(57)【要約】【課題】脈動流を噴射する対象物の性質に適した特性の脈動流を噴射することが可能な流体噴射装置、流体噴射手術器具及び流体噴射方法を提供する。【解決手段】流体噴射装置１は、流体が流入する流体室５０１及び流体室５０１の容積を変更する容積変更手段４０１を有する脈動発生部１００と、流体室５０１及び流体噴射口２１２に連通する接続流路２０１を有する流路管２００とを有する脈動流噴射手段４０を複数備える。また、流体噴射装置１は、流体室５０１に流体を供給する流体供給手段２０と、容積変更手段４０１による流体室５０１の容積の変更を制御する制御手段３０と、を備える。そして、制御手段３０は、複数の脈動流噴射手段４０のそれぞれについて、容積変更手段４０１による流体室５０１の容積の変更を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する流体室、前記流体室の容積を変更する容積変更手段、前記流体室に連通する入口流路及び、前記流体室に連通する出口流路を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、を備える脈動流噴射手段と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備える流体噴射装置であって、
前記脈動流噴射手段を複数備え、
前記制御手段は、前記複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記複数の脈動流噴射手段が互いに異なる特性の脈動流を噴射するように、それぞれの脈動流噴射手段の前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする請求項１記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記異なる特性の脈動流とは、噴射圧力及び噴射周期のうち少なくとも一方が異なる脈動流であることを特徴とする請求項２記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、容積変更手段を駆動する駆動信号の波形を記憶しているルックアップテーブルを参照して前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御し、参照する前記ルックアップテーブルを変更することによって、噴射する脈動流の特性を変更することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の流体噴射装置。
【請求項５】
流体が流入する流体室、前記流体室の容積を変更する容積変更手段、前記流体室に連通する入口流路及び、前記流体室に連通する出口流路を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、を備える脈動流噴射手段と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備え、前記容積変更手段が前記流体室の容積を変更することにより前記流体噴射口から噴射される流体によって手術対象部位を切開又は切除する流体噴射手術器具であって、
前記脈動流噴射手段を複数備え、
前記制御手段は、前記複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする流体噴射手術器具。
【請求項６】
流体が流入する流体室、前記流体室の容積を変更する容積変更手段、前記流体室に連通する入口流路及び、前記流体室に連通する出口流路を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、を備える脈動流噴射手段の前記入口流路に流体を供給し、
前記流体室の容積を変更することによって、前記接続流路に連通する流体噴射口から加圧された流体を噴射する流体噴射方法であって、
前記脈動流噴射手段を複数備え、
前記複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御することを特徴とする流体噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧した流体を噴射する流体噴射装置、流体噴射手術器具及び流体噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば、流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、接続流路に連通する流体室及び流体室の容積を変更する圧電素子を有する脈動発生部と、流体室に流体を供給する流体供給手段と、を備える流体噴射装置がある（特許文献１参照）。
この流体噴射装置では、流体供給手段が流体室に流体を供給し、圧電素子が流体室の容積を変更することによって、流体噴射口から脈動する流体（以下、脈動流という）を噴射することが可能となる。
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、脈動流を噴射する対象物の性質に適した特性の脈動流を噴射することが困難となる場合がある。
例えば、流体噴射装置を手術対象部位を切開又は切除する流体噴射手術器具に適用した場合、手術対象部位の性質に応じて、噴射される脈動流の特性を変更する必要が生じる。しかしながら、上記従来技術においては、脈動流の特性を変更する機能がない。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、脈動流を噴射する対象物の性質に適した特性の脈動流を噴射することが可能な流体噴射装置、流体噴射手術器具及び流体噴射方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、第一の発明に係る流体噴射装置は、流体が流入する流体室、流体室の容積を変更する容積変更手段、流体室に連通する入口流路及び、流体室に連通する出口流路を有する脈動発生部と、一端が出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、を備える脈動流噴射手段と、入口流路に流体を供給する流体供給手段と、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備える流体噴射装置であって、脈動流噴射手段を複数備え、制御手段は、複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御する。
【０００５】
第一の発明に係る流体噴射装置では、脈動流噴射手段を複数備えるとともに、制御手段がそれぞれの脈動流噴射手段について容積変更手段による流体室の容積の変更を制御するため、脈動流を噴射する対象物の性質に適した特性の脈動流を噴射することが可能となる。
例えば、脈動流を噴射する対象物の性質に応じて、この性質に適する特性の脈動流噴射するようにそれぞれの脈動流噴射手段の容積変更手段を制御することが可能となる。
【０００６】
ここで、流体室としては、例えば、後述する流体室５０１が該当する。容積変更手段としては、例えば、後述する圧電素子４０１が該当する。入口流路としては、例えば、後述する入口流路５０３が該当する。出口流路としては、例えば、後述する出口流路５１１が該当する。脈動発生部としては、例えば、後述する脈動発生部１００が該当する。接続流路としては、例えば、後述する接続流路２０１が該当する。流体噴射口としては、例えば、後述する流体噴射開口部２１２が該当する。流路管としては、例えば、後述する接続流路管２００が該当する。脈動流噴射手段としては、例えば、後述する脈動流噴射手段４０が該当する。流体供給手段としては、例えば、後述するポンプ２０が該当する。制御手段としては、例えば、後述する制御手段３０が該当する。
【０００７】
また、第二の発明に係る流体噴射装置は、第一の発明に係る流体噴射装置において、制御手段は、複数の脈動流噴射手段が互いに異なる特性の脈動流を噴射するように、それぞれの脈動流噴射手段の容積変更手段による流体室の容積の変更を制御することを特徴とする。
第二の発明に係る流体噴射装置では、脈動流噴射手段を複数備えるとともに、複数の脈動流噴射手段が互いに異なる特性の脈動流を噴射するように、それぞれの脈動流噴射手段の容積変更手段による流体室の容積の変更を制御するため、脈動流を噴射する対象物の性質にさらに適した特性の脈動流を噴射することが可能となる。
例えば、脈動流を噴射する対象物が、互いに性質が異なる複数の部分を有する場合、複数の脈動流噴射手段について、性質が異なるそれぞれの部分に適した特性の脈動流を噴射するように設定することが可能となる。
【０００８】
また、第三の発明に係る流体噴射装置は、第二の発明に係る流体噴射装置において、異なる特性の脈動流とは、噴射圧力及び噴射周期のうち少なくとも一方が異なる脈動流であることを特徴とする。
第三の発明に係る流体噴射装置では、複数の脈動流噴射手段が、噴射圧力及び噴射周期のうち少なくとも一方が異なる脈動流を噴射するため、脈動流を噴射する対象物の性質にさらに適した特性の脈動流を噴射することが可能となる。
【０００９】
また、第四の発明に係る流体噴射装置は、第一乃至第三のうちいずれか一の発明に係る流体噴射装置において、制御手段は、複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、容積変更手段を駆動する駆動信号の波形を記憶しているルックアップテーブルを参照して容積変更手段による流体室の容積の変更を制御し、参照するルックアップテーブルを変更することによって、噴射する脈動流の特性を変更することを特徴とする。
第四の発明に係る流体噴射装置では、参照するルックアップテーブルを変更することによって、噴射する脈動流の特性を変更するため、それぞれの脈動流噴射手段が噴射する脈動流の特性を容易に変更することが可能となる。
【００１０】
また、第五の発明に係る流体噴射手術器具は、流体が流入する流体室、流体室の容積を変更する容積変更手段、流体室に連通する入口流路及び、流体室に連通する出口流路を有する脈動発生部と、一端が出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、を備える脈動流噴射手段と、入口流路に流体を供給する流体供給手段と、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備え、容積変更手段が流体室の容積を変更することにより流体噴射口から噴射される流体によって手術対象部位を切開又は切除する流体噴射手術器具であって、脈動流噴射手段を複数備え、制御手段は、複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御することを特徴とする。
第五の発明に係る流体噴射手術器具では、脈動流噴射手段を複数備えるとともに、制御手段がそれぞれの脈動流噴射手段について容積変更手段による流体室の容積の変更を制御するため、脈動流を噴射する対象物の性質に適した特性の脈動流を噴射することが可能となる。
【００１１】
さらに、第六の発明に係る流体噴射方法は、流体が流入する流体室、流体室の容積を変更する容積変更手段、流体室に連通する入口流路及び、流体室に連通する出口流路を有する脈動発生部と、一端が出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、を備える脈動流噴射手段の前記入口流路に流体を供給し、流体室の容積を変更することによって、接続流路に連通する流体噴射口から加圧された流体を噴射する流体噴射方法であって、脈動流噴射手段を複数備え、複数の脈動流噴射手段のそれぞれについて、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御することを特徴とする。
第六の発明に係る流体噴射方法では、脈動流噴射手段を複数備えるとともに、それぞれの脈動流噴射手段について、容積変更手段による流体室の容積の変更を制御するため、脈動流を噴射する対象物の性質に適した特性の脈動流を噴射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明に係る流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メス等に適用することが可能である。
本実施形態では、本発明に係る流体噴射装置を、生体組織を切開又は切除することに好適なウォーターパルスメスに適用した場合について説明する。したがって、本実施の形態で用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
【００１３】
（構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るウォーターパルスメスを示す概略構成図である。
図１に示すウォーターパルスメス（流体噴射装置、流体噴射手術器具）１は、流体を収容する流体容器１０と、一定の圧力で流体を供給するポンプ２０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流として噴射する複数の脈動流噴射手段４０と、脈動流噴射手段４０及びポンプ２０を制御する制御手段３０とを備える。
流体容器１０は、水、生理食塩水、薬液等の流体を収容する。
ポンプ２０は、接続チューブ１５を介して流体容器１０に収容された流体を吸引する。また、ポンプ２０は、吸引した流体を、一定の圧力で、接続チューブ２５を介して、それぞれの脈動流噴射手段４０の後述する脈動発生部１００に供給する。ポンプ２０の吐出圧力は概ね３気圧（０．３ＭＰａ）以下に設定する。
【００１４】
なお、このウォーターパルスメス１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部１００である。したがって、脈動発生部１００までの接続チューブ２５はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
複数の脈動流噴射手段４０は、それぞれ、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、脈動流発生部１００に接続された接続流路管２００とを備えている。なお、本実施形態では、ウォーターパルスメス１において脈動流噴射手段４０を３つ備える構成としているが、ウォーターパルスメス１において備える脈動流噴射手段４０の数は、適宜増減することが可能である。
脈動発生部１００は、流体室５０１（図２、参照）と、流体室５０１の容積変更手段とを備えている。本実施形態では、流体室５０１の容積変更手段として、圧電素子４０１を用いている。
【００１５】
次に、脈動発生部１００について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図２は、図１に示すウォーターパルスメスの脈動発生部を示す断面図である。なお、図２は、図４に示すＡ−Ａ´線の断面図である。図３は、図２に示す脈動発生部を分解した状態の概略を示す斜視図である。
図２及び図３に示すように、脈動発生部１００は、上ケース５００と、下ケース３０１とを有する。そして、上ケース５００及び下ケース３０１は、互いに対向する面において接合され、４本の固定螺子（図示せず）によって螺着されている。
下ケース３０１は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉されている。この下ケース３０１の内部空間に圧電素子４０１が配設される。
【００１６】
圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する。圧電素子４０１の一方の端部は、上板４１１を介してダイアフラム４００に固着されている。また、圧電素子４０１の他方の端部は、底板３１１の上面３１２に固着されている。
ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の凹部３０３内において周縁部が凹部３０３の底面に密着固着されている。容積変更手段としての圧電素子４０１に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１の伸張、収縮に伴いダイアフラム４００を介して流体室５０１の容積を変更する。このように、容積変更手段として圧電素子４０１とダイアフラム４００とを採用する構造にすることにより、構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室５０１の容積変化の最大周波数を１ＫＨｚ以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適となる。
【００１７】
ダイアフラム４００の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板４１０（図３において図示せず）が積層配設される。
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に凹部を有している。そして、この凹部とダイアフラム４００とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室５０１である。つまり、流体室５０１は、上ケース５００の凹部の封止面５０５と内周側壁５０１ａとダイアフラム４００とによって囲まれた空間である。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
出口流路５１１は、流体室５０１から、上ケース５００の一方の端面に突設された出口流路管５１０の端部まで貫通されている。出口流路５１１の流体室５０１の封止面５０５との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。
【００１８】
なお、流体室５０１の形状は、本実施形態（図２参照）では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよい。例えば、出口流路５１１と封止面５０５との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室５０１内の気泡を排出しやすくなる。
接続流路管２００は、出口流路管５１０に接続されている。接続流路管２００には、接続流路２０１が穿設されている。接続流路２０１は、出口流路５１１に連通している。接続流路２０１の直径は、出口流路５１１の直径より大きく形成されている。また、接続流路管２００の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
【００１９】
接続流路管２００の先端部には、ノズル２１１が挿着されている。ノズル２１１には、流体噴射口２１２が穿設されている。流体噴射口２１２の直径は、接続流路２０１の直径より小さい。
上ケース５００の側面には、ポンプ２０から流体を供給する接続チューブ２５を挿着する入口流路管５０２が突設されている。入口流路管５０２には、入口流路側の接続流路５０４が穿設されている。接続流路５０４は、入口流路５０３に連通している。入口流路５０３は、流体室５０１の封止面５０５の周縁部に溝状に形成され、流体室５０１に連通している。
【００２０】
上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向の離間した位置には、下ケース３０１側にパッキンボックス３０４、上ケース５００側にパッキンボックス５０６が形成されている。パッキンボックス３０４及びパッキンボックス５０６により形成される空間に、リング状のパッキン４５０が装着されている。
ここで、上ケース５００と下ケース３０１とを組立てたとき、ダイアフラム４００の周縁部と補強板４１０の周縁部とは、上ケース５００の封止面５０５の周縁部と下ケース３０１の凹部３０３の底面によって密接されている。この際、パッキン４５０は上ケース５００と下ケース３０１によって押し圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
【００２１】
流体室５０１内は、流体吐出の際に３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となり、ダイアフラム４００、補強板４１０、上ケース５００、下ケース３０１それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン４５０によって漏洩を阻止している。
図２に示すようにパッキン４５０を配設すると、流体室５０１から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン４５０が圧縮され、パッキンボックス３０４，５０６内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室５０１内の高い圧力上昇を維持することができる。
【００２２】
次に、上ケース５００に形成される入口流路５０３について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図４は、図２に示す脈動発生部の入口流路を示す平面図であり、上ケースを下ケースとの接合面側から視認した状態を表している。
図４に示すように、入口流路５０３は、一方の端部が流体室５０１に連通し、他方の端部が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部には、流体溜り５０７が形成されている。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部に流体溜り５０７を設けることにより、接続流路５０４のイナータンスが入口流路５０３に与える影響を抑制することができる。そして、流体溜り５０７と入口流路５０３との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
【００２３】
また、入口流路５０３は、流体室５０１の内周側壁５０１ａに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ２０（図１参照）から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図４において矢印で示す方向）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁５０１ａ側に押し付けられるとともに、流体室５０１内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路５１１から排除される。このことから、出口流路５１１は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。図４では、入口流路５０３は平面形状が湾曲されている。入口流路５０３は、直線で流体室５０１に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路５０３の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
【００２４】
なお、図２に示したように、ダイアフラム４００と入口流路５０３が形成されている封止面５０５の周縁部との間には、補強板４１０が配設されている。補強板４１０を設ける意味は、ダイアフラム４００の耐久性を向上することである。入口流路５０３の流体室５０１との接続部には切欠き状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板４１０を配設することで、ダイアフラム４００に応力集中が発生しないようにしている。
また、上ケース５００の外周隅部には、４箇所の螺子孔５００ａが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース５００と下ケース３０１とが螺合接合される。
【００２５】
なお、図示は省略するが、補強板４１０とダイアフラム４００とを接合し、一体に積層固着することができる。補強板４１０とダイアフラム４００とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部１００の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム４００の外周縁部の補強効果もある。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
制御手段３０は、図１に示すように、ポンプ２０を制御するポンプ制御部３１と、脈動発生部１００の圧電素子４０１を制御する電圧制御部３２と、電圧制御部３２が参照するルックアップテーブルを格納するテーブル格納部３３とを有する。また、電圧制御部３２には、参照するルックアップテーブルを選択するための選択スイッチ３４が接続されている。
【００２６】
ポンプ制御部３１は、ポンプ２０が脈動発生部１００に供給する流体の圧力を制御する。
電圧制御部３２は、複数の脈動流噴射手段４０のそれぞれについて、個別に、圧電素子４０１による流体室５０１の容積の変更を制御する。具体的には、圧電制御部３２は、テーブル格納部３３に格納されたルックアップテーブルに基づいて、圧電素子４０１に印加する電圧を制御する。
電圧制御部３２は、参照するルックアップテーブルを変更することによって、圧電素子４０１に印加する電圧信号（駆動信号）を変更することが可能となっている。ここで、参照するルックアップテーブルの変更は、術者がスイッチ３４を操作することによって行われる。これにより、電圧制御部３２は、複数の脈動流噴射手段４０のそれぞれについて、個別に、噴射する脈動流の特性を変更することが可能となっている。
【００２７】
また、電圧制御部３２は、複数の脈動流噴射手段４０が互いに異なる特性の脈動流を噴射するように、それぞれの脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に印加する電圧を制御することもできる。ここで、異なる特性の脈動流とは、噴射圧力及び噴射周期のうち少なくとも一方が異なる脈動流をいう。
さらに、電圧制御部３２は、複数の脈動流噴射手段４０について、互いに脈動流を噴射するタイミングが異なるように、それぞれの脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に印加する電圧を制御することも可能となっている。
【００２８】
テーブル格納部３２は、電圧制御部３２が参照するルックアップテーブルを格納する。ルックアップテーブルは、駆動信号の電圧パルス波形を記憶している。具体的には、それぞれのルックアップテーブルには、複数の領域が規定されている。そして、複数の領域には、番号０〜ｘ（ｘは自然数）までのアドレスが付与されており、電圧パルス波形ひとつ分の電圧値がデジタル値として記憶されている。すなわち、それぞれのルックアップテーブルのアドレス０から順に、電圧パルス波形における電圧値が所定時間（サンプリング間隔）毎のデジタル値として記憶されている。
テーブル格納部３２には、複数種類のルックアップテーブルが格納されている。具体的には、手術対象部位の性質に応じて設定された複数種類のテーブルが格納されている。ここで、手術対象部位の性質とは、手術対象部位の形状、硬度、切除深さ等をいう。
【００２９】
ここで、それぞれのルックアップテーブルの設計方法について説明する。ルックアップテーブルを設計する際には、術式例、実験例等に基づいて、手術対象部位の所定の性質に対して噴射される脈動流の特性が適切となるように、ルックアップテーブルに記憶される電圧信号が設定される。具体的には、術式例から得た、所定の性質の手術対象部位に対して実際に噴射された適切と考えられる脈動流の特性と、予め仮定した脈動流の特性との近似値計算を行い、任意の更新基準に基づいて、予め仮定した脈動流の特性を更新する。そして、更新した結果得られた脈動流の特性と、術式例から得た脈動流の特性との乖離が所定以内となった場合、この更新した結果得られた脈動流の特性を、手術対象部位の所定の性質に対して適切な脈動流の特性として設定する。そして、この設定された脈動流の特性に係る電圧信号をルックアップテーブルに記憶し、このルックアップテーブルをテーブル格納部３２に格納する。
【００３０】
次に、ウォーターパルスメス１を使用する際の制御手段３０が行う処理について、図面を参照して詳しく説明する。
図５は、制御手段による処理を示すフローチャートである。
ここで、制御手段３０は、ウォーターパルスメス１の起動により、図５に示す処理を実行する。
ウォーターパルスメス１が起動されると、図５に示すように、まず、ステップＳ１において、初期設定が完了したか否かを判定する。そして、初期設定が完了したと判定（Ｙｅｓ）した場合、ステップＳ２に移行する。一方、初期設定が完了していないと判定（Ｎｏ）した場合、ステップＳ１の処理を繰り返す。
【００３１】
ここで、初期設定においては、まず、事前に手術対象部位の性質を把握する。ここで、手術対象部位の性質とは、手術対象部位の形状、硬度、表面からの深さ等をいう。手術対象部位の性質の把握は、ＭＲＩ検査等により行う。次に、把握した手術対象部位の性質に適した特性の脈動流を設定する。そして、設定した特性の脈動流を噴射するように、それぞれの脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に印加する電圧信号を設定する。具体的には、選択スイッチ３４を操作することにより、それぞれの脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に印加する電圧信号を設定する。この場合、電圧信号の設定は、それぞれの脈動流噴射手段４０について、個別に行うことが可能となっている。
【００３２】
次に、ステップＳ２において、複数の脈動流噴射手段４０のいずれかについて、術者により脈動流の噴射を開始するためのスイッチ（図示せず）がＯＮ状態に操作されたか否かを判定する。そして、いずれかの脈動流噴射手段４０のスイッチがＯＮ状態に操作されたと判定（Ｙｅｓ）した場合、ステップＳ３に移行する。一方、いずれかの脈動流噴射手段４０のスイッチがＯＮ状態に操作されていないと判定（Ｎｏ）した場合、ステップＳ２の処理を繰り返す。
【００３３】
次に、ステップＳ３において、スイッチがＯＮ状態に操作されている脈動流噴射手段４０による脈動流の噴射を開始する。具体的には、制御手段３０のポンプ制御部３１は、ポンプ２０を駆動し、スイッチがＯＮ状態に操作されている脈動流噴射手段４０の脈動発生部１００に一定の圧力で流体を供給する。また、制御手段３０の電圧制御部３２は、スイッチがＯＮ状態に操作されている脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に、ステップＳ１で設定された電圧信号（駆動信号）を入力する。これにより、スイッチがＯＮ状態に操作されている脈動流噴射手段４０において、接続流路２０１にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生し、発生した脈動流が流体噴射口２１２から噴射される。
【００３４】
次に、ステップＳ４において、脈動流の噴射が開始された脈動流噴射手段４０について、スイッチのＯＮ状態が継続しているか否かを判定する。そして、スイッチのＯＮ状態が継続していると判定（Ｙｅｓ）した場合、ステップＳ４の処理を繰り返す。一方、スイッチのＯＮ状態が継続していないと判定（Ｎｏ）した場合、ＲＥＴＵＲＮへと移行する。そして、ＲＥＴＵＲＮへと移行した場合には、ステップＳ２の処理に移行する。
【００３５】
次に、本実施形態に係るウォーターパルスメス１の動作について説明する。
本実施形態に係るウォーターパルスメス１の脈動発生部１００の流体吐出は、入口流路側のイナータンスＬ１（合成イナータンスＬ１と呼ぶことがある）と出口流路側のイナータンスＬ２(合成イナータンスＬ２と呼ぶことがある）の差によって行われる。
まず、イナータンスについて説明する。
イナータンスＬは、流体の密度をρ、流路の断面積をＳ、流路の長さをｈとしたとき、Ｌ＝ρ×ｈ／Ｓで表される。流路の圧力差をΔＰ、流路を流れる流体の流量をＱとした場合に、イナータンスＬを用いて流路内の運動方程式を変形することで、ΔＰ＝Ｌ×ｄＱ／ｄｔという関係が導き出される。
【００３６】
つまり、イナータンスＬは、流量の時間変化に与える影響度合いを示しており、イナータンスＬが大きいほど流量の時間変化が少なく、イナータンスＬが小さいほど流量の時間変化が大きくなる。
また、複数の流路の並列接続や、複数の形状が異なる流路の直列接続に関する合成イナータンスは、個々の流路のイナータンスを電気回路におけるインダクタンスの並列接続、又は直列接続と同様に合成して算出することができる。
なお、入口流路側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４が入口流路５０３に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスＬ１は、入口流路５０３の範囲において算出される。この際、ポンプ２０と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から削除してもよい。
【００３７】
また、出口流路側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管２００の管部（管壁）の厚さが薄いためイナータンスＬ２への影響は軽微である。したがって、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスに置き換えてもよい。
なお、接続流路管２００の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスＬ１が出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路５０３の流路長及び断面積、出口流路５１１の流路長及び断面積を設定する。
【００３８】
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。
制御手段３０がポンプ２０の駆動を開始すると、ポンプ２０によって入口流路５０３には、常に一定圧力の液圧で流体が供給される。その結果、圧電素子４０１が動作を行わない場合、ポンプ２０の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって、流体は流体室５０１内に流動する。
また、制御手段３０が圧電素子４０１に駆動信号を入力すると、圧電素子４０１の伸張、収縮に伴いダイアフラム４００を介して流体室５０１の容積が変更する。
すなわち、圧電素子４０１に駆動信号が入力され、急激に圧電素子４０１が伸張したとすると、流体室５０１内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンスＬ１，Ｌ２が十分な大きさを有していれば急速に上昇して数十気圧に達する。
【００３９】
この圧力は、入口流路５０３に加えられていたポンプ２０による圧力よりはるかに大きいため、入口流路側から流体室５０１内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５１１からの流出は増加する。したがって、前述した特許文献１によるウォーターパルスメスのような、入口流路側に設けられる逆止弁はなくてもよい。
ここで、入口流路５０３のイナータンスＬ１は、出口流路５１１のイナータンスＬ２よりも大きい。したがって、入口流路５０３から流体が流体室５０１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路２０１にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管２００内を伝播して、先端のノズル２１１の流体噴射口２１２から流体が噴射される。
【００４０】
すなわち、脈動発生部１００は、圧電素子４０１を駆動して脈動を発生することによって、ポンプ２０から供給された流体を、接続流路管２００、ノズル２１１を通して高速で噴射する。
ここで、ノズル２１１の流体噴射口２１２の直径は、出口流路５１１の直径よりも小さいので、流体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室５０１内は、入口流路５０３からの流体流入量の減少と出口流路５１１からの流体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。その結果、ポンプ２０の圧力と、流体室５０１内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路５０３の流体は圧電素子４０１の動作前と同様な速度で流体室５０１内に向かう流れが復帰する。
【００４１】
入口流路５０３内の流体の流動が復帰した後、圧電素子４０１の伸張があれば、ノズル２１１からの脈動流を継続して噴射することができる。
また、上述した脈動発生部１００の動作において、流体室５０１が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路５０３を備えていることと、出口流路５１１が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室５０１内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
したがって、圧電素子４０１による流体室５０１の微小な容積変化においても、気泡によって圧力変動が阻害されることなく、十分な圧力上昇が得られる。
【００４２】
次に、ウォーターパルスメス１を使用する際の動作について、図面を参照して詳しく説明する。
図６は、脈動流噴射手段の使用例を示す概略図である。図７は、脈動流噴射手段の他の使用例を示す概略図である。
ウォーターパルスメス１を使用する際には、上記ステップＳ１において、事前に把握した手術対象部位の性質に適した特性の脈動流を設定する。そして、設定した特性の脈動流を噴射するように、それぞれの脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に印加する電圧信号を設定する。
【００４３】
そして、複数の脈動流噴射手段４０のいずれかのスイッチをＯＮ状態に操作することによって、スイッチがＯＮ状態に操作された脈動流噴射手段４０による脈動流の噴射を開始する。この場合、スイッチがＯＮ状態に操作されている脈動流噴射手段４０において、上記ステップＳ１で設定された特性の脈動流が噴射される。
これにより、複数の脈動流噴射手段４０のそれぞれから、手術対象部位の性質に応じた特性の脈動流を噴射することが可能となる。
このように、ウォーターパルスメス１では、脈動流噴射手段４０を複数備えるとともに、それぞれの脈動流噴射手段４０の圧電素子４０１に印加する電圧が個別に制御されるため、手術対象部位の性質に適した特性の脈動流を噴射することが可能となる。
【００４４】
例えば、図６に示すように、手術対象部位Ｏに対して、複数の脈動流噴射手段４０ａ,４０ｂ,４０ｃを、互いに脈動流を噴射する向きを変えて配置する。そして、手術対象部位Ｏに対して、複数の脈動流噴射手段４０ａ,４０ｂ,４０ｃから同時に脈動流を噴射する。または、手術対象部位に対して、脈動流噴射手段４０ａ、脈動流噴射手段４０ｂ、脈動流噴射手段４０ｃの順で、タイミングをずらして脈動流を噴射する。これにより、手術対象部位Ｏに対する処理の迅速性を向上することが可能となる。
【００４５】
また、例えば、図７に示すように、手術対象部位Ｏが、互いに硬度が異なる複数の部分Ｏａ,Ｏｂ,Ｏｃを有する場合、それぞれの部位Ｏａ,Ｏｂ,Ｏｃに対して脈動流噴射手段４０ａ,４０ｂ,４０ｃを配置する。そして、それぞれの脈動流噴射手段４０ａ,４０ｂ,４０ｃにより噴射される脈動流の特性を、脈動流を噴射する部位Ｏａ,Ｏｂ,Ｏｃの硬度に応じて設定する。これにより、複数の脈動流噴射手段４０ａ,４０ｂ,４０ｃについて、性質が異なるそれぞれの部分Ｏａ,Ｏｂ,Ｏｃに適した特性の脈動流を噴射するように設定することができ、処理の迅速性を向上することが可能となる。
【００４６】
さらに、ウォーターパルスメス１では、参照するルックアップテーブルを変更することによって、それぞれの脈動流噴射手段４０が噴射する脈動流の特性を変更することが可能であるため、脈動流の特性を容易に変更することが可能となる。
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、複数の脈動流噴射手段４０のそれぞれが、個別のハンドピースを構成している。しかしながら、一つのハンドピースにおいて、複数の脈動流噴射手段４０を備える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係るウォーターパルスメスを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すウォーターパルスメスの脈動発生部を示す断面図である。
【図３】図２に示す脈動発生部を分解した状態の概略を示す斜視図である。
【図４】図２に示す脈動発生部の入口流路を示す平面図であり、上ケースを下ケースとの接合面側から視認した状態を表している。
【図５】制御手段による処理を示すフローチャートである。
【図６】脈動流噴射手段の使用例を示す概略図である。
【図７】脈動流噴射手段の他の使用例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ウォーターパルスメス（流体噴射装置、流体噴射手術器具）、２０  ポンプ（流体供給手段）、３０  制御手段、４０  脈動流噴射手段、１００  脈動発生部、１２０  姿勢検出手段、２００  接続流路管（流路管）、２０１  接続流路、２１２  流体噴射開口部（流体噴射口）、４０１  圧電素子（容積変更手段）、５０１  流体室、５０３  入口流路、５１１  出口流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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