JPH11503061A - デュアル・モードの超音波外科手術用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 単一の超音波外科手術用装置（１０）は、組織に実質的な切断効果を、組織に実質的な凝固効果を、また組織に同時的な切断効果及び凝固効果の適正な合成を与えることができる。超音波外科手術用装置（１０）は、トランスジューサ（１４）及び外科手術具（１６）を含むハンドピース（１１）と、電気エネルギー源（１７）と、コントローラ（１８）と、スイッチ（１９）とから成る。この装置は、超音波スペクトル内の２つの周波数で作動可能であり、第１の周波数（２２）は、組織の切断性能を強化するためにスペクトルの下方端で選択され、第２の周波数（２３）は、組織の凝固性能を強化するために約３倍高い周波数である。２つの周波数は、選択的に又は同時的に作動可能であり、振幅に関して別個に調整可能である。トランスジューサ（１４）は磁歪素子又は圧電素子（２０又は２１）で構成できる。外科医はメカニカルな振動の所望の振幅を設定する。トランスジューサ（１４）は、ハンドピース（１１）内で、第１の周波数（２２）と第２の周波数（２３）との双方に共通する振動ノードに対応する位置に取付けられる。使用の方法は、第１の周波数（２２）で超音波共振を発生させるステップと、第１の周波数（２２）より約３倍高い周波数である第２の周波数（２３）で超音波共振を発生させるステップと、第２の周波数（２３）と同時的に第１の周波数（２２）で超音波トランスジューサ（１４）を共振させるステップと、第１の周波数（２２）での振動のノードが第２の周波数（２３）での振動のノードと実質的に一致する位置でトランスジューサ（１４）を支持するステップとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 デュアル・モードの超音波外科手術用装置 １．発明の技術分野 本発明は、患者の組織を切断し且つ凝固させるための改良された超音波外科手 術用装置に関し、特に２つの異なる周波数で超音波エネルギーを選択的及び／又 は同時的に放出する能力を有する超音波外科手術用装置に関する。 ２．発明の背景 外科用メス及び関係の器具のような、組織切開用の現在の非電力型の器械は、 鋭く切開された領域で出血する傾向にある。電気メス、或いはより広義には、無 線周波数電磁エネルギーによる器械は、出血する組織を抵抗性の加熱によって有 効に焼灼する、組織内の電流の付加により止血を達成することができる。この電 気焼灼器械の欠点は、エネルギーの付加が正確に制御されないので、そのような 器械は切れ味が悪く、また器械の先端が組織にはり付く可能性があることである 。 外科手術において超音波エネルギーを使用することは、患者の組織を切開し且 つ切断するための有効な手段として当業者に知られている。これらの装置のほと んどは、通常２０ＫＨｚから６０ＫＨｚの範囲内で、選択された周波数で機械的 に先端を振動させる正弦波駆動信号を使用している。この正弦波駆動信号は、同 じ周波数で方形波から得ることができ、或いは設計上固有のものであり得る。更 に、幾つかの装置は、所望の効果を達成するために、デューティー・サイクル変 調波形を使用している。 好適な周波数スペクトルの下方端、即ち２０ＫＨｚから４０ＫＨｚにおいて、 比較的大きな先端の変位が可能であるということも当業者には知られている。比 較的大きな先端の変位が小さな先端の変位よりも良好な組織の切断効果を与える ということも知られている。 好適な周波数スペクトルの上方端、即ち４０ＫＨｚから６０ＫＨｚ、での超音 波エネルギーは、より高い止血の効果与えることができる。これは、組織によっ て、より高い周波数エネルギーの吸収が増加することによる。しかし、比較的大 きな先端の変位は、このような周波数では実行できない。従って、この範囲で動 作する装置は組織の切断性能を低減していた。 組織の切断と凝固の双方の機能を与えるような幾つかの超音波外科手術用装置 が開示された。Ｕｌｔｒａｃｉｓｉｏｎ社に譲渡された米国特許第５，０２６， ３８７号は幾つかの動作モードを有している。外科的処置が行われるべきであり 且つ装置の負荷が比較的高いときに、超音波周波数で、電力は装置に比較的高い レベルで伝送される。使用のアイドル期間中には、電力は装置に比較的低いレベ ルで伝送される。高電力の凝固モードは手動で選択可能であり、ブレードが組織 に接触していないときに、アイドル電力レベルに自動的に戻る。異なる周波数で 動作することを要求してはいない。 Ｕｌｔｒａｃｉｓｉｏｎ社に譲渡された米国特許第５，２６３，９５７号にお いて、超音波ブレードの形状は、切断機能及び凝固機能を与えるように構成され る。ブレードの一部は組織を切断するように構成される。ブレードの第２の部分 は、組織の運動を得るために、ブレードの端部と組織との摩擦結合を与えて、そ れによって熱の発生と止血効果を生じさせるように構成される。 国際特許ＷＯ第９．３１４，７０９号は、平坦で、鋭利でない、比較的鈍い端 部を有するブレードに形成されたホックを備えた超音波ブレードを開示している 。これは、超音波エネルギーを組織に印加する際に、組織の切断及び凝固を容易 にする。 発明の概要 本発明の目的は、組織に対して実質的な切断効果、組織に対する実質的な凝固 効果、組織に対する同時的な切断及び凝固効果の適正な合成、を与えることがで きる単一の超音波外科手術用装置を提供することである。これは、超音波スペク トル内の２つの周波数で装置を動作させることによって達成され、第１の周波数 は、組織の切断性能を強化するために、そのスペクトルの下方端で選択され、第 ２の周波数は、組織の凝固性能を強化するために、約３倍の高い周波数のもので ある。これら２つの周波数は、選択的に又は同時的に動作させることができ、ま た振幅に関して別個に調整することができる。第１の周波数と第２の周波数との 間の比、１：３、は設計にあたって重要な要素であり、これまで超音波外科手術 用装置の設計において評価されなかった。この比によって、トランスジューサに 伴う振動の第１及び第２の周波数のノードが整列されるのを可能にし、それによ ってトランスジューサとケース又はハンドピースとの間の適正な取付点を与える 。 一般に、超音波外科手術用装置は、ハンドピース、トランスジューサ、外科手 術用具、電気エネルギー源、コントローラ、スイッチから構成される。ハンドピ ースは、外科医によって保持され且つ制御される近端部と、患者の組織の近くに 位置決めするための遠端部とを有する。トランスジューサは、磁歪素子又は圧電 素子で構成できる。トランスジューサは、ハンドピース内に保持され、第１の周 波数及び第２の周波数で選択的に又は同時的に超音波のメカニカルな振動を発生 させることができ、第２の周波数は第１の周波数より約３倍高い周波数である。 基本周波数で動作するトランスジューサはまたより高い高調波でのエネルギー を有していることが理解されるが、ここで記述されるものは、２つの周波数でト ランスジューサを駆動することができる。外科手術具は、トランスジューサに支 持され、少なくとも部分的にハンドピースの遠端部を越えて伸びている。トラン スジューサが第１の（低い方の）周波数で超音波のメカニカルな振動を生成して いるときに、外科手術具は実質的な切断効果を有するように企図され、また、ト ランスジューサが第２の（高い方の）周波数で超音波のメカニカルな振動を生成 しているときに、外科手術具は実質的な凝固効果を有するように企図されている 。第１の周波数と第２の周波数とが同時に作動すると、患者の組織に実質的に合 成された切断効果と凝固効果とを生じさせる。 電気エネルギー源はトランスジューサに接続される。コントローラは、電気エ ネルギー源に接続され、また超音波のメカニカルな振動の周波数及び振幅を安定 に制御するためにトランスジューサに接続される。これを達成するために、コン トローラは、周波数及び振幅を検知し、次いでトランスジューサの所望の周波数 及び振幅を維持する方法で電気エネルギー源を調整する。 スイッチは、コントローラに接続されて、第１の周波数での超音波のメカニカ ルな振動、又は第２の周波数での超音波のメカニカルな振動、又は第１の周波数 及び第２の周波数での同時的な超音波のメカニカルな振動、を選択する。 １つの実施の形態において、コントローラは外科医によって調整可能である。 これは、外科医がメカニカルな振動の所望の振幅を設定するのを可能にする。こ れを行うために、調整器がコントローラに接続される。調整器は、第１の周波数 又は第２の周波数で動作する間に、超音波のメカニカルな振動の振幅を別個に設 定することができる。 比率、１：３で２つの周波数を有することの別の利点は、トランスジューサに 沿って少なくとも１つのヌル位置があり、この位置で２つの周波数に対する振動 の変位ノードが実質的に整列されることである。このヌル位置では、トランスジ ューサとハンドピースのケースとの間の相対運動はほとんどない。従って、ヌル 位置で支持することで、トランスジューサをハンドピースのケースに付設するこ とが可能である。 また、超音波外科手術用装置を使用するための方法は、第１の周波数で超音波 共振を発生させるステップと、第１の周波数の約３倍の第２の周波数で超音波共 振を発生させるステップと、第１の周波数及び第２の周波数で同時に超音波トラ ンスジューサを共振させるステップとを含む。また、第１の周波数の振幅を調整 するステップと、第２の周波数の振幅を調整するステップとの付加的なステップ もある。 また、超音波外科手術用装置を製造する方法において、トランスジューサはハ ンドピースのケース内に設置され、その設置位置は、第１の周波数と第２の周波 数の双方に共通する振動変位ノードに対応するトランスジューサに沿った位置に 選択される。 図面の簡単な説明 図１は、デュアル・モード超音波外科手術用装置の概略的ブロック図である。 図２は、デュアル・モード超音波外科手術用装置のためのハンドピースの１つ の実施の形態の概略的ブロック図である。 図３は、デュアル・モード超音波外科手術用装置のためのハンドピースの別の 実施の形態の概略的ブロック図である。 図４は、第１の周波数と第２の周波数との間の関係を示す正規化されたグラフ である。 発明の詳細な説明 デュアル・モード超音波外科手術用装置１０が図１に示されている。一般に、 超音波外科手術用装置は、ハンドピース１１、トランスジューサ１４、外科手術 具１６、電気エネルギー源１７、コントローラ１８、スイッチ１９で構成される 。装置１０は、近端部１２及び遠端部１３を備えたハンドピース１１を有する。 ハンドピース１１は、ケース１５内に保持される超音波トランスジューサ１４を 有する。外科手術具１６は超音波トランスジューサ１４に支持される。 ハンドピース１１は、外科医によって保持され且つ制御される近端部１２と、 患者の組織の近くに位置決めするための遠端部１３とを有する。トランスジュー サ１４は、図２に示されたように、磁歪素子２０で構成できる。また、トランス ジューサ１４は、図３に示されたように、圧電素子２１で構成できる。 トランスジューサ１４は、図４に示されたように、第１の周波数２２及び第２ の周波数２３で、選択的に又は同時的に超音波のメカニカルな振動を生成できる 。設計上重要な配慮は２つの周波数２２及び２３の間の比率であることから、周 波数２２及び２３は図４の正規化法で示されている。第２の周波数２３は、第１ の周波数２２より約３倍高い周波数である。第１の周波数２２と第２の周波数２ ３の双方に対応する振動ノードの位置は、図４に位置２４及び２５として示され ている。 外科手術具１６は、トランスジューサ１４に支持され、少なくとも部分的にハ ンドピース１１の遠端部を越えて伸びている。トランスジューサ１４が第１の周 波数２２で超音波のメカニカルな振動を生成しているときに、外科手術具１６は 実質的な切断効果を有するように企図され、また、トランスジューサ１４が第２ の周波数２３で超音波のメカニカルな振動を生成しているときに、外科手術具１ ６は実質的な凝固効果を有するように企図されている。 電気エネルギー源１７はトランスジューサ１４に接続される。電気エネルギー 源１７の設計は従来のまた当該技術分野で周知の多くの形態で実現し得る。コン トローラ１８は、電気エネルギー源１７に接続され、また超音波のメカニカルな 振動の周波数及び振幅を安定に制御するためにトランスジューサ１４に接続され る。これを達成するために、コントローラ１８は、周波数及び振幅を検知し、次 いでトランスジューサ１４の所望の周波数及び振幅を維持する方法で電気エネル ギー源１７を調整する。 スイッチ１９は、コントローラに接続されて、第１の周波数２２での超音波の メカニカルな振動、又は第２の周波数２３での超音波のメカニカルな振動、又は 第１の周波数２２及び第２の周波数２３での同時的な超音波のメカニカルな振動 、を選択する。 １つの実施の形態において、コントローラ１８は外科医によって調整可能であ る。これは、外科医がメカニカルな振動の所望の振幅を設定するのを可能にする 。これを行うために、調整器２６がコントローラ１８に接続される。調整器２６ は、第１の周波数２２又は第２の周波数２３で動作する間に、超音波のメカニカ ルな振動の振幅を別個に設定することができる。 比率、１：３で２つの周波数を有することの別の利点は、トランスジューサ１ ４に沿って少なくとも１つの位置があり、この位置で２つの周波数２２及び２３ に対する振動のノードが実質的に整列されることである。従って、この位置では 、トランスジューサ１４の相対運動がなく、トランスジューサ１４をケース１５ に付設することが可能である。このように、少なくとも１つの支持具２７がケー ス１５とトランスジューサ１４との間に接続され、この支持具２７は、図４に示 されたように、第１の周波数２２と第２の周波数２３の双方に共通する振動ノー ドに対応する位置で、トランスジューサ１４に沿って位置決めすることができる 。 また、超音波外科手術用装置１０を使用するための方法は、第１の周波数２２ で超音波共振を発生させるステップと、第１の周波数２２より約３倍高い第２の 周波数２３で超音波共振を発生させるステップと、第１の周波数２２及び第２の 周波数２３で同時に超音波トランスジューサ１４を共振させるステップとを含み 、第１の周波数２２でのトランスジューサ１４の振動のノードは、図４に位置２ ４及び２５で示されたように、第２の周波数２３でのトランスジューサ１４の振 動のノードに整列される。 １つの実施の形態において、第１の周波数２２の振幅を調整するステップと、 第２の周波数２３の振幅を調整するステップと、第２の周波数２３と別個に第１ の周波数２２の振幅を調整するステップとの付加的なステップがある。また、デ ュアル・モード超音波外科手術用装置１０を製造する方法において、トランスジ ュ ーサ１４はハンドピース１１内の取付位置２７に設置され、この位置は、図４に 位置２４及び２５によって示されたように、第１の周波数２２と第２の周波数２ ３との双方に共通する振動ノードに対応する、トランスジューサ１４に沿って選 択された位置にある。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 は、第１の周波数（２２）で超音波共振を発生させるス テップと、第１の周波数（２２）より約３倍高い周波数 である第２の周波数（２３）で超音波共振を発生させる ステップと、第２の周波数（２３）と同時的に第１の周 波数（２２）で超音波トランスジューサ（１４）を共振 させるステップと、第１の周波数（２２）での振動のノ ードが第２の周波数（２３）での振動のノードと実質的 に一致する位置でトランスジューサ（１４）を支持する ステップとを含む。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 患者の組織を処置するために外科医によって使用される超音波外科手術 用装置１０であって、 外科医によって保持され且つ制御される近端部１２と、患者の組織の近くに位 置決めするための遠端部１３とを有するハンドピース１１と、 ハンドピース１１内に支持されるトランスジューサ１４であって、実質的に第 １の周波数２２で及び実質的に第２の周波数２３で超音波のメカニカルな振動を 生成することができ、第２の周波数２３が第１の周波数２２より約３倍高い周波 数とされたトランスジューサ１４と、 トランスジューサ１４に支持され且つ遠端部１３をほぼ越えて伸びている外科 手術具１６であって、第１の周波数２２で選択的に作動するときに前記組織で実 質的な切断効果を有し、第２の周波数２３で選択的に作動するときに前記組織で 実質的な凝固効果を有し、第１の周波数２２及び第２の周波数２３で同時的に作 動するときに前記組織で実質的に切断効果及び凝固効果を有する外科手術具１６ と、 トランスジューサ１４に接続された電気エネルギー源１７と、 電気エネルギー源１７とトランスジューサ１４との間にあり、トランスジュー サ１４の超音波のメカニカルな振動の周波数及び振幅を安定に制御するために信 号を発生するコントローラ１８と、 コントローラ１８に接続されたスイッチ１９であって、前記スイッチが第１の 位置にあるときに第１の周波数２２でトランスジューサ１４の超音波のメカニカ ルな振動を、前記スイッチが第２の位置にあるときに第２の周波数２３でトラン スジューサ１４の超音波のメカニカルな振動を、そして前記スイッチが第３の位 置にあるときに第１の周波数２２及び第２の周波数２３で同時的にトランスジュ ーサ１４の超音波のメカニカルな振動を安定に制御するために前記信号を選択す るスイッチ１９と、 を含む超音波電気外科手術用装置１０。 ２． 調整器２６がコントローラ１８に接続され、調整器２６が、超音波のメ カニカルな振動の振幅を設定するために、コントローラ１８によって発生される 信号を変化させるために外科医によって使用可能である請求の範囲第１項に記載 の装置。 ３． トランスジューサ１４が圧電素子２１を含む請求の範囲第１項に記載の 装置。 ４． トランスジューサ１４が磁歪素子２０を含む請求の範囲第１項に記載の 装置。 ５． 少なくとも１つの支持部材２７がハンドピース１１とトランスジューサ １４との間に接続され、支持部材２７が、第１の周波数２２と第２の周波数２３ との双方に共通する振動の変位ノードに実質的に対応する位置でトランスジュー サ１４に沿って位置決めされる請求の範囲第１項に記載の装置。 ６． 患者の組織を処置するために外科医によって使用される超音波外科手術 用装置１０であって、 外科医によって保持され且つ制御される近端部１２と、患者の組織の近くに位 置決めするための遠端部１３とを有するハンドピース１１と、 ハンドピース１１内に支持されるトランスジューサ１４であって、実質的に第 １の周波数２２で及び実質的に第２の周波数２３で超音波のメカニカルな振動を 生成することができ、第２の周波数２３が第１の周波数２２より約３倍高い周波 数とされたトランスジューサ１４と、 トランスジューサ１４に支持され且つ遠端部１３をほぼ越えて伸びている外科 手術具１６であって、第１の周波数２２で選択的に作動するときに前記組織で実 質的な切断効果を有し、第２の周波数２３で選択的に作動するときに前記組織で 実質的な凝固効果を有し、第１の周波数２２及び第２の周波数２３で同時的に作 動するときに前記組織で実質的に切断効果及び凝固効果を有する外科手術具１６ と、 トランスジューサ１４に接続された電気エネルギー源１７と、 電気エネルギー源１７とトランスジューサ１４との間にあり、トランスジュー サ１４の超音波のメカニカルな振動の周波数及び振幅を安定に制御するために信 号を発生するコントローラ１８と、 コントローラ１８に接続されたスイッチ１９であって、前記スイッチが第１の 位置にあるときに第１の周波数２２でトランスジューサ１４の超音波のメカニカ ルな振動を、前記スイッチが第２の位置にあるときに第２の周波数２３でトラン スジューサ１４の超音波のメカニカルな振動を、そして前記スイッチが第３の位 置にあるときに第１の周波数２２及び第２の周波数２３で同時的にトランスジュ ーサ１４の超音波のメカニカルな振動を安定に制御するために前記信号を選択す るスイッチ１９と、 コントローラ１８に接続され、超音波のメカニカルな振動の振幅を設定するた めに、コントローラ１８によって発生される信号を変化させるために外科医によ って使用可能である調整器２６と、 ハンドピース１１とトランスジューサ１４との間に接続され、第１の周波数２ ２と第２の周波数２３との双方に共通する振動の変位ノードに実質的に対応する 位置でトランスジューサ１４に沿って位置決めされる少なくとも１つの支持部材 ２７と、 を含む超音波電気外科手術用装置１０。 ７． 第１の周波数２２で実質的に超音波共振を発生させるステップと、 第１の周波数２２より約３倍高い周波数である第２の周波数２３で実質的に超 音波共振を発生させるステップと、 第２の周波数２３で実質的に超音波トランスジューサ１４を共振させるのと同 時的に第１の周波数２２で実質的に超音波トランスジューサ１４を共振させるス テップと、 を含む超音波外科手術用装置１０を共振させる方法。 ８． 第１の周波数２２の振幅を調整するステップと、第２の周波数２３の振 幅を調整するステップとを更に含む請求の範囲第７項に記載の方法。 ９． 外科医によって保持されるケース１５と、ケース１５内に支持され、第 １の周波数２２で且つ第１の周波数２２より約３倍高い周波数の第２の周波数２ ３で超音波のメカニカルな振動を生成することがてぎるトランスジューサ１４と 、を備えた超音波外科手術用のハンドピース１１を製造する方法であって、 少なくとも１又はそれ以上の取付位置でケース１５内にトランスジューサ１４ を取付けるステップと、 第１の周波数２２と第２の周波数２３との双方に共通する振動の変位ノードに 実質的に対応するトランスジューサ１４に沿った位置に前記取付位置を選択する ステップと、 を含むハンドピース１１を製造する方法。