(57)【要約】      （修正有）【課題】音響ハンドピースに接続するためのハブを備えた水晶体超音波乳化吸引針を提供する。【解決手段】細長い軸がハブと一体成形され、ハブから延びていて、ハンドピースによって振動させると組織を粉砕する先端部分が、金属針と比較して、実質的に低い密度、実質的に高い電気抵抗率、実質的に低い熱伝導率、実質的に低い機械的横剛性、ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを先端の運動に変換する実質的に高い効率、実質的に低い音響インピーダンス、実質的に高いポアソン比、実質的高い機械的利得等の優位性を示す特性を有する材料で形成されている構成とする。【選択図】図２
2020179207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体であって、
反射体と、
前記反射体に接続された駆動装置であって、既知の駆動装置振動周波数範囲を有する、駆動装置と、
前記反射体と反対側の前記駆動装置に接続されたホーンと、
前記駆動装置と反対側の前記ホーンに接続された針であって、既知の自由軸長を有する、針と、
を備え、
前記駆動装置に印加される最小限の電力に対し、前記針の所望のストローク長を最大にするために、前記針を構成する材料が、前記駆動装置振動周波数範囲において、前記材料を通過する音の速度によって、前記針の自由軸長と実質的に等しい１／４波長の距離が得られるように選択されるよう構成されていることを特徴とする、水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体。
【請求項２】
水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体であって、
反射体と、
前記反射体に接続され、ある範囲の周波数及び既知の電力レベルで振動する駆動装置と、
前記反射体と反対側の前記駆動装置に接続されたホーンと、
前記駆動装置と反対側の前記ホーンに接続された針であって、先端、及び前記駆動装置の振動周波数範囲において、前記針を構成する材料を通過する音の速度の１／４波長に実質的に等しい自由軸長を有する、針と、
を備え、
前記先端において所望のストローク長を得るための、前記トランスデューサ組立体の構成が、前記駆動装置の振動周波数範囲、前記針の自由軸長、及び前記針を構成する材料を含む、少なくとも３つの要因に依存し、前記３つの要因のうち任意の２つが分かれば、残りの第３の要因を決定することができるよう構成されていることを特徴とする、水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体。
【請求項３】
前記所望のストローク長が略１２０μｍであり、前記駆動装置が振動する前記周波数範囲が、約２８．５ｋＨｚの公称周波数であり、前記針の前記自由軸長が略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）であり、従って、前記針を形成する前記材料が、約２８．５ｋＨｚの公称周波数において、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）の材料を通過する、音の速度の１／４波長を有する材料として決定することができるよう構成されていることを特徴とする、請求項２記載の水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体。
【発明の詳細な説明】
【関連技術の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年、４月２０日出願の米国特許出願第１４／６９０，７９１号の優先権を主張するものである。米国特許出願の本開示は、参照により、全内容が援用されるものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、手術、特に眼の手術に使用される超音波針に関するものである。より具体的には、本開示は非金属材料又は材料の組み合わせから形成される超音波針に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
本段落は、必ずしも先行技術とは限らない、本開示に関連する背景情報を提供する。
【０００４】
超音波針及びトランスデューサ組立体、特に水晶体超音波乳化吸引（フェイコ）針が、白内障及びその他の細胞の乳化及び吸引に使用されることが知られている。従来から、これ等の針及びトランスデューサ組立体は、金属、例えば、ステンレス鋼又は、最も一般的には、チタンで形成されている。金属針は、その有益な属性の中でも、とりわけ超音波振動の歪みに耐えること、非常に硬く組織の粉砕に適していること、及び破損することがまれである（眼の中に粒子が残らない）という属性を有している。しかし、振動中、金属は過度の熱を発生し、角膜に熱傷を生じさせる可能性が潜在的にある。加えて、金属を眼の手術に必要な非常に小さい針に成形するのが比較的困難であって、コスト効率の高くない機械加工がしばしば必要であり、針に加工するのに費用がかかる。金属針は、比較的大きい駆動力を必要とするため、ハンドピースの設計の選択肢が限定される。
【０００５】
金属以外の代替フェイコ針材料の公知の開示はほとんどない。実際のところ、非金属のフェイコ針は本質的に存在していない。チタン以外の材料で形成されたフェイコ針について、曖昧な一文が記載されているが、材料の選択基準に関する特異性や指針が示されていない。例えば、特許文献１は、特定のリブが、セラミック若しくは炭素繊維複合材料、ポリマー、又は標準チタン等の様々な材料から構成することができること記載している。特許文献２は、フェイコ針がチタンステンレス鋼、適切に頑丈なプラスチック複合材、又はこれ等の組み合わせから構成することができることを記載している。フェイコ針を設計する上において、これ等のそれぞれの材料が、金属、特にチタンとどの様に異なるかについての教示は知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，５８８，５３３号明細書（Ｄｅｗｅｙ）
【特許文献２】米国特許第５，９８９，２０９号明細書（Ｂａｒｒｅｔｔ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、非金属材料で形成又は部分的に形成された、超音波針及びトランスデューサ組立体の必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本段落は、本開示の概要を提供するものであって、開示の全範囲又はすべての特徴を包括的に開示するものではない。
【０００９】
例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると組織を粉砕する、軸とを有することができる。軸の少なくとも先端部分が、金属針と比較して、優位性を示す特性を有する材料で形成されている。フェイコ針の材料の例示的な特性には、実質的に低い密度、実質的に高い電気抵抗率、実質的に低い熱伝導率、実質的に低い機械的横剛性、ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを先端の運動に変換する実質的に高い効率、実質的に低い音響インピーダンス、実質的に高いポアソン比、実質的高い機械的利得等を含むことができる。
【００１０】
例示的なフェイコトランスデューサ組立体は、反射体と、反射体に接続され、ある範囲の周波数及び既知の電力レベルで振動する駆動装置と、反射体と反対側の駆動装置に接続されたホーンと、駆動装置と反対側のホーンに接続された針であって、先端、及び駆動装置の振動周波数範囲において、針を構成する材料を通過する音の速度の１／４波長に実質的に等しい自由軸長を有する針とを備えることができる。先端において所望のストローク長を得るためのトランスデューサ組立体の例示的な構造が、駆動装置の振動周波数範囲、針の自由軸長、及び針を構成する材料を含む、少なくとも３つの要因に依存し、３つの要因のうちの任意の２つが分かれば、残りの第３の要因を決定することができる。
【００１１】
別の例示的なフェイコトランスデューサ組立体は、反射体と、反射体に接続された駆動装置であって、既知の駆動装置振動周波数範囲を有する駆動装置と、反射体と反対側の駆動装置に接続されたホーンと、駆動装置と反対側のホーンに接続された針であって、既知の自由軸長を有する針とを備えている。駆動装置に印加される最小限の電力に対し、針の所望のストローク長を最大にするために、針を構成する材料が、駆動装置振動周波数範囲において、材料を通過する音の速度によって、針の自由軸長と実質的に等しい１／４波長の距離がもたらされるように選択される。
【００１２】
適用性の更なる領域は、本明細書の記述から明らかになるであろう。本発明の概要における説明及び具体的な例は、例示のみを目的とするものであって、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本明細書に記載の図面は、選択した実施の形態の例示のみを目的としたもので、実施可能なすべての形態を示すものではなく、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図１】例示的な針の立面図。
【図２】例示的なトランスデューサ組立体のブロック図。
【図３】例示的な針とスリーブの部分断面図。
【図４】別の例示的な針とスリーブの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、添付図面を参照して、例示的な実施の形態についてより詳細に説明する。
【００１５】
図１に示す水晶体超音波乳化吸引（フェイコ）針１０は、超音波ハンドピース（図示せず）に接続するためのハブ１２を有することができる。本開示において、水晶体超音波乳化吸引若しくはフェイコ針、フェイコトランスデューサ、又は他のフェイコ関連用語は、白内障除去、他の前部手術、又は粉砕、硝子体切除等の後部手術を含む、針を振動させる眼の超音波手術を含んでいる。超音波ハンドピースは、任意の適切な構造のものであってよく、フェイコ針１０を超音波振動させることでよく知られている。細長い軸１４が、ハブ１２と一体成形され、ハブ１２から延びている。軸１４の先端１６が、ハンドピースによって先端１６を振動させると、組織を粉砕する。参照番号１８で概して示す、軸１４の少なくとも先端部分が、金属針より実質的に低い密度を有する材料で形成されている。針１０は、破線２０で示すように、針１０の長さにわたる管腔を有することができる。針１０は、図示のようなストレート針等、任意の適切なフォームファクタのものでも、ユーザーが周知で希望する他のフォームファクタのものでもよい。例えば、軸１４は、湾曲若しくは直線であって、フレア状の先端を有し、様々な管腔径を有し、ハブ１２の縦軸に対し、オフセットされた内側又は外側隆起部を有し、又はその他の所望の形状を有していてよい。
【００１６】
超音波フェイコ針１０は、白内障の乳化又は粉砕に使用することができ、公知のフェイコハンドピースに対する低密度のフィッティングを有する材料で構成することができる。フェイコ針１０は、硝子体切除にも使用することができ、眼から硝子体を除去するための超音波ハンドピースに接続されている。針１０の低い質量によって往復運動系に蓄積されるエネルギーが減少する。往復運動する又は超音波システムは、図２に示すように、針１０、ホーン２２、前部洗浄装置２４、１つ以上の駆動装置２８に囲まれたボルト２６、及び反射体３０を有することができる。超音波システムは、断面ブロック図で示してあり、特定の詳細は示してない。例えば、ホーン２２と一体成形された針には、ホーンは必要ない場合があるため、針１０はハブを省略して示してある。駆動装置２８は、１つ以上の圧電トランスデューサ、磁気抵抗トランスデューサ、又は針１０を振動させることができるその他任意の装置であってよい。針１０の少なくとも一部が、金属針の密度より低いことによって、所望のストローク振幅でハンドピースを駆動するのに必要な電力も少なくて済む。フェイコハンドピース及び針の形状は、超音波眼科手術の当業者には、一般的に知られている。例示的な低密度の針は、プラスチック材料、具体的には、手術に適した高性能プラスチックであるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成したものである。ＰＥＥＫ針は、立方メートル当り、約１３２０キログラム（ｋｇ／ｍ３）の密度を有し、これは公知のチタンフェイコ針の密度、４５００ｋｇ／ｍ３より大幅に低い。卓上試験において、ＰＥＥＫ針は、公知のチタン針のストロークと比較して、低電力レベルで、比較的大きいストロークを示した。４００ｋｇ／ｍ３未満の針１０の材料密度の値によって、針の往復質量が少なくとも５％減少し、針の往復質量のエネルギーが少なくとも１０％減少し、かかる針の材料は、金属針より実質的に低い密度を有していると見なすことができる。
【００１７】
前述のように、代替例は、個別に形成され取り外し可能な針を有さない、ハンドピースを備えることができ、むしろ針はホーン２２と一体成形することができる。換言すれば、これは、識別可能な針がなく、ホーン２２の一部が外科手術部位、例えば、眼に接触するハンドピースであると説明することができる。この代替例において、公知の金属ホーンより実質的に低い密度を有するホーン形成材料を選択することによって、低密度の針と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
手術中、例えば白内障の手術中、ハンドピースに取り付けられた針は、何等かの往復運動、例えば、前後、左右、楕円状、又はその他の運動をする。針は、最大速度（中間ストローク）において、針の質量の運動エネルギーの形態でエネルギーを蓄積する。張力又は圧縮下にあるトランスデューサ機構において、この運動エネルギーが、各々のストロークの終端において、位置エネルギーに変換される必要がある。この運動から位置へのエネルギー変換によって、最終的に電力が消費される。更に、圧電トランスデューサクリスタルにとって、針質量の駆動に必要な力は、概して、トランスデューサクリスタルの圧力とトランスデューサクリスタルの面積との積、ひいては、トランスデューサクリスタル両端の電圧に比例する。針の質量が大きいほど、より高い駆動力、即ち、より大きいクリスタル、若しくはより高い駆動電圧、又はその両方を必要とする。密度の低い材料の使用によって、システムにおける針の往復質量が減少し、トランスデューサ及び駆動の要件が軽減される。トランスデューサ及び駆動の要件の軽減によって、より少ないエネルギーで、手術目標を効果的に達成することができ、それがより良好な手術結果につながると考える人もいる。トランスデューサ及び駆動の要件の軽減によって、フェイコハンドピース及び駆動回路のコストを改善することもできる。更に、小型のトランスデューサクリスタルが使用されている場合、軽量小型のハンドピースによって、ハンドピースの設計において、人間工学的な改善が可能であり得る。
【００１９】
前述の例は、針又は少なくとも先端部分を実質的に透明にすることもできる。針は、金属針より実質的に密度の低い材料で全体を形成することができる。更に、ハンドピースのホーンも、金属針より実質的に低い密度を有する材料で形成することができる。針又は少なくとも先端部分は、プラスチック材料で形成することができる。この例示的な開示おける用語「プラスチック」は、通常の辞書の意味、即ち、軟らかいときに造形可能であり、その後硬化させることができる多くの種類の樹脂、レジノイド、ポリマー、セルロース誘導体、カゼイン材料、タンパク質等を含む、合成又は天然の有機材料群のいずれかを意味する。
【００２０】
公知の金属針より実質的に低い密度を有する材料の別の例は、４０００ｋｇ／ｍ３未満の密度を有する材料である。公知の金属針より実質的に低い密度を有する材料の更なる例は、３０００ｋｇ／ｍ３未満の密度を有する材料である。公知の金属針より実質的に低い密度を有する材料の更に別の例は、２０００ｋｇ／ｍ３未満の密度を有する材料である。
【００２１】
公知の金属針より実質的に低い密度を有する材料の使用により、洗浄スリーブ３２が針１０の少なくとも先端部分、具体的には、図３の参照番号３４において、軸１４と一体成形される例が可能になる。スリーブと針とは、任意の公知の成形技術を用いて、一体成形、又はプラスチック材料を相互に結合する公知の接着剤若しくはその他の材料を使用して、スリーブを針と一体成形することができる。リブ３８が、針軸１４とスリーブ３６との間に形成された針軸１４と一体成形された、洗浄スリーブ３６の別の例を図４に示す。リブ３８はスリーブ３６を支持し、スリーブと針との間の流体流路の維持を支援することができる。リブ３８の数は、設計要件に応じ、図示の数より多くてもよい。
【００２２】
別の例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有している。この例示的なフェイコ針は、金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する材料で形成された、少なくとも軸の先端部分を更に有している。公知の金属フェイコ針より実質的に高い電気抵抗率を有する材料で形成されたフェイコ針は、フェイコ駆動回路及び変圧器から電気的に絶縁することができる。
【００２３】
実質的に高い電気抵抗率を有する材料で形成された例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。更に金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する材料は、１μΩ・ｍ（マイクロオームメートル）を超える電気抵抗率を有することができる。更に、金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する材料は、５００，０００μΩ・ｍを超える電気抵抗率を有することができる。代表的な公知のチタンフェイコ針のバルク抵抗率は、約０．５μΩ・ｍであるので、約１μΩ・ｍを超える電気抵抗率を有する材料は、実質的に高い電気抵抗率を有する材料と見なすことができる。この問題を見る別の方法は、生理食塩水と眼の自然組織及び体液の抵抗率に関するものである。生理食塩水及び眼の体液のバルク抵抗率は、約２００，０００μΩ・ｍと推定することができるので、５００，０００μΩ・ｍを超える材料は、実質的に高い電気抵抗率を有する材料と見なすことができる。
【００２４】
手術中、例えば眼の白内障の手術中、ハンドピースは患者の眼と電気的に接触する。ハンドピースは、通常、その駆動システムから電気的に絶縁されており、ハンドピース内のトランスデューサに印加される電圧は、高インピーダンス、高電圧、高周波信号として針の先端に現れる。患者は、心電図（ＥＫＧ）を含む生理学的モニタに頻繁に取り付けられ、呼吸、心拍、酸素飽和度、及び、場合により、他のバイタルサインがモニタされる。経験によれば、特定のパルス速度の特定のパルスモードにおいて、患者をモニタするソフトウェアのアルゴリズムが、人体を通して針に電圧が現れるのを検出し、それを患者に対する潜在的に危険なものと誤って解釈又は識別する場合がある。金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する材料で、少なくとも部分的に形成された針の使用により、伝導結合ノイズが低減され、これ等の偽の危険警告が抑制又は排除される。
【００２５】
更なる例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、前述のように、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有している。この更なる例は、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料で形成された、少なくとも軸の先端部分を有している。
【００２６】
実質的に低い熱伝導率を有する材料で形成された、例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。更に、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料は、１８Ｗ／ｍ・Ｋ（ワット毎メートル毎ケルビン）未満の熱伝導率を有することができる。更に、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有することができる。更に別の例は、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料が、５Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有するものである。更に別の例は、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料が、１Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有するものである。更に別の例は、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料が、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有するものである。
【００２７】
ＰＥＥＫ針は、約２１．９Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し得るチタン針と比較して、約０．２５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有することができる。手術中、例えば眼の白内障の手術中、フェイコ針は、患者の眼及び角膜に物理的に接触する。トランスデューサ及びホーンの振動を通し、ハンドピースによって生成されたかなりの熱は、針を介して患者の眼及び角膜に熱伝達され得る。角膜熱傷として知られる熱損傷が、時々生じることが知られている。ラボ試験において、使用中の針の熱画像は、針のハブから先端に向かって増加する熱レベルを示し、このことは、角膜熱傷を引き起こす熱源が、ハンドピース内にあり、針の軸に沿って熱が角膜に伝導されるという理論を支持している。熱伝導性が劣る伝導体の材料、即ち、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料を使用することによって、角膜熱傷及び眼に熱が蓄積することによる他の悪影響を抑制又は排除することができる。
【００２８】
別の例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、前述のように、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有している。この例は、少なくとも軸の先端部分を、金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する材料で形成することができる針を有している。
【００２９】
実質的に低い機械的横剛性を有する材料で形成された、例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。更に、金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する材料は、１０ＧＰａ（ギガパスカル）未満の機械的横剛性を有することができる。更に、金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する材料は、５ＧＰａ未満の機械的横剛性を有することができる。更に、金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する材料は、２ＧＰａ未満の機械的横剛性を有することができる。
【００３０】
ＰＥＥＫ針は、約４４ＧＰａの剪断弾性率を有する、先行技術のチタンフェイコ針より実質的に小さい約１．３ＧＰａの剪断弾性率を有することができる。ＰＥＥＫ針を使用したラボ試験は、従来のチタンフェイコ針と比較して、水晶体嚢を破ることが著しく困難であることを示唆している。従って、金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する材料で形成された針は、金属針を使用した場合と比較して、望ましくない水晶体嚢の破裂又は他の側副組織損傷を抑制することができる。「機械的横剛性」という用語は、横方向又は剪断応力（一般に、ギガパスカルで示される）に応答して、少なくとも一定の最小指定距離（一般に、マイクロメートルで示される）横方向に変位する針を意味する。他の材料より低い機械的横剛性を有する材料は、より従順、即ち、材料に力が加えられると、より容易に撓むか又は移動する材料であると言える。
【００３１】
剪断弾性率は材料の剪断応力（単位面積当たりの力）と横変位、歪み（無次元、例えば、材料のメートル当たりのメートル変位）との比である。剪断弾性率の低い材料は、表面と接触したとき、剪断弾性率の高い材料より多く変形する、即ち、伝達する力が小さい。従って、低剪断弾性率の材料で構成された針は、水晶体嚢に接触すると、従来のチタン針より多く湾曲する。
【００３２】
別の例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、前述のように、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると組織を粉砕する、軸とを有している。この例は、少なくとも軸の先端部分を、ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを先端の運動に変換する効率が、金属針より実質的に高い材料で形成することができる針を有している。
【００３３】
ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを先端の運動に変換する効率が、金属針より実質的に高い材料で形成された、例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。更に、ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを先端の運動に変換する効率が、金属針より実質的に高い材料は、針が眼の中にあるとき、ハンドピースに動力を与える電気エネルギーが５Ｗ未満で、少なくとも１２０μｍ（マイクロメートル）の最大振幅ストロークを可能にすることができる。
【００３４】
代表的な公知のフェイコハンドピースシステムは、チタン針から分離可能で、眼の模擬（針の先端を軸長より浅く水中に浸漬）状態において、１２０μｍ程度の最大振幅ストロークを達成するためには、３０Ｗ以上の直接駆動電力（電圧×電流×電圧と電流との位相角の余弦）を必要とするハンドピースを採用している。
【００３５】
フェイコハンドピースは、通常、２５％（シングルサイドクラスＡ増幅器）〜約７１％（特定の負荷において最大出力に最適化されたクラスＢ増幅器）の理論的な電力変換効率を有する線形増幅器で駆動される。実際には、ハンドピースの負荷変動の可能性を考慮すると、増幅器の最適設計は最適ではない。出力３５Ｗの駆動電力を得るためには、出力容量が７０〜１００ワットの増幅器電源が必要であり得る。この高電力供給要件が、電池式駆動装置で実用的なフェイコハンドピースを駆動することができないこと、及び費用対効果の高い使い捨てハンドピース／針を設計することができない主な要因である。（電力をより効率的に運動に変換する材料を使用する）かかる高利得システムは、小型ハンドピース、低い動作温度のハンドピース、使い捨てハンドピース、低コストかつ環境に優しいプラスチック圧電トランスデューサ素子の使用、及び分離可能な針／ホーンの排除を可能にすることができる。
【００３６】
更に、ＯＤ（外径）が１ｍｍ以下、ストロークが１２０〜１３０μｍの管状針を用いたハンドピースの機械音響出力は、０．５Ｗより十分に低いため、従来のハンドピースに送出された、略３０Ｗの電気エネルギーの大部分は、先端の能動領域を除く別の場所で消散される必要がある。エネルギーの消散は、例えば、 ハンドピース内に蓄積される熱、ハンドピースを通して流れる洗浄流体の加熱、又はハンドピースの能動的な駆動がオフにされた後の手術部位における、又は手術部位から離れて、ハンドピースによって消散されるエネルギー等、複数の要因に帰することができる。要約すれば、生成された電力の消散は、臨床的に望ましくない効果、例えば、熱の影響又は最大パルス起動速度の限界をもたらす可能性がある。従って、ハンドピースが、送出された電力を先端の機械的変位（運動）に変換する効率が、設計の重要な考慮事項となり得る。
【００３７】
高効率の超音波ハンドピースの設計における４つの重要な要素には、正しい形状の超音波部品を選択すること、振動させる材料の機械的横剛性を最小限に抑制すること、最もよく動く超音波部品（例えば、針、特に針の先端を含むが、他の部品も含まれる）の質量を最小限に抑制すること、及び予想される使用期間、機械的な不具合を起こさずに針及び／又はハンドピースが動作するのに十分な耐久性を確保することが含まれる。
【００３８】
正しい形状の選択には、本質的に、針軸（又は分離可能な針を使用する場合、ホーンの先端）の長さが、選択された材料の選択された振動周波数の波長の１／４に近いことを保証すること、及び特定の材料については、音速（ｃ）に関連付けることが含まれる。このことは、長さ、周波数、及び材料の３つパラメータのうちの２つを選択し、第３のパラメータを最適化することによって達成することができる。材料の機械的横剛性を最小限に抑制することは、ヤング率（Ｅ）の低い材料を選択することによって達成することができる。針、特に針軸の質量を最小限に抑制することは、選択した材料の密度（ρ）を最小限に抑制することによって達成することができる。針の十分な耐久性を確保することは、針の材料が十分に強くなければならないと言うことである。十分な耐久性は、針／ホーンに予想される応力に、予想される使用期間を反映した安全係数を加え、使用する可能性がある材料の最終強度公表値を検討することによって達成することができる。一般に、耐久性は製品の信頼性にとって重要であるが、材料選択の牽引役というより、材料選択の審査活動と見なすことができる。例えば、針／ホーンの設計において、材料は最初の３つの要素を向上させるものと考えられ、その後において初めて、材料の最終的な強度がチェックされ試験される。当業者であれば分かるように、最小のＥ及び最小のρについて材料を精選すると、ｃがある固定値になり、この値は選択した振動周波数及び軸の長さに対して正しくない可能性がある。Ｅ、ρ、及びｃの３つの値はすべて、各々の材料に固有であるため、Ｅ及びρを単独で最小化することはできず、従って、材料を選択する際には、ある程度の判断が必要である。
【００３９】
例示的な実験において、従来の先行技術のチタンの代わりに、プラスチック材料のＰＥＥＫで針を作製した。ＰＥＥＫの密度（１３２０ｋｇ／ｍ３）は、チタンの密度（４５０８ｋｇ／ｍ３）の１／３未満であり、ＰＥＥＫのヤング率（３．６ＧＰａ）はチタンのヤング率（１１６ＧＰａ）の１／３０未満である。ＰＥＥＫの１／４波長（２８．５ｋＨｚ及び音速ｃを１６５０ｍ／秒と仮定すると、約０．５７インチ（ｉｎ）（約１．４５ｃｍ））は、（約１．７５インチ（約４．４５ｃｍ）の針の長さを必要とする）チタン系の１／４波長よりも、０．７５５ｉｎ（約１．９７ｃｍ）の従来のチタン針の長さ及び０．５７ｉｎ（約１．４５ｃｍ）の針の軸長と遥かに厳密に一致していた。従来の超音波フェイコハンドピースに取り付けたＰＥＥＫ針は、２〜３Ｗの駆動電力で、１２０μｍを超えるストロークを示した。
【００４０】
別の例において、分離可能な針を廃止してホーン内に設計することができ、トランスデューサをプラスチック材料で構成することができ、一体型ホーン／針に適切に適合させることができる。ねじ式針を廃止することによって、トランスデューサの壁を厚くして嵌合する雌ねじを設ける必要がなくなるため、主要な機械的溝部品の質量が減少する。針の機能（先端を乳化組織に移動する眼内への挿入）をトランスデューサのホーンと組み合わせることによって、先端が先行技術の金属針より小さい直径及び薄い壁を有することができる。統合した針／ホーンの必要なストロークの生成に必要な最大応力が、大幅に低減されるので、超音波構成要素のボルト部分を（先行技術の金属、例えば、鋼鉄の代わりに）プラスチックとすることができ、先行技術の圧電クリスタルをより薄い圧電性プラスチックに代えることができ、コスト削減及び針／ホーンの材料構造をより良く整合させることができる。
【００４１】
別の例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸を有し、前述のように、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有している。この例は、少なくとも軸の先端部分が、金属針より低い音響インピーダンスを有する材料で形成することができる針を有している。
【００４２】
金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料で形成された、例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。更に、金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料は、２０ＭＲａｙｌｓ（メガレールス）未満の音響インピーダンスを有することができる。Ｒａｙｌは音響インピーダンスの一般的な単位であり、ｋｇ／ｍ２ｓに等しい。更に、金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料は、１０ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有することができる。更に、金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料は、３ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有することができる。更に、金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料は、１ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有することができる。別の例において、金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料は、水の音響インピーダンスに類似した音響インピーダンスを有することができる。
【００４３】
針の先行技術材料であるチタンは、約２２．８ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有しているので、２０ＭＲａｙｌｓ未満の値は、それより実質的に低いと見なすことができる。これと比較して、ＰＥＥＫ針は約２．２ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有している。他の材料特性（ヤング率および密度）に関し、比較的低い値を有する材料から構成されたフェイコ針は、低い音響インピーダンスに寄与し、前述の望ましい動作特性を達成することができることに留意されたい。
【００４４】
手術中、例えば眼科白内障の手術中、眼に挿入された針の先端は、先端の周囲の組織及び体液にエネルギーを伝達する。前述のように、先端へのエネルギーの伝達が効率的でない場合には、より大きな駆動力必要になり発熱が伴う。更に、交差カップリングを介して、針に様々な横振動モードを発生させることを考えている場合、チタン等の材料の高い音響インピーダンスは、１つの振動モードから別の振動モードへの効果的なエネルギーの結合を妨げる。音響インピーダンスの低い材料を使用することによって、エネルギー伝達の結合性が向上する。
【００４５】
別の例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、前述のように、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有している。この例は、少なくとも軸の先端部分が、金属針より実質的に高いポアソン比を有する材料で形成することができる針を有している。
【００４６】
金属針より実質的に高いポアソン比を有する材料で形成された、例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。更に、金属針より実質的に高いポアソン比を有する材料は、０．３６を超えるポアソン比υを有することができる。更に、金属針より実質的に高いポアソン比を有する材料は、０．４を超えるポアソン比υを有することができる。更に、相対的に高いポアソン比を有する材料は、フェイコ乳化針における波の主要伝播方向に垂直な方向に付加的な運動を生成する。例えば、縦型トランスデューサでは、高いポアソン比を有する材料で構成された、又は部分的に構成された針は、縦方向の運動に加え、半径方向の振動を生成する。
【００４７】
構造体、例えば、フェイコ針が、一方向の機械的振動（例えば、縦方向の伸長又は収縮）を経験すると、質量保存によって、「誘発された」横方向の振動（収縮及び伸張）が存在する。横方向の振動は、弾性挙動として特徴付けることができ、主に材料のポアソン比によって決定される。ポアソン比は、縦方向に対する横方向の歪みの比として定義され、歪みは、初期の長さに対する長さの変化を表す。
【００４８】
手術用超音波針に用いられる公知のほとんどの材料のポアソン比は、約０．３（例えば、チタンは略０．３４５である）が、別の種類の材料（より軟らかい又は構造化された材料）は、０．５以下（又は負の値にもなる）のポアソン比を有することができる。チタンのポアソン比より大きいポアソン比を有する材料でフェイコ針、又は針の一部を形成することによって、より顕著な半径方向の振動を得ることができる。プラスチック、例えば、ＰＥＥＫのポアソン比は、金属より約０．４５又は約５０％高い。
【００４９】
例えば、縦型超音波トランスデューサにおいて、定常波が縦方向のストロークを生成するにつれ、ポアソン効果によって、駆動周波数と同じ周波数、及び駆動波に比例した振幅で「チューイング」又は「ポンピング」効果が誘発され、この効果は１８０度の位相差、即ち針の縦方向の伸びが、半径方向の収縮に対応している。高いポアソン比の針材料を設計することに加え、高い利得が生じるように針が設計されている場合、針の半径方向の運動を高めることができる。
【００５０】
運動方向に垂直な断面積が大きく、流体が、ほとんど圧縮できない流体を通して、直径方向に対向する壁に対し（対称的に）作用するため、針軸の内径（ＩＤ）の半径方向の運動によって変位する相対体積は十分であり得る。従って、比較的高いポアソン比の材料で形成又は部分的に形成した針は、流体に対し、金属針より著しく効率的にエネルギーを伝達することができる。効率的なエネルギーの伝達によって、潜在的に、低い駆動力を用いて組織を乳化させるこができる。
【００５１】
半径方向の運動効果は、縦方向の歪みが最も高い縦振動の節点において最大となり、これ等の縦方向の節点を、針軸に沿って確実に落下させることによって、その効果がかなり向上するはずである。１次の場合、半径方向の歪みＳｒは、υｍ・Ｓ１に等しく、ここでυｍは材料のポアソン比であり、Ｓ１は縦方向の歪みである。
【００５２】
当業者であれば、他の一部の材料特性が、ポアソン比と協働して、半径方向の運動効果を更に向上させ得ることが理解されるであろう。例えば、低い音響インピーダンス、及び縦方向の波節の近傍に歪み領域を有する材料は、針の先端における縦方向の歪みが小さい場合であっても、針の先端において、更に大きな振幅を有する半径方向に対称な共振定常せん断波の生成を支援することができる。この材料特性の組み合わせと針軸長の設計によって、横方向の波節における縦方向の歪みによって、半径方向に比較的小さい対称な変位を直接誘導することができる。
【００５３】
別の例示的なフェイコ針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、ハブと一体成形され、ハブから延びる細長い軸であって、前述のように、軸の先端が、ハンドピースによって先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有している。この例は、細長い軸１４（図１参照）が自由軸長４０を有し、ハブ１２と一体成形され、ハブから延びている。軸の先端１６が、ハンドピースによって、先端を所与の範囲の周波数で振動させると、組織を粉砕する。ハンドピースによって振動し、細長い自由軸長の長さと実質的に同じ長さの金属の自由軸長を有する金属針より、実質的に高い機械的利得を有する材料で、軸１４の少なくとも先端部分１８を形成することができる。
【００５４】
金属針より実質的に高い機械的利得を有する材料で形成された、例示的なフェイコ針は、前述の針１０と同じ特性を有することができる。即ち、例示的な針は、透明とすることができ、一体成形された洗浄スリーブを有することができ、ＰＥＥＫ又は別のプラスチック材料で形成することができる等である。この例において、「利得」という用語は、入力インターフェースにおける変位距離から、出力インターフェースにおける変位距離への変位距離の増加を意味する。更に、金属針より実質的に高い機械的利得を有する材料は、２より大きい利得を有することができる。更に、金属針より実質的に高い機械的利得を有する材料は、１０より大きい利得を有することができる。例えば、金属針より低い質量及び高いコンプライアンスを有する材料で形成され、動作周波数の１／４波長に略等しい自由軸長を有する、縦方向に振動するストレートフェイコ針では、針の自由軸長において、かなりの利得を得ることになる。針の自由軸長（軸のテーパー端部からハブまでの長さ）が、針材料の周波数の波長の約２３．４％〜２６．７％である場合、針の利得は１０より大きくなる。即ち、ハンドピースによってトランスデューサを振動させたとき、１２μｍのトランスデューサのストロークから、針の先端が略１２０μｍのストローク距離を有し、ハンドピースの駆動に必要な電力は、金属針を有するハンドピースを実質的に同じストローク距離駆動するのに必要な電力より実質的に少ない。かかる針は、金属針を使用して、同様のストロークを生成するのに必要な駆動力のほんの僅かしか必要としない。例えば、細長い自由軸長が、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）のとき、ハンドピースの駆動に必要な電力は１０ワット未満である。事実、細長い自由軸長が、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）のとき、ハンドピースの駆動に必要な電力は５ワット未満である。
【００５５】
次に、針の３つの設計例について説明する。第１の例は、振動周波数及び針の材料を選択し、次いで、開示した構成パラメータを用いて、最適な針の長さを特定することを含んでいる。第２の例は、既存のハンドピースとスリーブとの組み合わせに使用される針の設計に特に有用である。第２の例において、所望の針の長さ及び振動周波数は既に決定されており、最終的な構成を開示した最適な構成パラメータに近づけることができる針材料の選択が、設計者に委ねられている。第３の例は、針の材料（金属又は非金属）と既存のハンドピース及びスリーブの形状に基づく）針の長さを選択し、次に最適性能に近づけるための駆動周波数を決定することを含んでいる。
【００５６】
第２の設計例を用いる例は、トランスデューサのフランジから先端までの針の長さが０．７５５インチ（約１．９２ｃｍ）であり、針の自由軸長が略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）である、駆動周波数が２８．５ｋＨｚの針であってよい。この種の先行技術の針は、通常はチタンである、金属から製造される。しかし、２８．５ｋＨｚの駆動周波数を用いるチタン針の１／４波長は、約１．７５インチ（約４．４５ｃｍ）であり、利得が約１．２〜１．３とかなり低くなる。ＰＥＥＫ材料を選択すると、２８．５ｋＨｚにおける１／４波長は、（標準の先行技術の自由軸長に非常に近い）略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）となる。ＰＥＥＫ針の波数は、約１．５７ラジアンであり、得られる理論的な針の利得は１０００を超える。試験において、先行技術のハンドピースが、空気中で１２０μｍを超えるＰＥＥＫ針のストロークを生成する駆動電力は３Ｗ未満であり、同じハンドピースが、チタン針で同様のストローク距離を生成するのに必要な２０Ｗの駆動レベルとは著しい対照を成している。
【００５７】
第３の方法を用いる例は、０．７５５インチ（約１．９２ｃｍ）のチタン針に対し、最適な駆動周波数を選択することを含むことができる。０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）の自由軸長に基づいて最適化すると、駆動周波数が約８８ｋＨｚとなる一方、０．７５５インチ（約１．９２ｃｍ）の全針長に基づいて最適化すると、駆動周波数は６５ｋＨｚとなる。ラボ実験では、かかるチタン針は、自由軸長と全針長について決定した駆動周波数範囲の中間の約７６ｋＨｚにおいて、非常に効率的（低電力で高ストローク）に駆動できることを示した。
【００５８】
針の自由端の傾斜、軸の屈曲、及び軸のハブとの界面におけるテーパーの半径が、すべて定常波に僅かに影響を及ぼすと考えられる。これ等の付加的な影響によって、前述の例において特定された１／４波長から多少偏差が生じることになる。最適性能の針を得るためには、駆動周波数又は最終的な針寸法のいずれかを僅かに調整する必要があり得る。
【００５９】
針の単純な管モデル（全長に沿って均一な断面積）の針の利得は次の式で算出することができる。
【００６０】
Ｇ＝１／ｓｉｎ（（π／２）−ｋ)
ここで、ｋ＝２π×長さ／λ（材料＋周波数）＝２π×長さ×周波数／ｃ（材料）であり、λ（材料＋周波数）は、駆動周波数における材料中の音の波長であり、ｃ（材料）は材料中の音速であって、一般に次のように考えることができる。
【００６１】
ｃ（材料）＝（Ｅ／ρ）０．５
ここで、Ｅは材料のヤング率であり、ρは材料の密度である。
【００６２】
針の長さに関し、使用すべき最も影響力のある縦方向の長さは、断面積が最小になる、任意のテーパー半径と軸との交点からの自由軸長、あるいは（針の断面積が変化する場合）、針の先端から、針に沿った最も基部に近い最小断面積までの距離であると考えられる。テーパー付きハブを有する針、及び針の長さに沿って断面積が変化するが、材料は均一のままである等、より複雑な形状についての利得は、有限要素モデルを用いて算出することができる。一般に、最適な針の利得は、特定の周波数において、針に沿って形成されるノードの先端側の軸領域を、ノードの基部側の軸領域より比較的小さく保持することによって得られる。かかる設計によって、ノードの基部側が、比較的硬く非コンプライアントである針、つまりノードの基部側の針部分による、駆動装置の運動の吸収を抑制した針が生成される。
【００６３】
開示した例において「透明」という用語は、光学的に透明な材料で形成された針又は針の一部を意味する。例えば、ＡＳＴＭＤ標準試験方法に基づく、Ｕｌｔｅｍ（商標）（ポリエーテルイミド）で形成した針の試験では、５８％の光透過率を示すことが判明した。不透明な先行技術針と異なり、透明針によって、外科医は気泡及び詰まりの問題を含め、針を通して吸引される体液及び組織を目視することができる。１５％、即ち針の内部で気泡が形成される光透過率を超える透過率を有する材料は、透明であると見なすことができる。また、透明針は、針の長さに沿って定規パターンを形成することもでき、外科医が嚢切開径又は水晶体嚢の深さを迅速に推定することができる。勿論、洗浄スリーブが形成又は透明針と共に使用される場合には、洗浄スリーブも透明材料で形成することもできる。
【００６４】
例示的な開示の全体を通して説明したように、超音波針は複数の材料で形成することができる。高材料強度及び生体適合性が、歴史的にチタン（及びチタン合金）が超音波フェイコ針の製造に使用される主な材料であったことの２つの理由である。フェイコ針は、圧電スタック及びホーンからの振動を、乳化及び吸引すべき白内障及び他の組織に伝達する媒体である。指向性及び効率を含む、超音波エネルギーの伝達は、針の材料特性及び構造設計の両方に依存する。例えば、チタン合金（例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、ヤング率：〜１１６ＧＰａ）で構成したストレート針の設計は、縦、横、又はねじり運動（主運動方向は、ハンドピースの設計に依存する）を、圧電スタック（又はトランスデューサ）から手術部位に伝達し、主運動方向における損失又は変移は無視できる程度である。他の多くの針の構造がよく知られており、屈曲、湾曲、フレア状、オフセット軸、非対称重量分布、様々な断面形状等を含み、これに限定されない構造を含むことができ、様々なフェイコ針設計の実質的にすべてが金属、特にチタンで形成されている。
【００６５】
他の材料を使用すると、公知のチタン針より低い超音波出力の設定で、白内障及び他の組織の乳化が可能となり手術に有益であり得る。例えば、２セグメントの針を形成することができ、第１のセグメントをＴоｒｌоｎ（登録商標）等の剛性材料（例えば、ヤング率＞〜５ＧＰａ）で形成し、第２のセグメントをＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の剛性が低い（例えば、ヤング率＜〜３ＧＰａ）材料で形成することができる。剛性材料で形成した第１のセグメントを、概して切開部位と接触するように先端に延びる針の基部とし、剛性の低い材料の第２のセグメントを、眼に挿入され、除去すべき白内障及び他の組織に接触する先端部分（例えば、図１の１８）とすることができる。
【００６６】
前述のように、第２のセグメントの高弾性（即ち、低ヤング率）によって（ａ）針の先端に（一次の縦方向の運動に加え）二次の横方向の運動が生じて組織の乳化が向上する、及び（ｂ）ラボ実験に基づき、剛性の低い材料は、針がカプセル嚢に衝突したとき、類似の形状のチタン針より後嚢の破裂の危険性が低下するので、安全プロファイルが向上する。複数の材料の針を形成することによって、切開部位における角膜と針との間の摩擦が最小になるように、第１のセグメントの材料を選択することができる。更に、針先端の第２のセグメントの材料を選択することによって、歪みエネルギー（即ち、熱エネルギー）に転換される、振動エネルギーの部分を増大させる材料が可能になる。針の先端に局所的な熱エネルギーを意図的に発生させ、第１のセグメントの熱エネルギーを抑制することによって、白内障の繊維質構造の液状化（粘性及び表面張力の低下）を向上させる一方、角膜への熱的損傷の危険性を最小限に抑制することができる。任意の公知の方法、例えば、２ショットマイクロモールディング法を用いて、複数セグメントのフェイコ針を製造することができる。
【００６７】
前述の複数材料の例は、トランスデューサによって生成された一次超音波振動を有するストレート針の縦の運動に関するものであった。複数材料のフェイコ針の効果は、一次振動運動が、角度（ねじり）、横、又は方向の組み合わせを有する、他のトランスデューサの設計にも当てはまる。
【００６８】
図２に示すようなフェイコトランスデューサ組立体は、反射体及び反射体に接続され、ある範囲の周波数及び既知の電力レベルで振動する駆動装置を含むことができる。反射体と反対側の駆動装置にホーンを接続することができる。駆動装置と反対側のホーンに針を接続することができ、針は更に先端を有している。針は、駆動装置の振動周波数範囲において、針を構成する材料を通過する音の速度の１／４波長に実質的に等しい自由軸長を有することができる。針の先端において、所望のストローク長を得るためのトランスデューサ組立体の構成は、駆動装置の振動周波数範囲、針の自由軸長、及び針を構成する材料を含む、少なくとも３つの要因に依存し、そのうちの任意の２つが分かれば、残りの第３の要因を決定することができる。
【００６９】
所望のストローク長が１２０μｍ、駆動装置が振動する周波数範囲が、約２８．５ｋＨｚの公称周波数であり、針の自由軸長が、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）の例を考える。針を構成する材料を、約２８．５ｋＨｚの公称周波数において、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）の材料を通過する音速の１／４波長を有する材料として、次に決定することができる。かかる材料の１つの例はＰＥＥＫである。
【００７０】
図２示すような、別の例示的なフェイコトランスデューサ組立体は、反射体及び反射体に接続された駆動装置であって、既知の振動周波数範囲を有する駆動装置を含むことができる。反射体と反対側の駆動装置にホーンを接続することができる。駆動装置と反対側のホーンに針を接続することができ、針は既知の自由軸長を有している。駆動装置に印加される最小限の電力に対し、針の所望のストローク長を最大にするために、針を構成する材料が、駆動装置振動周波数範囲において、材料を通過する音の速度によって、針の自由軸長に実質的に等しい１／４波長の距離が得られるように選択することができる。
【００７１】
以下、前述の開示による、追加の例示的な実施の形態を幾つか示す。
【００７２】
第１の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する材料で形成されている。
【００７３】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第１の例。
【００７４】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第１の例。
【００７５】
前記針の全体が、前記金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する、前記材料で形成されている、第１の例。
【００７６】
前記ハンドピースのホーンも、前記金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する、前記材料で形成されている、前段落の第１の例。
【００７７】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第１の例。
【００７８】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第１の例。
【００７９】
前記金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する前記材料が、１μΩ・ｍを超える電気抵抗率を有している、第１の例。
【００８０】
前記金属針より実質的に高い電気抵抗率を有する前記材料が、５００，０００μΩ・ｍを超える電気抵抗率を有している、第１の例。
【００８１】
第２の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、金属針より実質的に低い熱伝導率を有する材料で形成されている。
【００８２】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第２の例。
【００８３】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第２の例。
【００８４】
前記針の全体が、前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する、前記材料で形成されている、第２の例。
【００８５】
前記ハンドピースのホーンも、前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する、前記材料で形成されている、第２の例。
【００８６】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第２の例。
【００８７】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第２の例。
【００８８】
前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する前記材料が、１８Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有している、第２の例。
【００８９】
前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する前記材料が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有している、第２の例。
【００９０】
前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する前記材料が、５Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有している、第２の例。
【００９１】
前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する前記材料が、１Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有している、第２の例。
【００９２】
前記金属針より実質的に低い熱伝導率を有する前記材料が、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有している、第２の例。
【００９３】
第３の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する材料で形成されている。
【００９４】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第３の例。
【００９５】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第３の例。
【００９６】
前記針の全体が、前記金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する、前記材料で形成されている、第３の例。
【００９７】
前記ハンドピースのホーンも、前記金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する、前記材料で形成されている、第３の例。
【００９８】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第３の例。
【００９９】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第３の例。
【０１００】
前記金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する前記材料が、１０ＧＰａ未満の機械的横剛性を有している、第３の例。
【０１０１】
前記金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する前記材料が、５ＧＰａ未満の機械的横剛性を有している、第３の例。
【０１０２】
前記金属針より実質的に低い機械的横剛性を有する前記材料が、２ＧＰａ未満の機械的横剛性を有している、第３の例。
【０１０３】
第４の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、前記ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを、前記先端の運動に変換する効率が、金属針より実質的に高い材料で形成されている。
【０１０４】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第４の例。
【０１０５】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第４の例。
【０１０６】
前記針の全体が、前記ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを、前記先端の運動に変換する効率が、前記金属針より実質的に高い材料で形成されている、第４の例。
【０１０７】
前記ハンドピースのホーンも、前記ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを、前記先端の運動に変換する効率が、前記金属針より実質的に高い材料で形成されている、第４の例。
【０１０８】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第４の例。
【０１０９】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第４の例。
【０１１０】
前記ハンドピースに動力を与える電気エネルギーを、前記先端の運動に変換する効率が、前記金属針より実質的に高い材料が、針が眼の中にあるとき、前記ハンドピースに動力を与える電気エネルギーが５Ｗ未満で、少なくとも１２０μｍの最大振幅のストロークを可能にすることができる、第４の例。
【０１１１】
第５の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する材料で形成されている。
【０１１２】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第５の例。
【０１１３】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第５の例。
【０１１４】
前記針の全体が、前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する、前記材料で形成されている、第５の例。
【０１１５】
前記ハンドピースのホーンも、前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する、前記材料で形成されている、第５の例。
【０１１６】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第５の例。
【０１１７】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第５の例。
【０１１８】
前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する前記材料が、２０ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有している、第５の例。
【０１１９】
前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する前記材料が、１０ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有している、第５の例。
【０１２０】
前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する前記材料が、３ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有している、第５の例。
【０１２１】
前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する前記材料が、１ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンスを有している、第５の例。
【０１２２】
前記金属針より実質的に低い音響インピーダンスを有する前記材料が、水の音響インピーダンスに類似した音響インピーダンスを有している、第５の例。
【０１２３】
第６の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、金属針より実質的に高いポアソン比を有する材料で形成されている。
【０１２４】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第６の例。
【０１２５】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第６の例。
【０１２６】
前記針の全体が、前記金属針より実質的に高いポアソン比を有する、前記材料で形成されている、第６の例。
【０１２７】
前記ハンドピースのホーンも、前記金属針より実質的に高いポアソン比を有する、前記材料で形成されている、第６の例。
【０１２８】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第６の例。
【０１２９】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第６の例。
【０１３０】
前記金属針より実質的に高いポアソン比を有する前記材料が、０．３６を超えるポアソン比を有している、第６の例。
【０１３１】
前記金属針より実質的に高いポアソン比を有する前記材料が、０．４を超えるポアソン比を有している、第６の例。
【０１３２】
第７の例示的な水晶体超音波乳化吸引針は、超音波ハンドピースに接続するためのハブと、前記ハブと一体成形され、前記ハブから延びる細長い軸であって、前記軸の先端が、前記ハンドピースによって前記先端を所与の範囲の周波数で振動させると、組織を粉砕する、軸とを有することができ、前記軸の少なくとも先端部分が、前記ハンドピースによって振動され、前記細長い自由軸長と実質的に同じ長さの金属の自由軸長を有する金属針より、実質的に高い機械的利得を有する材料で形成されている。
【０１３３】
少なくとも前記先端部分が、実質的に透明である、第７の例。
【０１３４】
洗浄スリーブが、少なくとも前記先端部分と一体成形されている、第７の例。
【０１３５】
前記針の全体が、前記金属針より実質的に高い機械的利得を有する、前記材料で形成されている、第７の例。
【０１３６】
前記ハンドピースのホーンも、前記金属針より実質的に高い機械的利得を有する、前記材料で形成されている、第７の例。
【０１３７】
少なくとも前記先端部分が、プラスチック材料で形成されている、第７の例。
【０１３８】
前記プラスチック材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、第７の例。
【０１３９】
前記金属針より実質的に高い機械的利得を有する前記材料が、２を超える機械的利得を有している、第７の例。
【０１４０】
前記金属針より実質的に高い機械的利得を有する前記材料が、１０を超える機械的利得を有している、第７の例。
【０１４１】
前記針先端が、前記ハンドピースによって振動すると、略１２０μｍのストローク距離を有し、前記ハンドピースの駆動に必要な電力が、実質的に類似のストローク距離を有する金属針を備えたハンドピースの駆動に必要な電力より実質的に少ない、第７の例。
【０１４２】
前記細長い自由軸の長さが、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）であり、前記ハンドピースの駆動に必要な電力が、１０ワット未満である、第７の例。
【０１４３】
前記細長い自由軸の長さが、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）であり、前記ハンドピースの駆動に必要な電力が、５ワット未満である、第７の例。
【０１４４】
第１の例示的な水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体は、反射体と、前記反射体に接続され、ある範囲の周波数及び既知の電力レベルで振動する駆動装置と、前記反射体と反対側の前記駆動装置に接続されたホーンと、前記駆動装置と反対側の前記ホーンに接続された針であって、先端、及び前記駆動装置の振動周波数範囲において、前記針を構成する材料を通過する音の速度の１／４波長に実質的に等しい自由軸長を有する針とを備え、前記先端において所望のストローク長を得るための、前記トランスデューサ組立体の構成が、前記駆動装置の振動周波数範囲、前記針の自由軸長、及び前記針を構成する材料を含む、少なくとも３つの要因に依存し、前記３つの要因のうち任意の２つが分かれば、残りの第３の要因を決定することができる。
【０１４５】
前記所望のストローク長が略１２０μｍであり、前記駆動装置が振動する前記周波数範囲が、約２８．５ｋＨｚの公称周波数であり、前記針の前記自由軸長が略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）であり、従って、前記針を形成する前記材料が、約２８．５ｋＨｚの公称周波数において、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）の材料を通過する、音の速度の１／４波長を有する材料として決定することができる、第１のトランスデューサ組立体。
【０１４６】
第２の例示的な水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体は、反射体と、前記反射体に接続された駆動装置であって、既知の駆動装置振動周波数範囲を有する駆動装置と、前記反射体と反対側の前記駆動装置に接続されたホーンと、前記駆動装置と反対側の前記ホーンに接続された針であって、既知の自由軸長を有する針とを備え、前記駆動装置に印加される最小限の電力に対し、前記針の所望のストローク長を最大にするために、前記針を構成する材料が、前記駆動装置振動周波数範囲において、前記材料を通過する音の速度によって、前記針の自由軸長と実質的に等しい１／４波長の距離が得られるように選択される。
【０１４７】
前述の実施の形態の説明は、例示及び説明を目的として記載したものである。本開示のすべてを網羅すること又は限定を意図するものではない。特定の実施の形態の個々の要素又は機能は、概して、その特定の実施の形態に限定されるものではなく、適用可能であれば、具体的に図示又は説明されていなくても、交換可能であり、選択した実施の形態に使用することができる。前述の実施の形態は、様々に変更することもできる。かかる変形は本開示からの逸脱と見なされるべきではなく、かかるすべての改良は、本開示の範囲に包含されることを意図するものである。
【０１４８】
例示的な実施の形態は、当業者に対して十分であり、かつその範囲が完全に伝わるように記載したものである。本開示の実施形態の完全な理解を得るために、特定の構成要素、装置、及び方法の例等、多くの具体的な詳細が記載されている。具体的詳細を用いる必要はなく、例示的な実施の形態は、多くの異なる形態で実施することができ、またどちらも本開示の範囲を限定するものと解釈すべきでないことは、当業者には明らかであろう。一部の例示的な実施の形態において、周知のプロセス、周知の装置構造、及び周知の技術の詳細は記載していない。
【０１４９】
本明細書における用語は、特定の例示的な実施の形態の説明のみを目的とするものであって、限定を意図するものではない。本明細書において、単数「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別の意味に解釈されない限り、複数も含むことを意図することができる。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、及び「ｈａｖｉｎｇ」という用語は、包括的であって、記述された機能、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記するものであるが、１つ又は複数の別の機能、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はこれ等の群の存在又は追加を排除するものではない。本明細書に記載の方法ステップ、プロセス、及び動作は、実施順序として明記されていない限り、説明又は図示した特定の順序で、必ずしもこれ等を実施する必要があると解釈されるべきではない。付加的又は代替的なステップを用いることもできることも理解されたい。
【０１５０】
ある要素又は層が、別の要素又は層の「上にある」、「係合している」、「接続されている」、又は「結合している」と言った場合、それが、別の要素又は層の直上、直接係合、直接接続、又は直接結合していても、介在要素又は層が存在していてもよい。これに対し、ある要素又は層が、別の要素又は層の「直接上にある」、「直接係合している」、「直接接続されている」、又は「直接結合している」と言った場合、介在要素又は層は存在することはできない。要素間の関係の説明に使用される他の単語も同様に解釈されたい（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接する」対「直接隣接する」等）。本明細書において、用語「及び／又は」は、列挙された関連項目のうちの任意の組み合わせ、及びすべての組み合わせを含んでいる。
【０１５１】
本明細書において、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語を使用して、様々な要素、構成要素、領域、層、及び／又はセクションについて説明することができるが、これ等の要素、構成要素、領域、層、及び／又はセクションが、これ等の用語によって限定されるものではない。これ等の用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、又はセクションを別の領域、層、又はセクションから区別するためにのみ使用することができる。本明細書において、「第１の」、「第２の」、及び他の数字用語が使用されたとき、文脈上明らかに別の意味に解釈されない限り、シーケンス又は順序を暗示するものではない。従って、以下に説明する第１の要素、構成要素、領域、層、又はセクションは、例示的な実施の形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、又はセクションと呼称することができる。
【０１５２】
説明を容易にするために、「内側」、「外側」、「真下」、「下方」、「下側」、「上方」、「上側」等の空間的相対用語を、本明細書に使用して、図示されているような１つの要素又は機構と別の要素又は機構との関係を説明することができる。空間的相対用語は、図示の向きに加え、使用中又は動作中の装置の異なる向きを含むことを意図することができる。例えば、図中の装置が反転されると、別の要素又は機構の「下方」又は「真下」にあると説明した要素が、今度は別の要素又は機構の「上方」に向けられることになる。従って、例示的な用語「下方」は上方及び下方の両方の向きを含むことができる。装置は、別の方向に配向されていてもよく（９０度又は別の向きに回転されていてもよく）、本明細書で使用される空間的相対記述子は、それに応じて解釈される。
【符号の説明】
【０１５３】
１０  針
１２  ハブ
１４  軸
１６  先端
１８  先端部分
２２  ホーン
２４  前部洗浄装置
２６  ボルト
２８  能動駆動装置
３０  反射体
３２  洗浄スリーブ
３６  スリーブ
３８  リブ
４０  自由軸長
【図１】
2020179207.tif 000003
【図２】
2020179207.tif 000004
【図３】
2020179207.tif 000005
【図４】
2020179207.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月12日(2020.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体であって、
反射体と、
前記反射体に接続された駆動装置であって、既知の駆動装置振動周波数範囲を有する、駆動装置と、
前記反射体と反対側の前記駆動装置に接続されたホーンと、
前記駆動装置と反対側の前記ホーンに接続された針であって、既知の自由軸長を有する、針と、
を備え、
前記駆動装置に印加される最小限の電力に対し、前記針の所望のストローク長を最大にするために、前記針を構成する材料が、前記駆動装置振動周波数範囲において、前記材料を通過する音の速度によって、前記針の自由軸長と実質的に等しい１／４波長の距離が得られるように選択されるよう構成されていることを特徴とする、水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体。
【請求項２】
水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体であって、
反射体と、
前記反射体に接続され、ある範囲の周波数及び既知の電力レベルで振動する駆動装置と、
前記反射体と反対側の前記駆動装置に接続されたホーンと、
前記駆動装置と反対側の前記ホーンに接続された針であって、先端、及び前記駆動装置の振動周波数範囲において、前記針を構成する材料を通過する音の速度の１／４波長に実質的に等しい自由軸長を有する、針と、
を備え、
前記先端において所望のストローク長を得るための、前記トランスデューサ組立体の構成が、前記駆動装置の振動周波数範囲、前記針の自由軸長、及び前記針を構成する材料を含む、少なくとも３つの要因に依存し、前記３つの要因のうち任意の２つが分かれば、残りの第３の要因を決定することができるよう構成されていることを特徴とする、水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体。
【請求項３】
前記駆動装置の振動周波数範囲が約２８．５ｋＨｚの公称周波数であり、前記針の前記自由軸長が略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）であり、前記針を形成する前記材料が、約２８．５ｋＨｚの公称周波数において、略０．５７インチ（約１．４５ｃｍ）の材料を通過する、音の速度の１／４波長を有する材料として決定することができるよう構成されていることを特徴とする、請求項２記載の水晶体超音波乳化吸引トランスデューサ組立体。