(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動する超音波振動子と、
前記超音波振動により生体組織を処置するプローブと、
前記プローブの前記生体組織に対する押し付け力に関連した値を検出する検知部と、
前記生体組織に対して適切な処置を行える押し付け力の範囲を示す値として、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限及び上限を示す第１の所定の値を予め記憶するメモリと、
前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値と、前記メモリに記憶された前記第１の所定の値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に応じて報知を行う報知部と、
を具備し、
前記第１の所定の値は、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限として、前記軟骨が溶解して切削が行われる値である１００（Ｎ・μｍ）を含み、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の上限として、摩擦熱による熱侵襲が抑えられる値である３００（Ｎ・μｍ）を含む超音波手術器具。
【請求項２】
前記メモリは、前記生体組織に対して適切な処置を行える押し付け力の範囲を示す値として、前記生体組織が軟骨でないときの、前記超音波振動の振幅に対する押し付け力の下限及び上限を示す第２の所定の値を予め記憶し、
前記比較部は、前記生体組織が軟骨でないときには、検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と、前記メモリに記憶された前記第２の所定の値とを比較する請求項１に記載の超音波手術器具。
【請求項３】
前記報知部は、
前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値が、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の上限よりも大きいときには、前記プローブの前記生体組織に対する押し付けを弱めるように前記超音波手術器具の操作者に報知し、
前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値が、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限よりも小さいときには、前記プローブの前記生体組織に対する押し付けを強めるように前記超音波手術器具の操作者に報知し、
前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値が、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の範囲内のときには、前記プローブの前記生体組織に対する押し付けが適切であることを前記超音波手術器具の操作者に報知する請求項１に記載の超音波手術器具。
【請求項４】
前記報知部は、前記報知を音声と表示の少なくとも一方によって行う請求項１に記載の超音波手術器具。
【請求項５】
前記押し付け力に関連した値は、前記超音波振動子のインピーダンスである請求項１に記載の超音波手術器具。
【請求項６】
超音波振動する超音波振動子と、
前記超音波振動により生体組織を処置するプローブと、
前記プローブの前記生体組織に対する押し付け力に関連した値を検出する検知部と、
前記生体組織に対して適切な処置を行える押し付け力の範囲を示す値として、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限及び上限を示す第１の所定の値を予め記憶するメモリと、
前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値が、前記メモリに記憶された前記第１の所定の値となるように前記超音波振動子で生成される前記超音波振動の振幅を制御する出力生成部と、
を具備し、
前記第１の所定の値は、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限として、前記軟骨が溶解して切削が行われる値である１００（Ｎ・μｍ）を含み、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の上限として、摩擦熱による熱侵襲が抑えられる値である３００（Ｎ・μｍ）を含む超音波手術器具。
【請求項７】
前記メモリは、前記生体組織に対して適切な処置を行える押し付け力の範囲を示す値として、前記生体組織が軟骨でないときの、前記超音波振動の振幅に対する押し付け力の下限及び上限を示す第２の所定の値を予め記憶し、
前記出力生成部は、前記生体組織が軟骨でないときには、検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力が、前記メモリに記憶された前記第２の所定の値となるように前記超音波振動子で生成される前記超音波振動の振幅を制御する請求項６に記載の超音波手術器具。
【請求項８】
前記押し付け力に関連した値は、前記超音波振動子のインピーダンスである請求項６に記載の超音波手術器具。
【請求項９】
前記検知部は検知回路であり、前記比較部は比較回路であり、前記報知部は報知回路である請求項１に記載の超音波手術器具。
【請求項１０】
前記検知部は検知回路であり、前記出力生成部は出力生成回路である請求項６に記載の超音波手術器具。
【請求項１１】
前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値と、前記メモリに記憶された前記第１の所定の値とを比較する比較部をさらに具備し、
前記比較部は、比較結果に応じて前記超音波振動子の駆動を強制停止させる要求を前記出力生成部に対して行う請求項６に記載の超音波手術器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波手術器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織を処置する処置具の１つとして超音波手術器具が知られている。超音波手術器具は、超音波振動しているプローブを被検体である生体組織に押し付けることによって生体組織の処置を行うように構成されている。効率のよい処置が行われるためには適切な押し付け力で押し付けが行われることが重要である。このため、例えば日本国特開２００３−２３５８６２号公報において提案されている超音波手術器具は、プローブが生体組織に接触した際の押し付け力に応じて機械的な変化を生じるばねと、ばねの変化を検出する検出手段とによって押し付け力を検知し、検知した押し付け力が所望の範囲内にあるときに超音波振動を発生させるようにしている。
【発明の概要】
【０００３】
プローブの押し付け力には、生体組織の種類に応じた適切な範囲がある。しかしながら、日本国特開２００３−２３５８６２号公報においては、生体組織の種類に応じて処理をすることについては特に言及がない。
【０００４】
本発明は、生体組織の種類に応じた適切な範囲の押し付け力で処置が行われる超音波手術器具を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の第１の態様の超音波手術器具は、超音波振動する超音波振動子と、前記超音波振動により生体組織を処置するプローブと、前記プローブの前記生体組織に対する押し付け力に関連した値を検出する検知部と、前記生体組織に対して適切な処置を行える押し付け力の範囲を示す値として、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限及び上限を示す第１の所定の値を予め記憶するメモリと、前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値と、前記メモリに記憶された前記第１の所定の値とを比較する比較部と、前記比較部による比較結果に応じて報知を行う報知部とを具備し、前記第１の所定の値は、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限として、前記軟骨が溶解して切削が行われる値である１００（Ｎ・μｍ）を含み、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の上限として、摩擦熱による熱侵襲が抑えられる値である３００（Ｎ・μｍ）を含む。
【０００６】
本発明の第２の態様の超音波手術器具は、超音波振動する超音波振動子と、前記超音波振動により生体組織を処置するプローブと、前記プローブの前記生体組織に対する押し付け力に関連した値を検出する検知部と、前記生体組織に対して適切な処置を行える押し付け力の範囲を示す値として、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限及び上限を示す第１の所定の値を予め記憶するメモリと、前記検知部で検出された前記押し付け力に関連した値から算出される押し付け力と前記超音波振動の振幅との積から求められた値が、前記メモリに記憶された前記第１の所定の値となるように前記超音波振動子で生成される前記超音波振動の振幅を制御する出力生成部とを具備し、前記第１の所定の値は、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の下限として、前記軟骨が溶解して切削が行われる値である１００（Ｎ・μｍ）を含み、前記生体組織が軟骨であるときの押し付け力と前記超音波振動の振幅との積の値の上限として、摩擦熱による熱侵襲が抑えられる値である３００（Ｎ・μｍ）を含む。
【０００８】
本発明によれば、生体組織の種類に応じた適切な範囲の押し付け力で処置が行われる超音波手術器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、各実施形態に係る超音波手術器具の一例としての超音波手術システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における超音波手術システムの主要な構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における制御回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、超音波手術システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、皮質骨に対して押し付け力又は振幅を変えた際の切削量の変化を測定する実験結果を示したグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、軟骨に対して押し付け力又は振幅を変えた際の切削量の変化を測定する実験結果を示したグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの結果に基づいて、横軸に（押し付け力）×（振幅）をとり、縦軸に切削量をとったグラフである。
【図７】図７は、超音波手術システムの出力開始からの出力電圧と操作者への報知との関係を示した図である。
【図８】図８は、変形例の超音波手術システムの動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２の実施形態における制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、超音波手術システムを用いた処置の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る超音波手術器具の一例としての超音波手術システム１の構成を示す図である。超音波手術システム１は、超音波によって生体組織に対する処置を行うための処置具１０と、処置具１０に駆動電力を供給する電源装置８０と、フットスイッチ９０とを有している。超音波手術システム１は、皮質骨等の硬い骨の切削に適したモードである皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨の切削に適したモードである軟骨切削モードとを有する。しかしながら、超音波手術システム１は、骨の切削以外の処置にも用いられ得る。
【００１１】
処置具１０は、ハンドピース２０と、ハンドピース２０から突出しているプローブ１８０と、プローブ１８０の周囲に形成された細長形状のシース３０とを有している。以降の説明では、処置具１０におけるプローブ１８０側を処置具１０の先端側と称し、ハンドピース２０側を基端側と称することにする。
【００１２】
ハンドピース２０は、その内部に超音波振動子を有している。超音波振動子は、電源装置８０からの駆動電力に従って超音波振動する。ハンドピース２０は、この超音波振動子で発生した超音波振動をプローブ１８０に伝達する。プローブ１８０は、超音波振動子に接続されており、超音波振動子の振動に伴って振動する。
【００１３】
シース３０の先端は、半円筒状に形成されており、この半円筒状に形成された部分からプローブ１８０の先端に設けられた処置部１８１が露出されるようになっている。また、シース３０の先端には、例えばコールドナイフ１８２が形成されている。コールドナイフ１８２は、耐腐食性の金属材料によって形成されており、生体組織の切削を容易にするために用いられる。なお、コールドナイフ１８２は設けられていなくてもよい。
【００１４】
また、ハンドピース２０は、入力部２２を有している。入力部２２は、超音波振動子を駆動させるための指示を入力するための部位である。入力部２２は、皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨切削モードとを切り替えるための複数のスイッチを含んでいてよい。入力部２２は、電源装置８０に接続されている。また、ハンドピース２０内の超音波振動子は、電源装置８０に接続されている。電源装置８０は、入力部２２への入力を検出し、それに応じた駆動電力を超音波振動子に供給する。
【００１５】
フットスイッチ９０は、ハンドピース２０に設けられた入力部２２と同様の機能を有する。すなわち、フットスイッチ９０には、入力部２２と同様に皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨切削モードとを切り替えるための複数のスイッチを含んでいてよい。電源装置８０は、フットスイッチ９０への入力を検出したら、それに応じた駆動電力を超音波振動子に供給する。なお、入力部２２とフットスイッチ９０は、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
【００１６】
処置を行う際には、ユーザは、ハンドピース２０を保持し、超音波振動するプローブ１８０に設けられた処置部１８１を処置対象である生体組織に接触させる。このとき、ユーザは、入力部２２又はフットスイッチ９０を操作して超音波振動子を振動させる。超音波振動子で発生した振動は、プローブ１８０に伝達される。振動するプローブ１８０の処置部１８１と生体組織が接触することにより、生体組織の切削等の処置がなされる。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施形態における超音波手術システム１の主要な構成を示すブロック図である。図２において、図１で説明したのと同様の構成については、図１と同様の参照符号を付すことで説明を省略する。
【００１８】
図２に示すように、電源装置８０は、制御回路８１と、モニタ８２と、スピーカ８３とを有している。
【００１９】
制御回路８１は、例えば超音波振動子２４の駆動電力を生成する出力生成回路と、操作者によるプローブ１８０の押し付けが適切であるか否かを操作者に対して報知する回路とを有するＩＣとして構成されている。制御回路８１は、入力部２２又はフットスイッチ９０からの入力に応じて超音波振動子２４の駆動電力を制御する。また、制御回路８１は、操作者によるプローブ１８０の被検体である生体組織への押し付け力を検出し、検出した押し付け力に応じて操作者に対して現在のプローブ１８０の押し付けが適切であるか否かを例えばモニタ８２を利用したり、スピーカ８３を利用したり、又はその両者を利用したりして報知する。
【００２０】
モニタ８２は、例えば液晶ディスプレイであり、制御回路８１による制御に基づいて各種の画像を表示する。スピーカ８３は、制御回路８１による制御に基づいて各種の音声を発する。
【００２１】
図３は、第１の実施形態における制御回路８１の構成を示すブロック図である。制御回路８１は、出力生成回路８１１と、電圧電流検知回路８１２と、インピーダンス検知回路８１３と、比較回路８１４と、メモリ８１５と、報知回路８１６とを有している。
【００２２】
出力生成回路８１１は、レギュレータ等の電源生成回路を有する。入力部２２又はフットスイッチ９０の操作があったとき、出力生成回路８１１は、入力部２２又はフットスイッチ９０からの指示値に応じた振幅で超音波振動子２４が振動するように超音波振動子２４の駆動電力を生成する。
【００２３】
軟骨切削モードにおける振幅と皮質骨・海綿骨切削モードにおける振幅とでは、軟骨切削モードにおける振幅のほうが高く設定される。これは、軟骨切削モードでは、主として、超音波振動による摩擦熱によって切削が行われるためである。ここで、質量ｍ［ｋｇ］の物体が動摩擦係数μ´の粗い水平面をｓ［ｍ］滑ったときの熱量Ｑ［Ｊ］は、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とすると、以下の（式１）で与えられる。  
Ｑ＝μ´ｍｇｓ                                            （式１）
（式１）において、押し付け力を粗い面に対する力の垂直成分とすると、プローブ１８０の押し付け力（Ｎ）の大きさは、上式のｍｇに対応していると考えることができる。また、sは超音波プローブの縦振動の振幅に相当する。したがって、押し付け力が一定であれば、プローブ１８０の振幅を大きくするほど軟骨の切削量は大きくなる。このため、軟骨切削モードにおいては、切削の効率を向上させるために、可能な限りで超音波振動の振幅は大きく設定される。一方、皮質骨・海綿骨切削モードでは、超音波振動による摩擦熱よりも、超音波振動による衝撃によって切削が行われる。皮質骨・海綿骨切削モードでは、超音波振動による摩擦熱は切削に余り寄与しない。このため、皮質骨・海綿骨切削モードにおける超音波振動の振幅は軟骨切削モードにおける振幅よりも小さく設定されてよい。ここでは、押し付け力を粗い面に対する力の垂直成分としているが、押し付け力を、例えば垂直に対して角度を持っている状態の力として考えることももちろん可能である。
【００２４】
電圧電流検知回路８１２は、出力生成回路８１１の出力電圧及び出力電流をそれぞれ検知する。
【００２５】
インピーダンス検知回路８１３は、電圧電流検知回路８１２で検知された出力電圧と出力電流との比から超音波振動子２４のインピーダンスを算出する。超音波振動子２４のインピーダンスは、生体組織へのプローブ１８０の押し付け力によって変化し得る。したがって、インピーダンス検知回路８１３は、超音波振動子２４のインピーダンスを検出することによってプローブ１８０の押し付け力を間接的に検出する検知回路として機能する。超音波振動子２４のインピーダンスは、超音波振動子２４が押し当てられている生体組織の種類や温度によっても変化し得る。したがって、インピーダンスから押し付け力を算出する際には、生体組織の種類及び温度に応じてインピーダンスの値を補正することが望ましい。また、押し付け力の変化がインピーダンスに与える影響は、生体組織の種類や温度変化の影響に比べて小さい。このため、インピーダンスから押し付け力を算出する際に、生体組織の種類及び温度の影響を無視するようにしてもよい。
【００２６】
比較回路８１４は、インピーダンス検知回路８１３で検知されたインピーダンスの値を押し付け力の値に変換する。そして、比較回路８１４は、変換した押し付け力の値とメモリ８１５に記憶されている押し付け力の範囲とを比較する。そして、比較回路８１４は、押し付け力の比較結果に応じた報知をするように報知回路８１６に指示する。
【００２７】
メモリ８１５は、押し付け力の範囲を記憶している。なお、押し付け力が小さくなると切削量が少なくなって手術に時間を要してしまい、押し付け力が大きくなると切削量は多くなる大きくなるが周辺組織への熱侵襲も大きくなる。したがって、押し付け力の範囲は、切削量と熱侵襲とのバランスで決められる。また、押し付け力の範囲としては、皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨切削モードとで異なるものが用いられる。詳細については後で説明する。また、メモリ８１５は、インピーダンス検知回路８１３で検知されたインピーダンスの値を押し付け力の値に変換するためのテーブルを記憶している。このテーブルは、例えば、プローブ１８０の振幅を一定値とした状態で、プローブ１８０の押し付け力を種々に変化させたときのインピーダンスの変化を実測していくことで得られる。
【００２８】
報知回路８１６は、比較回路８１４からの指示に従ってモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に対する報知を行う。この報知は、操作者によるプローブ１８０の押し付けが適切であるか、強いか、弱いかである。なお、押し付けが強いときにユーザに対して押し付けを弱めるように指示し、押し付けが弱いときにユーザに対して押し付けを強めるように指示するような報知が行われてもよい。さらに、報知は、押し付け力を表すゲージ等を表示することによって行われてもよい。
【００２９】
以下、本実施形態に係る超音波手術システム１の動作を説明する。図４は、超音波手術システム１の動作を示すフローチャートである。図４の処理は、例えば超音波手術システム１の電源がオンされ、入力部２２又はフットスイッチ９０が操作された時に開始される。
【００３０】
ステップＳ１において、出力生成回路８１１は、超音波振動子２４を駆動するための駆動電力を生成する。入力部２２又はフットスイッチ９０によって軟骨切削モードであることが指示されたときには、出力生成回路８１１は、軟骨切削モードのために予め設定された指示値に対応した振幅で超音波振動が発生するように駆動電力を生成する。一方、入力部２２又はフットスイッチ９０によって皮質骨・海綿骨切削モードであることが指示されたときには、出力生成回路８１１は、皮質骨・海綿骨切削モードのために予め設定された指示値に対応した振幅で超音波振動が発生するように駆動電力を生成する。なお、出力生成回路８１１は、駆動電力をフィードバック制御するように構成されていてもよい。この場合、例えば電圧電流検知回路８１２で検知された出力生成回路８１１の出力電流は出力生成回路８１１に戻される。そして、出力生成回路８１１は、戻された出力電流が指示値と一致するように出力電圧を制御する。
【００３１】
ステップＳ２において、インピーダンス検知回路８１３は、電圧電流検知回路８１２によって検知された出力電圧及び出力電流の比から超音波振動子２４のインピーダンスを算出する。
【００３２】
ステップＳ３において、比較回路８１４は、メモリ８１５に予め記憶されているテーブルに従って、インピーダンス検知回路８１３で算出されたインピーダンスの値を押し付け力の値に変換する。
【００３３】
ステップＳ４において、比較回路８１４は、インピーダンスの値から得られた現在の押し付け力の値とメモリ８１５に予め記憶されている押し付け力の範囲とを比較する。そして、比較回路８１４は、比較結果に基づいて、操作者によるプローブ１８０の押し付け力は適切であるか否かを判定する。例えば、現在の押し付け力の値がメモリ８１５に予め記憶されている押し付け力の範囲内であれば、押し付け力は適切であると判定される。
【００３４】
以下、押し付け力の範囲について説明する。図５は、皮質骨に対して押し付け力又は振幅を変えた際の切削量の変化を測定する実験結果を示したグラフである。実験では、測定対象の皮質骨の６点（Ｎ＝６）に対して押し付け力及び振幅を変更可能な振動治具を押し付けた際の切削量（切削された皮質骨の体積）を測定している。また、図５のグラフにおいて、切削量は、６点の切削量の平均値が示されている。また、振幅の値は、実験に使用された治具の振動可能な最大の振幅（８１μｍ）に対する百分率で示されている。
【００３５】
図５に示すように、皮質骨の場合には、全体的な傾向としては、押し付け力が同じ場合には振幅が大きいほど切削量は大きくなり、また、振幅が同じ場合には押し付け力が大きいほど切削量は大きくなる。ただし、押し付け力が０．５（Ｎ）以下であるときには、振幅を大きくしても切削量は大きくならない。また、押し付け力が８（Ｎ）を超えるときも、切削量は大きくはならない。前述したように皮質骨は、主に超音波振動による衝撃によって切削される。このため、押し付け力が小さすぎたり、大きすぎたりして超音波振動による衝撃の伝達効率が悪くなると、切削量は小さくなってしまう。図５のグラフから、皮質骨・海綿骨切削モードのときの押し付け力の範囲は、振幅が４０％（２３μｍ）のときには３（Ｎ）−５（Ｎ）であり、振幅が７０％（５７μｍ）のときには２（Ｎ）−６（Ｎ）であり、振幅が１００％（８１μｍ）のときには１（Ｎ）−７（Ｎ）であると考えられる。これらの値がメモリ８１５に記憶される。
【００３６】
図６Ａは、軟骨に対して押し付け力又は振幅を変えた際の切削量の変化を測定する実験結果を示したグラフである。図６Ａも、測定対象の軟骨の６点（Ｎ＝６）における切削量（切削された皮質骨の体積）の平均値が示されている。また、振幅の値は、実験に使用された治具の振動可能な最大の振幅（８１μｍ）に対する百分率で示されている。
【００３７】
図６Ａに示すように、軟骨の場合には、全体的な傾向としては、押し付け力が同じ場合には振幅が大きいほど切削量は大きくなり、また、振幅が同じ場合には押し付け力が大きいほど切削量は大きくなる。軟骨の場合には、皮質骨の場合とは異なり、１００［Ｎ・μｍ］以下では軟骨が溶解せず、切削が進まない。これは、軟骨は主に超音波振動による摩擦熱によって切削されるためである。図６Ｂは、図６Ａの結果に基づいて、横軸に（押し付け力）×（振幅）をとり、縦軸に切削量をとったグラフである。（押し付け力）×（振幅）の値（すなわち熱量に相当する）が大きくなりすぎると、切削量は大きくなるものの、熱侵襲も大きくなる。したがって、例えば、軟骨切削モードのときの押し付け力の範囲は、（押し付け力）×（振幅）の値を１００［Ｎ・μｍ］−３００［Ｎ・μｍ］とする値である。この値がメモリ８１５に記憶される。
【００３８】
このように、比較回路８１４は、図５又は図６Ｂに示される関係によって定まる押し付け力の範囲を現在の押し付け力と比較する。ステップＳ４において、押し付け力が適切であると判定されたときには、処理はステップＳ５に移行する。ステップＳ４において、押し付け力が適切でないと判定されたときには、処理はステップＳ６に移行する。
【００３９】
ステップＳ５において、比較回路８１４は、押し付け力が適切である旨を報知回路８１６に通知する。この通知を受けて、報知回路８１６は、操作者による現在の押し付けが適切である旨をモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に報知する。その後、処理は、ステップＳ９に移行する。報知は、例えば「適度な押し付けです」といった文字をモニタ８２に表示させたり、音声をスピーカ８３から発するようにしたり、その両者を利用したりすることで行われる。
【００４０】
ステップＳ６において、比較回路８１４は、操作者によるプローブ１８０の押し付け力は大きいか否かを判定する。例えば、現在の押し付け力の値がメモリ８１５に予め記憶されている押し付け力の範囲よりも大きいときには、押し付け力は大きいと判定される。一方、現在の押し付け力の値がメモリ８１５に予め記憶されている押し付け力の範囲よりも小さいときには、押し付け力は小さいと判定される。ステップＳ６において、押し付け力が大きいと判定されたときには、処理はステップＳ７に移行する。ステップＳ６において、押し付けが小さいと判定されたときには、処理はステップＳ８に移行する。
【００４１】
ステップＳ７において、比較回路８１４は、押し付け力が大きい旨を報知回路８１６に通知する。この通知を受けて、報知回路８１６は、操作者による押し付けを弱めることを促す旨をモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に報知する。その後、処理は、ステップＳ９に移行する。報知は、例えば「もっと弱く押し付けてください」といった文字をモニタ８２に表示させたり、音声をスピーカ８３から発するようにしたり、その両者を利用したりすることで行われる。
【００４２】
ステップＳ８において、比較回路８１４は、押し付け力が小さい旨を報知回路８１６に通知する。この通知を受けて、報知回路８１６は、操作者による押し付けを強めることを促す旨をモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に報知する。その後、処理は、ステップＳ９に移行する。報知は、例えば「もっと強く押し付けてください」といった文字をモニタ８２に表示させたり、音声をスピーカ８３から発するようにしたり、その両者を利用したりすることで行われる。
【００４３】
ステップＳ９において、出力生成回路８１１は、処理を終了するか否かを判定する。例えば、超音波手術システム１の電源がオフされた場合又は入力部２２或いはフットスイッチ９０の操作が解除された場合に処理を終了すると判定される。ステップＳ９において、処理を終了すると判定された場合には、図４の処理は終了する。ステップＳ９において、処理を終了しないと判定された場合には、処理はステップＳ１に戻る。
【００４４】
以上説明したように本実施形態によれば、操作者によるプローブ１８０の生体組織への押し付け力が所定の押し付け力の範囲と比較され、その比較結果に応じて操作者による押し付けが適切であるか否かが報知される。これにより、操作者は、適切な押し付け力で処置を行うことが可能である。
【００４５】
また、本実施形態では皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨切削モードとで押し付け力の範囲を異ならせている。これにより、操作者は、皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨切削モードとの違いを意識せずに超音波手術システム１からの報知だけを頼りに押し付けを行うことが可能である。
【００４６】
なお、図４の各ステップの処理は「回路」を用いて行われるが、ソフトウェアによって行われてもよい。
【００４７】
［第１の実施形態の変形例］
以下、第１の実施形態の変形例を説明する。第１の実施形態で説明した押し付け力は、出力生成回路８１１で生成される出力電圧の大きさと考えることもできる。定電流制御では、押し付け力が大きくなって生体からの負荷が大きくなると出力生成回路８１１は、出力電流を一定にすべく、出力電圧を大きくする。このため、押し付け力は、出力生成回路８１１で生成される出力電圧にほぼ比例する。したがって、押し付け力の値の代わりに出力電圧の値をメモリ８１５に記憶させておくこともできる。この場合にはインピーダンス検知回路８１３はなくてもよい。
【００４８】
図７は、超音波手術システム１の出力開始からの出力電圧と操作者への報知との関係を示した図である。ここで、図７の横軸は超音波手術システム１の出力開始からの時間である。また、図７の縦軸は出力電圧の値である。なお、図７は、皮質骨の例であるが、軟骨においても出力電圧によって操作者への報知を行うことができる。
【００４９】
図７の例では、メモリ８１５には３種類の出力電圧の閾値が記憶されている。閾値１は、皮質骨を切削するための出力電圧の下限値である。すなわち、出力電圧が閾値１未満であるときには押し付けが弱すぎて衝撃の伝達効率が悪く、十分な切削は行われない。このため、押し付けを強めることを促す報知が行われる。
【００５０】
一方、閾値２は、皮質骨を適切に切削するための出力電圧の上限値である。例えば、閾値２は、である１１００Ｖｐｐ（電圧振幅値）である。すなわち、出力電圧が閾値２を超えると押し付けが強すぎるために衝撃の伝達効率が悪くなり、十分な切削は行われない。また、出力電圧が閾値２を超えると生体組織が焼け焦げたりするおそれもある。このため、押し付けを弱めることを促す報知が行われる。さらに、所定時間、出力電圧が閾値２を超えているときには超音波システム１の動作が強制停止される。なお、閾値２は、出力生成回路８１１の定格電圧であってもよい。
【００５１】
さらに、閾値３は、出力生成回路８１１の電源の制約によって決まる値である。出力電圧が閾値３に達している状態では、出力生成回路８１１はこれ以上の電圧を生成することはできず、超音波手術システム１が異常な動作をしていると考えられる。この場合には、報知をするだけではなく、超音波システム１の動作を強制停止させることが望ましい。
【００５２】
図８は、変形例の超音波手術システム１の動作を示すフローチャートである。図８の処理は、例えば超音波手術システム１の電源がオンされ、入力部２２又はフットスイッチ９０が操作された時に開始される。なお、図８の動作は、第１の実施形態と同様に押し付け力を閾値と比較する場合においても適用され得る。
【００５３】
ステップＳ１１において、出力生成回路８１１は、超音波振動子２４を駆動するための駆動電力を生成する。入力部２２又はフットスイッチ９０によって軟骨切削モードであることが指示されたときには、出力生成回路８１１は、軟骨切削モードのために予め設定された指示値に対応した振幅で超音波振動が発生するように駆動電力を生成する。一方、入力部２２又はフットスイッチ９０によって皮質骨・海綿骨切削モードであることが指示されたときには、出力生成回路８１１は、皮質骨・海綿骨切削モードのために予め設定された指示値に対応した振幅で超音波振動が発生するように駆動電力を生成する。
【００５４】
ステップＳ１２において、比較回路８１４は、超音波手術システム１の起動直後のタイミングであるか否かを判定する。ここでの起動直後のタイミングとは、超音波手術システム１の出力電圧の出力開始直後のタイミングのことである。図７に示すように、超音波手術システム１の出力電圧の出力開始の直後である起動直後のタイミング（約５００ｍｓ程度）では、瞬間的に大きな出力電圧が発生する。このような瞬間的な大電圧を押し圧力の増加と誤判定しないように、超音波手術システム１の起動直後についてはステップＳ１３−Ｓ２０の処理が行われないようにする。ステップＳ１２において、超音波手術システム１の起動直後のタイミングであると判定されたときには、処理はステップＳ２１に移行する。ステップＳ１２において、超音波手術システム１の起動直後のタイミングでないと判定されたときには、処理はステップＳ１３に移行する。
【００５５】
ステップＳ１３において、比較回路８１４は、電圧電流検知回路８１２で検知された現在の出力電圧の値とメモリ８１５に予め記憶されている出力電圧の閾値とを比較する。そして、比較回路８１４は、現在の出力電圧の値が閾値３に達しているか否かを判定する。ステップＳ１３において、現在の出力電圧の値が閾値３に達していると判定されたときには、処理はステップＳ１４に移行する。ステップＳ１３において、現在の出力電圧の値が閾値３に達していないと判定されたときには、処理はステップＳ１５に移行する。
【００５６】
ステップＳ１４において、比較回路８１４は、出力生成回路８１１に対して出力電圧の生成を停止させるように要求する。この要求を受けて、出力生成回路８１１は、出力電圧の生成を停止する。その後、処理はステップＳ２１に移行する。ステップＳ１４において、操作者に対して超音波手術システム１の動作が停止したことを報知するようにしてもよい。
【００５７】
ステップＳ１５において、比較回路８１４は、現在の出力電圧の値が閾値２を超えているか否かを判定する。ステップＳ１５において、現在の出力電圧の値が閾値２を超えていると判定されたときには、処理はステップＳ１６に移行する。ステップＳ１５において、現在の出力電圧の値が閾値２を超えていないと判定されたときには、処理はステップＳ１８に移行する。
【００５８】
ステップＳ１６において、比較回路８１４は、現在の出力電圧の値が閾値２を超えてから所定時間（例えば３秒）を超えたか否かを判定する。ステップＳ１６において、現在の出力電圧の値が閾値２を超えてから所定時間（例えば３秒）を超えたと判定されたときには、処理はステップＳ１４に移行する。すなわち、所定時間、現在の出力電圧の値が閾値２を超えているときには、出力電圧の生成は停止される。ステップＳ１６において、現在の出力電圧の値が閾値２を超えてから所定時間（例えば３秒）を超えていないと判定されたときには、処理はステップＳ１７に移行する。
【００５９】
ステップＳ１７において、比較回路８１４は、押し付け力が大きい旨を報知回路８１６に通知する。この通知を受けて、報知回路８１６は、操作者による押し付けを弱めることを促す旨をモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に報知する。その後、処理は、ステップＳ２１に移行する。報知は、例えば「もっと弱く押し付けてください」といった文字をモニタ８２に表示させたり、音声をスピーカ８３から発するようにしたり、その両者を利用したりすることで行われる。すなわち、短時間の出力電圧の増加では強制的に超音波手術システム１が停止されることはなく、報知だけが行われる。また、音声ではなく、特定の音の表音パターンを変えることにより報知が行われてもよい。
【００６０】
ステップＳ１８において、比較回路８１４は、現在の出力電圧の値が閾値１以上であるか否かを判定する。ステップＳ１８において、現在の出力電圧の値が閾値１以上であると判定されたときには、処理はステップＳ１９に移行する。ステップＳ１８において、現在の出力電圧の値が閾値１以上でないと判定されたときには、処理はステップＳ２０に移行する。
【００６１】
ステップＳ１９において、比較回路８１４は、押し付け力が適切である旨を報知回路８１６に通知する。この通知を受けて、報知回路８１６は、操作者による現在の押し付けが適切である旨をモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に報知する。その後、処理は、ステップＳ２１に移行する。報知は、例えば「適度な押し付けです」といった文字をモニタ８２に表示させたり、音声をスピーカ８３から発するようにしたり、その両者を利用したりすることで行われる。なお、押し付け力が適切であるときには報知が行われなくてもよい。また、音声ではなく、特定の音の表音パターンを変えることにより報知が行われてもよい。
【００６２】
ステップＳ２０において、比較回路８１４は、押し付け力が小さい旨を報知回路８１６に通知する。この通知を受けて、報知回路８１６は、操作者による押し付けを強めることを促す旨をモニタ８２及びスピーカ８３を利用して操作者に報知する。その後、処理は、ステップＳ２１に移行する。報知は、例えば「もっと強く押し付けてください」といった文字をモニタ８２に表示させたり、音声をスピーカ８３から発するようにしたり、その両者を利用したりすることで行われる。また、音声ではなく、特定の音の表音パターンを変えることにより報知が行われてもよい。
【００６３】
ステップＳ２１において、出力生成回路８１１は、処理を終了するか否かを判定する。例えば、超音波手術システム１の電源がオフされた場合又は入力部２２或いはフットスイッチ９０の操作が解除された場合に処理を終了すると判定される。ステップＳ２１において、処理を終了すると判定された場合には、図８の処理は終了する。ステップＳ２１において、処理を終了しないと判定された場合には、処理はステップＳ１１に戻る。
【００６４】
以上説明した変形例では押し付け力を直接的に検出せずに出力電圧を押し付け力と見なして第１の実施形態と同様の押し付け力の判定を行うことができる。すなわち、この変形例でも、操作者は、適切な押し付け力で処置を行うことが可能である。
【００６５】
なお、変形例では、基本的には出力電圧の瞬時値を閾値と比較している。これに対し、出力電圧の瞬時値ではなく、ある時間内の出力電圧の平均値、積算値、最頻値、最大値等を閾値と比較してもよい。出力電圧のある時間の移動平均値、積算値、最頻値又は最大値と閾値との比較により、瞬間的な出力電圧の変化では報知が行われないようにも構成することができる。これにより、必要以上の報知が抑制される。また、移動平均値、積算値、最頻値、最大値を閾値と比較するときに、移動平均値、積算値、最頻値、最大値のそれぞれが閾値２を超えるか又は閾値１未満となった時に報知が行われるようにしてもよい。また、移動平均値、積算値、最頻値、最大値のそれぞれがある一定時間の間、閾値２を超えるか又は閾値１未満となった時に報知が行われるようにしてもよい。例えば、移動平均値や積算値の場合にはそのままでも均された情報となっているが、ノイズの影響も考慮して一定期間の間、閾値２を越えるか閾値１未満である状態を維持した場合に報知が行われるようにしてもよい。また、最大値の場合には移動平均値の場合よりもノイズ等の影響が懸念される。このため、一定期間のうちの少なくとも半分以上、閾値２を越えるか閾値１未満である場合に報知が行われるようにしてもよい。さらに、最頻値の場合には、押し付け力が十分に反映されている情報と考えられるため、一定期間の間、閾値２を超えるか又は閾値１未満となった時に報知が行われるようにしてもよい。
【００６６】
また、出力電圧の変化の仕方によって報知の仕方を変えるようにしてもよい。例えば、出力電圧が閾値２を超えている場合であっても、出力電圧が減少傾向にあればあえて報知をしなくともやがて出力電圧が閾値２を下回るようになると考えられる。このような考え方に基づき、例えば、出力電圧が閾値２を超えていても出力電圧が減少傾向にあるときには押し付けを弱めることを促す旨の報知を行わずに、出力電圧が増加傾向にあるときだけ押し付けを弱めることを促す旨の報知を行うといった構成に代えてもよい。同様に、例えば、出力電圧が閾値１未満であっても出力電圧が増加傾向にあるときには押し付けを強めることを促す旨の報知を行わずに、出力電圧が減少傾向にあるときだけ押し付けを強めることを促す旨の報知を行うといった構成に代えてもよい。
【００６７】
さらに、出力電圧の瞬時ではなく、ある時間内の出力電圧の平均値、積算値、最頻値、最大値等を閾値と比較するときには、報知が行われる一定時間の長さを出力電圧の変化の仕方によって変えるようにしてもよい。例えば、出力電圧が閾値２を超えていてかつ出力電圧が減少傾向にあるときの一定時間よりも、出力電圧が閾値２を超えていてかつ出力電圧が増加傾向にあるときの方の一定時間の長さを短くしてもよい。これにより、より緊急性のあるほうである出力電圧が増加傾向にあるときには早期に報知が行われることになる。
【００６８】
さらに、本変形例では、３つの閾値に応じて異なる報知がなされるが、閾値の数は３つに限るものではない。例えば閾値１と閾値２の２つでも、４つ以上の閾値に応じて報知が行われてもよい。
【００６９】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態は、現在の押し付け力と範囲とを比較して、その比較結果に応じて操作者に対して報知を行うものである。これに対し、第２の実施形態は、現在の押し付け力と押し付け量の範囲とを比較して、その比較結果に応じて超音波振動子２４の振幅をフィードバック制御するものである。
【００７０】
図９は、第２の実施形態における制御回路８１の構成を示すブロック図である。制御回路８１は、出力生成回路８１１と、電圧電流検知回路８１２と、インピーダンス検知回路８１３と、比較回路８１４と、メモリ８１５とを有している。第２の実施形態における制御回路８１は、比較回路８１４の出力が出力生成回路８１１に戻されるように構成されている。
【００７１】
第２の実施形態における出力生成回路８１１は、第１の実施形態における出力生成回路８１１と同様に皮質骨・海綿骨切削モードと軟骨切削モードとで異なる振幅の超音波振動が発生するように駆動電力を制御する。また、第２の実施形態における出力生成回路８１１は、軟骨切削モードの際には、現在の押し付け力の値とメモリ８１５に予め記憶されている押し付け力の範囲の上限値又は下限値との差に応じて振幅を増減させるように制御する。例えば、出力生成回路８１１は、現在の押し付け力の値を（押し付け力）×（振幅）の値を１００［Ｎ・μｍ］−３００［Ｎ・μｍ］の条件を満たす値とするように振幅を増減させるように制御する。さらに、出力生成回路８１１は、皮質骨・海綿骨切削モードの際には、現在の押し付け力の値に応じて振幅を増減させるように制御する。例えば、出力生成回路８１１は、押し付け力が３Ｎ以下の場合には、切削量の減少を抑えるために振幅を増加させるように制御する。また、出力生成回路８１１は、押し付け力が５Ｎ以上の場合には、熱の発生を抑えるための安全策として振幅を減少させるように制御する。
【００７２】
以上説明したように本実施形態によれば、現在の押し付け力の値とメモリ８１５に予め記憶されている押し付け力の範囲の上限値又は下限値との差に応じて振幅のフィードバック制御が行われる。このため、操作者は、押し付けの強さを変えることなく、処置を行うことができる。
【００７３】
なお、第１の実施形態の変形例と同様に押し付け力は、出力生成回路８１１の出力電圧として検知されてもよい。この場合、インピーダンス検知回路８１３はなくてもよい。
【００７４】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、以下、本実施形態の超音波手術システムを用いた処置方法である。図１０は、超音波手術システム１を用いた処置の流れを示すフローチャートである。図１０は、膝関節における変性軟骨の切削処置の流れを示している。図１０の流れは、膝関節に限らず、肩関節等の他の関節に対する処置に対しでも適用可能である。
【００７５】
ステップＳ１０１において、医師は、トロッカーを用いて、処置対象の生体組織（ここでは膝関節内の変性軟骨）の位置まで処置具及び関節鏡を挿入できるようにするためのポートを形成する。
【００７６】
ステップＳ１０２において、医師は、関節鏡用のポートを通して関節鏡及び超音波手術システム１の処置具１０を膝関節内に挿入する。
【００７７】
ステップＳ１０３において、医師は、関節鏡を通してモニタ上に表示される膝関節内の画像を見ながら、超音波手術システム１の処置部１８１を処置対象である変性軟骨に接触させる。
【００７８】
ステップＳ１０４において、医師は、例えば入力部２２を操作して超音波手術システム１を軟骨溶解モードに設定し、変性軟骨に対して処置具を押し付けつつ、処置具の押し付け具合を確認しながら切削する。このとき、医師の押し付けが強い場合は、例えばモニタ８２に「押し付けが強すぎます」と押し付けが強い旨が表示されるので、医師は手を止めることなく、モニタ８２を見ながら押し付けを弱めて処置を続行する。その結果、押し付けが適量となった際には、例えばモニタ８２に「適度な押し付けです」と表示されるため、医師はモニタ８２を見て現状の押し付け具合を保ちながら処置を行う。一方で、医師の押し付けが弱い場合は例えばモニタ８２に「押し付けが弱すぎます」と押し付けが弱い旨が表示されるので、医師は手を止めることなく、モニタ８２を見ながら押し付けを強めて処置を続行する。その結果、押し付けが適量となった際には、例えばモニタ８２に「適度な押し付けです」と表示されるため、医師はモニタ８２を見て現状の押し付け具合を保ちながら処置を行う。
【００７９】
以上説明したように本実施形態によれば、医師は押し付けが弱すぎて切削量が少ない状態であるのか、あるいは強く押し付けすぎていて周辺組織への熱侵襲がある状態で処置が進んでいるのかを音声やモニタの表示によって直感的に把握することができるため、効率よく、且つ熱侵襲の少ない安全な手術を、手を止めることなく行うことができる。
【００８０】
また、第２の実施形態に記載のシステムを使った場合については、医師は押し付け力を気にせず手術を進めることができる。
【００８１】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、前述の各実施形態では、押し付け力は、超音波振動子のインピーダンスに基づいて検知される。しかしながら、押し付け力は、超音波振動子のインピーダンス以外から検知されてもよい。例えば、押し付け力は、歪ゲージ等の力を直接的に検知するセンサによって検知されてもよい。この他、プローブの共振周波数の変化から押し付け力が検知されてもよい。温度から押し付け力が検知されてもよい。
【００８２】
また、超音波振動子のインピーダンスから生体組織の状態を識別する技術も知られている。この技術は、前述の各実施形態に適用されてもよい。この場合、識別された生体組織に応じた押し付け力の範囲が選択される。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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