(57)【要約】【課題】切除深さを安定させ、安全な手術が行える流体噴射装置を提供する。【解決手段】流体噴射装置１は、流体室８０と、流体室８０に連通する入口流路８１及び出口流路８２と、流体室８０の容積を変更する容積変更手段としての圧電素子３０及びダイアフラム４０と、出口流路８２の流体室８０に対して逆方向端部に設けられる流体噴射開口部９６と、入口流路８１に連通し、流体室８０に流体を供給する流体供給部としてのポンプ１０、とが備えられ、ポンプ１０から供給される流体の平均流速に対して、パルス化され流体噴射開口部９６から噴射される流体の流体噴射速度が４倍を超えるように設定される。このことにより、切除深さの変動が極めて少ないため、術者の手技によらず、残すべき組織を損傷する危険性を排除し、安全な手術を行える流体噴射装置１を提供できる。【選択図】図２
2011156314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、
前記出口流路の前記流体室に対して逆方向端部に設けられる流体噴射開口部と、
前記入口流路に連通し、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、が備えられ、
前記流体供給部から供給される流体の平均流速に対して、前記容積変更手段によってパルス化され前記流体噴射開口部から噴射される流体の流体噴射速度が４倍を超えることを特徴とする流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体室の容積を容積変更手段によって変更し、流体をパルス化して噴射する流体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体噴射装置を用いて生体組織の切除・切開・破砕する方法は、熱損傷がなく、血管等の細管組織を温存できるなど手術具として優れた特性を有している。
このような流体噴射装置としては、体腔内に導入されるチューブにポンプから液体を高圧で供給し、チューブ先端のノズルから液体を高速噴射し、その流体圧によって体腔内組織の切除を行う流体噴射装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、流体室の容積を容積変更手段により急激に変化させ流体を脈流に変換してノズルからパルス状に高速噴射させ、その衝撃圧によって生体組織の切除や切開を行う本出願人らによって提示された流体噴射装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−９９８５３号公報
【特許文献２】特開２００８−８２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１による流体噴射装置は、連続流を高速噴射する方式であって、パル流方式に比べて数倍から数十倍の流量を高圧ポンプで噴射し、生体組織の切除等を行う。よって、流体流量が多いことから術視野の確保が困難であり、その解決策としては強力な吸引が必要であった。
また、特許文献２による流体噴射装置は、パルス流を高速噴射する方式であって、連続流方式に比べ切除に要する流量が極めて少ないことから術視野を妨げることはない。
【０００６】
上述した２方式は、優れた組織選択性を有し、例えば、腫瘍内を貫通する血管のみを残して腫瘍を切除することが可能である。しかしながら、流体噴射装置を手術用メスとして用いる場合、電気メスや超音波メスのようにメス先端近傍のみが切除されるだけでなく、流体の噴射によって時間とともに噴射された流体の軸線方向に切除が進行する。
【０００７】
よって、実際の手術に用いる場合には、一定の速度で流体噴射装置の流体噴射部を動かし続ける必要があり、その速度が変動すると切除深さも変動する。さらに、その動きを止めてしまうと深さ方向に切除が進行して残すべき組織まで切除してしまうという危険性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る流体噴射装置は、流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記出口流路の前記流体室に対して逆方向端部に設けられる流体噴射開口部と、前記入口流路に連通し、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、が備えられ、前記流体供給部から供給される流体の平均流速に対して、前記容積変更手段によってパルス化され前記流体噴射開口部から噴射される流体の流体噴射速度が４倍を超えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、平均流速とは、流体供給部から供給される流体の流量を流体噴射開口部の断面積で除した流速であって、容積変更手段を駆動しないとき、つまり流体室の容積が一定の状態のままで流体を連続流噴射したときの流速である。なお、平均流速で流体を噴射しているときには、生体組織の切除は行われない。
【００１１】
このように、パルス化された流体の流体噴射速度を平均流速の４倍を超える速度にすることによって、優れた切除能力を有しながら、一定時間経過後に切除深さがほぼ一定となり、術者が一定の速度で流体噴射開口部の位置を動かし続けなくても、切除深さの変動が極めて少ないため、残すべき組織を損傷する危険性を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る流体噴射装置を示す構成説明図。
【図２】実施形態１に係る脈流発生部を流体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す断面図。
【図３】ゼラチンを切除する試験方法を模式的に表す説明図。
【図４】切除時間と切除深さの関係をパルス流の場合と、連続流の場合を比較して表したグラフ。
【図５】切除時間と切除深さの関係をノズル直径毎に表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態１）
【００１４】
図１は、実施形態１に係る手術具としての流体噴射装置を示す構成説明図である。図１において、流体噴射装置１は、流体を収容する流体供給容器２と、流体供給手段としてのポンプ１０と、ポンプ１０から供給される流体を脈流（以降、パルス流と表すことがある）に変換させる脈流発生部２０と、を備えて構成されている。ポンプ１０と脈流発生部２０とは流体供給チューブ４によって接続されている。
【００１５】
なお、脈流発生部としては、圧電素子を用いたピエゾ方式や、バブルジェット（登録商標）方式等、流体を脈流に変換してパルス状に噴射させることが可能な方式であれば適合可能であるが、以下に説明する脈流発生部はピエゾ方式を例示して説明する。
【００１６】
脈流発生部２０には、細いパイプ状の接続流路管９０が接続され、接続流路管９０の先端部には流路径が縮小された流体噴射開口部９６を有するノズル９５が挿着されている。なお、接続流路管９０は、流体噴射時において変形しない程度の剛性を有している。
【００１７】
このように構成される流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。流体供給容器２に収容された流体は、ポンプ１０によって吸引され、一定の圧力で流体供給チューブ４を介して脈流発生部２０に供給される。脈流発生部２０には、流体室８０（図２、参照）と、この流体室８０の容積を変化させる容積変更手段としての圧電素子３０とダイアフラム４０と、が備えられており、圧電素子３０を駆動して流体室８０内において脈流を発生させ、接続流路管９０、ノズル９５を介して流体噴射開口部９６から流体をパルス状に高速噴射する。
【００１８】
なお、脈流発生部２０が駆動を停止している場合、つまり、流体室８０の容積を変更させないときには、ポンプ１０から一定の圧力で供給された流体は流体室８０を通って、流体噴射開口部９６から連続流噴射される。
【００１９】
ここで脈流とは、流体の流れる方向が一定で、流体の流量または流速が周期的または不定期な変動を伴った流体の流動を意味する。脈流には、流体の流動と停止とを繰り返す間欠流も含むが、流体の流量または流速が周期的または不定期な変動をしていればよいため、必ずしも間欠流である必要はない。
【００２０】
同様に、流体をパルス状に噴射するとは、噴射する流体の流量または移動速度が周期的または不定期に変動した流体の噴射を意味する。パルス状の噴射の一例として、流体の噴射と非噴射とを繰り返す間欠噴射が挙げられるが、噴射する流体の流量または移動速度が周期的または不定期に変動していればよいため、必ずしも間欠噴射である必要はない。
【００２１】
次に、本実施形態に係る脈流発生部２０の構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る脈流発生部を流体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す断面図である。なお、図２は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。脈流発生部２０は、ポンプ１０から流体供給チューブ４を介して流体室８０に流体を供給する入口流路８１と、流体室８０の容積を変化させる容積変更手段としての圧電素子３０及びダイアフラム４０と、流体室８０に連通する出口流路８２と、を有して構成されている。入口流路８１には流体供給チューブ４が接続されている。
【００２２】
ダイアフラム４０は、円盤状の金属薄板からなり、ケース５０とケース７０によって密着されている。圧電素子３０は、本実施形態では積層型圧電素子を例示しており、両端部の一方が上板３５を介してダイアフラム４０に、他方が底板６０に固着されている。
【００２３】
流体室８０は、ケース７０のダイアフラム４０に対向する面に形成される凹部とダイアフラム４０とによって形成される空間である。流体室８０の略中央部には出口流路８２が開口されている。
【００２４】
ケース７０とケース５０とは、それぞれ対向する面において接合一体化されている。ケース７０には、出口流路８２に連通する接続流路９１を有する接続流路管９０が嵌着され、接続流路管９０の先端部にはノズル９５が挿着されている。そして、ノズル９５には、流路径が縮小された流体噴射開口部９６が開口されている。
【００２５】
次に、本実施形態における脈流発生部２０のパルス流噴射動作について図１、図２を参照して説明する。ポンプ１０によって入口流路８１には、一定の圧力で流体が供給されている。なお、ポンプ１０からの流体供給量はパルス流噴射量とほぼ等しい量であればよい。ここで、圧電素子３０が動作を行わない場合、ポンプ１０の吐出力と入口流路８１側全体の流路抵抗の差によって流体は流体室８０内に流動する。
【００２６】
圧電素子３０に駆動信号が入力され、圧電素子３０がダイアフラム４０の流体室８０側の面に対して垂直方向（矢印Ａ方向）に急激に伸長すると流体室８０の容積が縮小され、流体室８０内の圧力は、急速に上昇して数十気圧に達する。
【００２７】
このとき、入口流路８１から流体が流体室８０へ流入する流量の減少量よりも、出口流路８２から吐出される流体の増加量の方が大きいため接続流路９１に脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が接続流路管９０内を伝播して、先端のノズル９５の流体噴射開口部９６からパルス化された流体が高速で噴射される。
【００２８】
続いて、流体噴射装置１を用いて組織切除を行う場合について説明する。
図３は、生体組織の代替としてのゼラチンを切除する試験方法を模式的に表す説明図である。ここでは、水中でゼラチン１００と流体噴射装置（ノズル９５）との距離を一定にして、切除時間と切除深さＤとを測定した。
図４は、切除開始からの経過時間（横軸：ｓ）と切除深さＤ（縦軸：ｍｍ）の関係をパルス流の場合と、連続流の場合を比較して表したグラフである。なお、パルス流に対して切除能力が劣る連続流の単位時間当たりの流量を、パルス流の４倍にして測定した。
【００２９】
図４に示すように、パルス流では切除開始直後から切除が急速に進む。よって切除深さＤが短時間で急速に深くなる。そして、切除深さＤがある深さに達すると切除が進行しなくなる。一方、連続流の場合は、切除の進行が遅く、しかも経過時間とともに切除深さＤが深くなっていく。
【００３０】
従って、連続流では、切除深さを一定にするにはノズル９５の平面方向の移動速度を一定にするという高い手技が要求され、動きを止めると切除深さが進行し、残すべき組織まで切除してしまうという危険性がある。よって、切除時間の経過に伴う切除深さの変動が極めて少ないパルス流を用いる方が、血管等の細管組織近傍の組織切除に有効である。なお、パルス流による切除は、流体噴射速度と平均流速の比に依存することから、そのことについて説明する。
【００３１】
表１は、ポンプ１０からの流体供給量を毎分５ｍｌとした場合の、ノズル９５の直径（流体噴射開口部９６の直径ｄのこと：ｍｍ）と、ノズル直径毎の平均流速Ｖ０（ｍ／ｓ）と、パルス化された流体噴射速度Ｖ１（ｍ／ｓ）と、流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０との比（Ｖ１／Ｖ０）を表している。
なお、流体噴射速度Ｖ１は、パルス化された流体を高速度カメラで測定した結果であり、平均流速Ｖ０は、ポンプ１０から供給される流体の流量を流体噴射開口部９６の断面積で序して求めた値である。
【００３２】
【表１】
2011156314.tif 000003
【００３３】
表１に示すように、平均流速Ｖ０はノズル直径ｄが小さいほど大きくなり、パルス化された流体噴射速度Ｖ１も同様にノズル直径ｄが小さいほど大きくなる。この結果、パルス化された流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０の比は、ノズル直径ｄが０．１ｍｍの場合の比は４．０、ノズル直径ｄが０．１２ｍｍの場合の比は４．６、ノズル直径ｄが０．１５ｍｍの場合の比は６．４で表される。これは、ノズル直径ｄが小さいほど流路抵抗成分が大きくなるため、パルス化された流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０の比は小さくなるためである。
【００３４】
続いて、表１の条件で前述した（図３、参照）ゼラチンを切除した場合における切除開始からの経過時間（ｍｓ）と、切除深さＤ（ｍｍ）との関係について説明する。
図５は、切除時間と切除深さの関係をノズル直径毎に表すグラフである。図５に示すように、切除深さＤはノズル直径ｄが大きいほど深くなり、また、各ノズル直径ともに経過時間が２０ｍｓを超える付近から切除深さＤの変動が小さくなることを示している。
【００３５】
また、表１及び図５によれば、パルス化された流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０の比が４．０を超えるとき、つまり、パルス化された流体噴射速度Ｖ１が平均流速Ｖ０の４倍より大きい領域で切除が急速に進み、切除深さＤの漸近線に到達することを示している。このことは、流体噴射装置１（ノズル９５）の移動速度によらず、一定の切除深さを保てることを意味する。
【００３６】
ここで、パルス化された流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０の比の適正範囲についてさらに説明する。なお、表２及び図５を参照して説明する。
表２は、前述した表１の条件下で、ノズル直径（流体噴射開口部９６の直径ｄのこと：ｍｍ）と、パルス化された流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０との比と、流体噴射後５０ｍｓを経過した切除深さＤ（ｍｍ）と１００ｍｓ経過後の切除深さＤ（ｍｍ）と、それぞれの時間経過後の切除深さの比（５０ｍｓ経過後の切除深さ／１００ｍｓ経過後の切除深さ：表２中、比率と表す）と、を表している。なお、図５も参照する。
【００３７】
【表２】
2011156314.tif 000004
【００３８】
表２に示すように、流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０との比が４．０の場合では、切除深さの比率は８８％となり、９０％を割り込んでしまう。流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０との比が４．６の場合では、切除深さの比率は９５％であり、また、流体噴射速度Ｖ１と平均流速Ｖ０との比が６．４の場合では、切除深さの比率は９４％である。よって、切深さの比率が９０％を割る場合には時間の経過に対する切除深さの進行が大きいため安定した切除深さは望めず、９０％以上であれば極めて高い安定性が得られる。
【００３９】
このように、パルス化された流体の流体噴射速度Ｖ１を平均流速Ｖ０の４倍を超える速度にすることによって、優れた切除能力を有しながら、一定時間経過後に切除深さがほぼ一定となり、術者が一定の速度で流体噴射開口部の位置を動かし続けなくても、切除深さの変動が極めて少ないため、術者の手技によらず、残すべき組織を損傷する危険性を排除し、安全な手術を行える流体噴射装置１を提供できる。
【符号の説明】
【００４０】
１…流体噴射装置、１０…ポンプ、３０…圧電素子、４０…ダイアフラム、８０…流体室、８１…入口流路、８２…出口流路、９６…流体噴射開口部。
【図１】
2011156314.tif 000005
【図２】
2011156314.tif 000006
【図３】
2011156314.tif 000007
【図４】
2011156314.tif 000008
【図５】
2011156314.tif 000009