(57)【要約】【課題】近位端ゲイン構造（１）、遠位端ゲイン構造（２）、中間構造（３）、及び周波数調整構造（４、４１、４２、４３）を備える超音波ブレード導波路ロッドであって、近位端ゲイン構造（１）が、中間構造（３）と導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に近位側ゲイン段部（１３）を介して接続され、遠位端ゲイン構造（２）が、中間構造（３）と導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に遠位側ゲイン段部（２３）を介して接続され、中間構造（３）が、Ｎ個（Ｎが正の整数）のゲイン保持構造（３１、３２、３３、３４）から構成され、ゲイン保持構造（３１、３２、３３、３４）が、導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に中間ゲイン段部（３１２、３２３）を経由して接続され、かつゲイン保持構造（３１、３２、３３、３４）にＸ個（Ｘが正の整数）の周波数調整構造（４）が存在する超音波ブレード導波路ロッド。当該導波路ロッドによって超音波ブレードが優れたブレード先端振幅を有し、さらに安定で適正な振動周波数で作動することができ、それによって人体組織に対して高い効率で切開を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端ゲイン構造、遠位端ゲイン構造、中間構造及び中間構造での周波数調整構造と、を備え、
前記近位端ゲイン構造が、中間構造と導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に近位側ゲイン段部を経由して接続され、
前記遠位端ゲイン構造が、中間構造と導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に遠位側ゲイン段部を経由して接続され、
前記中間構造がＮ個のゲイン保持構造から構成され、前記Ｎが正の整数であり、Ｎ＞１の場合、各ゲイン保持構造が、導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に中間ゲイン段部を経由して接続され、
前記周波数調整構造が、前記ゲイン保持構造に設けられ、前記周波数調整構造の数がＸであり、前記Ｘが正の整数であることを特徴とする超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２】
前記近位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい又は小さい、前記近位側ゲイン段部と波腹点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さいであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項３】
前記近位側ゲイン段部が、導波路ロッドの縦振動波腹点に位置していることを特徴とする請求項２に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項４】
前記遠位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい又は小さい、前記遠位側ゲイン段部と波腹点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さいであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項５】
前記遠位側ゲイン段部が、導波路ロッドの縦振動波腹点に位置していることを特徴とする請求項４に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項６】
前記近位端ゲイン構造が、導波路ロッドの縦振動の第１の半波長の範囲内又は前から第２の半波長の範囲内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項７】
前記遠位端ゲイン構造が、導波路ロッドの縦振動の最後の半波長の範囲内又は後ろから第２の半波長の範囲内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項８】
前記近位端ゲイン構造において、導波路ロッドの縦振動波節点の付近に１つ又は複数の近位端ゲイン段部が存在し、且つ各波節点の付近に０又は１つの近位端ゲイン段部だけが存在し、前記近位端ゲイン段部と前記波節点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さい、前記近位端ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きいであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項９】
前記近位端ゲイン段部が、導波路ロッドの縦振動波節点に位置していることを特徴とする請求項８に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１０】
前記遠位端ゲイン構造において、導波路ロッドの縦振動波節点の付近に１つ又は複数の遠位端ゲイン段部が存在し、且つ各波節点の付近に０又は１つの遠位端ゲイン段部だけが存在し、前記遠位端ゲイン段部と前記波節点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さい、前記遠位端ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きいであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１１】
前記遠位端ゲイン段部が、導波路ロッドの縦振動波節点に位置していることを特徴とする請求項１０に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１２】
前記中間ゲイン段部と導波路ロッドの縦振動波節点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さいであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１３】
前記中間ゲイン段部が、導波路ロッドの縦振動波腹点に位置していることを特徴とする請求項１２に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１４】
前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、前記Ｎが１であることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１５】
前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、Ｎが１より大きな奇数であることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１６】
各前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列として、第１から第（Ｎ−１）／２までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、第（Ｎ−１）／２＋１から第（Ｎ−１）までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さいであることを特徴とする請求項１５に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１７】
各前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列として、第１から第（Ｎ−１）／２までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい、第（Ｎ−１）／２＋１から第（Ｎ−１）までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きいであることを特徴とする請求項１５に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１８】
各前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより大きなものと単位ゲインより小さなものを順次交替で配列することによって構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項１９】
各前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより小さなものと単位ゲインより大きなものを順次交替で配列することによって構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２０】
前記ゲイン保持構造の数がＮであり、前記Ｎが２であることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２１】
２つの前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きいであることを特徴とする請求項２０に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２２】
２つの前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さいであることを特徴とする請求項２０に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２３】
前記ゲイン保持構造の数がＮであり、前記Ｎが２より大きな偶数であることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波管ロッド
【請求項２４】
各前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより大きなものと単位ゲインより小さなものを順次交替で配列することによって構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２５】
各前記ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより小さなものと単位ゲインより大きなものを順次交替で配列することによって構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２６】
前記ゲイン保持構造に、前記各周波数調整構造が前後２つの周波数変調ゲイン段部を形成しており、前記前後２つの周波数変調ゲイン段部の間に１つの導波路ロッドの縦振動波節点を有し、且つ前記前後２つの周波数変調ゲイン段部の間の距離が波節点に隣接する２つの縦振動波腹点の間の距離より小さい、前記前後２つの周波数変調ゲイン段部のゲインにおいて、１つが単位ゲインより大きい、もう１つが単位ゲインより小さいであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２７】
前記周波数調整構造の前後２つの周波数変調ゲイン段部において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい、後ろの周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きいであることを特徴とする請求項２６に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【請求項２８】
前記周波数調整構造の前後２つの周波数変調ゲイン段部において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、後ろの周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さいであることを特徴とする請求項２６に記載の超音波ブレード導波路ロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波手術器械に関するものであり、より詳細には、導波路ロッドを有する超音波ブレードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、臨床では、超音波ブレードは切り口がきれいで、止血が速くて、熱的損傷のエリアが小さくて、煙霧が少ない利点を有するので、ますます高周波数の電気ブレード、機械クランプなどの伝統的な最小侵襲手術器械を広く代替するようになっている。超音波ブレードは超音波周波数発生器によってブレード先端を一定の周波数で機械的に振動させて、組織内の水分子を気化させ、蛋白質の水素結合を切断、細胞を崩壊して、組織の切開凝固、血管の閉鎖の目的を達成するのである。関連研究によって（『超音波ブレードの作動原理と臨床応用』、林国慶、曲哲、『医療衛生装備』、２００８年、及び『超音波ブレードの最適化設計』、周紅生、許小芳など、『音響学技術』．２０１２年２月を参照）、質点の速度を５ｘ１０４ｇに加速した（ｇが重力加速度）機械振動を生体の生物組織に加える時に、被作用部位が迅速に切開されて、周りの組織を傷つけないことを証明した。超音波ブレード先端の振幅、周波数と加速度の関係がａ＝Ａ（２ピーｆ）２とするが、ただし、ａが加速度で、Ａが振幅で、ｆが振動周波数である。そのため、超音波ブレードの振動周波数と振幅はその切開能力を反映している。
【０００３】
従来、超音波ブレードは、本体、変換器、導波路ロッド、ブレード、上記の部品を接続されて支える附属機構とその他の部品から構成されている。そのうち、本体が高周波の電流を発生させ、変換器が高周波の電流を超音波振動に変換して、さらに導波路ロッドによって超音波のエネルギーをブレード先端に伝達する。ブレードが人体の組織に接触して摩擦し、それによって機械的な切開と血液凝固の役割を果たすのである。通常、変換器と導波路ロッドがねじによって接続され、導波路ロッドとブレードがねじ、溶接又は直接一体に接続される。変換器、導波路ロッドとブレードが正常に作動時に共振の周波数によって共振が発生する。導波路ロッドは変換器で超音波振動をブレード先端に伝達する過程において、一方では、振動を増幅してブレードに十分な振幅を与えて、他方では、導波路ロッドがブレードに対して安定で適正な振動周波数を保つのも肝心な役割を果てしているのである。そのため、導波路ロッドの設計に、振動周波数と振幅ゲインを両立しなければならない。安定で適正な振動周波数と大きな振幅ゲインを備える導波路ロッドの構造を求めるのはずっと本分野の技術者が努力している方向である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ゲイン段部を備える超音波ブレードを開示したが、導波路ロッドにゲイン段部と振動波節点の間の距離を設定することによって、ブレード先端で大きな振幅を得ることができる。特許文献２には、周期的繰り返し構造の導波路ロッドを備える超音波ブレードを開示したが、当該繰り返し構造によって超音波ブレードが安定な周波数で作動することができる。しかし、上記の特許文献に開示された構造は導波路ロッドの振幅と周波数の１つだけに対応し、振幅と周波数を総合的に考慮していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願ＣＮ２００４８００３６４３１．８
【特許文献２】特願ＣＮ２０１４１００６８１５９．７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は以上の課題を鑑みてなされたものであり、大きなブレード先端振幅を有すると共に、安定で適正な振動周波数で作動することができ、それによって人体の組織に対して高い効率で切開を行うことができる新型の超音波ブレード導波路ロッドの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の技術課題を解決するために、以下の構成によって把握される。
【０００８】
超音波ブレード導波路ロッドであって、前記導波路ロッドが近位端ゲイン構造、遠位端ゲイン構造、中間構造及び中間構造の周波数調整構造から構成されている。
【０００９】
前記近位端ゲイン構造が中間構造と導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に近位側ゲイン段部を経由して接続されている。
【００１０】
前記近位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい又は小さい、前記近位側ゲイン段部と波腹点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さいであり、好ましくは、前記近位側ゲイン段部が波腹点に位置しているのである。
【００１１】
前記遠位端ゲイン構造が、中間構造と導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に遠位側ゲイン段部を経由して接続されている。前記遠位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい又は小さい、前記遠位側ゲイン段部と波腹点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さいであり、好ましくは、前記遠位側ゲイン段部が波腹点に位置しているのである。
【００１２】
前記近位端ゲイン構造において、導波路ロッドの縦振動波節点の付近に１つ又は複数の近位端ゲイン段部が存在し、前記近位端ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、且つ各波節点の付近に０又は１つの近位端ゲイン段部だけが存在し、近位端ゲイン段部と波節点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さい。好ましくは、前記近位端ゲイン段部のゲインが波節点の位置しているのである。
【００１３】
前記遠位端ゲイン構造において、導波路ロッドの縦振動波節点の付近に１つ又は複数の近遠端ゲイン段部が存在し、前記遠位端ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、且つ各波節点の付近に０又は１つの遠位端ゲイン段部だけが存在し、遠位端ゲイン段部と波節点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さい。好ましくは、前記遠位端ゲイン段部のゲインが波節点の位置しているのである。
【００１４】
前記中間構造がＮ（Ｎが正の整数）個のゲイン保持構造から構成され、各ゲイン保持構造が、導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に中間ゲイン段部を経由して接続され、中間ゲイン段部と波節点の距離が導波路ロッドの縦振動の半波長より５％小さい。好ましくは、前記中間ゲイン段部のゲインが波節点の位置しているのである。
【００１５】
前記周波数調整構造が、前記ゲイン保持構造に設けられ、前記周波数調整構造の数がＸ（Ｘが正の整数）であり、且つ各周波数調整構造がゲイン保持構造に前後２つの周波数変調ゲイン段部を形成している。
【００１６】
前記前後２つの周波数変調ゲイン段部の間に１つの導波路ロッドの縦振動波節点を有し、且つ前記前後２つの周波数変調ゲイン段部の間の距離が波節点に隣接する２つの縦振動波腹点の間の距離より小さい、前記前後２つの周波数変調ゲイン段部のゲインにおいて、１つが単位ゲインより大きい、もう１つが単位ゲインより小さい。
【００１７】
本発明によって、近位端ゲイン構造と遠位端ゲイン構造の好ましい実施形態として、１）前記近位端ゲイン構造が、導波路ロッドの縦振動の第１の半波長範囲内に位置し、近位端ゲイン段部が導波路ロッドの縦振動の第１の波節点の位置に近い。２）前記近位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の前から第２の半波長範囲内に位置し、近位端ゲイン段部が導波路ロッドの縦振動の第１又は第２の波節点の位置に近い。３）前記遠位端ゲイン構造が、導波路ロッドの縦振動の後ろから第１の半波長の範囲内に位置し、遠位端ゲイン段部が導波路ロッドの縦振動の後ろから第１の波節点の位置に近い。４）前記遠位端ゲイン構造が、導波路ロッドの縦振動の後ろから第２の半波長の範囲内に位置し、遠位端ゲイン段部が導波路ロッドの縦振動の後ろから第１の波節点又は第２の波節点の位置に近い。さらに、本発明の要件と一致する近位端ゲイン構造及び遠位端ゲイン構造の他の実施形態も本発明の保護の範囲内である。
【００１８】
さらに、Ｎ（Ｎが正の整数）個のゲイン保持構造から構成された中間構造が導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に中間ゲイン段部を経由して接続されているが、好ましい実施形態は下記の数種類があり、即ち、１）前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＝１。２）前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＞１で、且つＮが奇数で、各ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列として、第１から第（Ｎ−１）／２までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、第（Ｎ−１）／２＋１から第（Ｎ−１）までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。３）前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＞１で、且つＮが奇数で、各ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列として、第１から第（Ｎ−１）／２までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい、第（Ｎ−１）／２＋１から第（Ｎ−１）までの中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。４）前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＞１で、且つＮが奇数で、各ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより大きなものと単位ゲインより小さなものを順次交替で配列することによって構成されている５）前記中間構造のゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＞１で、且つＮが奇数で、各ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより小さなものと単位ゲインより大きなものを順次交替で配列することによって構成されている６）前記ゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＝２で、２つのゲイン保持構造を接続する中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。７）前記ゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮ＝２で、２つのゲイン保持構造を接続する中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。８）前記ゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮが２より大きな偶数で、各ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより大きなものと単位ゲインより小さなものを順次交替で配列することによって構成されている。９）前記ゲイン保持構造の数がＮであり、ここでＮが２より大きな偶数で、ゲイン保持構造を接続する前記中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより小さなものと単位ゲインより大きなものを順次交替で配列することによって構成されている。さらに、本発明の要件と一致する中間ゲイン段部の他の実施形態も本発明の保護の範囲内である。
【００１９】
さらに、一部のゲイン保持構造には１つ又は複数の周波数調整構造が存在し、周波数調整構造は２種類の実施形態があるが、即ち、１）前記周波数調整構造の前後２つの周波数変調ゲイン段部において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい、後ろの周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。２）前記周波数調整構造の前後の２つの周波数ゲイン段部において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、後ろの周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。
【００２０】
超音波ブレード導波路ロッドの具体的な実施形態において、本発明は上記の近位端ゲイン構造、遠位端ゲイン構造、中間構造と周波数調整構造の異なる実現方式の組合せによって構成されている。
【００２１】
上記の各ゲイン段部は階段型、円錐状、指数型又は吊鎖型から選定されている。
【００２２】
本発明の１つ又は複数の実現形式によって若干の利益を得ることができる。本発明の超音波ブレード導波路ロッドは近位端ゲイン構造、遠位端ゲイン構造、中間構造及び周波数調整構造から構成されている。そのうち、近位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動波節点の付近に近位端ゲイン段部が設けられ、当該近位端ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。本分野の技術者はすでに、波節点に近いゲイン段部が振幅のゲインに著しい影響を与え、単位ゲインより大きいゲイン段部が効果的に振幅を拡大して、単位ゲインより小さいゲイン段部が効果的に振幅を減少することができるので、近位端ゲイン構造が導波路ロッドに大きな一次振幅ゲインを提供することができることを知っている。中間構造のゲイン保持構造が導波路ロッドの縦振動波腹点の付近に中間ゲイン段部を経由して接続されている。本分野の技術者はすでに、波腹点に近いゲイン段部は振幅ゲインに対する影響が小さいので、中間構造は超音波が導波路ロッドの中間構造での伝達過程において、振幅は実質に減衰又は増幅しないことを保証することができ、減衰がないと、近位端ゲイン構造の振幅ゲインの有効性を維持することができ、増幅せずにエネルギー伝達中の損失を減らすことができる。遠位端ゲイン構造と近位端ゲイン構造は類似で、導波路ロッドの縦振動波節点の付近に遠位端ゲイン段部が設けられ、当該遠位端ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、これによって、導波路ロッドに大きな二次振幅ゲインを提供することができる。このように、導波路ロッドは近位端ゲイン構造によって大きな一次振幅ゲインを提供し、振幅ゲインは、中間構造によって減衰及び増幅することが実質的に防止され、大きな二次振幅ゲインが、遠位端ゲイン構造によって提供され、それによって最終にブレードの振動に対して大きな振幅を提供することができる。中間構造の一部のゲイン保持構造に周波数調整構造が存在し、周波数調整構造が導波路ロッドの縦振動波節点の近くに設けられて、そして波節点の前後に２つの周波数変調ゲイン段部が形成され、そのうち、１つの周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きくて、もう１つのゲインが単位ゲインより小さい。このような構造は振幅ゲインに対する影響が小さいが、導波路ロッドの振動周波数を効果的に調整することができ、導波路ロッドの振動周波数を適正な範囲に維持することができる。これによって、近位端ゲイン構造、遠位端ゲイン構造、中間構造と周波数調整構造の組合せで構成された導波路ロッドは、超音波ブレードが作動中に、大きな振幅ゲインを提供することができ、さらに安定で適正な振動周波数で作動することができ、それによって人体組織に対して高い効率で切開を行うことができる
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。
【図５】図５は、本発明の第５実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。当該超音波ブレード導波路ロッドは近位端ゲイン構造１、遠位端ゲイン構造２、中間構造３及び周波数調整構造４１、４２、４３から構成されている。図１には、導波路ロッドの下の曲線５０がこの導波路ロッドの縦振動の振幅曲線、横軸が正規化長さで、縦軸が正規化振幅である。曲線５０には、５０１〜５０９が縦振動波節点であり、そのうち、波節点５０１が第１波節点で、波節点５０９が最後（後ろから第１）の波節点であり、５１０〜５１９が縦振動波腹点の位置であり、そのうち、波腹点５１０が第１波腹点で、波腹点５１９が最後（後ろから第１）の波腹点である。近位端ゲイン構造１と中間構造３は近位側ゲイン段部１３を経由して接続され、当該近位側ゲイン段部１３の位置は縦振動の第２波腹点５１１に近くて、且つ近位側ゲイン段部１３のゲインが単位ゲインより大きい。近位端ゲイン構造２と中間構造３は遠位側ゲイン段部２３を経由して接続され、当該遠位側ゲイン段部２３の位置は縦振動の後ろから第２の波腹点５１８に近くて、且つ遠位側ゲイン段部２３のゲインが単位ゲインより小さい。
【００２５】
近位端ゲイン構造１は導波路ロッドの縦振動の第１の波節点５０１の付近に最近位端ゲイン段部１１がある。当該最近位端ゲイン段部１１のゲインが単位ゲインより大きい、即ち、拡大段部である。遠位端ゲイン構造２は波路ロッドの縦振動の最後の波節点５０９の付近に最遠位端ゲイン段部２１がある。当該最遠位端ゲイン段部２１のゲインが単位ゲインより大きい、即ち、拡大段部である。効果的に振幅ゲインを高めるように、近位端ゲイン構造１と遠位端ゲイン構造２のゲイン段部（即ち、最近位端ゲイン段部１１と最遠位端ゲイン段部２１）を波節点の付近に設けている。導波路ロッド全体の最終振幅ゲインも主に近位端ゲイン構造１と遠位端ゲイン構造２のゲインによって決定する。図１のように、最近位端ゲイン段部１１によって、第２の波腹点５１１と第１の波腹点５１０の間の振幅ゲインが約１．９で、最遠位端ゲイン段部２１によって、最後の波腹点５１９と後ろから第２の波腹点５１８の間の振幅ゲインが約３で、それによって導波路ロッドの最終振幅ゲインが５．７に達して、超音波ブレード先端に大きな振幅ゲインが発生することができる。
【００２６】
導波路ロッドの中間構造３はＮ個（Ｎが正の整数）のゲイン保持構造から構成され、図１の実施形態には３つのゲイン保持構造３１、３２と３３から構成されているのである。第１ゲイン保持構造３１と第２ゲイン保持構造３２は中間ゲイン段部３１２によって接続されている。当該中間ゲイン段部３１２は縦振動の第４波腹点５１３の近くに位置し、且つ当該中間ゲイン段部３１２のゲインは単位ゲインより大きい。第２ゲイン保持構造３２と第３ゲイン保持構造３３は中間ゲイン段部３２３によって接続されている。当該中間ゲイン段部３２３は縦振動の後ろから第３波腹点５１７の近くに位置し、且つ当該中間ゲイン段部３２３のゲインは単位ゲインより小さい。本発明者は、縦振動波腹点の付近にゲイン段部を介して接続されるゲイン保持構造３１、３２と３３の構造によって、超音波振動の振幅が導波管ロッドの中間構造の伝播中に実質的に減衰および増幅しないことを確実にし、これによってブレードへのエネルギーの伝達より安定的にできることを発見した。
【００２７】
図１に示された実施形態において、中間構造３のゲイン保持構造である第２ゲイン保持構造３２において、さらに周波数調整構造４１、４２、４３を配置し、各周波数調整構造が前後２つの周波数変調ゲイン段部を備えている。図１に示すように、周波数調整構造４３が、ゲイン保持構造３２に前後２つの周波数変調ゲイン段部４３１と４３２が形成されており、そのうち、前の周波数変調ゲイン段部４３１のゲインが単位ゲインより小さい、後の周波数変調ゲイン段部４３２のゲインが単位ゲインより大きい。そして、前後２つの周波数変調ゲイン段部４３１と４３２の間に１つの導波路ロッドの縦振動波節点しかなくて、且つ前後２つの周波数変調ゲイン段部の間の距離が波節点に隣接する２つの縦振動波腹点５１５と５１６の間の距離より小さい。本発明者は、周波数調整構造の数、周波数調整構造の前後のゲイン段部の間の距離、又は前後のゲイン段部のゲインを増減したりすることで、導波路ロッドの振動周波数を調整することができ、そして、基本的には導波路ロッドの最終に出力の振幅には影響しないことを発見した。上述のように周波数構造４１、４２、４３を調整することで、導波路ロッドの共振周波数を所望の範囲内に維持し、それによって超音波ブレードが適切な周波数以下で安定して動作することを可能にする。
【００２８】
本発明の図１に示す構造によって、近位端ゲイン構造１と遠位端ゲイン構造２は大きな振幅ゲインゲインを提供することによって、超音波ブレード先端の振動に大きな振幅ゲインを提供する。中間構造３のゲイン保持構造３１、３２と３３は導波路ロッドの中間構造における超音波振動が、伝播中に振幅は基本的に減衰及び像幅しないことを確保することができる。周波数調整構造４１、４２、４３は導波路ロッドの振動周波数を適正な範囲に維持するのである。そのため、超音波ブレードの作動時に、大きな振幅ゲインを提供することができるだけではなくて、さらに適正な作動周波数で作動を維持して、それによって人体組織に対して高い効率で切開を行うことができる。
【００２９】
図２は、本発明の第２実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。実施形態２には、超音波ブレード導波路ロッドが近位端ゲイン構造１、遠位端ゲイン構造２、中間構造３及び周波数調整構造４から構成されている。そのうち、近位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の第１の半波長範囲内に位置し、且つ最近位端ゲイン段部が第１の縦振動波節点に近い。遠位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の最後の半波長範囲内に位置し、且つ最遠位端ゲイン段部が最後の縦振動波節点に近い。近位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の第２波腹点の付近に接続されており、近位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。遠位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の後ろから第２波腹点の付近に接続されており、遠位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。この実施形態では、中間構造が１つのゲイン保持構造から構成されているが、このゲイン保持構造に１つの周波数調整構造があって、周波数調整構造において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さくて、後の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。
【００３０】
図３は、本発明の第３実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。実施形態３には、超音波ブレード導波路ロッドが近位端ゲイン構造１、遠位端ゲイン構造２、中間構造３及び周波数調整構造４から構成されている。そのうち、近位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の第１の半波長範囲内に位置し、且つ最近位端ゲイン段部が第１の縦振動波節点に近い。遠位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の最後の半波長範囲内に位置し、且つ最遠位端ゲイン段部が最後の縦振動波節点に近い。近位端ゲイン構造と中間構造は超音波ブレード導波路ロッドの縦振動の第２波腹点の付近に接続されており、近位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。遠位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の後ろから第２波腹点の付近に接続されており、遠位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。この実施形態では、中間構造が３１、３２、３３という３つのゲイン保持構造から構成されており、且つ第１中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さくて、第２中間ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。真ん中のゲイン保持構造３２に１つの周波数調整構造４を有し、この周波数調整構造において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きくて、後の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。
【００３１】
図４は、本発明の第４実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。実施形態４には、超音波ブレード導波路ロッドが近位端ゲイン構造１、遠位端ゲイン構造２、中間構造３及び周波数調整構造４から構成されている。そのうち、近位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の第１の半波長範囲内に位置し、且つ最近位端ゲイン段部が第１の縦振動波節点に近い。遠位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の最後の半波長範囲内に位置し、且つ最遠位端ゲイン段部が最後の縦振動波節点に近い。近位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の第２波腹点の付近に接続されており、近位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。遠位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の後ろから第２波腹点の付近に接続されており、遠位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。この実施形態では、中間構造が３１、３２、３３、３４という４つのゲイン保持構造から構成されており、且つ中間ゲイン段部のゲイン序列が単位ゲインより小さなものと単位ゲインより大きなものを交替で配列することによって構成されている。第２ゲイン保持構造３２に１つの周波数調整構造４があるが、この周波数調整構造において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい、後周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。
【００３２】
図５は、本発明の第５実施形態に係る超音波ブレード導波路ロッド及び当該導波路ロッドに沿って発生した波形を示す図。実施形態５には、超音波ブレード導波路ロッドが近位端ゲイン構造１、遠位端ゲイン構造２、中間構造３及び周波数調整構造４から構成されている。そのうち、近位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の前から第２の半波長範囲内に位置し、且つ最近位端ゲイン段部がそれぞれ第１と第２の縦振動波節点に近い。遠位端ゲイン構造が導波路ロッドの縦振動の最後の半波長範囲内に位置し、且つ最遠位端ゲイン段部が最後の縦振動波節点に近い。近位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の第３波腹点の付近に接続されており、近位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。遠位端ゲイン構造と中間構造は導波路ロッドの縦振動の後ろから第２波腹点の付近に接続されており、遠位側ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい。この実施形態では、中間構造が１つのゲイン保持構造から構成され、このゲイン保持構造に１つの周波数調整構造を有し、周波数調整構造において、前の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより小さい、後の周波数変調ゲイン段部のゲインが単位ゲインより大きい。
【００３３】
ここで、本発明に例示されたゲイン段部がすべて階段型であるが、決して本発明の範囲をゲイン段部のタイプ制限するわけではなく、汎用ゲイン段部のタイプ、例えば円錐状、指数型、吊鎖型がすべて本発明の保護範囲内に属している。また、図１〜図５の実施形態は本発明の代表的な実施形態だけであるが、本分野の技術者は、本発明の保護範囲が各実施形態の範囲だけではなくて、各実施形態の組合せ、変形、変化も本発明の保護範囲に属しているのである。
【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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【国際調査報告】
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