響装置の諸問題の１つが、機械的間隔において、始
動しかつ停止することが困難であり、そして比較的おそ
いことにあるという理由による。その相対的な低速さ
は、始動あるいは繰返し率を制限する装置の電子部分に
よってではなく、むしろ振動器それ自体の機械部品によ
って定められる。ハンドピース12の振動チップの振動を
開始させるのに、数十ミリ秒にもなるかなりの時間量を
要することが分っている。この始動あるいは過渡期間
中、チップ11に対する駆動回路にとっての条件は、負荷
が非常に低く、そして誘導性から容量性に変わるという
点で、比較的不利である。従って、これら不利な条件
は、ハンドピース12上の振動器の物理的特性においてお
よびチップ11によって調節されて、付加的な応力を処理
しなければならない。さらに、振動チップ11がそのよう
な重要な付加的応力にさらされる場合、より短い、恐ら
くかなり短い耐用期間を生ずる結果になるのであろう。
オン／オフ波形より好ましいとされているが、それは電
気音響装置の諸問題の１つが、機械的間隔において、始
動しかつ停止することが困難であり、そして比較的おそ
いことにあるという理由による。その相対的な低速さ
は、始動あるいは繰返し率を制限する装置の電子部分に
よってではなく、むしろ振動器それ自体の機械部品によ
って定められる。ハンドピース12の振動チップの振動を
開始させるのに、数十ミリ秒にもなるかなりの時間量を
要することが分っている。この始動あるいは過渡期間
中、チップ11に対する駆動回路にとっての条件は、負荷
が非常に低く、そして誘導性から容量性に変わるという
点で、比較的不利である。従って、これら不利な条件
は、ハンドピース12上の振動器の物理的特性においてお
よびチップ11によって調節されて、付加的な応力を処理
しなければならない。さらに、振動チップ11がそのよう
な重要な付加的応力にさらされる場合、より短い、恐ら
くかなり短い耐用期間を生ずる結果になるのであろう。
従って、始動時間を短縮し、かつ電子部品と機械部品の
両方に関連する応力を低減するために、第3D図で示され
る本発明の１実施態様におけるように、振動を完全に止
めるのでなく、２つの振幅間で、すなわち第3E図に示さ
れるように、制御パネル21のポテンショメータ24を操作
することによって外科医が選択する作業振幅AHIと、低
振幅になるであろうスタンバイ振幅ALOWとの間で、スイ
ッチする方が有利である。低振幅は、本発明の別の実施
態様におけるように、電子的に設定することもできる
し、あるいはまた、装置の振動を維持させておくことが
その唯一の機能であるように実用的に低くするこもでき
る。一方、低振幅はまた、外科医によって調整されるこ
ともできる。
両方に関連する応力を低減するために、第3D図で示され
る本発明の１実施態様におけるように、振動を完全に止
めるのでなく、２つの振幅間で、すなわち第3E図に示さ
れるように、制御パネル21のポテンショメータ24を操作
することによって外科医が選択する作業振幅AHIと、低
振幅になるであろうスタンバイ振幅ALOWとの間で、スイ
ッチする方が有利である。低振幅は、本発明の別の実施
態様におけるように、電子的に設定することもできる
し、あるいはまた、装置の振動を維持させておくことが
その唯一の機能であるように実用的に低くするこもでき
る。一方、低振幅はまた、外科医によって調整されるこ
ともできる。
第3C図の変調周波数が、変調波の周期率を決定し、そし
て高振幅の付加と低振幅の付加との間の相対周期がデュ
ーティサイクルを決定する。従って、第3E図では、周期
Ｔに対して、デューティサイクルはT1/T1＋T2の比率に
よって決定される。ここで、周期ＴはT1＋T2の和によっ
て決定され、T1は振幅が高である期間であり、そしてT2
は振幅が低である期間である。換言すれば、デューティ
サイクルは、各サイクルにおける電力の全付加期間に対
する高電力の付加期間の比率である。従って、超音波発
生装置20からハンドピース12へ与えられる超音波エネル
ギーに対するデューティサイクルを制御することが、本
発明の方法ならびに装置のもう１つの側面である。
て高振幅の付加と低振幅の付加との間の相対周期がデュ
ーティサイクルを決定する。従って、第3E図では、周期
Ｔに対して、デューティサイクルはT1/T1＋T2の比率に
よって決定される。ここで、周期ＴはT1＋T2の和によっ
て決定され、T1は振幅が高である期間であり、そしてT2
は振幅が低である期間である。換言すれば、デューティ
サイクルは、各サイクルにおける電力の全付加期間に対
する高電力の付加期間の比率である。従って、超音波発
生装置20からハンドピース12へ与えられる超音波エネル
ギーに対するデューティサイクルを制御することが、本
発明の方法ならびに装置のもう１つの側面である。
本発明によるそのような装置によって、超音波外科装置
10の破砕速度が制御されるのであるが、この装置におい
て外科医はデューティサイクルを選択することができ
る、すなわちデューティサイクルは、デューティサイク
ルを変更するために発生された制御信号に応答して、電
子的にあるいは自動的にさえもセットすることができ
る。さらに、振動チップ11の高ストロークと低ストロー
クを付加する周期および相対的振幅を変えることによっ
て可変デューティサイクルを利用することで、動作領域
をとり巻く組織の温度を制御する作用をする。従って、
デューティサイクルをそのように制御することによっ
て、変調波の周期内のある限られた期間中、ストローク
を高振幅に増加することによって硬組織が破砕されるこ
とができるが、一方、その組織に伝達される熱を制御す
ることもできるのである。組織が破砕されるとき、超音
波エネルギーがハンドピースのチップから組織へ伝達さ
れることは知られている。伝達されるエネルギーのある
部分は組織を破砕するのに利用されるが、その一部分は
組織によって吸収され、それを加熱する結果となる。あ
る極端な場合、組織が焼かれあるいは気化して、望もし
くない効果を生ずることもあり得る。従って、本発明で
利用されるタイプの制御は、健康な組織が破壊点まで過
熱されるのを防止する。
10の破砕速度が制御されるのであるが、この装置におい
て外科医はデューティサイクルを選択することができ
る、すなわちデューティサイクルは、デューティサイク
ルを変更するために発生された制御信号に応答して、電
子的にあるいは自動的にさえもセットすることができ
る。さらに、振動チップ11の高ストロークと低ストロー
クを付加する周期および相対的振幅を変えることによっ
て可変デューティサイクルを利用することで、動作領域
をとり巻く組織の温度を制御する作用をする。従って、
デューティサイクルをそのように制御することによっ
て、変調波の周期内のある限られた期間中、ストローク
を高振幅に増加することによって硬組織が破砕されるこ
とができるが、一方、その組織に伝達される熱を制御す
ることもできるのである。組織が破砕されるとき、超音
波エネルギーがハンドピースのチップから組織へ伝達さ
れることは知られている。伝達されるエネルギーのある
部分は組織を破砕するのに利用されるが、その一部分は
組織によって吸収され、それを加熱する結果となる。あ
る極端な場合、組織が焼かれあるいは気化して、望もし
くない効果を生ずることもあり得る。従って、本発明で
利用されるタイプの制御は、健康な組織が破壊点まで過
熱されるのを防止する。
一方では、このような制御は腫瘍細胞を治療処置するこ
とに価値がある。若干の急速に増殖する腫瘍細胞は上昇
温度に敏感であり、かつそのような高温によって損傷を
受けることは知られている。本発明の別の側面によれ
ば、摘除しようとする腫瘍性組織に隣接する健康な組織
の温度を感知することによって、感知された温度を利用
して高ストロークと低ストロークのデューティサイクル
を自動的に変化させ、隣接する健康な組織を破壊するこ
となく、腫瘍の温度信号を最大値に上げることができ
る。この適用方法に従えば、低振幅は、例えば１ミル以
下のようにできるだけ低くセットされるべきであり、そ
してデューティサイクルは約10％から約95％まで、殆ど
100％近くまで、温度の関数として変えることができ
る。
とに価値がある。若干の急速に増殖する腫瘍細胞は上昇
温度に敏感であり、かつそのような高温によって損傷を
受けることは知られている。本発明の別の側面によれ
ば、摘除しようとする腫瘍性組織に隣接する健康な組織
の温度を感知することによって、感知された温度を利用
して高ストロークと低ストロークのデューティサイクル
を自動的に変化させ、隣接する健康な組織を破壊するこ
となく、腫瘍の温度信号を最大値に上げることができ
る。この適用方法に従えば、低振幅は、例えば１ミル以
下のようにできるだけ低くセットされるべきであり、そ
してデューティサイクルは約10％から約95％まで、殆ど
100％近くまで、温度の関数として変えることができ
る。
本発明による装置を構成する作動回路は、温度の関数と
してスイッチを制御する信号を利用するという本発明の
１側面の元に変形された、電源をスイッチするのに使用
されている標準的なPWM制御装置を利用する。スイッチ
ング周波数が、例えば30〜100Hz範囲内の低レベルにあ
る。
してスイッチを制御する信号を利用するという本発明の
１側面の元に変形された、電源をスイッチするのに使用
されている標準的なPWM制御装置を利用する。スイッチ
ング周波数が、例えば30〜100Hz範囲内の低レベルにあ
る。
従って、第２図は、第１図に示される手術用吸引器10の
従来の制御装置18を変更するための機能ブロック図を示
す。主として、現存の低振幅調整ポテンショメータを付
加するように、そして制御されたスイッチと組み合わせ
てスイッチング回路の高調整ポテンショメータを利用す
るように変更されて、本発明の所望の結果を達成する。
従来の制御装置18を変更するための機能ブロック図を示
す。主として、現存の低振幅調整ポテンショメータを付
加するように、そして制御されたスイッチと組み合わせ
てスイッチング回路の高調整ポテンショメータを利用す
るように変更されて、本発明の所望の結果を達成する。
従って、第４図でより特定して示されるように、破線40
の右側で示されるCUSA100用のスイッチング回路は、全
体的に参照数字41で示されるデューティサイクル変調器
を含むことで変更されている。一実施態様においては、
デューティサイクル変調器41は、全体的に参照数字42で
示される選択されたパラメータの熱探触子あるいは他の
遠隔センサに応答する。制御パネルの高振幅調整ポテン
ショメータ24は、ポテンショメータ43を備えるものとし
て示されており、現存の装置に装着されているバイアス
電源は44で、振動調整制御装置は45で示されている。バ
イアス電源44はまた、低振幅調整ポテンショメータ46に
接続されており、ポテンショメータ46は低振幅制御スイ
ッチ47のための入力を与えている。高振幅制御スイッチ
48は、その入力制御が高振幅調整ポテンショメータ43上
のワイパ49に接続されている。
の右側で示されるCUSA100用のスイッチング回路は、全
体的に参照数字41で示されるデューティサイクル変調器
を含むことで変更されている。一実施態様においては、
デューティサイクル変調器41は、全体的に参照数字42で
示される選択されたパラメータの熱探触子あるいは他の
遠隔センサに応答する。制御パネルの高振幅調整ポテン
ショメータ24は、ポテンショメータ43を備えるものとし
て示されており、現存の装置に装着されているバイアス
電源は44で、振動調整制御装置は45で示されている。バ
イアス電源44はまた、低振幅調整ポテンショメータ46に
接続されており、ポテンショメータ46は低振幅制御スイ
ッチ47のための入力を与えている。高振幅制御スイッチ
48は、その入力制御が高振幅調整ポテンショメータ43上
のワイパ49に接続されている。
発振器50は30Hz以上の、所望の周波数で動作するようセ
ットされており、比較器51に対する傾斜電圧を発生す
る。発振器は、抵抗器53を介して、アース52のような基
準電位電源に接続され、一方、比較器51への入力は、コ
ンデンサ54を介して基準電位電源52に接続される。基準
信号、すなわち遠隔センサ42からの出力信号は、誤り増
幅器56を介して、比較器51の他の入力に与えられる。比
較器51の出力は両方向性スイッチ47を制御し、一方、比
較器51の補足出力は、インバータ58を介して、第２の両
方向性スイッチ48の出力を制御する。
ットされており、比較器51に対する傾斜電圧を発生す
る。発振器は、抵抗器53を介して、アース52のような基
準電位電源に接続され、一方、比較器51への入力は、コ
ンデンサ54を介して基準電位電源52に接続される。基準
信号、すなわち遠隔センサ42からの出力信号は、誤り増
幅器56を介して、比較器51の他の入力に与えられる。比
較器51の出力は両方向性スイッチ47を制御し、一方、比
較器51の補足出力は、インバータ58を介して、第２の両
方向性スイッチ48の出力を制御する。
このように、スイッチ47と48とでマルチプレクサを形成
し、このマルチプレクサは、交互に、かつ種々の持続時
間の間、外科医が制御する高振動調整ポテンショメータ
24からの、及び設定された低振幅ポテンショメータ46か
らの電圧を、第１図の装置における振動調整制御装置に
切り換える。あるいはまた、低振幅調整ポテンショメー
タは、低振幅をあらかじめ決定するための基準電圧の設
定電源であることもできるし、あるいは、限定的な場合
には、アースであることもできるが、この場合、上述の
制限に従ってオン／オフ位置間で回路をスイッチするた
めに、スイッチ47を削除することができる。
し、このマルチプレクサは、交互に、かつ種々の持続時
間の間、外科医が制御する高振動調整ポテンショメータ
24からの、及び設定された低振幅ポテンショメータ46か
らの電圧を、第１図の装置における振動調整制御装置に
切り換える。あるいはまた、低振幅調整ポテンショメー
タは、低振幅をあらかじめ決定するための基準電圧の設
定電源であることもできるし、あるいは、限定的な場合
には、アースであることもできるが、この場合、上述の
制限に従ってオン／オフ位置間で回路をスイッチするた
めに、スイッチ47を削除することができる。
遠隔センサ42は、隣接組織におけるような手術に近い所
定部位において温度を感知する熱探触子60を備えてい
る。あるいはまた、破砕速度、蒸気発生等のような他の
パラメータは、デューティサイクル変調器41への入力に
対する制御パラメータとして利用することができる。探
触子60の出力は、誤り増幅器56への入力を与えるに先立
って、増幅器59によって増幅される。
定部位において温度を感知する熱探触子60を備えてい
る。あるいはまた、破砕速度、蒸気発生等のような他の
パラメータは、デューティサイクル変調器41への入力に
対する制御パラメータとして利用することができる。探
触子60の出力は、誤り増幅器56への入力を与えるに先立
って、増幅器59によって増幅される。
動作中、感知された温度入力が低いと、デューティサイ
クルは高く、スイッチ48に対する比較的長い周期によっ
てひき起される高振幅振動の比較的長い期間を可能にす
る。温度が上昇し、すなわち所望以上に高くなると、デ
ューティサイクル変調器は超音波振動器11のチップの低
振幅ストロークの期間を増加させるように作用し、従っ
て過熱するあるいは過熱した組織に与えられるエネルギ
ーを低減する。
クルは高く、スイッチ48に対する比較的長い周期によっ
てひき起される高振幅振動の比較的長い期間を可能にす
る。温度が上昇し、すなわち所望以上に高くなると、デ
ューティサイクル変調器は超音波振動器11のチップの低
振幅ストロークの期間を増加させるように作用し、従っ
て過熱するあるいは過熱した組織に与えられるエネルギ
ーを低減する。
第５図は、同じ結果および機能を達成するためにCD3524
制御器41Aを使用する第４図の特徴を実行するための幾
分より詳細に示したブロック図である。従って、詳細な
説明は必要でないと思われる。
制御器41Aを使用する第４図の特徴を実行するための幾
分より詳細に示したブロック図である。従って、詳細な
説明は必要でないと思われる。
第５図の回路には、なお、動作部位での温度が高すぎる
場合にその動作を中断する修正機能が含まれている。従
って、信号は、リード61を介して、PWM制御器41Aにおけ
る比較器の入力に接続した出力を有する停止信号増幅器
62に与えられる。
場合にその動作を中断する修正機能が含まれている。従
って、信号は、リード61を介して、PWM制御器41Aにおけ
る比較器の入力に接続した出力を有する停止信号増幅器
62に与えられる。
第６図の回路は、第１図の装置の入力に、特にその入力
制御リレーに、連続的オン時間調整を行なうために便利
なものとなっている。第６図では、トリガ回路62は、図
示されるような時間合わせされた出力信号を発生する。
可変抵抗器64と直列になっている抵抗器63は、トリガ回
路の出力に対するオン時間を決定し、その結果、最小オ
ン時間が抵抗器63の値によって確立される。可変抵抗器
64は抵抗器65およびコンデンサ66と協働してオン時間を
調整するが、オフ時間は、当業界で周知のように、抵抗
器65およびコンデンサ66によってのみ決定される。トリ
ガ回路に対するオン時間中、出力信号は高レベルにあ
り、第１図の制御装置18を介して超音波発生装置20をト
リガする。
制御リレーに、連続的オン時間調整を行なうために便利
なものとなっている。第６図では、トリガ回路62は、図
示されるような時間合わせされた出力信号を発生する。
可変抵抗器64と直列になっている抵抗器63は、トリガ回
路の出力に対するオン時間を決定し、その結果、最小オ
ン時間が抵抗器63の値によって確立される。可変抵抗器
64は抵抗器65およびコンデンサ66と協働してオン時間を
調整するが、オフ時間は、当業界で周知のように、抵抗
器65およびコンデンサ66によってのみ決定される。トリ
ガ回路に対するオン時間中、出力信号は高レベルにあ
り、第１図の制御装置18を介して超音波発生装置20をト
リガする。
第７図は第６図に示されたものと同様の回路素子を組入
れた適切な構成図を示すが、これら回路素子は超音波振
動のオン時間を限定することによって、動作フィールド
の温度を所定値より低く制御する。負温度係数熱センサ
70のインピーダンスは、感知された温度と共に変化する
であろう。センサ70は温度を監視しようとする場合に位
置決めされる。熱センサ70は、比較器71のフィードバッ
クの一部であるので、所望の温度は比較器71の出力と入
力の間に接続されたポテンショメータ72の値によってセ
ットされ、温度が上昇するとき、比較器71の出力は上昇
し、そして熱センサ70のインピーダンスの値も上昇す
る。この累積効果の結果、オン期間は減少するが、その
理由は、比較器71の出力と同回路にその入力を有する第
２の熱センサ74が、論理スイッチング回路62のフィード
バック回路における抵抗器75と並列になっているからで
ある。センサ74のインピーダンスは抵抗器75と並列にな
っているので、スイッチング回路62からのオン期間は減
少し、そして増加する感知温度に応答する。一方、温度
が減ずると、オン時間は増加する。第５図におけるよう
に、出力は第１図に示される現存装置の制御回路のリレ
ーに接続されている。
れた適切な構成図を示すが、これら回路素子は超音波振
動のオン時間を限定することによって、動作フィールド
の温度を所定値より低く制御する。負温度係数熱センサ
70のインピーダンスは、感知された温度と共に変化する
であろう。センサ70は温度を監視しようとする場合に位
置決めされる。熱センサ70は、比較器71のフィードバッ
クの一部であるので、所望の温度は比較器71の出力と入
力の間に接続されたポテンショメータ72の値によってセ
ットされ、温度が上昇するとき、比較器71の出力は上昇
し、そして熱センサ70のインピーダンスの値も上昇す
る。この累積効果の結果、オン期間は減少するが、その
理由は、比較器71の出力と同回路にその入力を有する第
２の熱センサ74が、論理スイッチング回路62のフィード
バック回路における抵抗器75と並列になっているからで
ある。センサ74のインピーダンスは抵抗器75と並列にな
っているので、スイッチング回路62からのオン期間は減
少し、そして増加する感知温度に応答する。一方、温度
が減ずると、オン時間は増加する。第５図におけるよう
に、出力は第１図に示される現存装置の制御回路のリレ
ーに接続されている。
従って、当然、オン時間中、トリガ回路62の出力は高で
あるのでハンドピース10の振動チップは作動される。信
号が低レベルになると、超音波電力は瞬時のうちに、信
号が再び高レベルになって再び作動される前に不動作に
される。第８図に示されるトリガ回路は、複数の抵抗器
64A,64B,64C、あるいは64Dのうちのいずれか１つ、ある
いはその組合せ、をトリガ回路62のRCネットワークの中
に選択的に接続することによって、オン時間が別々に変
化することができるという点を除いて、第５図の回路と
同様に動作する。従って、オフ時間は、第５図に示され
るトリガ回路と関連していたように、抵抗器65およびコ
ンデンサ66によって決定される。
あるのでハンドピース10の振動チップは作動される。信
号が低レベルになると、超音波電力は瞬時のうちに、信
号が再び高レベルになって再び作動される前に不動作に
される。第８図に示されるトリガ回路は、複数の抵抗器
64A,64B,64C、あるいは64Dのうちのいずれか１つ、ある
いはその組合せ、をトリガ回路62のRCネットワークの中
に選択的に接続することによって、オン時間が別々に変
化することができるという点を除いて、第５図の回路と
同様に動作する。従って、オフ時間は、第５図に示され
るトリガ回路と関連していたように、抵抗器65およびコ
ンデンサ66によって決定される。
抵抗器64A,64B,64C、および64Dの各々は、それぞれ、全
体的に参照数字78で示される論理制御回路によってそれ
ぞれ制御される関連スイッチ64A′,64B′,64C′および4
6D′と直列回路になっている。
体的に参照数字78で示される論理制御回路によってそれ
ぞれ制御される関連スイッチ64A′,64B′,64C′および4
6D′と直列回路になっている。
第９図に示されるトリガ回路62は、第８図と同様に、抵
抗器65およびコンデンサ66によって定められた固定オフ
時間を与えるが、RC回路網によって与えられるオン時間
は順次に変化する。抵抗器64A〜64Dはカウンタスイッチ
82によってRC回路網内に順次に接続されており、このカ
ウンタスイッチは、トリガ回路62の出力が低くなる度ご
とに作動される。従って、抵抗器64A〜64Dが各々の適切
な値にセットされると、第１オン時間、第２オン時間、
第３オン時間および第４オン時間は、50,100,150および
200msecのような所定値であって、それらは繰返しシー
ケンスで発生することができ、それによって順次に変わ
る繰返し率を与える。
抗器65およびコンデンサ66によって定められた固定オフ
時間を与えるが、RC回路網によって与えられるオン時間
は順次に変化する。抵抗器64A〜64Dはカウンタスイッチ
82によってRC回路網内に順次に接続されており、このカ
ウンタスイッチは、トリガ回路62の出力が低くなる度ご
とに作動される。従って、抵抗器64A〜64Dが各々の適切
な値にセットされると、第１オン時間、第２オン時間、
第３オン時間および第４オン時間は、50,100,150および
200msecのような所定値であって、それらは繰返しシー
ケンスで発生することができ、それによって順次に変わ
る繰返し率を与える。
本発明による制御回路は、第１図の回路のために多くの
異なる動作モードを与えるのに利用することができる。
例えば、モード１は、第１図に関連して述べた通常の方
法でハンドピースを操作する連続操作モードとなり得
る。第２モードは、代表的には１対２のオン／オフ・デ
ューティサイクルを有する33Hzの周波数率で、超音波電
力の急速なオン／オフ中断となっている。第３モードは
速い中間速度モードであり、第3E図の右側部分で代表的
に例示されるように、18Hzの周波数および１対４のオン
／オフ・デューティサイクルで動作する。モード４は7H
zの周波数および１対４のオン／オフ・デューティサイ
クルで動作する低速モードである。最後に、モード５は
１対６のオン／オフ・デューティサイクルを有する5Hz
の周波数で動作する低速モードとなっている。各モード
においては、第４図の外部振動調整ポテンショメータ45
によって振動セッテングが調整されるが、周波数および
デューティサイクルは電子的に調整される。好ましく
は、振幅は装置10が連続モードにある間にセットされ、
また自動中断モードは例示したモード１〜４の中から選
択される。その後、この選択されたモードは、フットス
イッチ22が押されるとロックされ、そしてフットスイッ
チ22が解放されるまで変更されることはあり得ない。な
お、本発明の主旨を実現するために従来技術による回路
をさらに変更することは、当業者の技術範囲内である。
異なる動作モードを与えるのに利用することができる。
例えば、モード１は、第１図に関連して述べた通常の方
法でハンドピースを操作する連続操作モードとなり得
る。第２モードは、代表的には１対２のオン／オフ・デ
ューティサイクルを有する33Hzの周波数率で、超音波電
力の急速なオン／オフ中断となっている。第３モードは
速い中間速度モードであり、第3E図の右側部分で代表的
に例示されるように、18Hzの周波数および１対４のオン
／オフ・デューティサイクルで動作する。モード４は7H
zの周波数および１対４のオン／オフ・デューティサイ
クルで動作する低速モードである。最後に、モード５は
１対６のオン／オフ・デューティサイクルを有する5Hz
の周波数で動作する低速モードとなっている。各モード
においては、第４図の外部振動調整ポテンショメータ45
によって振動セッテングが調整されるが、周波数および
デューティサイクルは電子的に調整される。好ましく
は、振幅は装置10が連続モードにある間にセットされ、
また自動中断モードは例示したモード１〜４の中から選
択される。その後、この選択されたモードは、フットス
イッチ22が押されるとロックされ、そしてフットスイッ
チ22が解放されるまで変更されることはあり得ない。な
お、本発明の主旨を実現するために従来技術による回路
をさらに変更することは、当業者の技術範囲内である。
本発明による装置によってなされる超音波破砕によっ
て、公知の吸引装置によって行なわれた一定ストローク
振幅の超音波破砕では殆ど効果のなかった硬組織および
軟組織、特に骨および軟骨の両方に対する切断作用が高
められる。それに加えて、本発明によって、有効破砕の
ための一定振幅吸引器により必要とされるストロークよ
り小さい平均ストローク振幅の使用が可能となるので、
手術の有効性を犠牲にすることなく、破砕部位に隣接す
る組織の加熱を低減することができる。
て、公知の吸引装置によって行なわれた一定ストローク
振幅の超音波破砕では殆ど効果のなかった硬組織および
軟組織、特に骨および軟骨の両方に対する切断作用が高
められる。それに加えて、本発明によって、有効破砕の
ための一定振幅吸引器により必要とされるストロークよ
り小さい平均ストローク振幅の使用が可能となるので、
手術の有効性を犠牲にすることなく、破砕部位に隣接す
る組織の加熱を低減することができる。
本発明によって得られる増大した破砕有効性のために、
手術の速度を増加すると共に、骨のような硬組織に押し
入れるのに必要な力は低減し、よって手術者の疲労を減
らし、手術者による吸引器の制御が改善される。また、
本発明による超音波外科用吸引器における可変ストロー
ク振幅を利用することにより、改善した破砕が行なわれ
ることによって軟組織での切開の可視制御が改善され、
それによって吸引器による細胞破片の摘除が強化され
る。
手術の速度を増加すると共に、骨のような硬組織に押し
入れるのに必要な力は低減し、よって手術者の疲労を減
らし、手術者による吸引器の制御が改善される。また、
本発明による超音波外科用吸引器における可変ストロー
ク振幅を利用することにより、改善した破砕が行なわれ
ることによって軟組織での切開の可視制御が改善され、
それによって吸引器による細胞破片の摘除が強化され
る。
振動器の高振幅ストロークのデューティサイクルを変え
ることによって得られる改良された制御は、超音波外科
用吸引器によって行なわれる切開に隣接するまたはその
近くの組織の温度を感知する手段と共に使用される場
合、その制御はまた、癌性のあるいは腫瘍の増殖を摘除
しながら周囲の組織を低体温化する療法を行なう際の利
用に好適である。本発明による装置によって得られる改
良された熱制御のために、健康な組織を破壊するような
ことはないが、同時に、隣接組織に侵入するかも知れな
い急速に増殖する腫瘍細胞の生育性を低下させるような
精密に制御された温度まで隣接細胞を上昇させることが
できる。
ることによって得られる改良された制御は、超音波外科
用吸引器によって行なわれる切開に隣接するまたはその
近くの組織の温度を感知する手段と共に使用される場
合、その制御はまた、癌性のあるいは腫瘍の増殖を摘除
しながら周囲の組織を低体温化する療法を行なう際の利
用に好適である。本発明による装置によって得られる改
良された熱制御のために、健康な組織を破壊するような
ことはないが、同時に、隣接組織に侵入するかも知れな
い急速に増殖する腫瘍細胞の生育性を低下させるような
精密に制御された温度まで隣接細胞を上昇させることが
できる。
本発明を現存のその良好な実施態様に特定して説明して
きたが、ここで説明し、かつ請求の範囲で限定された本
発明の精神および範囲の中で数多くの修正例および変化
例は当業者には明らかであろう。例えば、破砕の速度を
表示するフィードバック信号は、高振幅ストロークの振
幅すなわちデューティサイクルを制御するのに利用する
ことができる。
きたが、ここで説明し、かつ請求の範囲で限定された本
発明の精神および範囲の中で数多くの修正例および変化
例は当業者には明らかであろう。例えば、破砕の速度を
表示するフィードバック信号は、高振幅ストロークの振
幅すなわちデューティサイクルを制御するのに利用する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プイアム、チャーナ アメリカ合衆国、ニューヨーク、クイーン ズ、リッジウッド、セネカ・アヴエニュ 219 (72)発明者 ポダニイ、ヴァクラヴ、オールドリッチ アメリカ合衆国、06812 コネチカット、 イースト・ニュー・フェアフィールド、ボ ール・ポンド・ロード 55 (72)発明者 エメリイ、レオナルド、エム. アメリカ合衆国、06516 コネチカット、 ウエスト・ハーヴエン、ミルトル・アヴエ ニュ ７ (56)参考文献 米国特許3980906（ＵＳ，Ａ) 米国特許3673475（ＵＳ，Ａ)
Claims (55)
- 【請求項１】手術用ハンドピースと、 患者の手術部位における組織を超音波的に破断するよう
に構成された超音波組織破断工具とを備えて成り、ここ
で 前記工具は前記ハンドピースによって支持されており、 前記工具は超音波的に振動可能な工具チップを有し、 更に 前記工具チップに超音波振動を供給するための供給手段
と、 前記手術部位における組織破断処置の間、前記工具の超
音波振動の振幅を作業用高振幅と該高振幅より低い振幅
の予備的低振幅の間を、自動的且つ繰り返しで切り換え
るための切り換え手段と、 前記ハンドピースに接続され、前記手術部位から前記超
音波振動工具チップにより破断された組織と流体を吸引
するための吸引手段と、そして 前記ハンドピースに接続され、前記工具チップにより破
断された組織粒子を浮遊するために前記手術部位の領域
に潅注溶液を供給するための潅注手段とを備えて成る超
音波外科用装置。 - 【請求項２】前記切り換え手段は、前記加えられた振動
振幅を十分に速い切り換え繰り返し率で前記高振幅と前
記低振幅の間で切り換え、それによって装置の操作者は
前記低振幅の動揺を感じない請求項１の装置。 - 【請求項３】前記繰り返し率が少なくとも30Hzである請
求項１の装置。 - 【請求項４】前記低振幅は、前記手術部位における組織
が前記組織破断処置の間に冷却することを許容する請求
項１の装置。 - 【請求項５】前記超音波振動が約23KHzの超音波搬送波
から成る請求項１の装置。 - 【請求項６】前記切り換え装置は、前記超音波搬送波を
変調する周期的に印加されるパルス変調波を提供する請
求項５の装置。 - 【請求項７】前記切り換え手段はフィードバック・ルー
プを含み、前記高振幅は前記組織破断処置中一定レベル
に維持され、そして前記切り換え手段は前記フィードバ
ック・ループにより許容されるエネルギー量を制限する
請求項１の装置。 - 【請求項８】前記切り換え手段は、前記手術部位又は周
囲の領域における温度を測定して前記工具により患者に
伝達されるエネルギーが許容限界を越えないことを保証
するためのフィードバック手段を含む請求項１の装置。 - 【請求項９】前記切り換え手段は、患者に加えられるエ
ネルギーレベルが過大にならないように前記高振幅を遮
断する請求項１の装置。 - 【請求項１０】前記供給手段は超音波発生器から成る請
求項１の装置。 - 【請求項１１】更に、前記供給手段の動作を制御するた
めの制御手段を備えて成る請求項１の装置。 - 【請求項１２】前記切り換え手段は、前記制御手段に接
続され、且つ該手段と協働する請求項11の装置。 - 【請求項１３】更に、「オン」及び「オフ」位置を有
し、前記供給手段を前記工具に作動的に接続するための
手動スイッチ手段を備えて成る請求項１の装置。 - 【請求項１４】前記切り換え手段は、前記手動スイッチ
手段が前記「オン」の位置にあるとき、前記低振幅と前
記高振幅の間を切り換える請求項13の装置。 - 【請求項１５】前記低振幅は零振幅である請求項14の装
置。 - 【請求項１６】前記工具は末端工具チップを有し、前記
工具は中空で且つ前記末端工具チップと連通する流体通
路を形成し、そして前記吸入手段は前記工具に吸い込み
を与え前記流体通路を通して且つ前記手術部位から前記
工具チップに近接する物質を吸入するための手段を含ん
で成る請求項１の装置。 - 【請求項１７】前記切り換え手段は、約15％と100％以
下の間のデューティーサイクルを生ずる請求項１の装
置。 - 【請求項１８】前記供給手段は閉ループ発生器フィード
バックシステムから成る請求項１の装置。 - 【請求項１９】前記供給手段は、前記高振幅を設定する
ため前記閉ループ発生器フィードバックシステムのため
の基準システムを提供する高振幅調整電位差計手段を含
んで成る請求項18の装置。 - 【請求項２０】前記切り換え手段は、前記高振幅と前記
低振幅の間の所定の間隔を以て切り換えるタイマ回路を
含んで成る請求項19の装置。 - 【請求項２１】前記低振幅は零であり、それによって前
記超音波振動が所定周波で前記「オン」状態と前記「オ
フ」状態の間に提供される請求項１の装置。 - 【請求項２２】更に、前記高振幅を調整するための調整
手段を備えて成る請求項１の装置。 - 【請求項２３】前記切り換え手段は、前記低振幅を調整
するための低振幅調整手段を含んで成る請求項１の装
置。 - 【請求項２４】前記低振幅調整手段は、前記低振幅を調
整可能に設定するための電位計手段を含んで成る請求項
23の装置。 - 【請求項２５】前記低振幅調整手段は、前記低振幅を調
整可能に設定するための回路手段を含んで成る請求項23
の装置。 - 【請求項２６】前記切り換え手段は、所定の変調周波数
を前記工具に提供するための発信器手段を含んで成る請
求項１の装置。 - 【請求項２７】前記発信器手段は、約30Hz以上の変調周
波数を提供する請求項26の装置。 - 【請求項２８】前記工具は、前記切り換え装置により約
5Hz以上の周波数で前記高振幅と前記低振幅の間でパル
ス化される請求項１の装置。 - 【請求項２９】前記切り換え手段は、前記高振幅及び低
振幅振動に対する可変な所定デューティーサイクルを供
給するデューティーサイクル制御手段を含んで成る請求
項１の装置。 - 【請求項３０】前記切り換え手段は、前記高振幅及び低
振幅振動に対する可変の所定デューティーサイクルを供
給するためのデューティーサイクル制御手段を含み、該
デューティーサイクル制御手段は遠隔的に感知されるパ
ラメータに応答する請求項１の装置。 - 【請求項３１】前記デューティーサイクルは、増大する
温度に応答して減少される請求項29又は30の装置。 - 【請求項３２】前記デューティーサイクルは、遠隔的に
感知される温度が所定値に上昇すると減少される請求項
29又は30の装置。 - 【請求項３３】前記デューティーサイクルは、遠隔的に
感知される温度が所定値以下になると増大され前記手術
部位の温度を高める請求項29又は30の装置。 - 【請求項３４】前記遠隔的に感知されるパラメータは、
前記工具が前記手術部位において組織を破断する率であ
る請求項30の装置。 - 【請求項３５】前記工具は、それが適用される組織の少
なくとも一部の外科的摘除を提供し、そして前記切り換
え手段は、前記工具が前記組織を破断し且つ吸引してい
る間に前記破断処置が遮断されないように或る繰り返し
率及びデューティーサイクルで前記工具のストローク振
幅の変化を生ずる請求項１の装置。 - 【請求項３６】前記デューティーサイクルは、前記工具
が適用される前記組織に近接する組織の温度の逆サイク
ル関数である請求項29又は30の装置。 - 【請求項３７】前記切り換え手段は、前記振幅が前記高
振幅と前記低振幅の間で自動的に変化される繰り返し率
を所定の順序に従って順次変更するための変更手段を含
んで成る請求項１の装置。 - 【請求項３８】前記切り換え手段は、前記低振幅の1,00
0ms以下への変更の適用により前記超音波振動の遮断の
総時間サイクルを制御する請求項１の装置。 - 【請求項３９】前記切り換え手段は、超音波搬送波信号
を30Hz以上のオーダーで変調するための変調手段を含ん
で成る請求項１の装置。 - 【請求項４０】更に、パラメータを感知して、このパラ
メータに基づく制御信号を発生するための感知手段を備
えて成り、前記切り換え手段は前記パラメータに基づく
制御信号に応答して前記変調超音波信号のデューティー
サイクルを変更する請求項39の装置。 - 【請求項４１】前記デューティーサイクルは約50％から
約100％の範囲にある請求項40の装置。 - 【請求項４２】前記供給手段は発生器を含む一般ループ
フィードバック制御システムから成り、そして、前記供
給手段が前記高振幅と前記低振幅との間でその「オン」
サイクルにあるとき、前記発生器の振幅設定を切り換え
る請求項１の装置。 - 【請求項４３】前記低振幅は零振幅である請求項42の装
置。 - 【請求項４４】患者から腫瘍組織を、該組織に近接する
健全な組織の受ける最小の損傷を以て、摘除するための
超音波外科用装置であって、 超音波組織破断工具と、 超音波腫瘍組織破断処置中、第１の期間に対する作業用
高振幅と第２の期間に対する前記高振幅より低い予備的
低振幅の間で急速なパルス率で前記工具を超音波振動で
パルス化するためのパルス化手段と、 前記第１の期間と前記第２の期間の和により規定された
サイクル時間と、 該サイクル時間で割り算された前記第１の期間によって
規定されたデューティーサイクルと、 前記腫瘍組織が破断処置中破断されている間、前記近接
する健全な組織の温度を感知する感知手段と、そして 前記感知手段により感知された温度の関数として、前記
デューティーサイクルを自動的に変更する調整手段とを
備えて成る 超音波外科用装置。 - 【請求項４５】前記低振幅は１ミル以下である請求項44
の装置。 - 【請求項４６】前記デューティーサイクルは、前記調整
手段により約10％からほぼ100％まで可変な請求項44の
装置。 - 【請求項４７】前記デューティーサイクルは、前記感知
手段により感知された温度の逆サイクル関数である請求
項44の装置。 - 【請求項４８】患者の手術部位の組織を超音波的に破断
するように構成された超音波組織破断工具と、 前記工具に超音波振動を供給する供給手段と、 前記手術部位における組織破断処置中、作業用高振幅と
該高振幅より低い振幅の予備的低振幅の間で、前記工具
の超音波振動の振幅を切り換える切り換え手段とを備え
て成り、 前記供給手段は更に、前記低振幅を設定するため閉ルー
プ発生器フィードバックシステムと該閉ループ発生器フ
ィードバックシステムに対して基準信号を提供する低振
幅調整電位計手段を含む 超音波外科用装置。 - 【請求項４９】患者の手術部位における組織を超音波的
に破断するように構成された超音波組織破断工具と、 該工具に超音波振動を供給するための供給手段と、 前記手術部位における組織破断処置中、作業用高振幅と
該高振幅より低い振幅の予備的低振幅の間で前後して、
前記工具の超音波振動の振幅を切り換えるための切り換
え手段とを備えて成り、 前記切り換え手段は、前記高振幅振動と前記低振幅振動
に対して可変な所定デューティーサイクルを提供するた
めのデューティーサイクル制御手段を含み、 前記デューティーサイクル制御手段は遠隔的に感知され
るパラメータに応答し、そして 該遠隔的に感知されるパラメータは温度である 超音波外科用装置。 - 【請求項５０】患者の手術部位における組織を超音波的
に破断するように構成された超音波組織破断工具と、 該工具に超音波振動を供給するための供給手段と、 前記手術部位における組織破断処置中、作業用高振幅と
該高振幅より低い振幅の予備的低振幅の間で前後して、
前記工具の超音波振動の振幅を切り換えるための切り換
え手段とを備えて成り、 前記切り換え手段は、前記高振幅振動と前記低振幅振動
に対して可変な所定デューティーサイクルを提供するた
めのデューティーサイクル制御手段を含み、前記デュー
ティーサイクル制御手段は遠隔的に感知されるパラメー
タに応答し、そして 該遠隔的に感知されるパラメータは前記手術部位におけ
る蒸気発生である超音波外科用装置。 - 【請求項５１】患者の手術部位における組織を超音波的
に破断するように構成された超音波組織破断工具と、 該工具に超音波振動を供給するための供給手段と、 前記手術部位における組織破断処置中、作業用高振幅と
該高振幅より低い振幅の予備的低振幅の間で、前記工具
の超音波振動の振幅を切り換えるための切り換え手段
と、 それに適用される間、前記工具が提供される前記組織に
近接する組織の温度を感知するための温度感知手段とを
備えて成り、 前記切り換え手段は、前記温度感知手段に応答して、前
記工具のストローク振幅を前記近接する組織の温度の関
数であるデューティーサイクルで変更する超音波外科用
装置。 - 【請求項５２】超音波組織破断工具と、 超音波組織破断処置中、第１の期間に対する作業用高振
幅と第２の期間に対する前記高振幅より低い予備的低振
幅の間で、急速なパルス率で前記工具を超音波振動でパ
ルス化するためのパルス化手段と、 前記第１の期間と前記第２の期間の和によって規定され
たサイクル時間と、 該サイクル時間により割り算された前記第１の期間によ
って規定されたデューティーサイクルと、 前記デューティーサイクルを制御するための制御手段と
を備えて成り、 該制御手段は前記工具の操作範囲で遠隔的に感知される
パラメータに基づいて前記デューティーサイクルを連続
的に制御して閉ループシステムを生じ、そして 前記遠隔的に感知されるパラメータは患者の組織の温度
から成る 超音波外科用装置。 - 【請求項５３】前記制御手段は前記デューティーサイク
ルを、前記工具の破断処置の間、連続して制御する請求
項52の装置。 - 【請求項５４】前記制御手段は、不連続な予設定増分で
前記デューティーサイクルを制御する請求項52の装置。 - 【請求項５５】前記制御手段は、可変予備プログラムさ
れた群で前記デューティーサイクルを制御する請求項52
の装置。
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