JPS63501845A - 超音波外科手術用ハンドピース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 屈曲型超音波外科手術用ハンドピース 及びその製造方法 発明の背景 発明の分野 本発明は、生物組織の中から薄片状組織を取り除くのに役立つ超音波外科手術用 器械に関するものである。特に、本発明は変換器と屈曲型結合体を有する超音波 外科手術用ハンドピース及びその製造方法に関するものである。

従来技術の説明 一般に、ハンドピースに関する超音波外科手術用器械は、最初に目の手術、特に 白内障の剥離に使用されていたが、現在では様々な外科手術の中で広く使用され ている。この公知の超音波ハンドピースは、一般に高周波電気エネルギーを機械 的衝撃又は振動に変換する方式の圧電変換器又は磁気歪変換器を用いている。こ の変換器は、本質的には細長い結合体に対して鑞付又は溶接等により一端を固定 した変換器から成る。また、前記の結合体は、その他端にて順番に細長い手術プ ローブ又は手術チップを支持している。

変換器、結合部及びプローブを有する電気機械式振動子本体は、架構部を機械振 動から防ぐと共に、冷却液部と、振動子本体と、及び変換器を駆動するための電 気エネルギー部とを相互に連関して結合するための結合手段を介して架構部によ って支持されている。この公知の超音波ハンドピースは、例えば、米国特許第３ ，６９３゜６１３号及び第３，８０５，７８７号に開示されている。

一般に、架構部と同軸上の細長い手術プローブを有する公知の超音波ハンドピー スは、３／４λの長さの変換器、即ち変換器及び結合体の長さが波長の３／４か ら成る変換器と波節面上又は波節面近傍のチップ結合面にて充分な波長が得られ るように組み付けられた１／４λの長さの手術プローブから形成される。このハ ンドピース例えば、手術を施す患部が生物体内の奥深くに位置する場合、このハ ンドピースの架構部とその架構部を保持している外科医の手が手術チップへ向け た視線を妨げるために良好な視界は必ずしも得られない。また、このような従来 技術の直線型超音波ハンドピースは、このハンドピースと外科医の手が手術用顕 微鏡と干渉するために、顕微手術において特にその使用が制限される。

上述の直線型ハンドピースの困難な問題点を解消する超音波外科手術用ハンドピ ースを提供する１つの試みが米国特許第４，５２６゜５７１号に開示されている 。この従来技術の装置では一般的な直線型変換器本体は、結合体を介して手術チ ップに対する一般的な波節点に組み付けられているが、１／２λの臼型延長結合 体は、手術プローブと、この手術チップの縦軸が変換器本体の縦軸と例えば、Ｉ ５°の角度を成す事実上３／４λの延長結合体を形成し、この変換器本体と結合 する一般的な組み付は点との間に挿入されている。この変換器本体は、生物体内 の奥深く、かつ制限的な近接した体の開口部において手術をするとき、その手術 を施す患部での視界の問題をうま（解消したが、全体に渡る変換器本体の付加部 分の長さは、ある一定の状態のもとて手術用顕微鏡と共に用いられるために、こ の装置の能力が低下する。更に、短い直線型ハンドピースの操作に慣れた外科医 は、その操作性及びバランスの違いから長いハンドピースに交換することが困難 であると認識する人もいる。このように、手術チップに対しての改善された視界 及び手術用顕微鏡との最小限の干渉を考慮して設計され改善された外科手術用ハ ンドピースの必要性が残されていた。

また、縦超音波振動が直線型と、臼型又は屈曲型部分のうちいずれかから成る細 長部を介して伝達されることも知られている。例えば、米国特許第３，５４６， ４９８号では臨界位置、即ち伝達要素である波節部又は波腹部の位置に配設され た短い半径の屈曲部によって結合された一連の直線型環節から成る伝達線を開示 している。

本発明の第１の目的は、上述の従来技術のハンドピースの短所を補う改善された 超音波外科手術用ハンドピースを提供することである。

もう１つの目的は、公知の臼型ハンドピースより短く、かつ操作し易い屈曲型超 音波外科手術用ハンドピースを提供することである。

を成して配置されている結合体の両端近傍の波節面及び波腹面の間に位置し、屈 曲した結合体を用いた超音波外科手術用ハンドピースを提供することである。

もう１つの目的は、外科医の手に馴染む改善されたバランスを存し、これによっ てより操作し易く、かつ使用上枝れにくい超音波外科手術用ハンドピースを提供 することである。

もう１つの目的は、手術用顕微鏡と共に使用し、少なくとも焦点距離３００關の 対物レンズ使用時にその顕微鏡の使用と事実上干渉しない超音波外科手術用ハン ドピースを提供することである。

もう１つの目的は、手術チップと、直線型及び屈曲型の両方のハンドピースの駆 動系構成部品が共に交換できる超音波外科手術用ハンドピースを提供することで ある。

更に、もう１つの目的は、外科医の手に馴染む操作し易く、かつ疲れにくいよう に充分短く、手術用顕微鏡の使用と事実上干渉せず、かつ１／４λの手術チップ が使用されている屈曲型超音波外科手術用ハンドピースの製造方法を提供するこ とである。

発明の要約 この発明の進歩性、従来ｙは違った目的及び有利性を得るために、本発明の重要 な特徴は、手間取ることなく手術室の職員により公知の直線型ハンドピースと交 換して使用できる改善された屈曲型超音波外科手術用ハンドピースを提供するこ とにある。このハンドピースは同一周波数の業務上使用しているコンバチ式制御 装置にプラグを差し込んで動作し、また業務上使用しているコンバチ式直線型ハ ンドピースに使用している現存の外科手術チップに機能するように設計されてい る。このことは、結合体の両端の中間点、即ちこの結合体の両端に位置する波節 面及び波腹面の中間点に変換器の縦軸に対しである角度を成して屈曲した結合部 材を用いることにより、またコンバチ式直線型変換器及び望ましい動作周波数に て交換可能なチップに対して合致する振動インピーダンスによって達成される。

また、これを達成するために、屈曲型及び直線型結合体は同じ軸長であり、かつ 屈曲型結合体の一部が波節面上又は波節面近傍、即ち手術チップの結合点近傍で 取り除かれる。好ましくは、この一部の材料は、結合体の直線部及び屈曲部にお ける夫々の縦軸を包含する平面に対して平行な平面に位置する平面部を平削りす ることによって取り除かれる。

図面の簡単な説明 この発明の進歩性、従来とは違った特徴及び有利性は以下の添付図面と図面に関 連した詳細説明より明らかである。

第１図は、本発明が改善しようとする従来技術の直線型超音波外科手術用ハンド ピースの縦断面図である。

第２図は、本発明を用いた超音波外科手術用ハンドピースの変換器本体及び手術 チップ部分の平面図である。

第３図は、第２図に示した器械の側面図である。

第４図は、第３図に示した器械の結合体部分の拡大側面図である。

第５図は、第４図の矢視５−５における断面図である。

第６図は、直線型及び屈曲型ハンドピースの縦軸を示した合成図である。

第７Ａ図は、波節面に配設された支持方法を示した本発明の屈曲型ハンドピース の部分断面における部分側面図である。

第７Ｂ図は、波節面Ｚ−Ｚにおける第７Ａ図に示した実施例の断面図である。

好適実施例の説明 図面に従って詳細に説明する゛と、第１図は例えば、米国特許第３゜６９３．６ １３号において開示されている一般型超音波吸引器を示している。この吸引器は 、まだ広く外科手術で使用されているが、本発明はこれを改善するものである。

この超音波外科手術用ハンドピースは、参照符号ｌＯで示され、一般に参照符号 １４で示される振動誘起体の周囲を包み支持している架構部１２を有している。

振動誘起体１４は、磁気歪変換器要素１６及びその末端に装着された着脱可能な 手術チップ２０を有する増幅部又は結合部、或は増幅体又は結合体１８から形成 される。変換器を駆動するための高周波エネルギーは、架構部１２の中に位置す る変換器１６の周囲に巻かれたコイル２４に接続された導線２２を介して供給さ れる。冷却液は、夫々流入導管２６及び流出導管２８によって架構部を通って循 環される。

前記の振動体本体１４は、順番に架構部１２の端に組み付けられ、その中に突出 している支持要素３２の空洞部３０の中に位置し組み付けられ、ている。半径方 向に拡がったフランジ３４の両側面に夫々１個ずつ配設された１対の弾性ガスケ ット部３６は、振動体本体１４から誘起される振動から支持要素３２及び架構部 １２を効率的に防ぐと共に振動体１４を支持している。

洗浄及び吸引時の液体架構部３８は、ねじ結合手段４０等によりて支持要素３２ の端に組み付けられ、確実に弾性ガスケット部３６を保持している。液体流入口 ４２は、液体架構部３８の中空円筒体４６と結合体１８の細長い管状部分４８の 外面との中間にある円筒形液体室４４と連絡している。弾性Ｏリングシール５０ は、このハンドピースへの洗浄液の流出を防ぐために中空円筒体４６と管状部分 ４８の間に圧着形成されている。着脱式スリーブ５２は、液体架構部３８の末端 に取り付けられ、手術チップ２０の周囲を覆っている。

吸引通路５６は、その自由端から手術プローブ２０の中心軸を通って結合体１８ の細長い管状部４６の軸方向通路と連絡している。この通路５８は、Ｏリング５ ０とガスケット４６の間に位置する液体架構部３８の吸引室６０と連絡する吸出 口を有する。この吸出口導管６２は、手術部から洗浄液や乳化した組織を吸い出 すために真空室へ接続されている。

本発明による超音波外科手術用ハンドピースの構造及び動作は振動誘導体本体の 形状を除いては従来技術の装置と事実上類似している。よって、本発明の超音波 外科手術用ハンドピースの振動体構成部品のみを図示し記述することにする。

本発明の好適実施例を示した第２図において、振動体６８は、上述した方法で支 持要素及び架構部に組み付けるのに適した伝達要素又は結合体７２によって緊密 に組み付けられ支持された磁気歪変換器７０を有する。この磁気歪変換器７０と 結合体７２とによって３／４λの長さの変換器が形成される。また、ｌ／４λの 長さの手術チップ７４が波節面上又は波節面近傍のチップ７４と結合体７２との 結合部分で充分な波長が得られるように結合体の他端に組み付けられている。第 １図に示した従来技術の直線型変換器及び第２図乃至第６図に示した本発明の屈 曲型変換器のいずれもが適切に設計された手術チップが結合体に装着されるとき 、所定の共振周波数で共振するように設計されている。

直線型結合体を有する変換器及び屈曲型結合体を有する変換器のいずれもが同じ 周波数にて特別な手術チップの縦軸に沿ってこの手術チップを共振するために、 この変換器のいずれもが手術チップに対して望ましい周波数又は計算された周波 数にて手術チップを共振するのに適した振動インピーダンスを持たなければなら ない。実際、周波数Ｆにて共振するように設計された手術チップに対して、変換 器がうまく動作してくれる計算された周波数帯域の上限及び下限が存在する。こ の周波数帯域は、２ΔＦ又は周波数ＦはＦｏ±ΔＦとして表わされる。このよう に超音波発生器又は駆動ユニットは、Ｆ。±ΔＦの帯域における周波数にて変換 器を駆動するように設計されている。

仮に、屈曲型変換器の結合体が事実上直線型結合体を曲げることによって形成さ れ、手術チップが直線型変換器と同じ周波数Ｆにて共振するものとした場合、屈 曲型結合体に装着されたこのチップは、異なる周波数Ｆ′にて動作することにな る。また、この周波数の変化は、直線型結合体を短くした場合にも同、様に起こ り得る。

第６図において、直線型変換器の縦中心軸Ｘ及び本発明による変換器の屈曲部７ ６の縦軸Ｘ′は、互いに点Ｃにて交差し角度αを成して配置されている。特に、 変換器１６の一端は、第２の波腹面にて直線型結合部の結合端に結合され、この 変換器の他端又は末端は、第１の波腹面に位置している。第１の波節面は、この 磁気歪変換器の概して真中である第１及び第２の波節面の中間に位置している。

第２の波節面は、結合体の自由端近傍に位置している。

第６図に示すように、直線型結合体１８及び屈曲型結合体７２の縦中心軸は、点 Ａにて示された第１の波腹面に位置している。本発明によると、屈曲型ハンドピ ースの結合体は、直線型ハンドピースの縦軸Ｘと角度αを成して延長形成した縦 軸Ｘ′に沿って共振し、同一の手術チップを使用するように設計された直線型及 び屈曲型の両方の変換器と共に共振するように作られている。仮に、直線型及び 屈曲型の結合体の縦中心軸が同じ長さであるならば、直線型変換器は周波数Ｆで 共振し、屈曲型変換器は周波数Ｆ′で共振する。この周波数Ｆ′が短い長さの直 線型結合体の周波数に相当する。

第６図において、ＡＢは直線型結合体の全長を表わし、ＡＤは波腹面の点Ａから 直線型結合体の自由端近傍の波節面までの距離を表わす。点Ｃは、縦軸Ｘ及びＸ ′の交差する点を表わし、点Ｅは縦軸Ｘ′に沿った屈曲型結合部の自由端を表わ す。この図から読み取れるように、ＡＢ＝ＡＣ＋ＣＥＸｅｏｓａ＝ＡＣ＋ＡＤで ある。このように屈曲型結合体の実際の長さＡＤは直線型結合体の長さＡＢより 短いためこの屈曲型結合体の本来の周波数Ｆ′は直線型結合体の周波数より高い 。公知の超音波外科手術用ハンドピースの振動音響要素は、通常その能力損失を 最小に押さえるために波節面上又は波節面近傍にて支持されている。仮に、共振 周波数Ｆにて音響要素を振動するように機械設計されているならば、この周波数 が少しでも変化すると、波節点の位置もまた変化し、結果的に能力損失が増加し 効率の低下に継がる。しかしながら、前述したように、このタイプのシステムは 一般に最多頻度周波数Ｆ０を中心にその上下に拡げた狭周波数帯域にて動作する ように設計されている。即ち、許容動作周波数Ｆ＝最多頻度周波数Ｆ０±ΔＦと なる。この狭周波数帯域内では、効率は事実上実用目的に即して絶えず一定して いるが、この狭周波数帯域外では、超音波発生器の安定性は予知できない。

従来のシステム及び手術チップと互換性があるように直線型及び屈曲型の両方の ハンドピースの夫々の結合体の周波数を合致するために、屈曲型変換器は、第６ 図に示した長さＡＣＥを変えることなく手術チップの周波数Ｆに合致され得るこ とが判明した。このことは、波節面近傍の結合体７２の屈曲部７６における算出 された所定の質量を取り除くことによって、好ましくは結合体全体の長さに渡る 事実上円形断面である結合体の互いに正反対の表面に相当する平面部７８及び８ ０を夫々平削りすることによって達成される。この平面部は、好ましくは結合体 の屈曲部及び直線部の縦軸を包含する平面に対して平行な平面に位置している。

この平削りによって削り出される部分の質量及び形状は次の方程式を解くことに よって算出ここにおいて、　ρ＝体積密度 Ｓ＝斜線部面積 （ρ５ｄｘ）＝微分量ｄｘの質量 ξ＝排水量 Ｙ＝ギヤング 率記の方程式を正確に解くことは窮めて難解であり、事実上この方程式を解くに は、振動体に負荷された質量に対して適切な境界条件を設けるために取られるべ き多数の近似値を必要とする。この方程式の解は、取り除かれる質量を近似する ために次の計算式によって導かれる。

ここにおいて、　Ｄ＝波節面上における結合体の直径ρ＝結合体材質の体積密度 ＣＢ＝屈曲部の長さ この方法を用いると、直線型結合体と同じ長さを有する屈曲型結合体は、波節面 及び波腹面の中間点に配設された結合体の曲部又は屈曲部と共に直線型結合体と 同じ周波数にてその軸Ｘ′に沿って共振するように設計される。前述したように 、音響振動子は、通常この振動子に沿って振動しているチップに対し直線軸方向 のベクトル力を伝達することを許容するために波節点支持部に対して直交して設 計されている。そこでたとえどんな音響振動子の曲部が用いられたとしてもこの 振動子の曲部は、通常前述の米国特許第３，５４６゜４９８号に開示されている ように波節点支持部又は波節点支持部の後部に配設されていた。

この波節面支持部（Ｙ−Ｙ）の後部における音響振動子の曲部によって、この音 響振動子の動作周波数に移動して、振動子の共振を誘起するのに伴い過度の振動 子の振動損失が生じる。

この損失は、主に結合体の曲部によって生じる非軸方向の負荷による。この非軸 方向の負荷により軸方向成分はもちろん半径方向成分をも持つベクトル力が発生 する。この半径方向成分は必要としない成分である。前記の損失は、次の方法に より最小限に押さえることができる。

１、手術チップの動作行程の水準を望ましい外科手術方法に充分適した選定水準 に低く押さえることにより。

２、充分な冷却水の流れを妨げることのないように必要としない横方向の積重な った運動を制御することにより。

３、機械上の適合だけでなく外科手術の使用形態に合うように結合体の質量によ る振動インピーダンスを充分調整することにより。

このように、顕微手術を困難にしている緻密な手術にて超音波外科手術用ハンド ピースの使用を可能とするような器械が待ち望まれていた。更に、この器械は、 手術室の職員が多くの練習又は再練習を積まなくても容易にこの屈曲型ハンドピ ースと従来の直線型ハンドピースを交換することができるように従来の駆動装置 及び手術チップの使用を可能にしている。

第７Ａ図及び第７Ｂ図に示された本発明の好適実施例において、磁気歪変換器７ ０は、これを緊密に締め付けるために波節平面Ｚ−Ｚに配設された支持手段によ って確実に支持されている。この支持手段は支持要素３２の内壁部８６の上に設 けられた半径方向に互いに内向する複数の突出部８４によって形成される。また 、この支持手段は、変換器７０の周囲に充分な冷却液の流れを保障するために意 図された手段を有する。この冷却液の流れを可能とする手段は、複数の突出部８ ４の間に設けられた間隙８８によって形成される。

本発明の好適実施例は詳細に渡って開示され記述されたが、本発明はこれによっ て制限されるものでなく、むしろこの技術的創作において熟達したことが明らか なすべての実施例及び本発明の考え方、見地から来ることが明らかなすべての実 施例を含むものと考えられる。

ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７Ａ 国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．凹所の手術箇所から薄片状組織を切り開き取り除くための超音波外科手術用 ハンドピースにおいて、高周波電気エネルギーを高周波機械振動に変換可能に延 長形成した直線型変換器と、この変換器の一端に緊密に結合された一端を有する 結合体と、及びこの結合体の他端に着脱可能な状態で装着されている細長い直線 型手術チップとから形成され、この振動体がその共振周波数Ｆにて振動するとき 、事実上縦振動波長λの長さに等しい全長であり、この振動波長λは前記の変換 器及び結合体の結合端近傍の波腹面と結合体の他端近傍の波節面を有するハンド ピースであり、この改善された結合体は、事実上前記の変換器の縦軸Ｘと一致し た縦軸を有する第１の直線部分と、縦軸Ｘに関して角度αを成して位置する縦軸 Ｘ′を有する第２の直線部分とから形成され、この結合体はその長さの少なくと も大部分が円形断面形成され、この屈曲空振動体の共振周波数が事実上等しい長 さ及び寸法の直線型結合部を有する振動体の共振周波数とまったく一致するよう に、同一の円形断面の直線型結合体の質量に関係する波節面近傍の結合体外表面 から取り除かれた結合体の質量部分と、この結合体から取り除かれた質量部分以 外の直線型結合体とから形成されたことを特徴とする超音波外科手術用ハンドピ ース。
2. ２．前記の結合体から取り除かれる質量部分は、この結合体の互いに正反対の側 面に対して平削りされた１対の事実上平行な平面部から形成されることを特徴と する特許請求の範囲第１項に記載した超音波外科手術用ハンドピース。
3. ３．前記の平面部は、縦軸Ｘ及びＸ′を包含する平面に対して平行な平面に位置 することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載した超音波外科手術用ハンド ピース。
4. ４．前記の結合体から取り除かれる質量は、次の式によって決定されることを特 徴とする特許請求の範囲第３項に記載した超音波外科手術用ハンドピース。 Ｍ≒［（２Ｄ＊／４）ρ］［ＣＢ−ＣＢｃｏｓα］ここにおいて、Ｄ＝波節面上 における結合体の直径ｐ＝結合体材質の体積密度 ＣＢ＝屈曲部の長さ
5. ５．前記の変換器は、その両端の中間に配置された波節面を有し、前記のハンド ピースは、更にこの変換器を支持するために変換器の波節面上に配設された支持 手段を有したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した超音波外科手術 用ハンドピース。
6. ６．前記の支持手段は、この支持手段を介して冷却液の流れを可能とする手段を 有したことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載した超音波外科手術用ハン ドピース。
7. ７．前記の変換器に対する支持手段は、この変換器の周囲における支持部にて半 径方向に互いに内向する複数の突出部から形成されたことを特徴とする特許請求 の範囲第６項に記載した超音波外科手術用ハンドピース。