(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内に挿入される医療モジュール機器であって、
超音波振動を生じる略矩形の圧電振動体と、
一部に円弧形状を有し、この円弧形状の部分が前記圧電振動体の端部と当接することで揺動する移動部材と、
前記圧電振動体及び前記移動部材を、前記圧電振動体の端部が挿入方向に向く様にかつ前記移動部材の揺動運動の中心軸がこの挿入方向と直交する様に支持する支持部材を先端に有すると共に目的の部位まで移動させるガイドワイヤと、
前記圧電振動体及び前記移動部材を外部から保護する皮膜と、
前記圧電振動体を駆動制御する駆動回路及び制御回路と、
を備えたことを特徴とする医療モジュール機器。
【請求項２】
前記圧電振動体の挿入方向の幅が０ｍｍより大きく２ｍｍ以下である請求項１記載の医療モジュール機器。
【請求項３】
前記圧電振動体は、縦振動を生じる第１の圧電層と、屈曲振
動を生じる第２の圧電層と、を備え、前記端部の超音波振動は、前記第１及び第
２の圧電層に生じる振動を合成して得られる楕円振動であることを特徴とする請
求項１又は２記載の医療モジュール機器。
【請求項４】
前記移動部材は検査治療部材を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の医療モジュール機器。
【請求項５】
前記検査治療部材は超音波内視鏡の超音波振動子であること
を特徴とする請求項４記載の医療モジュール機器。
【請求項６】
前記駆動回路は自励発振回路であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の医療モジュール機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば血管の深部等、体内の深部まで挿入可能であり、かつ、動力源を内蔵して先端の要部の動きに自由度を持たせた医療モジュール機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロマシン技術の進歩により、マイクロマシンを医療機器に応用することが期待されている。特に、患者への負担を低減させるべく、各種器官内や血管内など、体内の狭い箇所で機能して低浸襲治療を実現する治療機器や検査機器の開発が進められている。
【０００３】
代表例として、カテーテルに取り付けられて胃、尿管、血管などに挿入され、先端に取り付けられた超音波振動子から超音波ビームを送出し、その反射波を捉える超音波内視鏡がある。超音波内視鏡で断層像を得るためには、超音波振動子を機械的に回転若しくは変更する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実用化されている超音波内視鏡は、外部のモータの回転力をカテーテル内のワイヤにより先端の超音波振動子に伝達する方式をとっていた。すなわち、カテーテル内には、回転力伝達可能な程度の高剛性を有するワイヤが通っていたため、カテーテル本体の剛性が高くなり、超音波振動子を人体の深部まで挿入することは難しかった。
また、血管に従ってカテーテルを曲げた場合、その曲率が小さくなることもある。この場合、ワイヤがカテーテルのチューブ内壁に接触して摩擦を生じ、回転力を超音波振動子に円滑に伝達できず、超音波振動子に回転ムラが生じて画像に乱れが生じる可能性があった。
【０００５】
また、電磁型のアクチュエータを先端に内蔵させる方式や、形状記憶合金を用いる方式も考えられるが、前者の場合は、ＭＲＩ装置内等で強磁場を与えられた場合に誤作動する可能性があり、後者の場合は応答性が悪かった。
【０００６】
また、特開平７−１２４１０３号公報や特開平８−１７３４３４号公報には、バイモルフ型の圧電素子に超音波振動子を連結して超音波振動子を動かす機構が開示されている。しかし、これらの機構では限られた範囲で揺動する揺動機構しか実現できず、回転運動はできなかった。
【０００７】
本発明の課題は、先端に、非電磁型で十分な応答性を有する動力源を内蔵させることで、高剛性のワイヤを用いずに超音波振動子等の移動体を応答性よく移動でき、かつ、従来より挿入方向の断面積を小さくした医療モジュール機器を提供することである。さらに、移動体の揺動範囲を従来より広げ、また、移動体の回転運動も可能な医療モジュール機器を提供することも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明は、体内に挿入される医療モジュール機器であって、超音波振動を生じる略矩形の圧電振動体と、この圧電振動体の端部に生じる超音波振動を動力として移動する移動部材と、前記圧電振動体及び前記移動部材を、前記圧電振動体の端部が挿入方向に向く状態に支持すると共に目的の部位まで移動させるガイドワイヤと、前記圧電振動体及び前記移動部材を外部から保護する皮膜と、前記圧電振動体を駆動制御する駆動回路及び制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、板状の圧電振動体の端部に出力部材を設け、移動部材を出力部材から伝達される動力により移動させる構成としたため、高剛性のワイヤを用いなくても、応答性よく移動部材を移動できる。また、この移動方向や範囲も従来と比べて広く取れる。
また、圧電振動子端部を挿入方向に向け、該端部に出力部材と移動部材とを直列に接続した構成となるため、これらの設置に必要な空間の断面積は小さくなり、例えばガイドワイヤの断面積と等しい程度まで小さくできる。また、移動体は、圧電振動体の端部に生じる超音波振動を動力源として移動するため、簡単に圧電振動体の挿入方向の幅を小さく（例えば０ｍｍより大きく２ｍｍ以下）できる。すなわち、医療モジュール機器を従来より小型化して、血管の深部等、体内の深部まで挿入可能となる。
【００１０】
ここで移動部材としては、超音波内視鏡の超音波振動子や、血管の閉塞部において閉塞物を除去して閉塞状況を解消する除去部材等の検査治療部材、さらには該医療モジュール機器の先端部から角度を持って突出しており該先端部より先行することで該医療モジュール機器を所望の方向に案内するガイディング部材等が例示される。
【００１１】
また、圧電振動体の例としては、縦振動を生じる第１の圧電層と、屈曲振動を生じる第２の圧電層と、を備えた構成がある。この場合は、端部の超音波振動は、第１及び第２の圧電層に生じる振動を合成して得られる楕円振動である。
また、駆動回路として自励発振回路を用いると、複雑な回路を構成することなく安定した状態での駆動が実現できる。
【００１２】
また、移動部材を、圧電振動体により回転したり、あるいは揺動する。
前者の具体的構成としては、移動部材が挿入方向に設けられた軸に回転可能に貫かれており、圧電振動体の端部は、駆動力が移動体の回転方向を向くように、移動部材に接する構成がある。この場合、移動部材の回転可能範囲に制限はない。
後者の具体的構成としては、移動部材が、該医療モジュール機器断面方向に設けられた軸に揺動可能に貫かれており、圧電振動体の端部が、駆動力が前記移動体の揺動方向を向くように、前記移動部材に接する構成がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
まず、構成を説明する。
本発明の第１の実施の形態である医療モジュール機器１は超音波内視鏡であり、図１及び図２Ａ、Ｂに示すように、周知のガイドワイヤ１１先端に矩形の圧電振動体１２を支持部材１３を介して取り付け、支持部材１３先端に軸１４を突出固定し、軸１４に超音波振動子１５ａを保持した回転体１５を回転可能かつ圧電振動体１２の出力突起１２ａに接するよう取り付け、回転体１５の回転量すなわち位置を検出する位置検出機構１６（図２には不図示）を支持部材１３に取り付け、軸１４先端に回転体１５を出力突起１２ａに圧接させる加圧バネ１７を取り付け、ガイドワイヤ１１を介して圧電振動体１２及び位置検出機構１６と、体外の駆動制御回路１８（図２には不図示）を接続し、体内に挿入される部分を周知の皮膜１８で覆った構成である。
ここで、超音波振動子１５ａは超音波内視鏡に用いられる周知の素子である。
【００１４】
圧電振動体１２は矩形であり、圧電シート１２１〜１２６をその順に積層し、一端面に出力突起１２ａを設けた構造であり、医療モジュール機器１断面円周方向に駆動力が向くよう固定されている。
圧電シート１２１は、図３Ａに示すように、上面を縦横に２等分して形成される分割部を上下方向に互い違いに分極し、一方向に分極された分極部の上面に電極１２１ａを、他方向に分極された分極部の上面に電極１２１ｂを、それぞれ設けられた構成である。
圧電シート１２２は、図３Ｂに示すように、全体を一つの分極部として上下方向に分極し、その分極部上面に電極１２２ａを設けた構成である。
圧電シート１２３は、図３Ｃに示すように、圧電シート１２１と同様の分極構成及び電極構成をしており、上面に電極１２３ａ、１２３ｂをそれぞれ２つずつ備える。
圧電シート１２４、１２５、１２６は、図３Ｄ、Ｅ、Ｆに示すように、圧電シート１２２と同様の分極構成及び電極構成をしており、上面に電極１２２ａをほぼ全面に備える。
【００１５】
このような構造の圧電振動体１２は、圧電シート１２１〜１２６に同一の駆動信号を入力することで駆動するが、電極１２１ａ、１２１ｂにはいずれか一方にのみ駆動信号が入力される。同様に、電極１２３ａ、１２３ｂにはいずれか一方にのみ駆動信号が入力される。
ここで、圧電シート１２１、１２２、１２３は主として屈曲振動を発生し、圧電シート１２４、１２５、１２６は主として縦振動を発生する。すなわち、圧電振動体１２は、これらの屈曲振動及び縦振動の合成振動である楕円振動を端面に発生させ、この楕円振動を出力突起１２ａで増幅して外部に出力する。また、その楕円振動の回転方向は、電極１２１ａ、１２３ａに駆動信号を入力することで正方向となり、電極１２１ｂ、１２３ｂに駆動信号を入力することで逆方向となる。なお、回転方向が一方向のみで良い場合には、分割電極の電極方向を適時変更することで１２１ａ、１２１ｂ、１２３ａ、１２３ｂの全てに駆動信号を入力して、さらに駆動力を高めることも可能である。
【００１６】
支持部材１３は略矩形であり、一面に設けられた突起１３ａに圧電振動体１２の上面中心（或いは底面中心）を固定することで、圧電振動体１２を、その励振に影響を与えることなく保持する。
【００１７】
回転体１５は略円柱状であり、中心部に軸１４を通すための貫通孔を備え、その高さは軸１４の長さより小さい。回転体１５の側面の一部は縦に垂直に削られて、平面部１５ｂとなっている。回転体１５は、平面部１５ｂで超音波振動子１５ａを保持する。
【００１８】
回転量検出手段１６は、例えば、発光素子、受光素子及び回転体１５と共に回転するスリットから構成される周知の光学的回転量検出手段であり、検出結果を駆動制御回路１８に出力する。
【００１９】
駆動制御回路１８は、図４に例示するように周知の自励発振回路１８ａおよび制御手段１８ｂから構成される。制御手段１８ｂは、回転量検出手段１６の検出結果から超音波振動子１５ａの向きを認識すると共に、自励発振回路１８ａの２つのバッファ１８ｃを制御することで、電極１２１ａ、１２３ａおよび電極１２１ｂ、１２３ｂのうち、駆動信号を入力する電極の組合せすなわち駆動方向を選択する。
なお、図４には図示していないが、駆動制御回路１８は電極１２５に、電極１２１ａ、１２３ａ又は電極１２１ｂ、１２３ｂと同位相の駆動信号を入力する。
【００２０】
上述した構成の医療モジュール機器１において、圧電振動体１２を一方向に駆動すると、その駆動力は出力突起１２ａを介して回転体１５に伝わり、回転体１５を超音波振動子１５ａとともに軸１４まわりに回転させる。また、圧電振動体１２の駆動方向を逆転することで回転体１５及び超音波振動子１５ａを逆方向に回転できる。従って、血管に従ってカテーテルを曲げてその曲率が小さくなっても、先端の圧電振動体１２が動力源となっているため、超音波振動子１５ａの向きを応答性良く、かつ、精度良く制御できる。また、この回転量に制限はなく、何回転でも可能である。
【００２１】
また、医療モジュール機器１は、矩形の圧電振動体１２の端面からの出力を用いて回転体１５を回転させる構成としたため、簡単に圧電振動体１２の端面を小型化（例えば一辺を２ｍｍ以下）できる。また、圧電振動体１２の端面に回転体１５、超音波振動子１５ａ等を直列に設けたため、これらの設置に必要な空間の断面積はガイドワイヤ１１の断面積と概略等しい程度でよい。
従って、医療モジュール機器１は従来品より挿入方向の断面積が小さくなり、血管の深部等、体内の深部まで挿入可能となる。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態であり超音波内視鏡である医療モジュール機器２は、図５に示すように、ガイドワイヤ１１先端面に、矩形の支持部材２１を２つ、側面に設けた突起２１ａを対向且つ離間するよう直立に固定し、突起２１ａの間に圧電振動体１２を挟んで固定支持し、各支持部材２１の先端面に、先端部２２ａを９０゜折り曲げた軸２２を、先端部２２ａが突起２１ａと同じ向きになるよう固定し、半球状の揺動部材２３を、半球面を圧電振動体１２の出力突起１２ａに当接させた状態で先端部２２ａ間に揺動可能に組み付け、揺動部材２３の上平面に超音波振動子２３ａを組み付け、圧電振動体１２とガイドワイヤ１１先端面との間に、圧電振動体１２を揺動部材２３に押しつける加圧バネ２４を設け、体外の駆動制御回路１８（不図示）を接続し、体内に挿入される部分を皮膜１９で覆った構成である。
【００２３】
ここで、突起２１ａは、圧電振動体１２の上面中心（或いは底面中心ないし振動の節部近傍）を固定することで、圧電振動体１２を、励振に影響を与えることなく支持する。この結果、圧電振動体１２の駆動力の向きは突起２１ａに対して垂直となり、揺動部材２３を揺動させる方向となる。
【００２４】
従って、医療モジュール機器２において、超音波振動子２３ａは揺動部材２３を介して圧電振動体１２により揺動する。従って、超音波振動子２３ａの向きを精度良く、かつ応答性よく制御できる。また、揺動部材２３の揺動範囲も２７０゜程度は取れ、従来品より広くなる。
また、支持部材２１、圧電振動体１２、軸２２の組み付けに必要な空間の断面径は、ガイドワイヤ１１の断面とほぼ同じになるため、医療モジュール機器２の挿入方向の断面積は小さくて済む。
従って、医療モジュール機器２は従来品より挿入方向の断面積が小さくなり、血管の深部等、体内の深部まで挿入可能となる。
【００２５】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態である医療モジュール機器３は、ガイドワイヤ１１の先端面に圧電振動体１２、支持部材１３、軸１４、回転体１５、加圧バネ１７を医療モジュール機器１と同様の構成で組み付け、回転体１５に枠体３１を、先端部３１ａが軸１４先端前方に位置し、かつ、軸１４、加圧バネ１７に干渉しないよう固定し、先端部３１ａにシャフト３２を固定し、シャフト３２先端にガイディング部材３３をシャフト３２に対して傾斜して固定し、シャフト３２先端及びガイディング部材３３を除いて皮膜１９で覆い、位置検出機構１６及び駆動制御回路１８を医療モジュール機器１と同様の構成で備えた構成である。ここで、ガイディング部材３３は、先端に球体を備えた棒状部材である。また、本形態において回転体１５は小型化を目的として円板とする。
すなわち、医療モジュール機器３は、例えば血管内を進行する際に、血管の分岐点において進行すべき血管の方向にガイディング部材３３先端を向けることで、所望の方向に進む機器である。この際、ガイディング部材先端は球体であるため、血管内壁を傷つけることはない。
【００２６】
医療モジュール機器３において、ガイディング部材３３は回転体１５、枠体３１、シャフト３２を介して伝達される圧電振動体１２の駆動力により回転する。その回転可能範囲は３６０゜であるため、ガイディング部材３３は任意の方向に向ける。従って、任意の方向に進める。
また、圧電振動体１２、支持部材１３等の組み付け構造が医療モジュール機器１と同様の構成であるため、これらの部材の設置に必要な空間の断面積はガイドワイヤ１１の断面積と概略等しい程度となる。
従って、医療モジュール機器３は従来品より挿入方向の断面積が小さくなり、血管の深部等、体内の深部まで挿入可能となる。
【００２７】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態である医療モジュール機器４は、医療モジュール機器３と概略同様の構成であるが、ガイディング部材３３の代わりに除去部材４１をシャフト３２の先端に同心状に固定した構造であり、血管等の閉塞部を拡張あるいは開口させるための機器である。
除去部材４１は先端面４１ａが球面状であり、そこから後方に行くにつれて断面径を広げた構成である。詳細には、先端面４１ａから略１／５ほど断面径が一定の部分でありり、その後２／５ほど断面径を後方に行くにつれて広げ、残り２／５を後方に行くにつれて僅かずつ断面径を広げた構成である。
【００２８】
すなわち、医療モジュール機器４において、除去部材４１は圧電振動体１２を動力源として回転量の制限なしに回転する。従って、閉塞部を構成する血栓等に除去部材４１を回転させつつ押し込んで貫通させることで、該血栓等を切開、除去することができる。
また、除去部材４１の断面径を、最初を一定にしてその後広げたため、血管等に大きな損傷等を与えることなく血栓等を除去できる。
【００２９】
また、医療モジュール機器４は、医療モジュール機器３と同様に従来品より挿入方向の断面積を小さくできるため、より細い血管内に挿入できる。
【００３０】
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、略矩形の圧電振動体の端部に出力部材を設け、移動部材を出力部材から伝達される動力により移動させる構成としたため、高剛性のワイヤを用いなくても、応答性よく、超音波振動子等の移動部材を移動でき、また、小型化して挿入方向の断面積を小さくできる。このため、医療モジュール機器は、血管の深部等、体内の深部まで挿入可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の医療モジュール機器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の医療モジュール機器の構成を示す概略図であり、Ａは縦断面図、ＢはＡから９０゜回転させた縦断面図である。
【図３】Ａ〜Ｆは、ぞれぞれ、図１の圧電振動体を構成する圧電シートの平面図である。
【図４】図１の駆動制御回路の構成を説明するブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の医療モジュール機器の構成を示す概略図であり、Ａは縦断面図、ＢはＡから９０゜回転させた縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の医療モジュール機器の構成を示す概略図であり、Ａは縦断面図、ＢはＡから９０゜回転させた縦断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の医療モジュール機器の構成を示す概略図であり、Ａは縦断面図、ＢはＡから９０゜回転させた縦断面図である。
【符号の説明】
１、２、３、４  医療モジュール機器
１１  ガイドワイヤ
１２  圧電振動体
１２１、１２２、１２３  圧電シート（第１の圧電層）
１２４、１２５、１２６  圧電シート（第２の圧電層）
１４  軸
１５ａ  超音波振動子
１８  駆動制御回路（駆動回路及び制御回路）
１８ａ  自励発信回路
１９  皮膜
２２  軸
３３  ガイディング部材
４１  除去部材
【図１】
0004662515.tif 000002
【図２】
0004662515.tif 000003
【図３】
0004662515.tif 000004
【図４】
0004662515.tif 000005
【図５】
0004662515.tif 000006
【図６】
0004662515.tif 000007
【図７】
0004662515.tif 000008