(57)【要約】【課題】大型化することなくプローブを十分に冷却できる超音波処置具を提供することである。【解決手段】超音波処置具は、超音波振動を発振する複数の圧電素子と、複数の圧電素子が発振した超音波振動を増幅する共振部と、複数の圧電素子の発振を制御する制御部とを有する。制御部は、共振部を縦振動させる処置モードと、共振部を縦振動の方向に対し、垂直な方向へ振動する横振動を生じさせ、共振部の先端部を扇状に駆動させ共振部を冷却する冷却モードと、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発振する複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子が発振した超音波振動を増幅する共振部と、前記複数の圧電素子の発振を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、共振部を縦振動させる処置モードと、共振部を縦振動の方向に対し、垂直な方向へ振動する横振動を生じさせ、共振部の先端部を扇状に駆動させ共振部を冷却する冷却モードと、を有することを特徴とする超音波処置具。
【請求項２】
前記複数の圧電素子が、前記処置モード及び前記冷却モードを励起できるように対向して配置されている請求項１の超音波処置具。
【請求項３】
前記処置モードと前記冷却モードとの共振周波数が異なる請求項１の超音波処置具。
【請求項４】
前記共振部は、前記処置モードと前記冷却モードとで所定の位置で振動の節の位置が同一であるように前記複数の圧電素子が設けられている請求項１の超音波処置具。
【請求項５】
前記共振部の先端部以外の一部分に、フィンが形成されている請求項１の超音波処置具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブを冷却するための機能を有する超音波処置具に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波処置具を用いて行う治療法が知られている。一般に、超音波処置具は、ハンドピース部と超音波振動伝達部材であるプローブにより構成され、ハンドピース部には超音波振動子が組み込まれ、発生させた超音波振動をホーンで増幅してプローブに伝達している。
【０００３】
このプローブは、先端を生体組織や結石等に接触させて超音波振動を与え、その振動エネルギにより、切除や乳化または破砕等の処置を行う。また、切除または破砕された組織や結石は、そのプローブやハンドピース部の内部に貫通して形成された吸引用通路を通じて、吸収ポンプによって吸引され除去される。
【０００４】
一般に、このような超音波処置具は、超音波振動によって発熱を起こす。このため、超音波処置具の適正温度を維持させるために、例えば、特許文献１では、プローブに冷却水を供給する送水手段と、超音波振動子の超音波出力設定値に対応して送水手段の出力値を設定し、プローブの発熱を抑制する制御手段と、を有する超音波処置具を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３８９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した超音波処置具は、使用開始時及び使用中にプローブが規定された温度を超えないように、必要な送水量を確保して、プローブを冷却しているため、最適的な状態で使用でき、また装置の操作の容易化、及び確実な動作の遂行している。しかし、このプローブ冷却を確保するためには、少なくとも送水手段及び制御手段が必須であり、簡易な構成にできず、超音波処置具自体の小型化の実現を阻害する１つの要因となっている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、大型化することなくプローブを十分に冷却できる超音波処置具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、実施形態の一態様に係る超音波処置具は、超音波振動を発振する複数の圧電素子と、複数の圧電素子が発振した超音波振動を増幅する共振部と、複数の圧電素子の発振を制御する制御部とを有する。制御部は、共振部を縦振動させる処置モードと、共振部を縦振動の方向に対し、垂直な方向へ振動する横振動を生じさせ、共振部の先端部を扇状に駆動させ共振部を冷却する冷却モードと、を有する。  
前述した一態様で、大型化することなくプローブを十分に冷却できる超音波処置具が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
発明の超音波処置具は、大型化することなくプローブを十分に冷却できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態の超音波処置具の概要図である。
【図２】図２は、超音波トランスデューサの構成を示す概要図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の超音波処置具の共振体の構成を示す図である。
【図４】図４は、第１及び第２の圧電素子に同位相交番電圧を印加した場合の波形を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１及び第２の圧電素子に同位相交番電圧が印加された場合の共振部２０の振動の動きを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１及び第２の圧電素子に同位相交番電圧が印加された場合の共振部２０の振動の動きを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第１及び第２の圧電素子に同位相交番電圧が印加された場合の共振部２０の振動の動きを示す図である。
【図６】図６は、第１及び第２の圧電素子に逆位相交番電圧を印加した場合の波形を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１及び第２の圧電素子に逆位相交番電圧が印加された場合の共振部２０の振動の動きを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１及び第２の圧電素子に逆位相交番電圧が印加された場合の共振部２０の振動の動きを示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の超音波処置具の駆動の流れを示すブロック図である。
【図９】図９は、変形例の共振部の斜視図である。
【図１０】図１０は、変形例の共振部の上面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、変形例の共振部の冷却モードの駆動を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、変形例の共振部の冷却モードの駆動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態では、一態様について図を参照して説明する。  
図１は、第１の実施形態の超音波処置具１の概要図である。図１に示すように、超音波処置具１は、超音波トランスデューサ２と、超音波トランスデューサ２に基端部を連結するハンドルユニット３と、ハンドルユニット３の先端部から長手軸に沿って延設されるプローブ２１と、電源ユニット（制御部）７に制御信号を送出するスイッチ部４９と、を有している。超音波トランスデューサ２は、ハンドルユニット３への装着側の反対側から電源ケーブル６が引き出されて電源ユニット（制御部）７にコネクタ接続され、駆動用電源が供給される。
【００１２】
また、プローブ２１は、後述する共振部２０の一部分である。プローブ２１は、先端部に生体組織等に当接して処置する部分である先端部２８を有している。以下で、長手軸に沿って、プローブ２１側を先端側とし、超音波トランスデューサ２側を後端側とする。
【００１３】
ハンドルユニット３は、ケース１１と、ケース１１に設けられる把持部１３とで構成される。把持部１３は、例えば、図１に示すように、一方がケース１１に一体に固定される固定ハンドルと、もう一方が固定ハンドルに対して可動する可動ハンドルとで構成されていてもよい。
【００１４】
図１に示すように、例えば、ハンドルユニット３の把持部１３の先端側にスイッチ部４９が設けられている。本実施形態では、スイッチ部４９として、例えば、押下式のボタンスイッチ（モーメンタリスイッチ）を用いており、配線ケーブル（図示せず）を介して、電源ユニット（制御部）７に電気的に接続されている。
【００１５】
スイッチ部４９は、押圧することによって発生するトリガ信号等の制御信号が電源ユニット（制御部）７へ送出され、その制御信号を受けて、電源ユニット（制御部）７から所定電流値の交流電源が超音波トランスデューサ２に供給される。また、スイッチ部４９は、電源ユニット（制御部）７から任意の位相がずれた駆動電源（本実施形態では、逆位相を一例としている）を供給させるための制御信号を送出する設定も可能である。この場合には、切り換えスイッチまたは複数の専用スイッチを配置してもよい。
【００１６】
図２は、超音波トランスデューサ２の構成を示す図である。図２に示すように、超音波トランスデューサ２は、振動子ケース１２と、振動子ケース１２の内部に設けられる共振体２０と、を設けられている。超音波トランデューサ２は、基端方向からハンドルユニット３内に挿入され、ハンドルユニット３のケース１１に着脱可能に装着されている。
【００１７】
図３は、共振体２０の構成を示す図である。共振体２０は、プローブ２１と、プローブ２１の基端側に設置され、（後述する第１及び第２の圧電素子２５、２６が発振する）超音波振動を増幅する共振体であるホーン２２と、ホーン２２の基端側に設けられる超音波振動伝達部２３と、電源ユニット（制御部）７から電流が供給されることによって超音波振動を発振する超音波振動子である第１の圧電素子２５及び第２の圧電素子２６と、超音波振動伝達部２３を固定するためのバックマス２７と、を有している。
【００１８】
本実施形態の電源ユニット（制御部）７では、第１及び第２の圧電素子２５、２６に逆位相の電圧からなる駆動電源（交流電源）を供給している。但し、位相のずれは、後述する逆位相（πred）であれば、最も振幅が大きい振動が得られるが、特に限定されるものではなく、適宜設定することは可能である。また、電源ユニット（制御部）７は、第１及び第２の圧電素子２５、２６へ供給される駆動電圧を制御する制御部も一体に組み込まれている。尚、制御部は、電源ユニット７と分離されて設けられてもよい。
【００１９】
プローブ２１は、超音波トランスデューサ２の内部で、ホーン２２の先端側に取り付けられ、ハンドルユニット３の先端側から延出している。処置の際に、プローブ２１の先端部２８が、血管等の生体組織に当接された状態で超音波振動することによって、プローブ２１の先端部と生体組織との間に摩擦熱が発生する。発生した摩擦熱によりプローブ２１の先端部で生体組織の凝固切開等が行われる。尚、プローブ２１の先端部には、生体組織を把持するジョーが設けられていても良い。また、プローブ２１及びジョーは、ケース１１に対して長手軸回りに回転可能である。
【００２０】
超音波振動伝達部２３は、円筒形状を成し、例えば、金属部材により形成されている。超音波伝達部２３は、先端部をホーン２２の基端部側に嵌合し、基端部側からバックマス２７によって一体的に固定される。超音波振動伝達部２３、ホーン２２、バックマス２７、プローブ２１、は一体的に成型されていてもよい。超音波振動伝達部２３は、周側面上の径方向の対向する位置に２つの溝部２４Ａ、２４Ｂが形成され、各溝部２４Ａ、２４Ｂ内に第１及び第２の圧電素子２５、２６が装着されている。この配置により、２つの第１の圧電素子２５と第２の圧電素子２６は、超音波振動伝達部２３の中心軸を挟んで対向した構成となっている。第１及び第２の圧電素子２５、２６は、それぞれに電源ケーブル６内に束ねられた配線（図示せず）によって電源ユニット（制御部）７と接続されている。
【００２１】
前述したように、圧電素子２５、２６は、スイッチ部４９を操作することによって、電源ユニット（制御部）７から同位相または逆位相の駆動電圧が供給され、超音波振動を発生する。  
また、第１及び第２の圧電素子２５、２６の各々は、溝部２４Ａ、２４Ｂに収納され装着されている。このため、第１及び第２の圧電素子２５、２６と共振部２０とは、一体として振動するために、同一の共振周波数となる。第１及び第２の圧電素子２５、２６の各々は、電荷を印加されることによって一方向に超音波振動を生じる、例えば、長手軸に平行な方向な振動を生じる。本実施形態において、第１及び第２の圧電素子２５、２６を振動させる場合、スイッチ部４９は、電源ユニット（制御部）７に対して、同位相の駆動電源と、異なる位相（逆位相）の駆動電源との切り換えを指示することで、第１及び第２の圧電素子２５、２６が縦振動または、横振動（屈曲振動）を行う。
【００２２】
以下に、これらの縦振動及び横振動について説明する。  
図４は、第１及び第２の圧電素子２５、２６に同位相交流電圧を印加した場合の波形を示している。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、第１及び第２の圧電素子２５、２６に同位相交流電圧が印加された場合の共振部２０の振動状態を示している。
【００２３】
図５に示すように、第１及び第２の圧電素子２５、２６に駆動電源となる同位相交流電圧が印加された場合には、第１及び第２の圧電素子２５、２６は、同位相で同じ周波数と電荷により縦振動モードが励起され、共振部２０は、図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、縦振動を行う。このとき、共振部２０の縦振動は、無振動の節の位置が固定されている。例えば、共振部２０は、ホーン２２の基端部に振動の節が位置するように振動する。
【００２４】
操作者は、縦振動するプローブ２１の先端の先端部２８を生体組織に接触させて、所望の処置、例えば、剥離、吻合、接合などを実行する。以下の説明において、共振部２０が縦振動する状態を処置モードと称している。
【００２５】
図６は、第１及び第２の圧電素子２５、２６に逆位相の交流電圧を印加した場合の波形を示している。図７Ａ及び図７Ｂは、第１及び第２の圧電素子２５、２６に逆位相の交流電圧を印加した場合の共振部２０の振動状態を示している。
【００２６】
図６に示されるように、第１及び第２の圧電素子２５、２６に逆位相の交流電圧が印加された場合には、第１及び第２の圧電素子２５、２６は、逆位相で同じ周波数と電荷により横振動モードが励起され、共振部２０は、図７Ａ乃至図７Ｂに示すように、縦振動の振動方向に垂直な方向の振動である横振動を行う。このとき、共振部２０の横振動の節の位置は、所定の位置、例えば、ホーン２２の基端部で縦振動と同じ位置となっている。従って、共振部２０は、縦振動と横振動とで、所定の位置で振動の節の位置が同一である。共振部２０は、超音波振動によって表面から熱を外部に拡散する。従って、共振部２０が、横振動することによって冷却される。例えば、共振部２０の横振動によって、先端部２８が扇状に（高速で）駆動され、そのためプローブ２１全体が（高速で）横振動をするために、少なくとも摩擦による発熱部分の熱が放出される。以下で、共振部２０が、横振動する状態を冷却モードと称する。共振部２０は、処置モードと、冷却モードとで、第１及び第２の圧電素子２５、２６に供給される交流電圧の位相が同位相と逆位相とで異なるとともに、縦振動と横振動との（共振）周波数も異なる。また、共振部２０において、溝部２４Ａ、２４Ｂの各々に収納される第１及び第２の圧電素子２５、２６は、処置モードと冷却モードとで、所定の位置で振動の節の位置が同一であるように設けられる。
【００２７】
図８を参照して、以下で本実施形態の超音波処置具１による処置・冷却工程について説明する。  
まず、スイッチ部４９をオン操作することによって、電源ユニット７が、第１及び第２の圧電素子に同位相の交流電圧を供給する（ステップＳ１）。この電源供給によって、圧電素子２５、２６により発生された超音波振動は、長手軸に沿って、ホーン２２及びプローブ２１を通じて、プローブ２１の先端まで伝達される。
【００２８】
超音波振動するプローブ２１の先端部２８を処置対象の部位に接触させることにより処置を開始する（ステップＳ２）。そして、処置が終了したならば（ステップＳ３）、スイッチ部４９をオフ操作して、第１及び第２の圧電素子に供給される同位相の交流電圧の通電を停止して処置モードを終了する（ステップＳ４）。
【００２９】
その処置モードの終了直後に、スイッチ部４９のオン操作によって、第１及び第２の圧電素子に対して、逆位相の交流電圧を通電して（ステップＳ５）、前述したような冷却モードによる振動を行い、冷却を開始する（ステップＳ６）。所定時間経過後で、先端部２８の温度が所定の温度までに冷却した場合に、スイッチ部４９のオフ操作によって冷却モードを終了する（ステップＳ７）。
【００３０】
処置モードと同様、スイッチ部４９をオフ操作して、第１及び第２の圧電素子に供給される逆位相の交流電圧の通電を停止して処置モードを終了する（ステップＳ８）。  
その後、処置を継続するかしないかを選択し、処置を継続する場合は、ステップＳ１に戻り、処置を継続しない場合は、終了となる（ステップＳ９）。
【００３１】
尚、本実施形態において、先端部２８の温度を計測する温度センサを設けて、先端部の温度を測定し、測定温度が所定温度を超えた場合には、使用者に警告を告知し、測定温度が所定温度を下回った場合には、スイッチ部４９を自動でオフして、冷却終了を制御してもよい。
【００３２】
本実施形態によれば、超音波処置具１は、スイッチ操作により処置モードと冷却モードとに選択的に駆動させることができる。冷却モードでは、共振体２０に対して、横振動による超音波振動を行い、先端部２８を扇状に高速に駆動させて、周囲の空気に放熱を効果的に行い、所定の温度まで冷却される。また、本実施形態の超音波処置具１は、新たな構成部品を追加する必要がないため、大型化せずに冷却機能を有することができる。
【００３３】
尚、本実施形態では、超音波伝達部２３の溝部２４Ａ、２４Ｂに装着した第１及び第２の圧電素子２５、２６を用いたが、縦振動と横振動発生させることが可能で、且つ、異なる周波数で、縦振動と横振動が駆動できるのでれば、他の振動子を用いても良い。例えば、圧電素子を２個ではなく複数用いても、あるいは２つに分離されたランジュバン型振動子を用いても良い。
【００３４】
第１の実施形態の変形例について説明する。  
第１の実施形態の変形例は、第１の実施形態の超音波処置具１とほぼ同等の構成であるが、プローブ２１の構成が異なる。従って、第１の実施形態の超音波処置具１と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
図９は、変形例の共振部２０の斜視図である。図１０は、変形例の共振部２０の上面図である。  
変形例の超音波処置具１は、共振部２０のプローブ２１に空気の通路となるフィン３１が形成されている。フィン３１は、プローブ２１の側面で一方向にプローブ２１を貫通して形成される複数の溝である。フィン３１は、プローブ２１の先端部２８の基端側の所定の位置に形成されている。
【００３６】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、変形例の共振部２０の冷却モードの駆動を示している。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す様に、処置対象に接触する部分を除いたプローブ２１に対して、横振動の振動方向に対して平行となる複数のフィン３１を形成して、プローブ２１の放熱面積を増加させて、放熱効果を高めている。本変形例では、フィン３１は、プローブ２１の周側面に複数の凹溝を配列するように形成し、プローブ２１の径は大径化していない。
【００３７】
処置モードにおいては、第１及び第２の圧電素子２５、２６に同位相交流電圧を印加させて、先端部２８のフィン３１が形成されている先端部分で対象部位に対して処置を実施する。
【００３８】
また、冷却モードにおいては、第１及び第２の圧電素子２５、２６に逆位相の交流電圧を印加して横振動させて、フィン３１の配列されている向きに空気が流れるように形成されている。変形例によれば、プローブ２１に複数のフィン３１を配置させることで放熱面積を増加させて冷却効率を高めて、処置モード時の温度上昇を緩やかにして、冷却モードにおいては、短時間で温度低下を実現することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…超音波処置具、２…超音波トランスデューサ、３…ハンドルユニット、６…電源ケーブル、７…電源ユニット（制御部）、１１…ケース、１２…振動子ケース、１３…把持部、２０…共振部、２１…プローブ、２２…ホーン、２３…超音波振動伝達部、２４Ａ、２４Ｂ…溝部、２５、２６…圧電素子、２７…バックマス、２８…先端部、３１…フィン、４９…スイッチ部。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
2014151083.tif 000013
【図９】
2014151083.tif 000014
【図１０】
2014151083.tif 000015
【図１１Ａ】
2014151083.tif 000016
【図１１Ｂ】
2014151083.tif 000017