(57)【要約】【課題】生体組織への処置における最適なキャビテーション状態を実現する超音波処置装置を提供する。【解決手段】超音波を発生する超音波振動子１８と、超音波振動子１８に接続され、超音波振動子１８で発生された超音波振動を伝達するプローブ２４と、プローブ２４に形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部２６ａと、を有する超音波処置装置。処置部２６ａは、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されているキャビテーション抑制部３９を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発生する超音波振動子と、
前記超音波振動子に接続され、前記超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するプローブと、
前記プローブに形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部と、
を具備し、
前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されているキャビテーション抑制部を有する、
ことを特徴とする超音波処置装置。
【請求項２】
前記キャビテーション抑制部は、抗力係数が小さくなるような形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波処置装置。
【請求項３】
生体組織を凝固切開するために用いられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波処置装置。
【請求項４】
前記処置部に対して開閉されて、前記処置部と協働して生体組織を把持するジョーをさらに具備する、ことを特徴とする請求項３に記載の超音波処置装置。
【請求項５】
超音波を発生する超音波振動子と、
前記超音波振動子に接続され、前記超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するプローブと、
前記プローブに形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部と、
を具備し、
前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下になるような形状に形成されているキャビテーション促進部を有する、
ことを特徴とする超音波処置装置。
【請求項６】
前記キャビテーション促進部は、抗力係数が大きくなるような形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波処置装置。
【請求項７】
破砕された生体組織を吸引する吸引路をさらに具備し、生体組織を破砕吸引するために用いられる、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波処置装置。
【請求項８】
前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてキャビテーション促進部の外表面近傍の液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部から生体組織へと向かう方向に相当するような形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波処置装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１に記載の超音波処置装置に用いられる超音波処置装置用プローブ。
【請求項１０】
超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成する工程と、
前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求める工程と、
前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧以下となっている部分の内の少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるように前記形状モデルを変形する工程と、
前記当該液体の圧力分布を求める工程と前記形状モデルを変形する工程とを繰り返す工程と、
前記形状モデルの形状に前記処置部を形成する工程と、
を具備することを特徴とする超音波処置装置用プローブの製造方法。
【請求項１１】
前記形状モデルを変形する工程は、前記形状モデルを抗力係数が減少するように変形する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法。
【請求項１２】
超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成する工程と、
前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求める工程と、
前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧より大きくなっている少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧未満となるように前記形状モデルを変形する工程と、
前記当該液体の圧力分布を求める工程と前記形状モデルを変形する工程とを繰り返す工程と、
前記形状モデルの形状に前記処置部を形成する工程と、
を具備することを特徴とする超音波処置装置用プローブの製造方法。
【請求項１３】
前記形状モデルを変形する工程は、前記形状モデルを抗力係数が増大するように変形する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法。
【請求項１４】
前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧未満となっている部分の内の少なくとも一部分における液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部から生体組織へと向かう方向に相当するように前記形状モデルを変形する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれか１に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法を具備する超音波処置装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超音波凝固切開装置や超音波吸引装置のような、超音波を用いて生体組織に処置を行う超音波処置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を用いて生体組織に処置を行う超音波処置装置が用いられている。例えば、特許文献１には、生体組織を凝固切開する超音波凝固切開装置が開示されている。特許文献１の超音波凝固切開装置は、超音波振動を発生する超音波振動子を有する。この超音波振動子には、超音波振動を伝達する細長いプローブの基端部が接続されており、このプローブの先端部には、伝達された超音波振動によって生体組織に凝固切開処置を行う処置部が形成されている。この処置部は、プローブに外挿されているシースの先端開口から突出しており、このシースの先端部には、処置部に対して開閉されて、処置部と協働して生体組織を把持するジョーが配設されている。超音波凝固切開装置によって生体組織を処置する際には、処置部とジョーとによって生体組織を把持し、超音波振動子で発生された超音波振動をプローブを介して処置部に伝達して、把持された生体組織を処置部によって凝固切開する。
【０００３】
ここで、処置部が体液、血液等の液体に浸された状態で生体組織に処置を行う場合には、処置部においてキャビテーションが発生して生体組織が損傷される場合がある。特許文献２には、処置部におけるキャビテーションの発生を抑制する超音波凝固切開装置が開示されている。特許文献２の超音波凝固切開装置は、特許文献１の超音波凝固切開装置とほぼ同様な構成を有するが、処置部において、ジョーと対面する把持面の反対側に先端側に向かって傾斜する傾斜形状が形成されている。そして、特許文献２には、傾斜形状の傾斜角度を減少させることにより、処置部において発生するキャビテーションが抑制されることが開示されている。
【０００４】
一方、特許文献３には、生体組織を破砕吸引する超音波吸引装置が開示されている。特許文献３の超音波吸引装置は、特許文献１及び２の超音波凝固切開装置と同様な超音波振動子、プローブ、及び、シースを有する。特許文献３の超音波吸引装置のプローブの先端部には、生体組織を乳化破砕する処置部が形成されている。そして、プローブとシースとの間には、処置部に開口部を有し、破砕された生体組織を吸引する吸引路が形成されている。超音波吸引装置によって生体組織を処置する際には、超音波振動子で発生された超音波振動をプローブを介して処置部に伝達して、生体組織を処置部によって乳化破砕し、破砕された生体組織を吸引路を介して吸引する。
【特許文献１】特開２００４−３２１６０６号公報
【特許文献２】米国特許６，７９０，２１６号明細書
【特許文献３】特開２００２−２３３５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、生体組織を凝固切開する場合等には、生体組織が損傷されないように、処置部におけるキャビテーションの発生が抑制されることが好ましい。一方で、生体組織を破砕吸引する場合等には、生体組織の破砕を効果的に行うため、キャビテーションの発生が促進されることが好ましい。
【０００６】
特許文献２には、処置部の把持面に対向する傾斜形状の傾斜角度の減少によってキャビテーションを抑制することが開示されているが、生体組織への処置における最適なキャビテーション状態を実現するまでには到っていない。
【０００７】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、生体組織への処置における最適なキャビテーション状態を実現する超音波処置装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、超音波を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続され、前記超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブに形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部と、を具備し、前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されているキャビテーション抑制部を有する、ことを特徴とする超音波処置装置である。  
そして、本請求項１の発明では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際には、キャビテーション抑制部の外表面近傍の液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなって、処置部におけるキャビテーションの発生が抑制される。
【０００９】
請求項２の発明は、前記キャビテーション抑制部は、抗力係数が小さくなるような形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波処置装置である。  
そして、本請求項２の発明では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際にはキャビテーション抑制部の外表面近傍の液体の圧力勾配はなだらかであって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなる傾向を有する。
【００１０】
請求項３の発明は、生体組織を凝固切開するために用いられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波処置装置である。  
そして、本請求項３の発明では、キャビテーションの発生が抑制されている処置部によって、凝固切開処置を行う。
【００１１】
請求項４の発明は、前記処置部に対して開閉されて、前記処置部と協働して生体組織を把持するジョーをさらに具備する、ことを特徴とする請求項３に記載の超音波処置装置である。  
そして、本請求項４の発明では、処置部とジョーとによって生体組織を把持して、把持された生体組織に処置部によって処置を行う。
【００１２】
請求項５の発明は、超音波を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続され、前記超音波振動子で発生された超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブに形成され、伝達された超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部と、を具備し、前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてその外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下になるような形状に形成されているキャビテーション促進部を有する、ことを特徴とする超音波処置装置である。  
そして、本請求項５の発明では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際には、キャビテーション促進部の外表面近傍の液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となって、処置部におけるキャビテーションの発生が促進される。
【００１３】
請求項６の発明は、前記キャビテーション促進部は、抗力係数が大きくなるような形状に形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の超音波処置装置である。  
そして、本請求項６の発明では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際にはキャビテーション抑制部の外表面近傍の液体の圧力勾配は急であって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となる傾向を有する。
【００１４】
請求項７の発明は、破砕された生体組織を吸引する吸引路をさらに具備し、生体組織を破砕吸引するために用いられる、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波処置装置である。  
そして、本請求項７の発明では、キャビテーションの発生が促進されている処置部によって破砕処置を行い、破砕された生体組織を吸引路によって吸引する。
【００１５】
請求項８の発明は、前記処置部は、液体内での超音波振動に関する流体解析においてキャビテーション促進部の外表面近傍の液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部から生体組織へと向かう方向に相当するような形状に形成されている、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波処置装置である。  
そして、本請求項８の発明では、処置部によって液体内で生体組織に処置を行う際には、キャビテーション促進部の外表面近傍で発生されたキャビテーションが生体組織に向かって移動される。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載の超音波処置装置に用いられる超音波処置装置用プローブである。
【００１７】
請求項１０の発明は、超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成する工程と、前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求める工程と、前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧以下となっている部分の内の少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるように前記形状モデルを変形する工程と、前記当該液体の圧力分布を求める工程と前記形状モデルを変形する工程とを繰り返す工程と、前記形状モデルの形状に前記処置部を形成する工程と、を具備することを特徴とする超音波処置装置用プローブの製造方法である。
【００１８】
請求項１１の発明は、前記形状モデルを変形する工程は、前記形状モデルを抗力係数が減少するように変形する工程を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法である。
【００１９】
請求項１２の発明は、超音波振動によって生体組織に処置を行う処置部の少なくとも一部分について、所定の形状モデルを作成する工程と、前記形状モデルについて、液体内での超音波振動に関する流体解析によって当該液体の圧力分布を求める工程と、前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧より大きくなっている少なくとも一部分の圧力が当該液体の飽和蒸気圧未満となるように前記形状モデルを変形する工程と、前記当該液体の圧力分布を求める工程と前記形状モデルを変形する工程とを繰り返す工程と、前記形状モデルの形状に前記処置部を形成する工程と、を具備することを特徴とする超音波処置装置用プローブの製造方法である。
【００２０】
請求項１３の発明は、前記形状モデルを変形する工程は、前記形状モデルを抗力係数が増大するように変形する工程を含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法である。
【００２１】
請求項１４の発明は、前記圧力分布において当該液体の飽和蒸気圧未満となっている部分の内の少なくとも一部分における液体の速度の方向が生体組織への処置において前記処置部から生体組織へと向かう方向に相当するように前記形状モデルを変形する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法である。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項１０乃至１４のいずれか１に記載の超音波処置装置用プローブの製造方法を具備する超音波処置装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の超音波処置装置では、生体組織への処置における最適なキャビテーション状態が実現されている。
【００２４】
また、本発明の超音波処置装置用プローブの製造方法によれば、生体組織への処置における最適なキャビテーション状態を実現する超音波処置装置を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。本実施形態の超音波処置装置は、キャビテーションの発生が抑制されている超音波凝固切開装置１６である。図１に示されるように、超音波凝固切開装置１６は、超音波振動を発生する超音波振動子１８を有する。この超音波振動子１８は円筒カバー２０に収容されており、この円筒カバー２０の基端部から、超音波振動子１８に電力を供給するためのコード２２が延出されている。また、超音波振動子１８の先端部の出力端には、超音波振動を伝達する細長いストレート形状のプローブ２４の基端部が連結されている。このプローブ２４の先端部には、伝達された超音波振動によって生体組織を凝固切開する処置部２６ａが形成されている。
【００２６】
そして、プローブ２４にはシース２８が外挿されており、このシース２８の先端部には、処置部２６ａに対して開閉されて処置部２６ａと協働して生体組織を把持するジョー３０が配設されている。一方、シース２８の基端部は、シース２８がその中心軸の軸回り方向に回転自在となるように操作部本体３２に接続されており、シース２８の基端部には、シース２８を回転操作するための回転ノブ３４が配設されている。そして、操作部本体３２には、ジョー３０を開閉操作するための固定ハンドル３６及び可動ハンドル３８が配設されている。即ち、可動ハンドル３８は、固定ハンドル３６に対して開閉自在に操作部本体３２に枢支されていると共に、操作部本体３２内の操作ロッドの基端部に枢支されている。この操作ロッドは操作部本体３２及びシース２８に進退自在に挿通されており、操作ロッドの先端部はジョー３０の基端部に連結されている。そして、固定ハンドル３６に対して可動ハンドル３８を開閉操作して、操作ロッドを進退操作することにより、処置部２６ａに対してジョー３０が開閉されるようになっている。
【００２７】
図２に示される本実施形態の処置部２６ａは、体液、血液等の液体中で超音波振動させた場合にキャビテーションの発生が抑制される形状を有する。以下では、このような処置部２６ａの設計方法について説明する。
【００２８】
工程１：初期三次元モデルの作成  
図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなプローブ２４について、初期三次元モデルを作成する。本実施形態では、初期三次元モデルとして、従来の超音波凝固切開用プローブを採用する。
【００２９】
工程２：三次元モデルに基づく流体解析  
プローブ２４を液体中で超音波振動させた場合についての流体解析を行う。
【００３０】
プローブ２４は、液体中で自身の長手軸方向に所定の振幅及び周期で縦振動する。即ち、プローブ２４は、図３Ａの矢印Ｂ１で示される先端側への振動と、図３Ｂの矢印Ｂ２で示される基端側への振動とを繰り返す。本実施形態では、プローブ２４に固定された座標系で解析を行う。この座標系では、一方向に所定の振幅及び周期で振動する液体場に、プローブ２４が液体の振動方向にその長手軸方向が一致するように静止状態で配置されていることとなる。即ち、液体は、図３Ａの矢印Ｃ１で示される基端側への振動と、図３Ｂの矢印Ｃ２で示される先端側への振動とを繰り返す。
【００３１】
本実施形態では、流体解析における解析時間を削減するため、プローブ２４の先端部の処置部２６ａについてのみ流体解析を行う。具体的には、プローブ２４の三次元モデルに基づき、両端部を処置部２６ａと同形状にした処置部２６ａの三次元モデルを作成する。図４に、作成された処置部２６ａの三次元モデルの一例を示す。この処置部２６ａの三次元モデルは、従来の超音波凝固切開用プローブ２４の処置部２６ａに採用されている円柱形状に対応している。
【００３２】
そして、上述した一方向に所定の振幅及び周期で振動する液体場の半周期分の液体場モデル、即ち、所定の周期で、振幅が０から最大振幅まで増大し、最大振幅から０まで減少した後、振幅が減少せずに再び増大に転じる液体場モデルを作成する。この液体場モデルに、処置部２６ａの三次元モデルを液体の振動方向にその長手軸方向が一致するように静止状態で配置して、流体解析を行う。ここで、処置部２６ａの三次元モデルにおいて、液体場モデルの振動方向の上流側の端部においては、処置部２６ａが先端側へと振動する際の挙動が解析され、下流側の端部においては、処置部２６ａが基端側へと振動する際の挙動が解析されることとなる。流体解析では、液体場モデルの圧力分布と速度分布とを算出する。
【００３３】
液体場モデルの圧力分布に基づいて、キャビテーションの発生について分析する。一般に、キャビテーションは、液体が飽和蒸気圧に達した場合に発生する。例えば、水の場合、大気圧（１０１．３ｋＰａ）下では１００℃まで温度上昇させると飽和蒸気圧に達し、また、常温（２０℃）下では２ｋＰａまで減圧すると飽和蒸気圧に達して、キャビテーションが発生する。処置部２６ａによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、液体場モデルにおいて当該液体の飽和蒸気圧まで減圧されている部分に対応する部分で、キャビテーションが発生すると予想できる。
【００３４】
図５に、流体解析の結果作成された圧力分布図の一例を示す。図５中、液体の振動方向を矢印Ｄによって表す。液体場モデルの液体として常温（２０℃）の水を選択しており、液体場モデルにおいて圧力が飽和蒸気圧（２ｋＰａ）以下となっている部分でキャビテーションが発生すると予想される。図５に示されるように、処置部２６ａの三次元モデルの上流側の端部のエッジ部分の近傍において、液体場モデルの圧力が２ｋＰａ以下となっており、処置部２６ａによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、先端側への振動に際して処置部２６ａのエッジ部分の近傍においてキャビテーションが発生すると予想される。対応する実際の実験においても、処置部２６ａによって液体中で生体組織に処置を行う場合に、先端側への振動に際して処置部２６ａのエッジ部分においてキャビテーションが発生することが確認された。
【００３５】
図６に、流体解析の結果作成された速度分布図の一例を示す。図６中、液体の振動方向を矢印Ｄによって表す。図６に示されるように、処置部２６ａの三次元モデルの下流側の端部において、液体場モデルの液体の速度が一点に収束していることが理解される。即ち、処置部２６ａの先端側への振動に際して処置部２６ａのエッジ部分において発生されたキャビテーションは、処置部２６ａの基端側への振動において、処置部２６ａのエッジ部分から先端側に向かって移動すると想定される。対応する実際の実験においても、処置部２６ａの基端側への振動において、処置部２６ａのエッジ部分から先端側に向かってキャビテーションが移動することが確認された。
【００３６】
工程３：三次元モデルの変形  
液体場モデルにおいて当該液体の飽和蒸気圧以下となっている部分の圧力が飽和蒸気圧より大きくなるように、処置部２６ａの三次元モデルを変形する。本実施形態では、液体場モデルにおいて当該液体の飽和蒸気圧以下となっている部分の近傍の三次元モデルの形状を、抗力係数が小さい形状に変形する。抗力係数が小さければ、圧力勾配がなだらかになり、液体場モデルにおける液体の圧力の低下が減少されることとなる。具体的には、図５において、処置部２６ａの三次元モデルの上流側の端部のエッジ部分の近傍において、液体場モデルの圧力が飽和蒸気圧（２ｋＰａ）以下となっており、このエッジ部分を抗力係数が小さい形状である流線形形状に変形する。当然、上流側の端部のエッジ部分の変形に対応して、下流側の端部のエッジ部分も変形させる。なお、図１５に、様々な形状についてのレイノズル数Ｒｅに対する抗力係数ＣＤの値を示す。
【００３７】
工程４：三次元モデルに基づく流体解析と三次元モデルの変形との繰り返し
工程２の三次元モデルに基づく流体解析と工程３の三次元モデルの変形とを繰り返す。
【００３８】
工程５：最終三次元モデルの決定
液体場モデルにおいて、当該液体の飽和蒸気圧まで減圧されている部分が略消滅したら三次元モデルの変形を終了して、処置部２６ａの最終三次元モデルを決定する。
【００３９】
図７に、処置部２６ａの最終三次元モデルの一例を示す。図７に示されるように、この処置部２６ａの三次元モデルは、流線形形状に近い形状を有する。図８に、この処置部２６ａの三次元モデルの流体解析の結果作成された圧力分布図を示す。図８中、液体の振動方向を矢印Ｄによって表す。図８に示されるように、飽和蒸気圧（２ｋＰａ）以下となっている部分はほぼ消滅しており、処置部２６ａによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、キャビテーションの発生が抑制されると予想される。対応する実際の実験においても、処置部２６ａによって液体中で生体組織に処置を行う場合に、キャビテーションの発生が抑制されることが確認された。
【００４０】
このように、本実施形態では、処置部２６ａの先端部分が、キャビテーションの発生を抑制するキャビテーション抑制部３９となっている。
【００４１】
次に、本実施形態の超音波凝固切開装置１６の作用について説明する。超音波凝固切開装置１６によって生体組織を処置する際には、処置部２６ａとジョー３０とによって生体組織を把持し、超音波振動子１８で発生された超音波振動をプローブ２４を介して処置部２６ａに伝達して、把持された生体組織を処置部２６ａによって凝固切開する。この際、処置部２６ａが体液、血液等の液体中に浸される場合があるが、処置部２６ａの外表面近傍では液体の圧力勾配がなだらかであって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となることが少なく、処置部２６ａにおいてキャビテーションが発生することが抑制される。
【００４２】
従って、本実施形態の超音波凝固切開装置１６は次の効果を奏する。本実施形態の処置部２６ａは、液体内での超音波振動に関する流体解析において、処置部２６ａの外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧より大きくなるような形状に形成されている。そして、実際に処置部２６ａによって液体内で生体組織を凝固切開する際の処置部２６ａにおけるキャビテーションの発生も抑制されており、凝固切開における最適なキャビテーション状態が実現されている。
【００４３】
以下、本発明の第１実施形態の変形例を図９を参照して説明する。本変形例では、三次元的に振動する処置部２６ａについて、最適なキャビテーション状態を実現する。
【００４４】
第１実施形態のようなストレート形状のプローブ２４では処置部２６ａは一次元的に振動するが、通常のプローブ２４では処置部２６ａは三次元的に振動する。即ち、処置部２６ａの振幅ベクトルは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の各軸方向のベクトル成分を用いて以下のように表すことができる。
【数１】
2006346186.tif 000003
【００４５】
各軸方向の振幅の大きさは数値解析により算出することが可能であり、これら各軸方向の振幅の大きさに基づいて、処置部２６ａの設計における流体解析に用いる液体場モデルを作成する。
【００４６】
例えば、図９に示されるようなカーブ形状のプローブ２４では、処置部２６ａは二次元的に振動する。この場合、Ｘ軸及びＹ軸の各軸方向の振幅の大きさを数値解析により算出し、処置部２６ａの設計方法における流体解析に用いる液体場モデルを矢印Ｃ３で示されるように作成する。
【００４７】
図１０乃至図１４は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の超音波処置装置は、生体組織を破砕吸引する超音波吸引装置４０である。図１０に示されるように、この超音波吸引装置４０の超音波振動子１８は、ハンドピース４２に収容されている。そして、超音波振動子１８の出力端にはプローブ２４の基端部が連結されており、このプローブ２４の先端部には伝達された超音波振動によって生体組織を乳化破砕する処置部２６ｂが形成されている。
【００４８】
さらに、プローブ２４及び超音波振動子１８には、破砕された生体組織を吸引するための吸引路４３がプローブ２４及び超音波振動子１８の長手軸方向に貫通形成されている。この吸引路４３の先端部は、処置部２６ｂで開口して吸引開口部４４を形成している。そして、吸引路４３の基端部はハンドピース４２に形成されている吸引口金に連通されており、この吸引口金は吸引装置に接続される。
【００４９】
また、プローブ２４にはシース２８が外挿されており、プローブ２４とシース２８との間のクリアランスによって、送液を行うための送液路４６が形成されている。この送液路４６の先端部は、シース２８の先端部とプローブ２４との間で環状に開口して送液開口部４８を形成している。そして、送液路４６の基端部はハンドピースに配設されている送液口金５０に連通されており、この送液口金５０は送液装置に接続される。
【００５０】
本実施形態の処置部２６ｂは、生理食塩水等の液体中で超音波振動させた場合に、キャビテーションの発生が促進される形状を有する。以下では、このような処置部２６ｂの設計方法について説明する。なお、第１実施形態の設計方法と同様な工程については、その説明を省略する。
【００５１】
工程１：初期三次元モデルの作成  
本実施形態では、初期三次元モデルとして、従来の超音波吸引用プローブを採用する。
【００５２】
工程２：三次元モデルに基づく流体解析  
図１１に示されるように、プローブ２４の三次元モデルに基づき、両端部を処置部２６ｂと同形状にした略円筒状の処置部２６ｂの三次元モデルを作成する。
【００５３】
図１２に、流体解析の結果作成された圧力分布図の一例を示す。図１２中、液体の振動方向を矢印Ｄによって表す。図１２に示されるように、処置部２６ｂの三次元モデルの下流側の端部の円環状端面の近傍において、液体場モデルの圧力が２ｋＰａ以下となっている。このため、処置部２６ｂによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、後端側への振動に際して処置部２６ｂの円環状端面の近傍においてキャビテーションが発生すると予想される。
【００５４】
工程３：三次元モデルの変形  
処置部２６ｂによって液体中で生体組織に処置を行う場合にキャビテーションを発生させたい部分について、液体場モデルにおいて対応する部分の圧力が飽和蒸気圧以下となるように、処置部２６ｂの三次元モデルを変形する。本実施形態では、液体場モデルにおいて当該液体の飽和蒸気圧以下としたい部分の近傍の三次元モデルの形状を、抗力係数が大きい形状に変形する。抗力係数が大きければ、圧力勾配が急になり、液体場モデルにおける液体の圧力の低下が増大されることとなる。具体的には、図１２を参照し、液体場モデルにおいて、処置部２６ｂの三次元モデルの両端部の円環状端面の近傍の部分を飽和蒸気圧（２ｋＰａ）以下としたい場合には、液体場の振動方向に対して抗力係数が増大されるように、処置部２６ｂの三次元モデルの外周部の両端部が同一のフランジ形状を有するように三次元モデルを変形する。
【００５５】
工程４：三次元モデルに基づく流体解析と三次元モデルの変形との繰り返し
工程５：最終三次元モデルの決定
液体場モデルにおいて、当該液体の飽和蒸気圧以下としたい部分が飽和蒸気圧以下となったら、三次元モデルの変形を終了して、処置部２６ｂの最終三次元モデルを決定する。
【００５６】
図１３に、処置部２６ｂの最終三次元モデルの一例を示す。図１３に示されるように、この処置部２６ｂの三次元モデルは、端部にフランジ形状を有する形状となっている。図１４に、この処置部２６ｂの三次元モデルについての流体解析の結果作成された圧力分布図を示す。図１４中、液体の振動方向を矢印Ｄによって表す。図１４に示されるように、処置部２６ｂの三次元モデルの両端部の円環状端面の近傍に、飽和蒸気圧（２ｋＰａ）以下となる部分が形成されており、処置部２６ｂによって液体中で生体組織に処置を行う場合には、キャビテーションの発生が促進されると予想される。対応する実際の実験においても、処置部２６ｂによって液体中で生体組織に処置を行う場合に、キャビテーションの発生が促進されることが確認された。
【００５７】
このように、本実施形態では、処置部２６ａの先端部が、キャビテーションの発生を促進するキャビテーション促進部５２となっている。
【００５８】
次に、本実施形態の超音波吸引装置４０の作用について説明する。超音波吸引装置４０によって生体組織を処置する際には、吸引口金及び送液口金５０に吸引装置及び送液装置を接続する。そして、送液開口部４８から生理食塩水等を送液して処置部２６ｂと生体組織とを生理食塩水等の液体によって浸しつつ、超音波振動子１８で発生された超音波振動をプローブ２４を介して処置部２６ｂに伝達して、処置部２６ｂを生体組織に押圧して処置部２６ｂを乳化破砕する。この際、処置部２６ｂは生理食塩水等の液体に浸されており、処置部２６ｂの外表面近傍では液体の圧力勾配が急であって、液体の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となり、処置部２６ｂにおけるキャビテーションの発生が促進されて乳化破砕が効果的に行われる。乳化破砕された生体組織は、吸引開口部４４から吸引路４３を介して吸引される。
【００５９】
従って、本実施形態の超音波吸引装置４０は次の効果を奏する。本実施形態の処置部２６ｂは、液体内での超音波振動に関する流体解析において、処置部２６ｂの外表面近傍の圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となるような形状に形成されている。そして、実際に処置部２６ｂによって液体内で生体組織を乳化破砕する際の処置部２６ｂにおけるキャビテーションの発生も促進されており、乳化破砕における最適なキャビテーション状態が実現されている。
【００６０】
以下、本発明の第２実施形態の変形例について説明する。本変形例の処置部２６ｂは、生理食塩水等の液体中で超音波振動させた場合に、発生されたキャビテーションが生体組織に向かって移動されるような形状を有する。
【００６１】
このような処置部２６ｂの設計方法では、三次元モデルの変形工程において、液体場モデルにおいて圧力が当該液体の飽和蒸気圧以下となる部分での液体の速度の方向が、生体組織への処理において処置部２６ｂから生体組織へと向かう方向に相当するように、処置部２６ｂの三次元モデルを変形する。具体的には、図１４を参照し、液体場モデルにおいて、処置部２６ｂの三次元モデルの両端部の近傍の飽和蒸気圧（２ｋＰａ）以下の部分での液体の速度の方向が、生体組織への処理において処置部２６ｂから生体組織へと向かう方向に相当する方向、即ち、処置部２６ｂの長手軸方向外向きとなるように、三次元モデルを変形する。
【００６２】
本変形例の超音波吸引装置４０によって生体組織を処置する際には、処置部２６ｂで発生されたキャビテーションが生体組織に向かって移動し、生体組織に達して乳化破砕を促進する。このように、本実施形態の処置部２６ｂでは、処置部２６ｂで発生されたキャビテーションが生体組織に効率的に達するため、生体組織の乳化破砕が促進されている。
【００６３】
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。  
記  
（付記項１）超音波を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子で発生する超音波振動を基端から先端へ伝達するプローブと、前記プローブの少なくとも一部を覆うシースと、前記プローブの先端部に設けられ、生体組織を処置するキャビテーションを発生しない処置部と、を具備することを特徴とする超音波処置装置。
【００６４】
（付記項２）前記プローブを液体中で振動させると、前記処置部は流体圧力低下が飽和蒸気圧以上となる形状を有することを特徴とする付記項１に記載の超音波処置装置。
【００６５】
（付記項３）超音波を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子で発生する超音波振動を基端から先端へ伝達するプローブと、前記プローブの少なくとも一部を覆うシースと、前記プローブの先端部に設けられ、生体組織を処置するキャビテーションを発生する処置部と、を具備することを特徴とする超音波処置装置。
【００６６】
（付記項４）キャビテーションで処置された生体組織を吸引可能な吸引管路を有することを特徴とした付記項３に記載の超音波処置装置。
【００６７】
（付記項５）前記処置部と生体組織との間で摩擦熱を発生させるように前記処置部との間で生体組織を把持可能に、前記処置部に対して開閉するジョーと、を具備することを特徴とする付記項１、３、４に記載の超音波処置装置。
【００６８】
（付記項６）前記プローブを液体中で振動させると、前記処置部は流体圧力低下が飽和蒸気圧以下となる形状を有することを特徴とする付記項３に記載の超音波処置装置。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、生体組織への処置における最適なキャビテーション状態を実現する、例えば超音波凝固切開装置や超音波吸引装置のような、超音波を用いて生体組織に処置を行う超音波処置装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置を示す側面図。
【図２】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置の先端部を示す斜視図。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置のプローブを先端側への振動状態で示す斜視図。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置のプローブを後端側への振動状態で示す斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の初期三次元モデルを示す斜視図。
【図５】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルについての圧力分布図。
【図６】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルについての速度分布図。
【図７】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の最終三次元モデルを示す斜視図。
【図８】本発明の第１実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された最終三次元モデルについての圧力分布図。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例の超音波凝固切開装置のプローブを振動状態で示す斜視図。
【図１０】本発明の第２実施形態の超音波吸引装置を示す側面図。
【図１１】本発明の第２実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の初期三次元モデルを示す斜視図。
【図１２】本発明の第２実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルについての圧力分布図。
【図１３】本発明の第２実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、処置部の最終三次元モデルを示す斜視図。
【図１４】本発明の第２実施形態の超音波凝固切開装置の処置部の設計方法における、流体解析の結果作成された初期三次元モデルについての圧力分布図。
【図１５】様々な形状についてのレイノズル数Ｒｅに対する抗力係数ＣＤの値を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１６，４０…超音波処置装置、１８…超音波振動子、２４…プローブ、２６ａ，２６ｂ…処置部、３９…キャビテーション抑制部、５２…キャビテーション促進部。
【図１】
2006346186.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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