JPH1156867A - 超音波手術装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トロカールを通過して手術の現場に使い捨ての
超音波振動子兼手術用ブレードを送入する事による改良
された超音波手術の方法および装置が述べられている。 【構成】従来例が共振器（２）つきの振動子をトロカー
ル（５）の体外側に置いたのに対し、本発明では振動子
（１）（２）と手術用ブレード（４）を一体化し、使い
捨てに適した交換可能な構造に成した物を保持棒（８）
の先に取り付けてトロカール（５）の中を潜らせて体内
の手術現場（区画Ａ−Ａの右側）に持ち込む。超音波損
失が大幅にへるので無駄な発熱が減り、また手術操作の
自由度も大幅に向上する。保持棒（８）はまた放熱用の
ヒートパイプである事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は超音波手術装置、すなわち強力
超音波により目的部位の生体組織を切開、剥離、凝固な
どする装置に関するものであり、特に内視鏡的な（ラパ
ロスコピックな）手術のために適応化された物に関す
る。

【０００２】超音波手術装置と俗称される物の中には、
いわゆる分解吸引器、すなわち超音波的に振動する吸引
ノズルで以て、水中においてもしくは水の噴霧中におい
て該ノズルが当接された軟部組織を選択的に破砕吸引し
て除去する物があるが、本発明はそれに関するものでは
ない。即ち本発明は特に大量の水を介在などすることな
く、超音波的に振動する所の刃物の形状をした物体によ
り、これが当接せられる目的生体組織を切開、剥離、凝
固などする装置に関するものである。

【０００３】かかる超音波手術装置は、切れ味や操作性
に優れ、また組織の凝固能力にも優れ、出血や組織の不
要な損傷も少なく、また誤操作の可能性も、誤操作の場
合の被害の程度も少ない、などの理由で電気メス、高周
波メス、レーザーメスの類いに比べて有利であると考え
られている。

【０００４】従来、上記趣旨の超音波手術装置は、工業
用途に超音波カッターなどと称して汎用せられている物
を、基本構造や動作原理をほとんどそのまま生体組織を
扱うためにそっくり流用した物であると理解でき、また
実際に工業用途のカッターその物が、振動体の先端に装
着する交換可能な、もしくは交換できない“刃”（ブレ
ード）と出力レベルの制御との適応化のみでもって実用
上全く支障なく“手術”のために利用できる事が、当事
者、経験者ないし有識者および一部の好事家には知られ
ている。即ちただ単に装置商品の安全性や操作性に関す
る設計事項、また製造物責任、使用者責任などの理由で
のみ該工業用途製品と実際の医療現場に持ち込む事を目
的とした該装置とは、設計、製造、市場、使用現場とも
に住み分けられてきた。

【０００５】しかるに内視鏡的（エンドスコピックな）
もしくは腹腔鏡的（ラパロスコピックな）低侵襲手術に
おいてかかる超音波手術装置を適用せんとすると、装置
としては、かかる手術用具の共通の約束事として、例え
ば腹腔鏡的手術の場合、内径約１２ｍｍ、長さ３０〜４
０ｃｍの長い直管状のトロカールの中を進行して手術の
現場に到達出来なければならず、また少くとも刃を含め
生体にじかに触れる部分は感染防止のために使い捨てが
出来る様な構造でなくてはならない。

【０００６】このためこの目的に専用の該装置は、一例
として、トロカール内に入る部分の外界側すなわち手前
の部位に、例えばボルト締めランジュバン型の超音波振
動子を保護筐体に収容して配置し、トロカール内部には
金属棒の振動伝達手段を挿入し、またその先端に替刃を
結合し、これら全体を高次のモードにて縦共振をさせ振
動エネルギーを伝達していた。

【０００７】しかしかかる手の込んだ構成は音響学的に
は最適な、ないしスマートなデザインとは言えず、幾多
の損失や不都合が見られる。即ち伝達棒は更に保護用の
外套管（シース）を必要とし、またその中で何か所かで
保持せられねばならないので、振動モードの節毎に保持
用のゴムのオーリングなどを配置する必要がある。節の
位置は駆動周波数により変化し、駆動周波数は自動制御
により使い捨てされる替刃と負荷とを含めた状態での最
適共振周波数に維持されるので一定せず、従って常に何
らかの非理想状態とそれによる音響学的な損失を伴う。
かかる損失に打ち勝って手術現場において所望のパワー
を得るためには、それ相応に余計なパワーを注ぎ込む様
に設計せねばならず、その理由で電気的駆動手段や、系
全体の放熱ないし冷却のための手段が大袈裟になる。特
にトロカールの直前に配置される超音波振動子とその冷
却のための強制空冷通気系とが大袈裟になり、重量増加
や操作性の悪化が目立つ。

【０００８】そこで本発明においてはこの様な不具合を
解消せんとする物であり、解決策として、トロカールの
中を潜って現場に到達出来る細くて短い超音波振動子を
用い、伝達棒などを用いる事なくこの振動子の端面をを
そのまま目的生体組織の攻撃のための“刃”（ブレー
ド）として用いる様に構成した物である。またこの様に
生体組織にじかに接触する以上、基本的な約束事として
感染防止等のためにこれを着脱自在で使い捨てが可能な
様に構成する。

【０００９】この場合においても振動子（電気音響変換
器）は基本的にボルト締めランジュバン振動子の構造を
採用し、半波長ないし１波長のモードで共振させて使用
する事が好ましい実施例であり得る。しかしながら他
に、後述の如く磁歪振動子である事も出来、また別な意
味で好ましい実施例である事が出来る。本発明は実施形
態としてそれら両者を含み得るものである。

【００１０】即ち本発明は、本質的に半波長もしくは１
波長の共振をする電気音響変換器それ自身を、介在する
振動伝達系を本質的に併用することなく手術用ブレード
として直接被手術生体組織に当接させて超音波手術を行
うとともに、該電気音響変換器兼手術用ブレードは一人
の患者または一件の手術毎に使い捨てされ得る如くに交
換可能に構成された事を特徴とする、超音波手術装置で
ある事ができる。

【００１１】本発明はまた、前記電気音響変換器兼手術
用ブレードが電極が予め被着され、また外付共振器が付
加されている、またはされていない圧電または電歪セラ
ミック振動子であり、前記交換可能な構成を具現する構
造は該電極と接続された電気端子を含む事を特徴とす
る、該超音波手術装置である事ができる。

【００１２】本発明はまた、前記電気音響変換器兼手術
用ブレードがコイルが巻かれていない、また外付共振器
が付加されているまたはされていない磁歪振動子であ
り、前記交換可能な構成を具現する構造は磁気結合は含
むが電気端子は含まない事を特徴とする、該超音波手術
装置である事ができる。

【００１３】本発明はまた、該振動子が長い棒状の保持
手段に保持されて手術用トロカールの中を進入する事が
できる様に構成せられた事を特徴とする、該超音波手術
装置である事ができる。

【００１４】本発明はまた、該棒状の保持手段がヒート
パイプの機能を有し、該保持手段兼ヒートパイプを介し
て該振動子が有効に冷却される如く構成せられたる事を
特徴とする、該超音波手術装置である事が出来る。

【００１５】本発明はまた、該外付共振器が非金属性の
物質、例えばガラス、セラミック、金属酸化物、単結
晶、多結晶ないしアモルファス物質で出来ている事を特
徴とする、該超音波手術装置である事が出来る。本発明
はまた、該外付共振器が分布定数モデルに替えて集中定
数モデルに適う共振をする事を特徴とする、該超音波手
術装置である事が出来る。

【００１６】本発明はまた、該電気音響変換器兼手術用
ブレードとなる、電極が予め被着され、また外付共振器
が付加されているまたはされていない圧電または電歪セ
ラミック振動子が、その一部または全部が円筒状または
角筒状の形状を有し、該棒状の保持手段は該筒状の構造
を中から支える形でこれを保持し、また電極との電気的
接続をも行う如く構成された事を特徴とする、該超音波
手術装置である事が出来る。以下図面を併用して本発明
の好ましい実施例のいくつかを説明する。

【００１７】図１は従来例における構成を紹介するスケ
ッチであり、先に述べた如く振動子は手術現場から見て
トロカールの反対側にあり、そこからブレードに至る着
脱可能な伝達棒が、トロカールの中を引き通されている
外套管に、多数箇所でゴムのオーリングでもって“系
留”されているため超音波的な損失が大きく、また操作
の自由度も少ない。これについては今更の詳説は省略す
る。

【００１８】図２は本発明に成る装置の要部の構成を紹
介するスケッチであり、ブレードを兼ねる振動子が保持
棒に保持されてトロカールの中を潜り抜けて手術現場に
到達する。振動子は高々１ないし２か所で保持棒に保持
されているのみであり、このため超音波損失は少なく、
また操作性も向上する。

【００１９】図３は図２の構成に使用されている振動子
と保持棒先端部を拡大して示した物で、これにおいて、
基本的にはボルト締めランジュバン構造を有する振動子
が保持棒の先端部に覆い被さる様に、しかし着脱自在に
嵌め込まれている。この振動子は外径が１１ｍｍ強で、
トロカールの中を潜り抜ける事が出来る。また保持棒は
トロカールの内径よりもはるかに細い、高々６〜８ｍｍ
程度で十分のため、トロカールの中で他の手術手段ない
し支援手段と共存さえできる。振動子はまた、全体とし
て、あるいは少なくともその保持棒と嵌合する部分は中
空であり、円筒状あるいは角筒状の構造をしている。こ
の例の場合、その中央部に配置せられる機械的駆動源と
してはＰＺＴ系の、特に低損失で機械的Ｑの高い事が特
徴の圧電セラミックが用いられているが、他に電歪セラ
ミックを適切なバイアス電界の印加の下に用いる事も出
来る。

【００２０】ここで用いられている、中心部に貫通孔の
ある、厚肉円筒構造のボルト締めランジュバン振動子の
構造はあまり前例がないが、ただ単に中心軸の部分で共
振器全体を締め上げているボルトを十分太くして、これ
を貫通孔のあるボルトとなした物であり、動作原理上は
それ故に本質的に異なる物ではない。即ちボルト締めラ
ンジュバン振動子は中央部に機械的駆動源（ＰＺＴ素
子）を有し、その前後に共振器となる金属円柱（厚肉円
筒）を負荷した物である。この場合、ただの円筒に特有
の周囲方向に波の立つ振動モードを抑圧するために、Ｐ
ＺＴ素子の起振力の均一性も含めて周囲方向の均一性に
多少の配慮が必要である。

【００２１】即ちこの中心部に貫通孔のある厚肉円筒構
造のボルト締めランジュバン振動子は、その振動の節の
部位において貫通孔の内径が小さくなっている小領域が
あり、これにおいて保持棒先端部の僅かに括れた部分と
の着脱自在の機械的結合を行う。嵌合機構はネジ式でも
バヨネット式でも、またソケット式でも、またそれらの
組み合わせでも良いが、この実施例では一例として保持
棒先端部の僅かに括れた部分には更に縦方向にスリット
が切ってあり、その結果実現されるフォーク状ないし音
叉状のバネ能力のあるピンを、貫通孔の内径が小さくな
っている小領域をソケットとしてこれに差し込む。ここ
で、括れの構造が定位に貢献する。

【００２２】また詳細な図示は省略するが、この機械的
嵌合機構には電気接点も併設され、陥合が完了した状態
ではこの電気接点は振動子の機械的駆動源のＰＺＴ素子
の電気端子と結合する。その結果、保持棒に平行して、
もしくは保持棒の中を通ってＰＺＴ素子の引き出し線が
トロカールの外側に引き出され、図示せぬ電気的駆動源
に接続される。

【００２３】保持棒はまた、その一部あるいは全長がヒ
ートパイプである事が出来る。この様な構成は、振動子
が運転中に副次的に発する熱を速やかにトロカールの外
界に導出、棄却する事を得せしめる事から、大変好まし
い実施例を与える。この実施例では前記先端部の陥合ピ
ンはヒートパイプの端部にろう付けされていて、振動子
の発する熱は陥合部とフォークピンから回収され、この
ヒートパイプを通ってトロカールの外界に搬出される。
勿論ヒートパイプの代用物として熱伝導率の良い金属で
ある銅の棒とか、往復管路による水冷、油冷、ないし加
圧空冷系とかを用いても良い。このヒートパイプないし
その代用物たる放熱系の具体的構成は設計上の自由度の
内であり、本発明はかかる放熱系を具備する場合におい
てもその具体的構成により規定される物ではない。

【００２４】ここで最も重要な事として、振動子自体を
手術用のブレードとして使うため、その先端部の少なく
とも一部もしくは全部が鑢、錐、鋸、ないし何らかの刃
物や工具の形状をしている。このブレードは専用工具を
用いて、もしくは用いずに振動子との間で着脱自在にな
っている事も好ましい一例であり得るが、振動子自体が
使い捨て式に使用される設計としてその様な配慮を省略
する事がこの場合の趣旨である以上、先端部その物が所
望の形をしたブレードである事が最も好ましい設計であ
る。手術手技上異なる形のブレードが入用な時には、即
ち、この振動子兼ブレードを交換する。

【００２５】このブレードとしての具体的な形状は趣旨
とする用途に応じて直刃、側刃、突っ切り、引っ掻き鉤
状、ないし鑢、鋸状など全く様々であり得る。故にこの
刃の具体的な形状や形式は本発明の趣旨を左右する物で
はない。

【００２６】ブレードとなる振動子先端部は、前記の厚
肉円筒状のままよりも、そこだけは閉じていて液体が厚
肉円筒の内部に滲出して来ない様にする事が好ましい。

【００２７】所で以上が交換可能な振動子（電気音響変
換器）兼手術用ブレードとしてボルト締めランジュバン
振動子を基底構造とする圧電ないし電歪型の振動子を採
用する場合の話であるが、本発明の今一つの類いの好ま
しい実施例においてはこれを磁歪型振動子を採用する物
として構成する事ができる。

【００２８】図４はかかる磁歪型振動子である所の交換
可能な振動子兼ブレードの例であり、これにおいて、振
動子兼ブレードは磁歪性に富んだニッケルなどの金属、
ないし磁歪振動子用のフェライト、もしくは稀土類合金
の超磁歪材料で出来た棒状の物体であり、その中央部に
やや括れを有し、この括れでもって保持棒の先端部の切
り欠き構造に嵌合し保持される。保持棒の嵌合部には更
に外側にコイルが巻いてあり、これに図示せぬ電気的駆
動源より直流バイアス電流が重畳された、もしくはされ
ない交流電流が流され、該電流の発生する磁界により該
磁歪振動子は振動を発し駆動される。

【００２９】この場合、磁界はコイルから接触せずに供
給されるので、括れの部分に嵌合する保持棒には電気的
接点などは不要で、機械的な、また必要に応じて放熱の
ための熱的な結合があれば十分である。

【００３０】爾してこの交換可能な振動子兼ブレードで
ある磁歪型振動子は前記の圧電振動子の場合と同様に先
端部が手術用のブレードの形をしていて、手術のための
用途用法は前記同様である。しかしながらこの場合中空
の厚肉円筒などという複雑な形状は必要なく、また共振
器を外付する必要すらなく、ただのムクの棒状の磁歪材
料の中央に括れを加工してこれを半波長ないし１波長の
共振器として動作できる様にしておけば良いまでであ
り、適切な素材と設計によればこれは前記のボルト締め
ランジュバン構造の圧電振動子より容易に安価に大量に
生産できるという特徴を有する。しかしながら外付共振
器の併用を妨げる物ではない。

【００３１】また圧電ないし電歪振動子の場合でも、あ
えてボルト締めランジュバンという構造を採用しなくと
も、共振器を外付しない厚肉円筒ないし厚肉角筒状の材
料を用いても同趣旨の交換可能な振動子兼ブレードを実
現する事が出来る。この場合、用いる圧電ないし電歪セ
ラミックス材料としては使用中に割れや欠けの事故を起
こす確率が十分小さいように、緻密な構造の物を、駆動
レベルに注意して使用する必要がある。

【００３２】以上の説明は圧電、電歪、また磁歪の違い
に限らず振動子としての共振の構造としては従来概念ど
おり分布定数的な体積振動が生起する物としていたが、
これはこれに限った事ではなく、集中定数的な共振構造
も採用する事が出来る。すなわち図５に略示する如く、
駆動力を発生するＰＺＴ円環を直接くわえる構造はボル
ト締めランジュバン構造に準ずる締め付け構造を有しつ
つも、その更に外側にバネとなる部分と負荷質量となる
部分とが個々別々に存在する様な、集中定数的に扱う事
が出来る構造ないし構成を採用する事もできる。

【００３３】この様な構造ないし構成の利点は、分布定
数構造では共振周波数と振動子の長さとが用いる物質の
音速を介して、また投入電力ないし駆動レベルに関して
得られる端面振幅が用いる物質の音響インピーダンスを
介して、それぞれ一義的に決ってしまうのに対し、これ
らをある程度任意に設計できるので、同じ動作周波数同
じ振動振幅を得るのに寸法、重量、駆動レベルなどをよ
り有利に、すなわちより小さくて済む様に設計する事が
出来る事である。

【００３４】すなわち一般の超音波加工器が金属や木材
やプラスチックなどの比較的音響インピーダンスの高い
（硬い）物質を相手にするのでそれに見合う硬い物質の
体積振動により“体当り”をしなければならないのに対
し、ここで論ずる超音波手術器が相手にする生体軟部組
織は遥かに音響インピーダンスの低い（軟らかい）物質
であり、これを相手にする場合、見掛けの音響インピー
ダンスがより低い、集中定数モデルで表され得る振動で
も十分効果をあげる事が出来る。この事より共振器とし
て分布定数モデルで記述されるボルト締めランジュバン
の基本構造には必ずしも固執する必要はない。しかしど
の様な共振構造を採用するかは本発明の実施上の自由度
の内である。

【００３５】さらに本発明は同じ思想により図６に示す
様に、分布定数モデルのままでも外付共振器が非金属性
の物質、例えばガラス、セラミック、金属酸化物、単結
晶、多結晶ないしアモルファス物質で出来ている事を特
徴とする、該超音波手術装置である事が出来る。主たる
共振手段をチタンとかアルミニウムとかの汎用されるム
クの軽金属に替えて、ガラス、セラミック、シリコンな
いし金属酸化物、同窒化物、また単結晶、多結晶、アモ
ルファス物質、また金属やセラミックの発泡体、多孔質
体などの中から、設計上所望せられる、より低い音響イ
ンピーダンスのものを選択して用いる事が出来る。この
場合も適切な設計によれば同じ動作周波数で同じ振動振
幅を得るのに寸法、重量、駆動レベルなどをより有利
に、すなわちより小さくて済む様に設計する事が出来
る。しかしこの場合もどの様な物質および共振構造を採
用するかは本発明の実施上の自由度の内である。

【００３６】以上に説明した様に、本発明の実施によれ
ば改良された超音波手術が行い得て好ましい物である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の一例を示すスケッチである。

【図２】本発明の一実施例を示すスケッチである。

【図３】本発明の一実施例における振動子と保持棒先端
部を示すスケッチである。

【図４】本発明の他の実施例における振動子と保持棒先
端部を示すスケッチである。

【図５】本発明のさらに他の実施例における集中定数モ
デルに準拠する振動子を示すスケッチである。

【図６】本発明のさらに他の実施例における非金属共振
器を用いた振動子を示すスケッチである。以上におい
て、各部の記号と内容は以下の通りである。 （１）圧電または電歪振動子 （２）外付共
振器 （３）伝達棒 （４）ブレー
ド（刃） （５）シース（外套管） （５´）トロカール （６）振動子
の保護筐体 （７）保持用オーリング （８）保持棒
（兼ヒートパイプ） （９）嵌合ピン （１０）括れを
持つ機械的嵌合機構 （１１）電気端子の引き出し線 （１２）ばね
（スプリング）部 （１３）負荷質量（ローディングマス）部 （１４）ブレード（刃） （１５）非金
属共振器 Ａ−Ａ 体内外の境界線

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本質的に半波長もしくは１波長の共振をす
   る電気音響変換器それ自身を、介在する振動伝達系を本
   質的に併用することなく手術用ブレードとして直接被手
   術生体組織に当接させて超音波手術を行うとともに、該
   電気音響変換器兼手術用ブレードは一人の患者または一
   件の手術業務のたびに使い捨てされ得る如くに交換可能
   に構成された事を特徴とする、超音波手術装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の超音波手術装置におい
   て、前記電気音響変換器兼手術用ブレードは電極が予め
   被着され、また外付共振器が付加されているまたはされ
   ていない圧電または電歪セラミック振動子であり、前記
   交換可能な構造は該電極と接続された少なくとも一対の
   電気端子を含む事を特徴とする、該超音波手術装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の超音波手術装置におい
   て、前記電気音響変換器兼手術用ブレードはコイルが巻
   かれていない、また外付共振器が付加されているまたは
   されていない磁歪振動子であり、前記交換可能な構成は
   磁気結合は含むが電気端子は含まない事を特徴とする、
   該超音波手術装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３に記載の超音波手術装置
   において、該振動子は長い棒状の保持手段に保持されて
   手術用トロカールの中を進入する事ができる様に構成せ
   られた事を特徴とする、該超音波手術装置。
5. 【請求項５】請求項１および４に記載の超音波手術装置
   において、該棒状の保持手段はヒートパイプの機能を有
   し、該保持手段兼ヒートパイプを介して該振動子が有効
   に冷却される如く構成せられたる事を特徴とする、該超
   音波手術装置。
6. 【請求項６】請求項２または３に記載の超音波手術装置
   において、該外付共振器は非金属性の物質、例えばガラ
   ス、セラミック、金属酸化物、単結晶、多結晶ないしア
   モルファス物質で出来ている事を特徴とする、該超音波
   手術装置。
7. 【請求項７】請求項２および４に記載の超音波手術装置
   において、該電気音響変換器兼手術用ブレードとなる、
   電極が予め被着され、また外付共振器が付加されている
   またはされていない圧電または電歪セラミック振動子は
   その一部または全部が円筒状または角筒状の形状を有
   し、該棒状の保持手段は該筒状の構造を中から支える形
   でこれを保持し、また電極との電気的接続をも行う如く
   構成された事を特徴とする、該超音波手術装置。
8. 【請求項８】請求項２から７までのいづれかに記載の超
   音波手術装置に使用されるための電気音響変換器兼手術
   用ブレードであって、音響学的構成要素として、駆動源
   のほかにバネ（スプリング）要素と、付加質量（ローデ
   ィングマス）要素とが別々に存在する集中定数形の構成
   を有し、その結果として、同じ周波数と同じ変位振幅を
   得るために両要素が一体として具備されている分布定数
   形の構成を有する場合よりも少なくとも寸法、重量、駆
   動電力などのうち一つ以上の項目において有利な設計で
   ある事を特徴とする、該電気音響変換器兼手術用ブレー
   ド。
9. 【請求項９】請求項２から７までのいづれかに記載の超
   音波手術装置に使用されるための電気音響変換器兼手術
   用ブレードであって、音響学的共振要素として、少なく
   とも金属やセラミックスよりも音響インピーダンスが有
   意に低い材料を採用し、結果として同じ周波数と同じ変
   位振幅を得るために音響学的共振要素として金属やセラ
   ミックスを用いる従来手法よりも同じ周波数と同じ変位
   振幅を得るために少なくとも寸法、重量、駆動電力など
   のうち一つ以上の項目において有利な設計である事を特
   徴とする、該電気音響変換器兼手術用ブレード。