(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法において、
初期的な駆動振動数において超音波発生装置による駆動電流によりハンド・ピース／ブレードを励起する工程と、
前記発生装置内に配置されている直接デジタル合成回路の振動数を前記ハンド・ピース／ブレードにおける共振外振動数に設定する工程と、
前記駆動電流を任意の既知のハンド・ピース／ブレードの組み合わせの共振時よりも低いレベルに設定する工程と、
目的の０°インピーダンス位相角度を探索する工程と、
前記駆動振動数の増加ステップ値はハンド・ピース内のトランスデューサにおけるインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相により決まり、インピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相が２個の指示値により示されている２次元のルックアップ・テーブルにより得られたステップ値にしたがって上記駆動振動数を勾配を付けて増加させる工程と、
前記目的の０°インピーダンス位相角度を一定の値に維持する工程と、
前記新しいレベルにおける前記駆動信号のインピーダンス位相角度およびインピーダンスの大きさをモニターして使用することにより、振動数補正値を計算する工程と、
前記計算した振動数補正値を用いて前記直接デジタル合成回路の振動数を補正する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
前記振動数補正値の計算は、０°インピーダンス位相角度におけるハンド・ピースの位相勾配対インピーダンスの関係に従って行われる、方法。
【請求項３】
請求項１または２の方法において、
前記駆動電流を低いレベルに設定する工程は、１００ｍＡのレベルを有する駆動電流を供給する工程を含む、方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの方法において、
前記目的の０°インピーダンス位相角度を探索する工程は、前記０°インピーダンス位相角度が位置決めできるまで所定のステップで徐々に駆動振動数を増加させる工程を含み、前記駆動振動数がハンド・ピース／ブレードのインピーダンスの大きさおよびインピーダンス位相角度による振動を回避するために徐々に増加される、方法。
【請求項５】
請求項４の方法において、
前記所定のステップが２０Ｈｚであり、少なくとも２ｋＨｚの速度で供給される、方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの方法において、
前記位相勾配対インピーダンスの関係が以下の関係式に基づく、方法。
ｆΔ＝φ* 位相勾配（|ｚ|）* ｋ
この式において、
ｆΔは計算された振動数補正値であり、
φは位相読取値、
ｚはオームで示すインピーダンス値、および
ｋはスケーリング因数である。
【請求項７】
請求項６の方法において、
前記スケーリング因数が１よりも小さい大きさを有する分数である、方法。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本発明は本発明と同一の発明の名称を有していて本明細書に参考文献として含まれる２０００年１０月２０日に出願されている米国仮特許出願第６０／２４１，８９０号に関連し、これに基づく優先権を主張する。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に超音波外科システムに関し、特にゼロ荷重下での超音波システムの始動性能を改善するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な外科用メスおよびレーザーが組織および血管を焼灼することにより軟質組織の切開および止血を同時に行なうという２種類の機能を実行するための外科装置として使用できることが知られている。しかしながら、このような装置は凝固状態を形成するために極めて高い温度を使用するために気化および発煙ならびにはねかえりを生じる。さらに、このような装置を使用することにより、比較的広い熱的な組織損傷の領域を形成する場合が多い。
【０００３】
超音波駆動機構による高速で振動する外科ブレードによる組織の切断および焼灼も良く知られている。このような超音波切断装置に付随する問題の一例は無調整状態または無減衰状態の振動および熱、およびこれらによる材料疲労である。動作空間の環境内において、ブレードを冷却するための熱交換器によるシステムの冷却処理を含むことによる上記加熱の問題を制御する試みがこれまで行なわれてきた。例えば、既知のシステムの一例において、超音波切断および組織フラグメント化システムは循環水ジャケットおよび切断部位の灌注および吸引のための手段を備えた冷却システムを必要とする。別の既知のシステムは切断ブレードへの低温流体の供給が必要である。
【０００４】
トランスデューサ内に発生する熱を制限するための手段として当該トランスデューサに供給する電流を制限することが知られている。しかしながら、このことにより患者の最も効果的な治療を必要とする時にブレードに不十分な出力を供給することが起こり得る。本特許出願の譲受人に譲渡されていて本明細書に参考文献として含まれるThomasに発行されている米国特許第５，０２６，３８７号はブレードに供給する駆動エネルギーを制御することにより冷却剤を使用することなく超音波外科切断および止血システムにおける発熱を調整するためのシステムを開示している。この特許によるシステムにおいて、超音波発生装置は特定の電圧、電流および例えば１秒当たり５５，５００サイクルの振動数の電気的信号を生成する超音波発生装置が備えられている。この発生装置はケーブルを介してハンド・ピースに接続されており、このハンド・ピースが圧電セラミック素子を収容して超音波トランスデューサを形成している。ハンド・ピース上のスイッチまたは別のケーブルにより発生装置に接続しているフット・スイッチに応じて、この発生装置の信号がトランスデューサに供給されて、その素子における長手方向の振動が生じる。一定の構造体がこのトランスデューサを外科ブレードに接続しており、これにより、外科ブレードが発生装置からの信号のトランスデューサへの供給時に超音波振動数で振動する。さらに、上記の構造体は所定の振動数で共振するように構成されているので、トランスデューサにより開始される動作が増幅できる。
【０００５】
トランスデューサに供給される信号はブレードの負荷状態（組織に対する接触または後退）についての継続的または周期的な感知情報に応じて適宜トランスデューサに出力を供給するように制御される。この結果、装置は低出力のアイドリング状態から、外科用メスの組織への接触の有無に自動的に応じて選択可能な高出力の切断処理状態に到達する。第３の高出力凝固モードはブレードが組織に接触していない時のアイドリング出力レベルへの自動復帰を伴って手動により選択可能である。この超音波出力はブレードに継続的に供給されないので、周囲の発熱を減少しながら、必要に応じて切開および焼灼のために組織に十分なエネルギーを供給できる。
【０００６】
上記Thomas特許におけるコントロール・システムはアナログ型である。位相ロック・ループ（電圧制御型オシレータ、周波数分割器、電源スイッチ、整合ネットワークおよび位相検出器を含む）がハンド・ピースに供給される振動数を安定化する。ハンド・ピースに供給される振動数、電流および電圧等のパラメータはブレード上の負荷により変化するので、マイクロプロセッサがこれらをサンプリングすることにより出力量を制御する。
【０００７】
上記Thomas特許において記載されているような典型的な超音波外科システム内の発生装置における出力対負荷曲線は２個の部分を有している。第１の部分は負荷の増加に従って出力が増加する定常的な電流供給を示している正の勾配を有している。第２の部分は負荷の増加に従って出力が減少する定常的または飽和状態の出力電圧を示している負の勾配を有している。第１の部分に対応して調整される電流は各電子部品の設計により固定され、第２の部分の電圧は設計における最大出力電圧により制限される。このようなシステムにおける出力対負荷の出力特性は種々のハンド・ピース・トランスデューサおよび超音波ブレードに対して最適化できないために上記の構成は柔軟性に欠ける。外科装置用の従来のアナログ型超音波出力システムの性能は部品の許容度および動作温度変化による発生装置の電子部品における可変性により影響を受ける。特に、温度変化は振動数ロック範囲、駆動信号レベル、およびその他のシステム性能測定値を含む重要なシステム・パラメータにおいて多様な変化を生じる。
【０００８】
効率的な様式で超音波外科システムを動作するために、始動時においてハンド・ピース・トランスデューサに供給される信号振動数を一定範囲において掃引することにより共振振動数を位置決めする。この位置が見つかると、発生装置の位相ロック・ループがその共振振動数に対してロックされ、電圧位相角度に対してトランスデューサ電流を継続してモニターして、その共振振動数でトランスデューサを駆動することにより当該装置を共振状態に維持する。このようなシステムにおける重要な機能はトランスデューサを負荷の存在下に共振する状態に維持することおよび共振振動数を変化する温度変化である。しかしながら、これら従来の超音波駆動システムは適応振動数制御に対して柔軟性がほとんどまたは全く無い。このような柔軟性は不所望な共振を識別するシステム能力において重要である。特に、これらのシステムは一方向における共振に応じて探索できるのみである、すなわち、振動数の増減を伴い、これらの探索パタンが固定されている。このシステムは（ｉ）無関係の共振モードを飛び越えること、またはどの共振を飛び越えるかまたはロックするか等の任意の発見的決定（heuristic decisions）を行なうことができず、（ｉｉ）適当な振動数の係止が行なわれている時のみにおいて出力供給を確実に行なうことができない。
【０００９】
さらに、従来技術の超音波発生装置システムは当該システムにおいて適応制御アルゴリズムの使用および決定動作を可能にする振幅制御においても柔軟性がほとんど無い。例えば、これらの固定されたシステムはブレード上の負荷および／または電圧位相角度に対する電流に基づいて例えば電流または振動数等の出力駆動要素に関する発見的決定を行なう能力に欠けている。このことはトランスデューサの有効寿命を延ばしてブレードに対する安全な動作条件を確定する一定の効率的な性能に対応する最適なトランスデューサ駆動信号レベルを設定するためのシステム能力も制限する。さらに、このような振幅および振動数に関する制御の欠如により、トランスデューサ／ブレード・システムについての診断検査および全体的なトラブルシューティングの支援を行なうシステム能力が低下する。
【００１０】
ブレードの応答はシステムが上記モードのいずれかである場合にトランスデューサに供給される電気的信号を測定することにより決定される。本明細書に参考文献として含まれる２０００年１０月２０日に出願されている米国特許第０９／６９３，６２１号に記載されている超音波システムは出力駆動振動数を掃引して、超音波トランスデューサおよびブレードの振動数応答をモニターし、この応答からパラメータを抽出して、これらのパラメータをシステム診断情報として使用する能力を有している。この振動数掃引および応答測定モードはデジタル・コードを介して達成され、その出力駆動振動数が従来技術の超音波システムにおいて存在しない高い解像度、精度、および再現性により段階付けできる。
【００１１】
超音波システムにおいて、トランスデューサ電圧とトランスデューサ電流との間の所望の位相角度を探索して維持するためのトランスデューサ駆動信号位相制御法を実施することが必要である。このようなシステムにおいては、共振振動数の探索が特定のトランスデューサに付随する所定の振動数および位相角度において行なわれ、システムがこれに従って位相−振動数応答曲線における固定点、すなわち、固定した位相設定点を探求するように設定される。この方法は既知の位相−振動数応答を有するハンド・ピース／ブレードに接続したシステムにおいて使用する場合に適している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の無負荷状態におけるハンド・ピース／ブレードの位相振動数応答は大きな正の勾配を有しており、この状態は発生装置における位相ロック・ループがゼロ負荷状態における始動中に共振振動に対してロックすることを困難にする。トランスデューサの駆動位相は超音波発生装置からの駆動信号の振動数に依存する。しかしながら、所望の位相が同一の共振振動数において常に存在するとは限らず、このことはトランスデューサの電気機械的特性に依存している。これらの特性は各トランスデューサおよび温度変化により変化し得る。従って、超音波システムと共に異なる位相−振動数応答を有する異なるハンド・ピース／ブレードを使用する場合に、当該ハンド・ピース／ブレードは異なるインピーダンスを有する可能性がある。この結果、上記のロックを行なうことは別のハンド・ピース／ブレードに付随する位相設定点における共振を探索するためのシステムの場合にさらに困難になる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法である。振動数制御ループにおける位相設定点は、ゼロ負荷状態における始動時において、当該位相設定点が低い正の勾配を有する位相−振動数応答曲線における一定の点と交差するように設定される。この位相−振動数応答曲線上の交差点は負荷の増加およびシステムＱ値（すなわち、共振における最小インピーダンス）の減少に従って変化する。
【００１４】
本発明によれば、コントローラが目的の０°インピーダンスの位相デルタ値（位相変数分）を「探索する（seeks）」。超音波発生装置の振動数は任意の既知のハンド・ピース／ブレードの組み合わせの共振よりも低い共振外振動数（off-resonance frequency）に設定される。駆動電圧がシステムの物理的制限値を超えないようにするために、駆動電流が一定の低いレベルに設定される。その後、目的の０°インピーダンス位相デルタ値が設定されるまで駆動振動数が段階的に徐々に増加される。
【００１５】
上記駆動振動数を勾配を付けて増加させるための駆動振動数の各増加段階はトランスデューサにおけるインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相により決まる。これらインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相が２個の指示値により示されている２次元のルックアップ・テーブルが上記駆動振動数を勾配を付けて増加するための振動周波数の各増加段階を含む。この場合に、インピーダンスの大きさおよび位相が高くなるほど、駆動振動数の段階の間隔が高くなる。目的の位相デルタ値が得られると、この値が一定値として維持される。このことを行なうために、インピーダンスの位相およびインピーダンスの大きさが測定されて振動数補正値を決定するために使用され、この振動数補正値が位相振動数応答曲線上に位相設定点を設定するために使用される。
【００１６】
上記の方法は位相設定点を低い正の勾配部分を有する位相−振動数応答曲線上の点に交差させることにより無負荷状態における低インピーダンス・ブレードを有する超音波外科システムの始動性能を改善する。さらに、この方法は異なるインピーダンスを有するハンド・ピース／ブレードの組み合わせの使用を可能にすることにより超音波システムにおける柔軟性を向上する。
本発明の上記およびその他の特徴および利点は以下の添付図面に基づく本発明の好ましい実施形態の詳細な説明によりさらに明らかになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による方法を実施するためのシステムを示している図である。ケーブル２０内の一式のワイヤにより、電気的エネルギー、すなわち、駆動電流がコンソール１０からハンド・ピース３０に送られ、このハンド・ピース３０において、電気的エネルギーが外科メス用ブレード３２のような外科装置に長手方向に沿う超音波振動動作を与える。このブレード３２は組織の同時的な切開および焼灼処理のために使用できる。ハンド・ピース３０に対する超音波電流の供給は当該ハンド・ピース３０上に配置されているスイッチ３４の制御下に行なうことができ、このスイッチ３４はケーブル２０内のワイヤを介してコンソール１０の中の発生装置に接続している。さらに、この発生装置はフット・スイッチ４０により制御可能であり、このフット・スイッチ４０は別のケーブル５０を介してコンソール１０に接続している。従って、使用時において、外科医は、自分の指でハンド・ピース上のスイッチ３４を操作するか自分の足でフット・スイッチ４０を操作して、ハンド・ピースに対して超音波電気信号を供給することによりブレードを一定の超音波振動数で長手方向に沿って振動させることができる。
【００１８】
発生装置のコンソール１０は液晶表示装置１２を備えており、この表示装置１２は最大切断出力率または切断出力に付随する数値的出力レベル等の種々の手段において選択される切断出力レベルを指示するために使用できる。この液晶表示装置１２はシステムにおける別のパラメータを表示するために使用することもできる。出力スイッチ１１を使用して装置を始動する。ウォーミング・アップ状態において、「待機（standby）」ライト１３が点灯する。動作準備が完了すると、「準備完了（ready）」インジケータ１４が点灯して、待機ライトが消える。装置が最大出力を供給する場合に、ＭＡＸボタン１５が押される。それよりも少ない出力が必要である場合には、ＭＩＮボタン１７を作動する。さらに、ＭＩＮボタン１７を作動する際の出力レベルがボタン１６により設定される。
【００１９】
診断検査を行なう場合に、この検査は「テスト（test）」ボタン１９により開始する。安全面の理由から、例えば、外科医または他の人員にブレードが触れている際に検査を開始しないことを確実にするために、ボタン１９はハンド・ピース・スイッチ３４またはフット・スイッチ４０との組み合わせで押す必要がある。さらに、ハンド・スイッチ３４をフット・スイッチ４０の代わりに作動する場合には、「ハンド作動（hand activation）」ボタン１８を押す必要がある。
【００２０】
図２においてさらに詳細に示すように、超音波ハンド・ピース３０は電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換してトランスデューサの各端部において長手方向に沿う振動動作を生じるための圧電変換トランスデューサ３６を収容している。トランスデューサ３６はそのスタック（堆積体）に沿う特定の点に配置されている動作ゼロ点（motion null point）を有する積み重ね状のセラミック圧電素子の形態である。このトランスデューサ・スタックは２個のシリンダ３１と３３との間に取り付けられている。さらに、シリンダ３５がシリンダ３３に取り付けられており、当該シリンダ３５は別の動作ゼロ点３７においてハウジング内に取り付けられている。さらに、ホーン３８はその一端側においてゼロ点３７に取り付けられていて、その他端側においてカップラー３９に取り付けられている。ブレード３２はこのカップラー３９に固定されている。この結果、ブレード３２はトランスデューサ３６による一定の超音波振動数の速度で長手方向に沿って振動する。トランスデューサの各端部は当該トランスデューサの共振振動数において約３８０ｍＡ・ＲＭＳの電流により駆動する場合に不動の節部を構成するスタックの部分を伴って最大の動作を行なう。しかしながら、この最大動作を行なう電流は各ハンド・ピースにより変化し、システムが使用できるハンド・ピースの不揮発性メモリーに記憶されているバルブである。
【００２１】
ハンド・ピースの部品はその組み合わせ体が同一共振振動数で振動するように設計されている。特に、最終的な各要素の長さが１／２波長になるように各要素が同調される。長手方向に沿う前後方向の動作は音響学的取付ホーン３８のブレード３２に近い方の直径が減少するに従って増幅される。従って、ホーン３８およびブレード／カップラーはブレード動作を増幅して音響システムにおける残りの部分に対して同調した共振振動を行なうように形状付けられて寸法付けられており、このことにより、ブレード３２に近接している音響学的取付ホーン３８の端部において最大の前後動作が生じる。トランスデューサ・スタックにおける動作がホーン３８により増幅されて約２０ミクロン乃至２５ミクロンまで移動する。さらに、カップラー３９における動作がブレードにより増幅されて約４０ミクロン乃至１００ミクロンまでブレードが移動する。
【００２２】
ハンド・ピースの中のトランスデューサを駆動するための超音波電気信号を形成するシステムを図３および図４に示す。この駆動装置は柔軟であり、所望の振動数および出力レベル設定値において駆動信号を形成できる。システム内のＤＳＰ６０またはマイクロプロセッサを使用して適当な出力パラメータおよび振動周波数をモニターして切断または凝固動作モードのいずれかにおいて供給される適当な出力レベルを生じる。ＤＳＰ６０またはマイクロプロセッサはさらにトランスデューサ／ブレードのようなシステム中の構成部品について診断検査を行なうために使用するコンピュータ・プログラムも記憶している。
【００２３】
例えば、ＤＳＰまたはマイクロコンピュータ６０に記憶されている位相補正アルゴリズム等のプログラムの制御下において、始動中の振動数を特定値、例えば、５０ＫＨｚに設定できる。このことは共振に接近していることを示すインピーダンスにおける変化を検出するまで特定速度で掃引することにより行なうことができる。その後、掃引速度を減少してシステムが共振振動数、例えば、５５ＫＨｚをオーバーシュートしないようにする。この掃引速度は、例えば、５０サイクルの増加分において振動数変化を得ることにより達成できる。比較的遅い速度が望まれる場合は、プログラムにおいて、例えば、２５サイクルにその増加分を減少することができ、両方の場合が測定したインピーダンスの大きさおよび位相に基づいて適応できる。もちろん、上記増加分の大きさを増加することによりさらに大きな速度が達成できる。さらに、上記の掃引速度は振動数の増加分の更新速度を変化することにより変更できる。
【００２４】
例えば、５１ＫＨｚにおいて不所望な共振モードが存在することが分かっている場合に、上記プログラムは、例えば６０ＫＨｚから振動数を下げて掃引して共振を見つけることができる。さらに、上記システムは５０ＫＨｚから掃引して不所望な共振が存在している５１ＫＨｚを飛び越えることができる。いずれの場合においても、このシステムは高度の柔軟性を有している。
【００２５】
動作時において、使用者は外科装置において使用する特定の出力レベルを設定する。この処理はコンソールのフロント・パネル上の出力レベルスイッチ１６により行なわれる。このスイッチはＤＳＰ６０に供給される信号１５０を発生する。その後、ＤＳＰ６０はコンソール・フロント・パネルの表示装置１２に対して配線１５２（図４）上に信号を送ることにより所定の出力レベルを表示する。さらに、ＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０はデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３０によりアナログ信号に変換されるデジタル電流レベル信号１４８を発生する。得られた基準のアナログ信号は電流設定点として加算ノード１３２に供給される。回路１２０からの平均出力電流を示す信号がノード１３２のネガティブ入力に供給される。ノード１３２の出力は電流エラー信号または振幅制御信号であり、その出力の振幅を調節するために直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路１２８に供給され、その出力における振動数はＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０からの配線１４６上の信号により制御される。電流レベル信号１４８、ＤＡＣ１３０、加算ノード１３０、および平均出力電圧１２２により供給される信号の調整により、ＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０による出力電流の調節が可能になり、定常的な電流モードでない場合の所望の出力対負荷曲線が作成可能になる。
【００２６】
実際に外科ブレードを振動させるために、使用者はフット・スイッチ４０またはハンド・ピース・スイッチ３４を作動する。この作動により図３における配線１５４上に信号が送られる。この信号は出力をプッシュ−プル増幅器７８からトランスデューサ３６に供給するために有効である。ＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０がハンド・ピース・トランスデューサの共振振動数をロックして出力がハンド・ピース・トランスデューサに継続的に供給されるようになると、オーディオ・ドライブ信号が配線１５６上に送られる。このことによりシステム内の音響指示手段が音を発生して、使用者に対して出力がハンド・ピースに供給されて外科用メスが動作状態になっていることを通知する。
【００２７】
図５および図６は本発明の方法の好ましい実施形態を示しているフロー・チャートである。図３および図４に示すＤＳＰまたはマイクロプロセッサ６０に記憶されているプログラムの制御下において、本発明の方法は工程４００において示すようにハンド・ピース／ブレードを励起するための超音波発生装置を使用することにより実施する。直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路の振動数は工程４１０において示すように任意の既知のハンド・ピース／ブレードの組み合わせにおける共振状態よりも低い共振外振動数（off-resonance frequency）に設定される。共振外の状態であると、システムのインピーダンスの大きさが極めて高い。従って、駆動電圧がシステムの物理的制限値を超えないようにするために、工程４２０において示すように、駆動電流を一定の低いレベルに設定する。好ましい実施形態において、この駆動電流は１００ｍＡに設定される。
【００２８】
次に、工程４３０において示すように位相ロック・ループが目的の０°インピーダンス位相角度（φ）を探索する。その後、工程４４０において示すように目的の０°インピーダンス位相角度が位置決めできるまで駆動振動数を段階的に徐々に増加する。ハンド・ピース／ブレードの共振に接近するに従って、これに対応するインピーダンスの大きさにおける減少が生じる。この場合に、電圧の大きさがシステムの物理的制限値よりも僅かに低い値に相当する点まで電流設定点を高めることができる。この振動数はハンド・ピース／ブレードのインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相角度の振動を避けるために徐々に勾配を付けて上昇させる必要がある。振動は目的の０°インピーダンス位相角度を位置決めするための探索によりハンド・ピース／ブレードの自然な機械的共振において生じる最大のｄφ／ｄｔを超える変位（ｄ／ｄｔ）の変化率に到達した時に生じる。
【００２９】
使用する駆動振動数の段階値はトランスデューサのインピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相により決まる。反共振（最大インピーダンスを有する振動数）および共振（最小インピーダンスを有する振動数）における振動数の差が「位相マージン（phase margin）」であり、ヘルツ単位で測定される。インピーダンスの位相およびインピーダンスの大きさが２種類の指示値により示されている二次元のルックアップ・テーブルにおいて駆動振動数のレベルを勾配を付けて段階的に高める場合に使用するための振動数の各段階値が含まれている。インピーダンスの大きさおよびインピーダンスの位相が高いほど、この駆動振動数の段階値の間隔が高くなる。上記のルックアップ・テーブルに記憶されている特定の位相および大きさにおける例示的な振動数の段階値はＸＸである。好ましい実施形態において、この振動数の段階値は２ＫＨｚ以上で供給される。
【００３０】
インピーダンスおよびインピーダンスの位相測定値を得るために、ＤＳＰ６０および図３および図４に示すその他の回路要素を使用する。特に、プッシュ−プル増幅器７８は超音波信号を出力変換器８６に供給し、さらに、この変換器８６はケーブル２６内の配線８５を介して信号をハンド・ピース内の圧電変換トランスデューサ３６に供給する。この配線８５内の電流および電圧は電流センス回路８８および電圧センス回路９２により検出される。これらの電流および電圧のセンス信号は平均電圧回路１２２および平均電流回路１２０にそれぞれ送られる。さらに、平均電圧がデジタル−アナログ変換器（ＡＤＣ）１２６によりデジタル・コードに変換されて、このデジタル・コードがＤＳＰ６０に入力される。同様に、電流平均信号がアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２４によりデジタル・コードに変換されて、このデジタル・コードがＤＳＰ６０に入力される。ＤＳＰ装置内において、電圧対電流の比率が進行中の基準に基づいて計算されて、振動数が変化する際にその時間におけるインピーダンス値が得られる。このインピーダンスにおける大幅な変化は共振が接近すると生じる。
【００３１】
電流センス８８および電圧センス９２からの信号は零交叉検出器１００，１０２にもそれぞれ供給される。これらは信号が零に対して交叉する時はいつでもパルスを生成する。検出器１００からのパルスは位相検出論理回路１０４に供給され、この回路１０４は当該信号により開始するカウンタを備えている。また、検出器１０２からのパルスは同様に論理回路１０４に供給されて上記のカウンタを停止するために使用できる。この結果、このカウンタにより得られる計数値は配線１０４上のデジタル・コードであり、電流と電圧との間の位相差を示す。さらに、この位相差の大きさは共振の存在も示す。これらの信号は位相ロック・ループの一部として使用でき、当該位相ロック・ループは、例えば、位相角度をＤＳＰ中の位相設定点に対して比較することにより発生装置からの振動数を共振に対してロックして、プッシュ−プル増幅器７８を駆動する直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路１２８に対して２値数により表現される振動数信号を発生する。あるいは、駆動信号を当該技術分野における熟練者により知られている電圧制御発信器（ＶＣＯ）を用いてプッシュ−プル増幅器７８に供給できる。
【００３２】
目的の位相角度が得られると、この位相角度は工程４５０として示すように一定に維持される。目的の０°インピーダンス位相角度が生じる共振振動数はハンド・ピース／ブレードの温度変化により変動する可能性があり、ハンド・ピース／ブレードにおける機械的負荷の変化により迅速に変化する可能性がある。これらの条件下において０°インピーダンスを維持するために、工程４６０において示すように、インピーダンス位相角度およびインピーダンスの大きさをモニターして使用することにより、図７に示す０°インピーダンス位相角度におけるハンド・ピースの位相勾配対インピーダンスの関係に従って振動数補正値を計算する。この計算は以下の関係式に従って行なう。
ｆΔ＝φ* 位相勾配（|ｚ|）* ｋ
この式において、ｆΔは計算した振動数補正値であり、φは位相読取値、ｚはオームで示すインピーダンス値、およびｋはスケーリング因数である。図７に示す位相勾配曲線は約０°の位相角度を中心にする約±４０°の範囲内において大幅に変化していないことに注目されたい。従って、本発明の方法を僅かに共振外である振動数において行なう場合においても、この曲線は適用可能である。上記のスケーリング因数ｋは１よりも小さい分数であり、この値はオーバーシュートを防ぐために適用され、インピーダンスの位相角度およびインピーダンスの大きさの測定値をフィルタ処理（選別）しながら導入される遅延を補正するために使用される。これらのインピーダンスの大きさおよび位相の読取値は移動ウインドウ・アベレージ・ルーチンによりフィルタ処理できる。この補正機能は１ＫＨｚの速度で適用できる。
【００３３】
本発明の方法によれば、位相設定点の低い正勾配を有する位相−振動数応答曲線上の一定位置への適応可能なリセット処理により、無負荷状態における超音波外科システムの始動性能が改善される。
【００３４】
以上において、本発明を詳細に図示および説明したが、これらは例示を目的としていることが明らかに理解でき、（本発明を）制限するためのものではないと考えるべきである。本発明の範囲および趣旨は本明細書において記載する特許請求の範囲およびその実施態様における用語のみにより限定される。
【００３５】
本発明の実施態様は以下の通りである。
（Ａ）ゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法において、
初期的な駆動振動数において超音波発生装置による駆動電流によりハンド・ピース／ブレードを励起する工程と、
前記発生装置内に配置されている直接デジタル合成回路の振動数を前記ハンド・ピース／ブレードにおける一定の共振外振動数に設定する工程と、
前記駆動電流を一定の低いレベルに設定する工程と、
目的の０°インピーダンス位相角度を探索する工程と、
前記駆動振動数を新しいレベルに増大する工程と、
前記目的の０°インピーダンス位相角度を一定の値に維持する工程と、
前記新しいレベルにおける前記駆動信号のインピーダンスおよび位相角度の大きさの各値をモニターして振動数補正値を計算する工程と、
前記計算した振動数補正値を用いて前記直接デジタル合成回路の振動数を補正する工程を含む方法。
（１）前記駆動電流を一定の低いレベルに設定する工程が、１００ｍＡのレベルを有する駆動電流を供給する工程を含む実施態様（Ａ）に記載の方法。
（２）前記目的の０°インピーダンス位相角度を探索する工程が、前記０°インピーダンス位相角度が位置決めできるまで所定の段階で徐々に駆動振動数を増加する工程を含み、前記駆動振動数がハンド・ピース／ブレードのインピーダンスの大きさおよびインピーダンス位相角度による振動を回避するために徐々に増加される実施態様（Ａ）に記載の方法。
（３）前記所定の段階が２０Ｈｚであり、少なくとも２ｋＨｚの速度で供給される実施態様（２）に記載の方法。
（４）前記振動数補正値の計算が０°インピーダンス位相角度におけるハンド・ピースの位相勾配対インピーダンスの関係に従って行なわれる実施態様（Ａ）に記載の方法。
（５）前記位相勾配対インピーダンスの関係が以下の関係式に基づく実施態様（４）に記載の方法。
ｆΔ＝φ* 位相勾配（|ｚ|）* ｋ
この式において、ｆΔは計算した振動数補正値であり、φは位相読取値、ｚはオームで示すインピーダンス値、およびｋはスケーリング因数である。
（６）前記スケーリング因数が１よりも小さい大きさを有する分数である実施態様（５）に記載の方法。
【００３６】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、ゼロ負荷状態における超音波外科システムの始動性能を改善するための方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための超音波外科切断および止血システム用のコンソール、およびハンド・ピースおよびフット・スイッチの斜視図である。
【図２】図１のシステムにおける超音波外科用メスのハンド・ピースにおける概略的切断図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態を実施するための超音波発生装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態を実施するための超音波発生装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の方法の好ましい実施形態を示すフロー・チャートである。
【図６】本発明の方法の好ましい実施形態を示すフロー・チャートである。
【図７】０°インピーダンス位相におけるハンド・ピース／ブレードに対応する位相勾配対インピーダンスの関係のプロット図である。
【符号の説明】
１０  コンソール
２０  ケーブル
３０  ハンド・ピース
３２  外科メス用ブレード
４０  フット・スイッチ
５０  ケーブル
【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６】
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【図７】
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