(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発生させる超音波振動子を備えた超音波メスにおいて、
芯材の表面に磁歪材料を膜状に被覆してなる細線を前記超音波振動子として用いることを特徴とする超音波メス。
【請求項２】
磁歪材料は、少なくとも１種類の希土類元素と少なくとも１種類の遷移元素とを含む合金よりなることを特徴とする請求項１記載の超音波メス。
【請求項３】
磁歪材料は、Ｔｂ，Ｄｙ及びＦｅの合金よりなることを特徴とする請求項１記載の超音波メス。
【請求項４】
磁歪材料は、アモルファス構造を有することを特徴とする請求項１，２又は３記載の超音波メス。
【請求項５】
芯材は、軟磁性材料よりなることを特徴とする請求項１記載の超音波メス。
【請求項６】
磁歪材料上に誘電体膜を被覆してなることを特徴とする請求項１記載の超音波メス。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一に記載の超音波メスを内視鏡の作業孔を通してこの内視鏡に一体化してなることを特徴とする超音波メス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に電気メスとして医療用に用いられる超音波メス及び超音波メス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用外科手術における切開メスとしてレーザを光ファイバなどで導き集光させることにより生体組織を切開する、というレーザを用いたレーザメスが知られている。レーザメスはレーザメスチップと光ファイバとからなり、光ファイバによりレーザメスの先端部に光を導入して先端部を加熱し、その先端部に生体組織を接触させて生体組織などの切開を行うタイプが普通である。このようなレーザメスは、レーザ技術の急速な進歩により既に医療用メスとして実用化され、構造的にも例えば特開平３−１３９３４６号公報等により周知となっている。
【０００３】
また、光ファイバを内視鏡の作業孔などを通して内視鏡とともに生体内に導入し、内視鏡先端部からレーザメス部を露出させ患部にレーザビームを照射することにより治療、手術を行う、といった内視鏡とともに用いる方法も広く知られ（例えば、特公平６−９７２８３号公報、特公平７−３１２８４号公報等参照）、現に広く用いられている。
【０００４】
これらのレーザメスは、光ファイバを用いるため光を集光しやすくメス部を比較的小さくでき、また、切開部の止血効果がある、といった利点を持つが、反面、破壊したくない組織まで破壊してしまう、といった問題がある。
【０００５】
超音波メスによれば組織選択性があるため、この問題は解決できる。即ち、超音波メスは固体の超音波振動を直接患部の生体組織に作用させ、これらの組織を破砕、乳化させて取り除くものであり、軟組織は比較的容易に破砕、乳化されるが弾性の高い血管などは乳化されずそのままの状態を保つので、軟組織に含まれる毛細血管は軟組織とともに乳化され排出されるが比較的大きな血管は残存し治癒が早くなる。超音波を利用した治療装置は、白内障の手術に利用したものが最初であるとされているが、白内障以外に各部の腫瘍の摘出やリンパ節の切除などに用い得る。超音波メスの利点としては、放射線のような被爆の問題がないのはもちろん、前述したレーザメスに比較して神経及び血管などの弾力性に富むものは乳化されず残すことができる点がある。また、臓器接離面で組織の障害が軽度で済むとともに、操作が比較的簡単である等の点がある。例えば、肝臓のように血管の多く含まれている臓器においては軟組織は切除されるが血管は残しやすいので、速やかな治癒に役立つ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
超音波メスは、振動子で発生させた超音波振動を振幅拡張器（ホーン）により拡大し先端部のチップに伝達させる。その振動するチップを患部組織に接触させると強力な振動力により患部組織は破砕、乳化される、というものである。振動子として磁歪振動子、電歪振動子の両方を用い得るが、磁歪振動子としてはニッケル振動子やフェライト振動子、電歪振動子としてはＰＺＴのボルト締めランジュバン振動子などが使われている。これらの振動子によって得られる振動振幅は数μｍ程度と小さい。そこで、乳化に必要な振幅を得るためにホーンを用いることで２０〜３０倍に拡大し、１５０μｍ程度の振幅を得て使用するようにしている。逆にいえば、このようにホーンを使用するため、超音波メスとしてかなりの大きさが必要となり、操作性を損なう一因となっている。
【０００７】
そこで、本発明は、小型で簡単な構成で必要とする大きな振幅を得ることができ、操作性のよい超音波メスを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、必要な振幅を得るための印加磁界を小さくすることができる超音波メスを提供することを目的とする。
【０００９】
さらには、本発明は、安全性を向上させ得る超音波メスを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、超音波メスの応用範囲を広げ得る超音波メス装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の超音波メスは、芯材の表面に磁歪材料を膜状に被覆してなる細線を超音波振動子として用いる。従って、簡単で小型の構成にして大きな振動振幅が得られる超音波メスとなる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の超音波メスにおける磁歪材料は、少なくとも１種類の希土類元素と少なくとも１種類の遷移元素とを含む合金よりなる。従って、磁歪材料に希土類元素と遷移元素とを含むことにより、磁歪の歪み量が著しく大きくなるので、より大きな振動振幅を得ることができ、装置の小型化を図る上で有利となる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の超音波メスにおける磁歪材料は、Ｔｂ，Ｄｙ及びＦｅの合金よりなる。従って、磁歪材料が磁歪の歪み量が大きくなる希土類元素と遷移元素とを含む合金に加えて、結晶磁気異方性が小さくなるような合金系とされているので、振動を生じさせるために印加する磁界が小さくて済む。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の超音波メスにおける磁歪材料は、アモルファス構造を有する。従って、磁歪材料を構成する希土類元素と遷移元素との合金をアモルファス構造とすることにより小さな印加磁界で大きな歪み量が得られる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の超音波メスにおける芯材は、軟磁性材料よりなる。従って、細線を構成する芯材としてＮｉＦｅ合金等の軟磁性材料を用いることで比較的小さな印加磁界で動作させて大きな振動振幅を得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の超音波メスに加えて、磁歪材料上に誘電体膜を被覆してなる。従って、光ファイバの場合と同様に誘電体膜内に超音波エネルギーを収束させることが可能となり、より小さいエネルギーで大きな超音波エネルギーを発生させることができ、超音波メスとしての安全性も向上する。
【００１７】
請求項７記載の発明の超音波メス装置は、請求項１ないし６の何れか一に記載の超音波メスを内視鏡の作業孔を通してこの内視鏡に一体化してなる。従って、超音波メスが細線構造からなるため内視鏡などとともに生体内に挿入することが可能となり、内視鏡で見ながら手術する等、生体内部の手術も可能となり、超音波メスの応用範囲が広がる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態の超音波メス１の先端部を示す概略断面図である。超音波メス１を構成する超音波振動子２は、芯材となる細線３と、この細線３の表面に膜状に被覆された磁歪材料による磁歪薄膜４と、この磁歪薄膜４の先端側外周面上に被覆されたチタン合金膜５と、このチタン合金膜５より後端側領域の磁歪薄膜４の先端側外周面上に巻回形成された励磁用コイル６とよりなる。即ち、細線３の表面に磁歪材料を膜状に被覆し、その細線３自体を振動させるような超音波振動子２として構成されている。
【００１９】
ここに、細線３（芯材）としては例えば金属、高分子材料などのようにある程度の剛性を持ち、かつ、柔軟性を有する材質であれば特に制約されない。このような細線３の表面上に磁歪材料を膜状に被覆して磁歪薄膜４を形成するが、その被覆方法も特に制限されず、例えば、スパッタ法、蒸着法などのドライプロセスを用いる方法やメッキ法などの湿式法がある。磁歪材料としては、Ｎｉ，ＦｅＡｌ，ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＦｅＳｉ，ＦｅＢ，ＦｅＳｉＢ，ＦｅＣｏＳｉＢ，ＦｅＰｄなどの合金系の他、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕなどを１種類以上混合し焼結などで作製したＮｉＣｏフェライト、ＮｉＣｕＣｏフェライトなどのフェライト材料であってもよい。特に、ＦｅＢ，ＦｅＳｉＢ，ＦｅＣｏＳｉＢなどの合金は、歪み量は比較的小さな値を示すが、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変えるための変換効率のよさを示す電気機械結合係数が圧電素子よりも高い値を示すものがあり、これらの材料を用いれば効果は大きい。
【００２０】
このような構成において、励磁用コイル６に交流電流を印加することにより、細線３の長さ方向に平行に磁界が印加されると超音波振動を生ずる。例えば、励磁用コイル６に２０〜３０ｋＨｚ程度の交流電流を印加することにより、磁歪薄膜４が長さ方向に振動する。この振動は細線３の先端部に伝わり、先端部では大きな振動振幅が生ずる。よって、この先端を対象とする組織に接触させると組織が破砕される。ここに、超音波メス１としての機能が発揮される。先端部にはチタン合金膜５が被覆されているので、生体に対する安全性が確保されている。
【００２１】
ところで、磁歪薄膜４を形成する磁歪材料について検討する。磁歪材料の中でも希土類元素と遷移元素との合金を用いれば磁歪の歪み量が著しく大きくなるため効果的となる。希土類元素と遷移元素との合金としては、ＴｂＦｅ2 ，ＤｙＦｅ2 ，（ＴｂＤｙ）Ｆｅ2 ，ＤｙＣｏ2 ，ＴｂＣｏ2 ，ＳｍＦｅ2 ，ＨｏＦｅ2 ，ＥｒＦｅ2 ，ＴｍＦｅ2 などが挙げられる。希土類元素と遷移元素との合金は、材料の長さをＬとし磁界を印加したときの伸び量をΔＬとしたとき、最大でΔＬ／Ｌ＝２４００×１０~6という、他の材料では不可能である大きな値を示す特徴がある。よって、このような材料を用いることにより大きな振動振幅を得ることができ、超音波出力を大きくし得るので、超音波メス１の小型化を図る上で有利となる。例えば、図１に示した構成において、長さ１ｍの細線３に対して磁歪薄膜４をＴｂＦｅ2 薄膜として形成し、励磁用コイル６を通じて４００ｋＡ／ｍ、２３ｋＨｚの磁界を印加したところ、超音波メス１（超音波振動子２）の先端部の最大振幅は２００μｍ以上となったものである。
【００２２】
さらに、磁歪薄膜４を形成する磁歪材料について検討する。上記のように希土類元素と遷移元素との合金を用いれば磁歪の歪み量が著しく大きいため大きな振動振幅が得られるが。そのような振動を生じさせるためには比較的大きな印加磁界が必要となる。必要とする印加磁界を低減させるためには材料の結晶磁気異方性を小さくすることが有効であるが、このためには、結晶磁気異方性が小さくなるような合金系を選ぶ必要がある。希土類元素と遷移元素との合金の中でも元素を適当に混合し、擬二元化合物とすることによってＦｅ‐Ｔｂ‐Ｄｙの３つの元素の合金系は歪み量が大きくて、小さな印加磁界で必要な歪み量が得られるため、効果が大きい。例えば、図１に示す構成において、磁歪薄膜４として（Ｔｂ0.28Ｄｙ0.72）Ｆｅ2 組成の合金薄膜を用いて細線３の０．２ｍの長さ範囲に渡って被覆し、最大磁界３ｋＡ／ｍを印加したところ、周波数２０ｋＨｚ付近で共振させることにより、超音波メス１（超音波振動子２）の先端部における超音波振動の最大振幅は１８０μｍ程度となったものである。これを用いることにより、骨膜腫のように切除しにくい組織も比較的簡単に切除可能となる。
【００２３】
また、磁歪薄膜４を形成する磁歪材料を希土類元素と遷移元素との合金とする場合、その合金をアモルファス構造にすれば、さらに小さな印加磁界で大きな歪み量を得ることができるので、一層好ましい。アモルファス構造は、急冷法によりリボン状或は粉末状のものを作製できる。また、スパッタ法、蒸着法などの物理的、化学的な薄膜プロセスによっても作製できる。ＴｂＦｅＢ，ＳｍＦｅＢのような合金であってもアモルファス構造にすれば、大きな効果を示す。希土類元素と遷移元素との合金以外の材料として、例えば、ＦｅＢ，ＦｅＳｉＢ，ＦｅＣｏＳｉＢなどの合金は歪み量は比較的小さな値を示すが、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変えるための変換効率のよさを示す電気機械結合係数が圧電素子よりも高い値を示すものがあり、これらの材料を用いれば効果は大きい。これらの材料は主にアモルファス状態で用いたときに効果が大きい。その作製法としては、上記のスパッタ法、蒸着法、急冷法等がある。例えば、図１に示す構成において、磁歪薄膜４をＴｂＦｅＢアモルファス薄膜として細線３の０．２ｍの長さ範囲に渡って被覆し、上記の場合と同様に磁界を印加したところ、１ｋＡ／ｍ程度の小さな印加磁界でも十分な振動振幅が得られたものである。
【００２４】
さらに、芯材となる細線３の材料について検討する。基本的には前述したようにある程度の剛性を持ち、かつ、柔軟性を有する材質であれば特に制約されないが、その表面に被覆される磁歪薄膜４を比較的小さな印加磁界で動作させて大きな振動振幅を得るための方法として、細線３の材料として軟磁性材料を用いる方法がある。これは、軟磁性材料を用いることにより軟磁性材料とその表面に被覆された磁歪材料とが交換結合することにより異方性磁界が小さくなり、結果として、印加磁界が小さくても動作が可能となるものである。具体的には、細線３をＮｉＦｅ合金で形成すれば、このＮｉＦｅは軟磁性に優れコスト面でも優れているため利用しやすい。軟磁性に優れた材料であれば他の材料であってもよく、例えば、軟磁性鉄、ＦｅＳｉＢ合金等も用い得る。例えば、図１に示す構成において、細線３としてＮｉＦｅ合金線を用い、磁歪薄膜４の磁歪材料としてＴｂＦｅ2 アモルファス薄膜を用いて形成し、磁界を印加したところ、０．８ｋＡ／ｍ以下の小さな印加磁界でも十分な振動振幅が得られたものである。
【００２５】
本発明の第二の実施の形態を図２に基づいて説明する。図１で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する。本実施の形態では、細線３の表面を磁歪薄膜４で被覆し、励磁用コイル６を作製した後、これらの表面を全面的に誘電体膜７で被覆してなる。即ち、超音波メス１（超音波振動子２）において誘電体膜７がファイバケーブル状に形成されている。チタン合金膜５は誘電体膜７表面にて先端部側に形成されている。
【００２６】
このように超音波振動子２の表面を全面的に誘電体膜７で被覆することにより、光ファイバと同様に、誘電体膜７内に超音波エネルギーを収束させることが可能となる。この結果、より小さいエネルギーで大きな超音波エネルギーを発生させることができるので、超音波メスとしての安全性も向上する。
【００２７】
本発明の第三の実施の形態を図３に基づいて説明する。本実施の形態は、上述したような超音波メス１を用いた超音波メス装置に関する。本実施の形態では、細線構造の超音波メス１が内視鏡８の作業孔９を介して一体化されている。ここに、内視鏡８自体は周知のように、光源１０からの光を先端側に導くライトガイド１１を有し、ライトガイド１１近傍の先端にはライトガイド１１を通して照明された組織患部をモニタするＣＣＤカメラ１２が取り付けられており、外部に配線されたモニタ＆コントローラ１３で内視鏡８の状態を調整・制御し得るように構成されている。超音波メス１は外部に配線された電源１４を通じて励磁用コイル６への通電、従って、振動振幅が制御される。
【００２８】
前述した如く細線構造として小型化構成された超音波メス１を用いることにより、内視鏡８とともに生体内に挿入することが可能となり、内視鏡８のＣＣＤカメラ１２で患部を見ながら手術する等、生体内部の手術も可能となり、超音波メス１の応用範囲が広がる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、芯材の表面に磁歪材料を膜状に被覆してなる細線を超音波振動子として用いるようにしたので、簡単で小型の構成にして大きな振動振幅が得られる超音波メスを提供することができる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の超音波メスにおける磁歪材料に希土類元素と遷移元素とを含むので、磁歪の歪み量が著しく大きくなることから、より大きな振動振幅を得ることができ、装置の小型化を図る上で有利となる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の超音波メスにおける磁歪材料がＴｂ，Ｄｙ及びＦｅの合金よりなり、磁歪材料が磁歪の歪み量が大きくなる希土類元素と遷移元素とを含む合金に加えて、結晶磁気異方性が小さくなるような合金系とされているので、大きな振動を生じさせるために印加する磁界を小さくすることができる。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１，２又は３記載の超音波メスにおける磁歪材料がアモルファス構造を有するので、小さな印加磁界で大きな歪み量を得ることができる。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の超音波メスにおける芯材としてＮｉＦｅ合金等の軟磁性材料を用いるので、比較的小さな印加磁界で動作させて大きな振動振幅を得ることができる。
【００３４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の超音波メスに加えて、磁歪材料上に誘電体膜を被覆したので、光ファイバの場合と同様に誘電体膜内に超音波エネルギーを収束させることが可能となり、より小さいエネルギーで大きな超音波エネルギーを発生させることができ、超音波メスとしての安全性も向上させることができる。
【００３５】
請求項７記載の発明の超音波メス装置によれば、請求項１ないし６の何れか一に記載の超音波メスを内視鏡の作業孔を通してこの内視鏡に一体化してなるので、超音波メスが細線構造からなるため内視鏡などとともに生体内に挿入することが可能となり、内視鏡で見ながら手術する等、生体内部の手術も可能となり、超音波メスの応用範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の超音波メスの先端部を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態の超音波メスの先端部を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態の超音波メス装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１      超音波メス
２      超音波振動子
３      細線
４      磁性材料
７      誘電体膜
８      内視鏡
９      作業孔
【図１】
0003651646.tif 000002
【図２】
0003651646.tif 000003
【図３】
0003651646.tif 000004