(57)【要約】  超音波手術システム（１）は、駆動電力を生成する出力回路（８１）と、出力回路（８１）と接続され、前記駆動電力を超音波振動に変換する超音波振動子（２４）と、超音波振動子（２４）と接続され、超音波振動を伝達するプローブ（１８０）と、プローブ（１８０）に設けられ、軟骨の所定の部位と接触し、駆動電力に基づいて変換された超音波振動によって軟骨の所定の部位を発熱させるとともに、前記軟骨に接触させた状態で術者が押圧することで前記軟骨を削り取る切削部（１８１）と、軟骨の所定の部位の温度が２．２秒以内に１２０℃以上になるように出力回路（８１）から出力される駆動電力を制御する制御回路（８２）とを有する。
2017038722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟骨を処置する超音波手術システムであって、
駆動電力を生成する出力部と、
前記出力部と接続され、前記駆動電力を超音波振動に変換する振動子と、
前記振動子と接続され、前記超音波振動を伝達するプローブと、
前記プローブに設けられ、前記軟骨の所定の部位と接触し、前記駆動電力に基づいて変換された超音波振動によって前記軟骨の所定の部位を発熱させるとともに、前記軟骨に接触させた状態で術者が押圧することで前記軟骨を削り取る切削部と、
前記軟骨の所定の部位の温度が２．２秒以内に１２０℃以上になるように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する制御部と、
を具備する超音波手術システム。
【請求項２】
前記押圧は、前記切削部の前記軟骨への接触方向とは異なる方向の押圧である請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項３】
前記軟骨の所定の部分は、損傷した軟骨又は変性した軟骨である請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記軟骨の所定の部位以外の軟骨下骨及び海面骨の温度が４０℃以上にならないように前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記軟骨の温度が２２０℃を超えないように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記軟骨の温度が１２０℃以上、かつ、１６０℃以下になるように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波手術システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織を処置する処置具の１つとして、軟骨に対する処置が可能な処置具が、例えば日本国特開２００６−１８７６１７号公報において提案されている。この日本国特開２００６−１８７６１７号公報において提案されている外科用切除装置は、シャフトと、組織作用先端部とを有している。シャフトには、内腔が形成されている。また、組織作用先端部は、シャフトの先端部に形成され、複数の切除溝及びシャフトの内腔と連通する開口を有している。このような構成の外科用切除装置は、シャフトを回転させることによって回転する組織作用先端部を軟骨に接触させることにより、軟骨の切除を行う。
【発明の概要】
【０００３】
日本国特開２００６−１８７６１７号公報において提案されている外科用切除装置は、組織作用先端部を回転させながら接触させることにより、軟骨を巻き込みながら切除を行う。このため、切削後の軟骨表面は、粗い表面になり易い。
【０００４】
本発明は、軟骨に適した条件で処置を行うことが可能な超音波手術システムを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システムは、軟骨を処置する超音波手術システムであって、駆動電力を生成する出力部と、前記出力部と接続され、前記駆動電力を超音波振動に変換する振動子と、前記振動子と接続され、前記超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブに設けられ、前記軟骨の所定の部位と接触し、前記駆動電力に基づいて変換された超音波振動によって前記軟骨の所定の部位を発熱させるとともに、前記軟骨に接触させた状態で術者が押圧することで前記軟骨を削り取る切削部と、前記軟骨の所定の部位の温度が２．２秒以内に１２０℃以上になるように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する制御部とを具備する。
【０００６】
本発明によれば、軟骨に適した条件で処置を行うことが可能な超音波手術システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、軟骨、海綿骨、皮質骨のそれぞれの成分を示した図である。
【図２】図２は、超音波手術システムによる軟骨の切削の原理を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、半田ごてを所定の押し付け荷重で軟骨に押し当てた際の切削温度と軟骨切削量との関係を示した図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、超音波切削具を所定の押し付け荷重で軟骨に押し当てた際の切削温度と軟骨切削量との関係を示した図である。
【図４】図４は、半田ごてを軟骨に押し当てた際の温度毎の軟骨表面及び断面の状態を示した図である。
【図５Ａ】図５Ａは、複数の異なる出力の超音波切削具を軟骨に押し付けた際の軟骨の温度上昇の時間変化の関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの出力Ａ、Ｂ、Ｃでの超音波切削具を軟骨に押し付けた際の軟骨下骨の温度上昇の時間変化の関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、出力Ａで軟骨の温度を１２０℃とした場合の軟骨と軟骨下骨及び海綿骨との温度分布の模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、出力Ｂで軟骨の温度を１２０℃とした場合の軟骨と軟骨下骨及び海綿骨との温度分布の模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、出力Ｃで軟骨の温度を１２０℃とした場合の軟骨と軟骨下骨及び海綿骨との温度分布の模式図である。
【図７】図７は、本発明の各実施形態に係る手術システムの具体的な構成の一例を示す図である。
【図８】図８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の主要な構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、軟骨に対して押し付け荷重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１０】図１０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を用いた処置の流れを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、高周波手術システム（ＲＦ）と超音波手術システム（ＵＳ）とモータを用いた手術システム（ＢＵＲ）による軟骨の切削処置結果を比較して示した図である。
【図１２】図１２は、出力電流値をオーバーシュートさせる変形例を示した図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態の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１４】図１４は、本発明の第３の実施形態における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。
【図１５】図１５は、ステップＳ１０５における切削部の押圧について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
まず、本実施形態の手術システムの作動方法の基本的な原理について説明する。本実施形態における手術システムは、軟骨の切削処置システムである。出願人の検討により、軟骨の切削は、皮質骨や海綿骨といった他の骨の切削とは異なる機序で行われることが分かった。以下に詳細に説明する。
【０００９】
図１は、皮質骨、海綿骨、軟骨のそれぞれの成分を示した図である。図１に示すように、皮質骨及び海綿骨の主成分はリン酸カルシウムであるのに対し、軟骨の主成分はたんぱく質（コラーゲン）である。コラーゲンは、リン酸カルシウムとは異なり、弾力性があり、柔らかい。このため、コラーゲンに衝撃が与えられたとしても、その与えられた衝撃は吸収されてしまう。したがって、コラーゲンを主成分とする軟骨を、衝撃を利用して切削することは困難である。
【００１０】
一方、出願人の検討により、超音波手術システムで軟骨を切削できることが分かった。前述のように、軟骨は衝撃を吸収してしまうので、超音波手術システムによる軟骨の切削は、図２に示すように、超音波切削具を軟骨に接触させた際に生じる摩擦熱による融解によって行われるものであると考えられる。さらに、図２は、超音波手術システムの例であるが、加熱による軟骨の切削は、超音波手術システム以外の加熱デバイスを用いても行われ得る。以下、このような加熱による軟骨の切削についてさらに説明する。
【００１１】
図３Ａ及び図３Ｂは、軟骨の温度と切削量との関係を示した図である。ここで、図３Ａは、半田ごてを所定の押し付け荷重（２．９４Ｎ）で軟骨に押し当てた際の軟骨の温度と軟骨の切削量との関係を示した図である。また、図３Ｂは、超音波切削具を所定の押し付け荷重（２．９４Ｎ）で軟骨に押し当てた際の軟骨の温度と軟骨の切削量との関係を示した図である。図３Ａ及び図３Ｂの横軸は、生体組織の温度（℃）を示している。また、図３Ａ及び図３Ｂの縦軸は軟骨の切削量（切削深さ）（ｍｍ３）を示している。また、図４は、半田ごてを軟骨に押し当てた際の温度毎の軟骨表面及び断面の状態を示した図である。図４では、４０℃、８０℃、１２０℃、１６０℃、２００℃、２４０℃の状態が示されている。
【００１２】
軟骨の温度が４５℃未満であるときには、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、軟骨の切削は行われない。この温度範囲における軟骨の表面及び断面の状態は、図４の４０℃の状態として示されている。
【００１３】
軟骨の温度が４５℃〜１２０℃であるときには、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、軟骨の切削量は温度に応じて大きくなる。この範囲では、温度上昇による切削量の増加は小さい。この温度範囲における軟骨の表面及び断面の状態は、図４の８０℃の状態として示されている。
【００１４】
軟骨の温度が１２０℃〜１６０℃であるときには、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、温度上昇に伴って軟骨の切削量は急激に大きくなる。この温度範囲における軟骨の表面及び断面の状態は、図４の１２０℃の状態として示されている。この温度範囲では、軟骨の切削が大きく進行する。
【００１５】
軟骨の温度が１６０℃〜２００℃であるときには、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、温度上昇に伴う軟骨の切削量の増加は小さくなる。この温度範囲における軟骨の表面及び断面の状態は、図４の１６０℃の状態として示されている。軟骨の温度が１６０℃になると、軟骨の切削は進行するものの、軟骨の表面が焦げ付き始める。
【００１６】
軟骨の温度が２００℃を超えると、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、軟骨の焦げが大きくなって軟骨の切削量は不定になる。この温度範囲における軟骨の表面及び断面の状態は、図４の２００℃の状態及び２４０℃の状態として示されている。軟骨の温度が２００℃を超えると、軟骨の表面の焦げが大きくなる。
【００１７】
図３Ａに示したように、半田ごてによって熱を加えるだけでも軟骨の切削が行われている。したがって、超音波切削具ではなくても、軟骨に対して熱が加えられた場合には、軟骨が切削されることが分かる。ただし、単純に熱を加えたとしても、軟骨の温度が４５℃未満であるときには軟骨は切削されないので、軟骨を切削処置する際には、軟骨の温度を４５℃以上とする必要がある。また、軟骨の温度が２００℃を超えると、軟骨に対する熱侵襲が大きくなってしまうので、軟骨を切削処置する際には、軟骨の温度を２２０℃以下とすることが望ましい。さらに、軟骨の切削量と熱侵襲の大きさとのバランスを考えると、軟骨を切削処置する際には、軟骨の温度を１２０℃−１６０℃とすることが望ましい。
【００１８】
また、図３Ａと図３Ｂの比較からも明らかなように、半田ごてと超音波切削具との比較では、超音波切削具を用いたほうが、温度当たりの軟骨の切削量（切削深さ）は大きくなる。これは、超音波切削具の場合には、単純に軟骨に熱が加えられるだけでなく、融解した軟骨を超音波振動によって削り取る作用も加えられているためである。
【００１９】
前述したようにして軟骨の切削に熱が利用される場合、処置の必要な所定の領域にだけ熱が加えられることが望ましい。例えば、処置対象の軟骨が人体の軟骨である場合には、損傷した軟骨や変性軟骨といった明確な処置対象が存在する。したがって、損傷した軟骨又は変性軟骨といった必要な部位でだけ必要な温度上昇が発生し、その周囲の健常な軟骨及び軟骨下の軟骨下骨及び海綿骨では温度上昇が発生しないことが望ましい。一般的に、海綿骨・皮質骨といった人体の細胞組織は、４０℃程度で損傷が起こり得ることが知られている。一方で、前述したように軟骨の処置には、軟骨の温度を１２０℃−１６０℃にすることが望ましい。これらを考慮すると、なるべく短い時間で処置部位である損傷した軟骨又は変性軟骨の温度を１２０℃付近にし、その後は、非処置部位である処置部位の周囲の海綿骨等の健常な組織の温度が上昇する前に処置が終了することが望ましい。一般に、海綿骨等の損傷が始まるのは４０℃程度であるため、軟骨又は変性軟骨の温度が１２０℃となったときに、海綿骨の温度が４０℃となっていないことが望ましい。
【００２０】
図５Ａは、複数の異なる出力の超音波切削具を軟骨に押し付けた際の軟骨の温度上昇の時間変化の関係を示す図である。ここで、図５Ａの出力Ａは、２．２秒で軟骨の温度が１２０℃となるように調整された出力である。また、図５Ａの出力Ｂは、２．８秒で軟骨の温度が１２０℃となるように調整された出力である。また、図５Ａの出力Ｃは、約２０秒で軟骨の温度が１２０℃となるように調整された出力である。一方、図５Ｂは、図５Ａの出力Ａ、Ｂ、Ｃでの超音波切削具を軟骨に押し付けた際の軟骨下骨の温度上昇の時間変化の関係を示す図である。軟骨の温度が２．２秒で１２０℃に達する出力Ａの場合、図５Ｂに示すように、軟骨の温度が１２０℃になった時点では軟骨下骨の温度は４０℃を超えていない。一方、軟骨の温度が２．８秒で１２０℃に達する出力Ｂの場合、図５Ｂに示すように、軟骨の温度が１２０℃になる前に軟骨下骨の温度は４０℃を超えてしまう。同様に、軟骨の温度が約２０秒で１２０℃に達する出力Ｃの場合、図５Ｂに示すように、軟骨の温度が１２０℃になる前に軟骨下骨の温度は４０℃を超えてしまう。
【００２１】
図６Ａは、出力Ａで軟骨の温度を１２０℃とした場合の軟骨と海綿骨との温度分布の模式図である。図６Ａに示すように２．２秒の処置では、軟骨の温度のみが高温となり、軟骨の周辺の軟骨下骨及び海綿骨の温度上昇は抑えられる。図６Ｂは、出力Ｂで軟骨の温度を１２０℃とした場合の軟骨と海綿骨との温度分布の模式図である。図６Ｂに示すように、２．８秒の処置では、軟骨に伝えられた熱が軟骨下骨及び海綿骨にも伝わってしまって海綿骨の温度が４０℃を超えてしまう。図６Ｃは、出力Ｃで軟骨の温度を１２０℃とした場合の軟骨と海綿骨との温度分布の模式図である。図６Ｃの例でも、軟骨の温度が上がりきる前に軟骨下骨及び海面骨の温度が４０℃を超えてしまう。
【００２２】
以上のように、超音波切削具による処置は、２．２秒以内とすることが望ましいことが分かる。すなわち、２．２秒以内で軟骨の温度を１２０℃とすることができるように出力等を調整することによって、人体の軟骨を処置するのに適切な手術システムが実現される。
【００２３】
［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７は、本発明の各実施形態に係る手術システムの具体的な構成の一例を示す図である。前述したように、軟骨の切削処置は、軟骨の温度を適切な温度にすることで行われる。軟骨の温度を適切な温度とするための手段は、限定されない。例えば、超音波振動による摩擦熱によって軟骨の温度を４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度にするシステムが本実施形態における手術システムとして用いられてもよいし、ヒータによる加熱によって軟骨の温度を４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度にするシステムが本実施形態における手術システムとして用いられてもよいし、高周波電流の印加によって軟骨の温度を４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度にするシステムが本実施形態における手術システムとして用いられてもよい。図７は、本実施形態に係る手術システムの一例としての超音波手術システム１を示している。
【００２４】
図７に示す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切削具１０と、切削具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、軟骨の処置に適したシステムである。しかしながら、超音波手術システム１は、軟骨以外の生体組織の処置にも用いられ得る。
【００２５】
エネルギ切削具としての切削具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、切削具１０におけるプローブ１８０側を切削具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。
【００２６】
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、シース３０を通って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。
【００２７】
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切削部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、生体組織の切除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。
【００２８】
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、複数種類の超音波振動子の駆動に対応した複数種類の入力が行われるように、複数のスイッチを含んでいてもよい。複数のスイッチは、例えば超音波振動子の駆動を軟骨の処置に適した駆動とするためのスイッチを含む。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。
【００２９】
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と同様にスイッチが設けられている。フットスイッチ９０は、入力部２２と同様に複数のスイッチを含んでいてもよい。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。
【００３０】
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に設けられた切削部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の切削部１８１と生体組織が接触することにより、生体組織の切削又は切除等の処置がなされる。
【００３１】
図８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８において、図７で説明したのと同様の構成については、図７と同様の参照符号を付すことで説明を省略する。
【００３２】
図８に示すように、電源装置８０は、出力回路８１と、制御回路８２とを有している。
【００３３】
出力回路８１は、超音波振動子２４と電気的に接続され、切削具１０のハンドピース２０の内部に設けられた超音波振動子２４を駆動するための駆動電力を生成する出力部である。この駆動電力に基づき、出力回路８１から切削具１０へは出力電圧及び出力電流が出力される。
【００３４】
制御回路８２は、例えばＣＰＵやＡＳＩＣで構成され、入力部２２又はフットスイッチ９０からの入力に応じて出力回路８１の駆動電力を制御する制御部である。例えば、入力部２２又はフットスイッチ９０からの入力により、軟骨の切削処置モードにする旨の指示がされた場合には、制御回路８２は、軟骨の温度が前述した温度、すなわち４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃とするような超音波振動が切削具１０で発生するように出力回路８１を制御する。超音波手術システムの場合、摩擦熱によって軟骨に対する温度変化が与えられる。摩擦熱による加熱量は、図９に示すように、超音波振動の振幅と軟骨への切削具１０の押し付け荷重とによって決まることが知られている。したがって、例えば、押し付け荷重の値が医師によって切削具１０が生体組織に押し付けられる際の押し付け荷重の平均値に固定されていれば、摩擦熱は振幅によってのみ変化することになる。本実施形態では、押し付け荷重を固定値とした上で、軟骨の温度を４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度とするような振幅を実験によって測定して、測定した振幅の値を制御回路８２のメモリ８２１に記憶させておく。制御回路８２は、この振幅の値をメモリ８２１から読み出し、読み出した振幅で超音波振動子２４が振動するように出力回路８１の出力電流及び出力電圧を制御する。
【００３５】
また、前述したように、好ましくは処置部位の温度を２．２秒程度で１２０℃まで上昇させることが望ましい。超音波手術システムにより、処置部位の温度を早く上昇させるためには、単純には超音波振動の振幅を大きくすればよい。さらに、切削部への押し付け荷重を大きくすることでより早く処置部位の温度を上昇させることが可能である。
【００３６】
以下、本実施形態の超音波手術システム１の動作を説明する。図１０は、第１の実施形態における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除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ても適用可能である。
【００３７】
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）の位置まで切削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。
【００３８】
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の切削具１０を膝関節内に挿入する。
【００３９】
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の切削部１８１を処置対象である変性軟骨に接触させる。
【００４０】
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を軟骨モードに設定し、変性軟骨の切除処置を開始する。超音波手術システム１が軟骨モードに設定されると、制御回路８２は、予めメモリ８２１に記憶されている振幅の値（例えば軟骨の温度を１２０℃にするのに必要な振幅の値）を読み出し、読み出した振幅で超音波振動子２４が振動するように出力回路８１を制御する。この振幅で振動している切削部１８１を変性軟骨にある一定の押し付け荷重で接触させることにより、変性軟骨の温度は上昇する。これにより、変性軟骨は融解し、変性軟骨の切除が行われる。ここで、ステップＳ１０４における振幅の値は、軟骨の温度を所定の短時間（２．２秒以内）で１２０℃にするのに必要な温度であることがより好ましい。これにより、処置は短時間で終了し、非処置部位の不要な温度上昇が抑制される。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、軟骨の温度を４５℃以上にすることによる軟骨の融解によって軟骨の切削が行われることに着目し、軟骨の温度を４５℃になるように切削具１０による軟骨の加熱量が制御される。これにより、軟骨の切削処置を確実に行うことが可能である。
【００４２】
さらに、本実施形態によれば、軟骨の熱侵襲の影響も考慮して軟骨の温度を４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度とするように切削具１０による軟骨の加熱量が制御される。これにより、低侵襲で軟骨の切削処置を行うことが可能である。
【００４３】
さらに、本実施形態によれば、切削具１０による軟骨の処置によって短時間に処置を終了させることが可能である。これにより、処置の不要な非処置部位の不要な温度上昇を抑制することが可能である。
【００４４】
なお、前述した実施形態では、手術システムとして、超音波手術システムが例示されている。本実施形態では、軟骨の温度を４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度にすることができれば、超音波手術システム以外の、例えばヒータを用いた手術システム、高周波電流を用いた手術システム又はこれらの組み合わせといった超音波によるものとは異なるエネルギを用いた手術システムを用いることも可能である。しかしながら、超音波手術システムを用いた場合、ヒータを用いた手術システムや高周波を用いた手術システム等に比べてより熱侵襲は小さくなる。また、モータを用いた手術システムに比べて処置後の軟骨の表面は滑らかになる。
【００４５】
図１１は、高周波手術システム（ＲＦ）と超音波手術システム（ＵＳ）との軟骨の切削処置結果を比較して示した図である。なお、図１１では、比較のため、モータを用いた手術システム（ＢＵＲ）による軟骨の切削処置結果（すなわち、衝撃のみによる切削処置の結果）も示されている。図１１に示すように、衝撃のみによる切削処置では、軟骨は殆ど切削されない。そればかりか、軟骨の表面は、原型を留めず、絨毛状を呈している。一方、高周波を用いた切削処置では、モータを用いた処置に比べれば軟骨の切削は進行するが、比較的に熱侵襲が広範囲に及ぶ。これらに対し、超音波を用いた切削処置では、軟骨の切削はより進行しつつ、比較的に熱侵襲が小さくなる。
【００４６】
なお、超音波手術システムの場合、高周波手術システムに比べて昇温速度が遅いことが知られている。このため、超音波手術システムにおいては、軟骨の温度が目標の温度になるべく早く到達するように、図１２に示すように、超音波手術システムの起動直後の所定期間だけ、本来の振幅値に相当する出力電流値よりも出力電流値をオーバーシュートさせるようにしてもよい。
【００４７】
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態を説明する。前述した実施形態においては、軟骨を切削に適した温度とするように切削具１０における軟骨の加熱量を制御する際に、実測によって予め決定された設定（例えば振幅）に従って制御が行われる。第２の実施形態は、切削具１０における軟骨の加熱量をフィードバック制御する例である。
【００４８】
図１３は、本発明の第２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１３において、図８で説明したのと同様の構成については、図８と同様の参照符号を付すことで説明を省略する。
【００４９】
第２の実施形態における超音波手術システム１の切削具１０は、温度センサ２６を有している。温度センサ２６は、例えば切削具１０の先端内部に設けられており、切削具１０の先端の温度、すなわち軟骨の温度を検出し、検出した温度に応じた信号を電源装置８０の制御回路８２に入力する。温度センサ２６には、熱電対やサーミスタ等の種々の温度センサが用いられ得る。
【００５０】
第２の実施形態における制御回路８２は、温度センサ２６で測定された温度が４５℃−２２０℃、好ましくは１２０℃−１６０℃の範囲内の規定の温度に維持されるように出力回路８１を制御する。例えば、制御回路８２は、温度センサ２６で測定された温度が規定の温度未満となっている場合には、出力回路８１からの出力電流を大きくするように出力回路８１を制御する。また、制御回路８２は、温度センサ２６で測定された温度が規定の温度を超えている場合には、出力回路８１からの出力電流を小さくするように出力回路８１を制御する。
【００５１】
以上説明したように本実施形態によれば、温度センサによって測定された軟骨の温度に応じて出力回路８１からの出力電力をフィードバック制御することにより、第１の実施形態よりも確実に軟骨の切削処置が行われる。また、第１の実施形態のようなメモリ８２１を省略することが可能である。
【００５２】
ここで、第２の実施形態においては、温度センサ２６によって軟骨の温度が測定される。軟骨の温度の測定手法は、温度センサによるものには限らない。
【００５３】
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、処置の方法の変形例である。前述したように、処置中においては処置部位の温度のみを１２０℃−１６０℃まで上昇させ、非処置部位については４０℃以下とすることが望ましい。このための手法として、超音波手術システム１の場合には振幅を大きくしたり、押し付け荷重を大きくしたりすることが考えられる。本実施形態は、さらに、処置の方法によって処置の時間を短くするものである。
【００５４】
図１４は、第３の実施形態における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。ここで、図１０と同様、図１４も、膝関節における変性軟骨の切除処置の流れを示している。図１４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ても適用可能である。なお、図１４において、図１０と同様の処理については適宜説明を省略する。すなわち、ステップＳ１０１−Ｓ１０３の処理については説明を省略する。
【００５５】
ステップＳ２０４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を軟骨モードに設定し、変性軟骨の切除処置を開始する。超音波手術システム１が軟骨モードに設定されると、制御回路８２は、予めメモリ８２１に記憶されている振幅の値（例えば軟骨の温度を２．２秒以内に１２０℃にするのに必要な振幅の値）を読み出し、読み出した振幅で超音波振動子２４が振動するように出力回路８１を制御する。この振幅で振動している切削部１８１を変性軟骨にある一定の押し付け荷重で接触させることにより、変性軟骨の温度は上昇する。
【００５６】
ステップＳ２０５において、医師は、プローブ１８０により、図１５に示すように軟骨を切削(切除)する)(energy assisted trimming or remove ,accurate shaving, excise)。「図１５に示すように」とは、皮を剥くように連続性のあるまとまったフィルム状の削りくずを出しながら軟骨を切削(切除)する(paring)ことを指し、より具体的には以下である。医師は、接触方向とは異なる方向である、軟骨の表面と略平行な方向に切削部１８１を押圧する。これにより、軟骨に圧縮力が加わり、軟骨の温度はさらに上昇して変性軟骨は融解し、変性軟骨の切除が行われる。さらに、加温された軟骨の表面に対して平行な方向に切削部１８１の押圧が加えられることにより、軟骨の表面は図１５に示すようにフィルム状に削られる。このようにして、より効率よく変性軟骨の切除が行われる。
【００５７】
以上説明したように本実施形態によれば、第１の実施形態で説明した効果に加え、加温された軟骨の表面に対して平行な方向に切削部１８１の押圧が加えられることにより、より効率よく変性軟骨の切除が行われる。なお、ステップＳ２０５において接触方向とは異なる方向に対して押圧しているが、接触方向に押圧することで、軟骨の厚み（深さ）方向へと切削を進めてもよい。
【００５８】
ここで、第３の実施形態のステップＳ２０５の処理は、超音波処置システム以外の例えばヒータを用いた手術システム、高周波電流を用いた手術システム又はこれらの組み合わせといった超音波によるものとは異なるエネルギを用いた手術システムについても適用可能である。
【００５９】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上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。
【図１】
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【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月28日(2017.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟骨を処置する超音波手術システムであって、
駆動電力を生成する出力部と、
前記出力部と接続され、前記駆動電力を超音波振動に変換する振動子と、
前記振動子と接続され、前記超音波振動を伝達するプローブと、
前記プローブに設けられ、前記軟骨の所定の部位と接触し、前記駆動電力に基づいて変換された超音波振動によって前記軟骨の所定の部位を発熱させるとともに、前記軟骨に接触させた状態で術者が押圧することで前記軟骨を削り取る切削部と、
前記軟骨の所定の部位の温度を２．２秒以内に１２０℃以上にし、且つ、前記軟骨の所定の部位の温度を前記１２０℃以上に維持するように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する制御部と、
を具備する超音波手術システム。
【請求項２】
前記押圧は、前記切削部の前記軟骨への接触方向とは異なる方向の押圧である請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項３】
前記軟骨の所定の部分は、損傷した軟骨又は変性した軟骨である請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記軟骨の所定の部位以外の軟骨下骨及び海面骨の温度が４０℃以上にならないように前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記軟骨の温度が２２０℃を超えないように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記軟骨の温度が１６０℃を超えないように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記軟骨の所定の部位の温度を２．２秒以内に１２０℃以上１６０℃以下にし、且つ、前記軟骨の所定の部位の温度を１２０℃以上１６０℃以下に維持するように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する請求項１に記載の超音波手術システム。
【請求項８】
振動子で発生させた超音波振動によって軟骨の所定の部位を切削する切削具に接続される電源装置であって、
前記振動子を駆動させるための駆動電力を生成する出力部と、
前記軟骨の所定の部位の温度を２．２秒以内に１２０℃以上にし、且つ前記軟骨の所定の部位の温度を前記１２０℃以上に維持させる前記駆動電力を前記出力部から出力させる制御部と、
を備える電源装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、超音波手術システム及び電源装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明は、軟骨に適した条件で処置を行うことが可能な超音波手術システム及び電源装置を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の第１の態様の超音波手術システムは、軟骨を処置する超音波手術システムであって、駆動電力を生成する出力部と、前記出力部と接続され、前記駆動電力を超音波振動に変換する振動子と、前記振動子と接続され、前記超音波振動を伝達するプローブと、前記プローブに設けられ、前記軟骨の所定の部位と接触し、前記駆動電力に基づいて変換された超音波振動によって前記軟骨の所定の部位を発熱させるとともに、前記軟骨に接触させた状態で術者が押圧することで前記軟骨を削り取る切削部と、前記軟骨の所定の部位の温度を２．２秒以内に１２０℃以上にし、且つ、前記軟骨の所定の部位の温度を前記１２０℃以上に維持するように前記出力部から出力される前記駆動電力を制御する制御部とを具備する。
本発明の第２の態様の電源装置は、振動子で発生させた超音波振動によって軟骨の所定の部位を切削する切削具に接続される電源装置であって、前記振動子を駆動させるための駆動電力を生成する出力部と、前記軟骨の所定の部位の温度を２．２秒以内に１２０℃以上にし、且つ前記軟骨の所定の部位の温度を前記１２０℃以上に維持させる前記駆動電力を前記出力部から出力させる制御部とを備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明によれば、軟骨に適した条件で処置を行うことが可能な超音波手術システム及び電源装置を提供することができる。
【国際調査報告】
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