JPH07110278B2 - Ultrasonic surgery equipment - Google Patents
Ultrasonic surgery equipmentInfo
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- JPH07110278B2 JPH07110278B2 JP5070162A JP7016293A JPH07110278B2 JP H07110278 B2 JPH07110278 B2 JP H07110278B2 JP 5070162 A JP5070162 A JP 5070162A JP 7016293 A JP7016293 A JP 7016293A JP H07110278 B2 JPH07110278 B2 JP H07110278B2
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/32—Surgical cutting instruments
- A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
Landscapes
- Surgical Instruments (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を使用した外科
手術装置(超音波メス)に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surgical operating apparatus (ultrasonic scalpel) using ultrasonic waves.
【0002】[0002]
【従来の技術】外科用手術具中、メスは生体組織を切開
することを目的としている。電気メスやレーザーメス
は、細胞組織を焼灼すると同時に毛細血管等の血管も焼
灼し、切開と共に止血をも行なう機能を持ち、切開と同
時に止血を行なう手術分野には適した手術具である。し
かしながら、これらの手術具は組織の切開と同時に血管
や神経類をも同時に切断してしまうため、肝臓や脳組織
のように、血管や神経類が多数集積している手術部位、
或いは他の手術部位でも血管や神経類を残したい手術に
おいては電気メス、レーザーメスの利用はなかなか難し
く、従来から使われているステンレス刃、鋼刃或いはモ
スキート等に頼っている。2. Description of the Related Art In a surgical operation tool, a scalpel is intended to incise living tissue. Electric scalpels and laser scalpels have the function of cauterizing cellular tissues as well as cauterizing blood vessels such as capillaries, and having the function of performing hemostasis as well as making incisions, and are surgical instruments suitable for the surgical field of performing hemostasis simultaneously with incision. However, since these surgical instruments simultaneously cut blood vessels and nerves at the same time as incision of tissue, surgical sites where a large number of blood vessels and nerves are accumulated, such as liver and brain tissue,
Alternatively, it is quite difficult to use an electric scalpel or a laser scalpel in a surgery where it is desired to leave blood vessels or nerves at other surgical sites, and it relies on a stainless steel blade, a steel blade or a mosquito that has been conventionally used.
【0003】また、超音波による組織の切断或いは破砕
能を応用した手術具としては、整形外科、一般外科分野
では、骨や関節を切削するもの、眼科領域では白内障の
手術具、また歯科用では歯石除去用の超音波手術具等が
実用化されている。しかしながらこれら従来の超音波応
用手術具では、組織を広範囲に破砕するだけの超音波振
動の振幅とパワーを発揮するものではなく、極めて限定
した術野に専用の手術具として用いられているものであ
る。Further, as a surgical instrument to which the ability of cutting or crushing tissue by ultrasonic waves is applied, in the fields of orthopedic surgery and general surgery, a surgical instrument for cutting bones and joints, a surgical instrument for cataract in the ophthalmic field, and a dental instrument. Ultrasonic surgical tools for removing tartar have been put to practical use. However, these conventional ultrasonic surgical tools do not exert the ultrasonic vibration amplitude and power enough to crush tissue over a wide range, but are used as surgical tools dedicated to extremely limited surgical fields. is there.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な血管や神経類が集中している手術部位に於いて、血管
や神経類を傷つけることなく、切除すべき細胞を破砕に
より切断除去出来ると共に、生体組織の広範囲な分野
で、十分な組織破砕能力を発揮し得る超音波振動の振幅
とパワーを出し得る新規な超音波方式のメスを提供しよ
うとするものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to cut and remove cells to be excised by crushing at a surgical site where blood vessels and nerves are concentrated as described above without damaging the blood vessels and nerves. At the same time, it is an object of the present invention to provide a novel ultrasonic scalpel capable of producing the amplitude and power of ultrasonic vibration capable of exhibiting sufficient tissue crushing ability in a wide range of biological tissues.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、電源部、
増幅部、整合部、および帰還部から基本的に構成される
超音波発振器、および電歪型振動子の前後に金属製の前
面板と裏打板とを配してボルトで圧締接続し、前記超音
波発振器の超音波信号を機械的振動に変換する超音波変
換器と、先端部で開口した吸引孔を内包し、前記超音波
変換器の前面板に接続され超音波の機械的振動を増幅伝
達すると共に、該超音波振動をその先端部で生体組織に
印加する超音波ホーンとで構成されるハンドピース部か
らなる超音波手術装置であって、前記の超音波発振器を
構成する各部の回路が、電源部は、交流電源(6)より
供給された交流電圧を直流に変換するための、整流回路
(8)の前段に突入電流緩和回路(7)、後段に平滑回
路(9)を接続してなり、増幅部は、平滑回路(9)に
電力増幅回路(11)を接続し、電力増幅回路(11)
には振幅調整回路(14)及び起動衝撃緩和回路を各々
接続すると共に、電力増幅回路(11)を出た電気信号
をスパイク波除去回路(13)に入力するように接続し
てなり、整合部は、スパイク波除去回路(13)に続い
て、整合回路(15)、振幅レベル設定回路(16)及
び帰還信号検出回路(17)の順で接続してなり、帰還
部は、帰還信号検出回路(17)から、帰還信号Q調整
回路(20)及び帰還信号フィルター回路(21)を経
て、電力増幅回路(11)に帰還入力させるように接続
してなることを特徴とする。That is, the present invention provides a power supply unit,
An ultrasonic oscillator basically composed of an amplifying section, a matching section, and a feedback section, and a metal front plate and a backing plate are arranged in front of and behind the electrostrictive vibrator, and are connected by bolts with pressure. An ultrasonic transducer that converts the ultrasonic signal of the ultrasonic oscillator into mechanical vibration and a suction hole opened at the tip end are included and connected to the front plate of the ultrasonic transducer to amplify the mechanical vibration of the ultrasonic wave. An ultrasonic surgical device comprising a handpiece part configured to transmit and apply the ultrasonic vibration to a living tissue at its tip part, and a circuit of each part constituting the ultrasonic oscillator. However, the power supply unit connects an inrush current mitigating circuit (7) to the front stage of the rectifier circuit (8) and a smoothing circuit (9) to the rear stage for converting the AC voltage supplied from the AC power source (6) into DC. Then, the amplification unit includes a power amplification circuit (1 ) Connect the power amplifier circuit (11)
An amplitude adjusting circuit (14) and a start shock mitigating circuit are connected to each of them, and an electric signal output from the power amplifier circuit (11) is input to a spike wave removing circuit (13). Comprises a spike wave removing circuit (13), a matching circuit (15), an amplitude level setting circuit (16) and a feedback signal detecting circuit (17) connected in this order. The feedback section is a feedback signal detecting circuit. From (17), a feedback signal Q adjustment circuit (20) and a feedback signal filter circuit (21) are connected to the power amplification circuit (11) so as to be feedback input.
【0006】以下、図面にもとづいて詳述する。本発明
の超音波手術装置(超音波メス)は、図1に示すよう
に、電源部(1)、増幅部(2)、整合部(3)、およ
び帰還部(4)から基本的に構成される超音波発振器
と、図2に示すように、電歪型振動子(31)の前後に
前面板(32)と裏打板(30)とを配して、ボルトで
圧締接続した超音波変換器(5)、および、先端部(3
5)で開口した吸引孔(34)を有し、超音波振動を増
幅、伝達すると共に、先端部(35)でその超音波振動
を生体組織に印加し破砕する超音波ホーン(10)の3
つの部分で構成されている。The details will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the ultrasonic surgical device (ultrasonic scalpel) of the present invention basically comprises a power supply section (1), an amplification section (2), a matching section (3), and a feedback section (4). As shown in FIG. 2, a front plate (32) and a backing plate (30) are arranged in front of and behind the electrostrictive oscillator (31), and the ultrasonic waves are connected by tightening with bolts. Transducer (5) and tip (3
3) of the ultrasonic horn (10) which has the suction hole (34) opened in 5), amplifies and transmits the ultrasonic vibration, and applies the ultrasonic vibration to the biological tissue at the tip portion (35) to crush it.
It consists of two parts.
【0007】そして、超音波変換器(5)と超音波ホー
ン(10)とが接続一体化されて、生体組織を切断或い
は破砕するための、外科手術具となるハンドピース部を
形成している。Then, the ultrasonic transducer (5) and the ultrasonic horn (10) are connected and integrated to form a handpiece portion which is a surgical instrument for cutting or crushing living tissue. .
【0008】超音波変換器(5)は、電歪型振動子(3
1)の前後、図2では左右に超々ジュラルミン或いは硬
力アルミ合金等の高張力金属材料からなる裏打板(3
0)及び前面板(32)を設け、裏打板(30)、電歪
型振動子(31)、及び前面板(32)は互いに、図示
していないが高張力金属材料からなるボルトによりきつ
く接続固定する、所謂BLT(ボルト締めランジュバン
型振動子)型振動子構造とする。電歪型振動子(31)
は、PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)を用いるのが望ま
しく、その固有振動数は1〜100MHZ、望ましくは
10〜20MHZ程度が良い。電歪型振動子(31)の
両側に取り付ける裏打板(30)及び前面板(32)
は、裏打板(30)、電歪型振動子(31)、前面板
(32)、ホーン(10)で構成されるハンドピースの
振動数が20〜40KHZ、望ましくは、23〜28K
HZになるように直径及び長さを決める。The ultrasonic transducer (5) is an electrostrictive transducer (3
Before and after 1), and in Fig. 2 left and right, backing plates (3
0) and the front plate (32), and the backing plate (30), the electrostrictive vibrator (31), and the front plate (32) are tightly connected to each other by bolts (not shown) made of a high-strength metal material. A so-called BLT (Bolting Langevin type oscillator) type oscillator structure is used for fixing. Electrostrictive vibrator (31)
Is preferably PZT (lead zirconate titanate), and its natural frequency is 1 to 100 MHZ, preferably 10 to 20 MHZ. Backing plate (30) and front plate (32) attached to both sides of the electrostrictive vibrator (31)
Is a back plate (30), an electrostrictive vibrator (31), a front plate (32), and a horn (10), and the frequency of the handpiece is 20 to 40 KHZ, preferably 23 to 28 K.
Determine the diameter and length to be HZ.
【0009】超音波変換器(5)の前面板(32)とメ
ス部となるホーン(10)とは、高張力金属材料からな
るイモネジ(33)で接続固定する。ホーン(10)の
形状は、その先端部(35)の振幅を決定する重要な因
子であるが、一般的にはホーン(10)の先端部(3
5)の振幅は、ホーン(10)の根元部(36)の断面
積とホーン(10)の先端部(35)の断面積の比に反
比例する。本発明の超音波メスに使用するホーン(1
0)の先端部(35)の振幅は、50〜250μ、好ま
しくは100〜150μが望ましい。またホーン(1
0)の材質は高張力金属材料、望ましくはチタン合金が
良い。The front plate (32) of the ultrasonic transducer (5) and the horn (10), which is a female part, are connected and fixed by means of a set screw (33) made of a high tensile metal material. The shape of the horn (10) is an important factor that determines the amplitude of its tip (35), but generally the tip (3) of the horn (10).
The amplitude of 5) is inversely proportional to the ratio of the cross-sectional area of the root (36) of the horn (10) to the cross-sectional area of the tip (35) of the horn (10). The horn (1 used for the ultrasonic scalpel of the present invention
The amplitude of the tip portion (35) of (0) is 50 to 250 μ, preferably 100 to 150 μ. Also horn (1
The material of 0) is a high-strength metal material, preferably a titanium alloy.
【0010】PZTからなる電歪型振動子(31)を用
いた本発明における超音波変換器(5)に比べて、他の
振動子、例えばフェライトを用いた磁歪型振動子の場合
には、軸方向の圧縮に対しては強いが、伸びに対しては
弱く、その結果振幅を大きくすることができない。ま
た、ニッケル系の磁歪型振動子の場合は、本発明の電歪
型振動子に比べて耐衝撃性に乏しく、ホーンの先端部に
掛かる負荷が大きい場合には破損する恐れがあり、また
機械的Qが電歪型振動子に比し低くならざるを得ず、そ
の結果電気ロスが大きくなり、それが振動子の発熱とな
り、この発生する熱を水等の冷却手段で取り去らねば振
動子の破損につながると言う問題がある。Compared with the ultrasonic transducer (5) of the present invention using the electrostrictive oscillator (31) made of PZT, in the case of another oscillator, for example, a magnetostrictive oscillator using ferrite, Strong against axial compression but weak against elongation, resulting in inability to increase amplitude. Further, in the case of a nickel-based magnetostrictive oscillator, the shock resistance is poorer than that of the electrostrictive oscillator of the present invention, and there is a risk of damage if the load applied to the tip of the horn is large, and The target Q is inevitably lower than that of the electrostrictive oscillator, and as a result, the electrical loss increases, which causes heat generation in the oscillator, and the generated heat must be removed by cooling means such as water. There is a problem that it leads to damage.
【0011】本発明の電歪型振動子を用いた超音波変換
器方式の超音波メスでは、ホーン(10)の先端部(3
5)に掛かる負荷に対して強く、且つ機械的Qを高くと
れるので電気ロスも少く、振動子の発熱が少く、冷却手
段を用いなくても十分耐久性を発揮できる利点があり、
超音波メスの如く最も信頼性を要求される用途には最適
である。In the ultrasonic transducer type ultrasonic knife using the electrostrictive vibrator of the present invention, the tip portion (3) of the horn (10) is used.
It is strong against the load applied to 5) and has a high mechanical Q, so there is little electric loss, there is little heat generation of the vibrator, and there are advantages that it can exhibit sufficient durability without using cooling means,
It is ideal for applications that require the most reliability, such as ultrasonic scalpels.
【0012】次に、本発明の電歪型振動子を用いた超音
波変換器(5)の振動特性を、図2に基づき説明する。
図2の上段に図示するグラフは、超音波変換器(5)の
各部の軸方向の振幅パターンであり、電歪型振動子(3
1)の軸方向の中心部で振幅ゼロ、またホーン(10)
の絞り開始部(37)の付近で振幅ゼロ、電歪型振動子
(31)とホーン(10)の絞り開始部(37)間はイ
モネジ(33)付近をピークとする弧形となる。また、
裏打板(30)の左端(38)と電歪型振動子(31)
間も、裏打板(30)の左端(38)が最大振幅となる
半弧形となる。ホーン(10)の絞り開始部(37)と
ホーン(10)の先端部(35)間は、ホーン(10)
の先端部(35)が最大振幅となる半弧形となる。超音
波メスの性能の1つであるホーン(10)の先端部(3
5)の振幅の大きさは、前述のようにホーン(10)の
根元部(36)の断面積とホーン(10)の先端部(3
5)の断面積の比に大略反比例するので、本超音波メス
の治療対象部野、手術の程度等によりこの断面積を変
え、各種振幅のホーン形状をとり得る。Next, the vibration characteristics of the ultrasonic transducer (5) using the electrostrictive vibrator of the present invention will be described with reference to FIG.
The graph shown in the upper part of FIG. 2 is an amplitude pattern in the axial direction of each part of the ultrasonic transducer (5), and the electrostrictive vibrator (3
Zero amplitude in the axial center of 1), and horn (10)
The amplitude is zero in the vicinity of the diaphragm starting portion (37), and between the electrostrictive oscillator (31) and the horn (10) the diaphragm starting portion (37) has an arc shape having a peak in the vicinity of the set screw (33). Also,
Left end (38) of backing plate (30) and electrostrictive vibrator (31)
In the meantime, the left end (38) of the backing plate (30) has a semi-arc shape with the maximum amplitude. The horn (10) is provided between the aperture start portion (37) of the horn (10) and the tip end portion (35) of the horn (10).
It becomes a semi-arc shape in which the tip end (35) has the maximum amplitude. The tip (3) of the horn (10), which is one of the performances of the ultrasonic knife,
The magnitude of the amplitude of 5) depends on the cross-sectional area of the root portion (36) of the horn (10) and the tip portion (3) of the horn (10) as described above.
Since the ratio is substantially inversely proportional to the ratio of the cross-sectional area of 5), the cross-sectional area can be changed depending on the treatment target area of the ultrasonic scalpel, the degree of surgery, etc.
【0013】超音波メスによる外科手術をスムーズに且
つ安全に行なうためには、ハンドピース部を構成する超
音波変換器(5)における、超音波振動の発生を安定化
させることが必要とさせる。次に、図1に示した超音波
発振器の、上記の目的に適した超音波振動を得るための
基本回路の詳細を、図3に従い詳述する。In order to carry out a surgical operation with an ultrasonic scalpel smoothly and safely, it is necessary to stabilize the generation of ultrasonic vibrations in the ultrasonic transducer (5) constituting the handpiece part. Next, details of a basic circuit of the ultrasonic oscillator shown in FIG. 1 for obtaining ultrasonic vibration suitable for the above purpose will be described in detail with reference to FIG.
【0014】図1における電源部(1)は、突入電流緩
和回路(7)、整流回路(8)、及び平滑回路(9)よ
り構成される。商用交流電源(6)よりAC100Vま
たは適切なる交流電圧により電源供給を受け、突入電流
緩和回路(7)に接続される。突入電流緩和回路(7)
は、超音波メスの発振回路に電源投入する際、電源投入
時に流れる過大な電流が、交流電源を直流電源に変換す
るA−D変換回路である整流回路(8)内の整流素子を
破壊する場合があり、これを緩和する目的で設けたもの
である。この突入電流緩和回路(7)の採用により電源
回路の保護、安定化を図っている。また、整流回路
(8)で得られた直流波形の脈流のリップル率が大きい
と、超音波変換器(5)とホーン(10)とで構成され
る機械振動系が安定を欠くので、このリップル率を低減
する目的で平滑回路(9)を設けた。この平滑回路
(9)により、メス先端であるホーン(10)の先端部
では、極めて安定した超音波振動が得られる。The power supply unit (1) in FIG. 1 comprises an inrush current mitigating circuit (7), a rectifying circuit (8), and a smoothing circuit (9). Power is supplied from a commercial AC power supply (6) by AC100V or an appropriate AC voltage, and is connected to the inrush current mitigation circuit (7). Inrush current mitigation circuit (7)
When powering on the oscillating circuit of the ultrasonic scalpel, an excessive current flowing when the power is turned on destroys the rectifying element in the rectifying circuit (8), which is an A-D converting circuit for converting an AC power supply into a DC power supply. In some cases, it is provided to alleviate this. The inrush current mitigation circuit (7) is used to protect and stabilize the power supply circuit. If the ripple rate of the pulsating flow of the DC waveform obtained by the rectifier circuit (8) is large, the mechanical vibration system composed of the ultrasonic transducer (5) and the horn (10) lacks stability. A smoothing circuit (9) is provided for the purpose of reducing the ripple rate. By this smoothing circuit (9), extremely stable ultrasonic vibration is obtained at the tip of the horn (10) which is the tip of the scalpel.
【0015】増幅部(2)は、電力増幅回路(11)、
起動衝撃緩和回路(12)、スパイク波除去回路(1
3)及び振幅調整回路(14)から構成される。電力増
幅回路(11)には、冷却無しで連続発振を可能ならし
める低損失回路方式を用いた。一般に超音波発振回路で
ハイパワーを出す場合には、発振スタート時に電力増幅
素子及び超音波変換器(5)が電気的衝撃を受け、性能
劣化或いは破壊を招くことが多い。また、超音波変換器
(5)とホーン(10)とで構成される機械振動系は、
負荷状態での立上りが困難となるケースが多く、本発明
ではこれらの問題点を解決するため、起動衝撃緩和回路
(12)を設けて、電力増幅回路(11)と超音波変換
器(5)の保護、安定化を図り、且つハンドピースの機
械振動系の負荷状態における立上りを極めて容易ならし
めた。The amplification section (2) includes a power amplification circuit (11),
Start shock mitigation circuit (12), spike wave removal circuit (1
3) and an amplitude adjusting circuit (14). The power amplifier circuit (11) uses a low-loss circuit system that enables continuous oscillation without cooling. Generally, when a high power is generated by an ultrasonic oscillator circuit, the power amplification element and the ultrasonic transducer (5) are often subjected to an electrical shock at the start of oscillation, resulting in performance deterioration or destruction. Further, the mechanical vibration system composed of the ultrasonic transducer (5) and the horn (10) is
In many cases, it is difficult to start up in a loaded state. In order to solve these problems, the present invention is provided with a starting shock absorbing circuit (12), a power amplification circuit (11) and an ultrasonic transducer (5). Protects and stabilizes the machine, and makes it easier for the mechanical vibration system of the handpiece to rise under load.
【0016】しかも、電力増幅回路(11)からは、そ
の出力の電圧波形である方形波に重畳するスパイク波が
発生するが、このスパイク波が前記方形波の2倍以上と
なることが多く、増幅素子及び超音波変換器(5)の特
性劣化や、破壊の原因となりがちである。本発明では、
スパイク波除去回路(13)を電力増幅回路(11)の
後に設けることにより、前記のスパイク波を除去し、電
力増幅回路(11)内の増幅素子及び超音波変換器
(5)の保護、安定化を可能ならしめた。また、振幅調
整回路(14)を設け、ホーン(10)の先端、即ちメ
ス先端部の振動振幅の連続的変化を可能ならしめ、手術
対象部位の状態に応じた破砕度の調整を容易にした。Moreover, the power amplifier circuit (11) generates a spike wave which is superimposed on the square wave which is the voltage waveform of the output, and the spike wave is often twice or more the square wave. This tends to cause characteristic deterioration and destruction of the amplification element and the ultrasonic transducer (5). In the present invention,
By providing the spike wave removal circuit (13) after the power amplification circuit (11), the spike wave is removed, and the amplification element and the ultrasonic transducer (5) in the power amplification circuit (11) are protected and stabilized. I made it possible. Further, an amplitude adjusting circuit (14) is provided to make it possible to continuously change the vibration amplitude of the tip of the horn (10), that is, the tip of the scalpel, thereby facilitating the adjustment of the degree of crushing according to the state of the operation target site. .
【0017】次に、整合部(3)は、整合回路(1
5)、振幅レベル設定回路(16)、帰環信号検出回路
(17)、超音波変化器(5)に負荷される電力を検出
する電力検出部(18)、及びホーン(10)の振幅を
表示する振幅検出部(19)より構成される。整合回路
(15)は、ホーン(10)の先端、即ちメス先端部の
負荷が増大した場合でも、メス先端部の振動振幅が低下
することなく、超音波変換器(5)に電気的パワーを低
損失で投入するための回路であり、これにより、手術部
位の負荷の変化に対して超音波振動のパワーを維持し得
る。Next, the matching section (3) has a matching circuit (1
5), the amplitude level setting circuit (16), the return signal detection circuit (17), the power detection unit (18) for detecting the power applied to the ultrasonic wave changer (5), and the amplitude of the horn (10). It is composed of an amplitude detector (19) for displaying. The matching circuit (15) applies electrical power to the ultrasonic transducer (5) without decreasing the vibration amplitude of the knife tip even when the load on the tip of the horn (10), that is, the knife tip, increases. This is a circuit for inputting with a low loss, whereby the power of ultrasonic vibration can be maintained against changes in the load on the surgical site.
【0018】また、超音波変換器(5)を安定に作動さ
せるには、駆動振幅の適正化が重要であるが、本発明で
は振幅レベル設定回路(16)により、超音波変換器
(5)の低損失、安定化を図っている。そして帰還信号
検出回路(17)は、ホーン(10)の先端部にかかる
負荷条件ならびに温度によって変化する機械振動系の共
振周波数と振幅とを検出する回路であり、この信号を増
幅前段、即ち電力増幅回路(11)に帰還することによ
って、定振幅制御と周波数の自動追尾を可能ならしめて
いる。In order to operate the ultrasonic transducer (5) stably, it is important to optimize the drive amplitude, but in the present invention, the ultrasonic transducer (5) is controlled by the amplitude level setting circuit (16). We are aiming for low loss and stabilization. The feedback signal detection circuit (17) is a circuit that detects the resonance frequency and amplitude of the mechanical vibration system that changes depending on the load condition applied to the tip of the horn (10) and the temperature. Feedback to the amplifier circuit (11) enables constant amplitude control and automatic frequency tracking.
【0019】また、帰還部(4)は、帰還信号Q調整回
路(20)と帰還信号フィルター回路(21)とからな
る。前記の帰還信号検出回路(17)によって検出し
た、機械振動系の共振周波数と振幅とを、帰還信号Q調
整回路(20)及び帰還信号フィルター回路(21)を
経て、電力増幅回路(11)に帰還させるものである。
超音波発振の立上りを鋭くするには、発振スタート時の
帰還回路のQを高くする必要があるが、他方、超音波発
振が定常状態に入ってから、ホーン(10)の負荷変動
に対して安定な振動を維持するには、帰還回路のQは低
い方が良い。帰還信号Qの調整回路(20)は、この帰
還回路のQを自動調整することによって、振動の過渡状
態と定常状態とを安定化させる役割をするものである。The feedback section (4) comprises a feedback signal Q adjusting circuit (20) and a feedback signal filter circuit (21). The resonance frequency and amplitude of the mechanical vibration system detected by the feedback signal detection circuit (17) are fed to the power amplification circuit (11) via the feedback signal Q adjustment circuit (20) and the feedback signal filter circuit (21). It is to return.
In order to sharpen the rise of ultrasonic oscillation, it is necessary to increase the Q of the feedback circuit at the start of oscillation, but on the other hand, after the ultrasonic oscillation enters the steady state, it is against the load fluctuation of the horn (10). In order to maintain stable vibration, the Q of the feedback circuit should be low. The adjusting circuit (20) for the feedback signal Q serves to stabilize the transient state and steady state of vibration by automatically adjusting the Q of the feedback circuit.
【0020】一方、超音波変換器(5)とホーン(1
0)とから成る機械振動系は、主共振周波数以外にいく
つかのスプリアス周波数を持っていることが多く、この
スプリアス周波数は、超音波メスとしての不安定要素と
なる場合が多い。本発明では、このスプリアス周波数を
除去する目的で、帰還信号フィルター回路(21)を採
用し、超音波メスとしての安定化を可能ならしめてい
る。On the other hand, the ultrasonic transducer (5) and the horn (1
The mechanical vibration system consisting of (0) and (1) often has several spurious frequencies in addition to the main resonance frequency, and these spurious frequencies often become an unstable element as an ultrasonic knife. In the present invention, for the purpose of removing this spurious frequency, a feedback signal filter circuit (21) is adopted to enable stabilization as an ultrasonic knife.
【0021】次に、本発明の超音波メスのハンドピース
部の1実施例について、図2及び図4に基づき詳述す
る。図4は、本発明による超音波メスのハンドピース部
の全体図である。Next, one embodiment of the handpiece portion of the ultrasonic knife of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 4. FIG. 4 is an overall view of the handpiece portion of the ultrasonic knife according to the present invention.
【0022】図2に示すように超音波変換器(5)とホ
ーン(10)を接続一体化したハンドピース部は、握り
部(42)と保護管(43)を接続管(46)でネジ等
により機械的に接続してなるハウジング内に収納され、
その後端部にはコネクター(41)を介して、超音波発
振器の整合部(3)に接続されたケーブル(40)が接
続されている。そして、ハンドピース部の側部に沿っ
て、ホーン(10)先端部の手術部位に生理食塩水等を
供給するイリゲーションパイプ(44)を設けると共
に、ホーン(10)内に設けられた、手術部位にて発生
する血液、洗浄用の生理食塩水、破砕された細胞片等の
液状物質を吸引除去するための吸引孔(34)の後端側
は、ホーン(10)の後方側部に開口し、さらに超音波
変換器あるいは握り部(42)の側部に沿って設けられ
た吸引パイプ(45)に接続されている。As shown in FIG. 2, in the handpiece part in which the ultrasonic transducer (5) and the horn (10) are integrally connected, the grip part (42) and the protective tube (43) are screwed together with the connecting tube (46). Stored in a housing that is mechanically connected by
A cable (40) connected to the matching section (3) of the ultrasonic oscillator is connected to the rear end portion thereof via a connector (41). An irrigation pipe (44) for supplying physiological saline or the like is provided to the surgical site at the tip of the horn (10) along the side of the handpiece part, and the surgical site is provided inside the horn (10). The rear end side of the suction hole (34) for sucking and removing the liquid substances such as blood, physiological saline for washing, and crushed cell debris generated at step is opened to the rear side of the horn (10). Furthermore, it is connected to an ultrasonic transducer or a suction pipe (45) provided along the side of the grip (42).
【0023】吸引孔(34)は、保護管(43)の外側
に適宜の方法で接続したパイプジョイント(47)を介
して、吸引パイプ(45)に接続される。吸引パイプ
(45)の後端には、吸引ニップル(48)を、ロウ付
け或いはアルゴン溶接等適切な方法で接続する。この吸
引ニップル(48)には、図示していないが真空ポンプ
等の吸引装置に、これも図示していないがガラスビン等
のトラップを介して接続する、塩化ビニール樹脂、シリ
コーン樹脂等の吸引陰圧に耐え得る材質、形状のフレキ
シブルなチューブを接続する。The suction hole (34) is connected to the suction pipe (45) through a pipe joint (47) connected to the outside of the protection pipe (43) by a suitable method. A suction nipple (48) is connected to the rear end of the suction pipe (45) by a suitable method such as brazing or argon welding. The suction nipple (48) is connected to a suction device such as a vacuum pump (not shown) through a trap such as a glass bottle (not shown), but a negative suction pressure of vinyl chloride resin, silicone resin, or the like. Connect a flexible tube with a material and shape that can withstand.
【0024】イリゲーションパイプ(44)は、生理食
塩水等の洗浄液を手術部位に供給するためのものである
が、ホーン(10)の先端部近辺に開口端を設け且つホ
ーン(10)に接触させないで近接するよう配置するの
が望ましい。ホーン(10)に接触すると、このホーン
(10)が超音波振動している故、イリゲーションパイ
プ(44)が破損する恐れがあるし、また、ホーン(1
0)から余り離しすぎると、脳外科等のマイクロサージ
ェリーの場合等では、このイリゲーションパイプ(4
4)が邪魔になる場合がある。イリゲーションパイプ
(44)は、パイプジョイント(47)に適宜の方法で
固定または接続し、ホーン(10)との接触を防止し、
或いはホーン(10)から離れすぎるのを防止する。イ
リゲーションパイプ(44)の後端には、イリゲーショ
ンニップル(49)をロウ付け或いはアルゴン溶接等適
切な方法で接続する。このイリゲーションニップル(4
9)には、図示していないがペリスターポンプ等のロー
ラー型ポンプにより、これも図示していないが生理食塩
水等の洗浄水を供給する塩化ビニール樹脂、シリコーン
樹脂等のローラー型ポンプのしごきに耐え得る材質、形
状で、且つ医学的に安全であるフレキシブルなチューブ
を接続する。尚、吸引パイプ(45)及びイリゲーショ
ンパイプ(44)は、パイプ止メ具(50)により握り
部(42)に固定する。The irrigation pipe (44) is for supplying a cleaning solution such as physiological saline to the surgical site, but has an open end near the tip of the horn (10) and does not contact the horn (10). It is desirable to place them close to each other. When the horn (10) comes into contact with the horn (10), the irrigation pipe (44) may be damaged because the horn (10) is ultrasonically vibrated.
If it is too far away from (0), in the case of microsurgery such as brain surgery, this irrigation pipe (4
4) may get in the way. The irrigation pipe (44) is fixed or connected to the pipe joint (47) by an appropriate method to prevent contact with the horn (10),
Alternatively, prevent it from being too far from the horn (10). An irrigation nipple (49) is connected to the rear end of the irrigation pipe (44) by a suitable method such as brazing or argon welding. This irrigation nipple (4
In FIG. 9), a roller type pump such as a perister pump (not shown) is used to squeeze a roller type pump such as vinyl chloride resin or silicone resin which supplies washing water such as saline (not shown). A flexible tube with a material and shape that can withstand and is medically safe is connected. The suction pipe (45) and the irrigation pipe (44) are fixed to the grip portion (42) by a pipe stopper (50).
【0025】握り部(42)、接続管(46)、保護管
(43)からなるハウジングの材質としては、ハンドピ
ース全体の重量を下げ、術者の取り扱いを容易且つ楽に
するために、アルミニウムやジュラルミン等の軽くて腐
蝕に対して強い金属、或いは、フェノール樹脂、ABS
樹脂等の強度の高い合成樹脂等で構成するのが望まし
い。また、超音波メス部となるホーン(10)には、超
々ジュラルミン、チタン合金等、高周波の機械振動の伝
達性が良く且つ破壊に対して強い材質を用いる。As the material of the housing consisting of the grip portion (42), the connecting pipe (46) and the protective pipe (43), aluminum or aluminum is used in order to reduce the weight of the whole handpiece and to make the handling of the operator easy and easy. Light metals such as duralumin and strong against corrosion, or phenol resin, ABS
It is desirable to use a synthetic resin having high strength such as resin. Further, the horn (10) serving as the ultrasonic knife portion is made of a material such as ultra-super duralumin, titanium alloy, etc., which has a high transmissibility of high-frequency mechanical vibration and is resistant to breakage.
【0026】また、吸引パイプ(45)、イリゲーショ
ンパイプ(44)、吸引ニップル(48)、イリゲーシ
ョンニップル(49)、パイプジョイント(47)及び
パイプ止メ具(50)の材質は、ステンレススチール等
の耐腐蝕性且つ耐溶剤性の優れたものが望ましい。The material of the suction pipe (45), the irrigation pipe (44), the suction nipple (48), the irrigation nipple (49), the pipe joint (47) and the pipe stopper (50) is stainless steel or the like. It is desirable that it has excellent corrosion resistance and solvent resistance.
【0027】更に、本発明による超音波メスの超音波変
換器の他の実施例について、図4及び図5に基づき説明
する。前述の通り、本発明による超音波メスの超音波変
換器の振動子は、電歪型振動子を用いているので振動子
の電気ロスが少く、その結果振動子部の発熱を少くでき
るが、更に望むらくは、振動子部で発生する熱を除去し
得れば、振動子の耐久性が遙かに向上することは明らか
である。Further, another embodiment of the ultrasonic transducer of the ultrasonic scalpel according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. As described above, since the vibrator of the ultrasonic transducer of the ultrasonic knife according to the present invention uses the electrostrictive vibrator, the electric loss of the vibrator is small, and as a result, the heat generation of the vibrator unit can be reduced, Furthermore, it is clear that if the heat generated in the vibrator part can be removed, the durability of the vibrator is much improved.
【0028】そこで図5に示す如く、ホーン(10)内
に設けた吸引孔(34)の後端側は、中空型の電歪型振
動子(52)を用いた超音波変換器(5′)の軸全長に
亘って貫通して設けた吸引孔(55)に接続し、手術部
位に供給された生理食塩水等の洗浄水を、吸引孔(3
4)から吸引し、吸引孔(55)内を通過させることに
より、中空型電歪型振動子(52)を冷却することがで
きる。ここで、洗浄水を供給するためのイリゲーション
パイプは、図4の実施例と同じ方法でセットしたもので
よく、また、超音波変換器(5′)とホーン(10)と
を接続するためのイモネジ(53)も中空型とし、吸引
孔(34)及び(55)との気密化は、図示していない
がO−リング、テフロン製シールテープ等適切なるシー
ル方法で気密化をはかればよい。また図5では、吸引孔
をハンドピースの全長に亘って設けてあるが、裏打板
(54)上であれば超音波変換器(5′)の軸と直角方
向に吸引孔の取り出し口を設けてもよい。Therefore, as shown in FIG. 5, the rear end side of the suction hole (34) provided in the horn (10) is an ultrasonic transducer (5 ') using a hollow electrostrictive vibrator (52). ) Is connected to a suction hole (55) that penetrates the entire length of the shaft, and washing water such as physiological saline supplied to the surgical site is sucked into the suction hole (3).
The hollow electrostrictive oscillator (52) can be cooled by sucking it from 4) and passing it through the suction hole (55). Here, the irrigation pipe for supplying the cleaning water may be set by the same method as that of the embodiment of FIG. 4, and the ultrasonic transducer (5 ') and the horn (10) may be connected. The set screw (53) is also a hollow type, and the airtightness with the suction holes (34) and (55) may be achieved by an appropriate sealing method such as an O-ring or a Teflon sealing tape (not shown). . Further, in FIG. 5, the suction hole is provided over the entire length of the handpiece, but if it is on the backing plate (54), the extraction hole of the suction hole is provided in the direction perpendicular to the axis of the ultrasonic transducer (5 '). May be.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明による超音波
手術装置は、血管、神経等を傷つけることなく、周囲の
生体組織を破砕、切断することが出来ると共に、ホーン
先端部でより大きな振幅とパワーが得られ、広範囲の分
野で十分な組織破砕能力を発揮でき、スムーズ且つ安全
に施術を行なうことができるので、外科手術具として極
めて有用である。As described above in detail, the ultrasonic surgical apparatus according to the present invention can crush and cut living tissue around the horn without damaging blood vessels, nerves, etc., and has a larger amplitude at the tip of the horn. It is possible to obtain sufficient power, to exert sufficient tissue crushing ability in a wide range of fields, and to perform the operation smoothly and safely. Therefore, it is extremely useful as a surgical instrument.
【図1】本発明による超音波メスの基本的ブロック図で
ある。FIG. 1 is a basic block diagram of an ultrasonic scalpel according to the present invention.
【図2】本発明の一実施例となる超音波メスのハンドピ
ース部の構造、及び振動特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a structure and vibration characteristics of a handpiece portion of an ultrasonic knife according to an embodiment of the present invention.
【図3】図1に示した基本的ブロック図の詳細図であ
る。3 is a detailed view of the basic block diagram shown in FIG. 1. FIG.
【図4】本発明による超音波メスのハンドピース部の一
例を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a handpiece portion of an ultrasonic knife according to the present invention.
【図5】本発明による超音波メスのハンドピース部の他
の実施例を示す図である。FIG. 5 is a view showing another embodiment of the handpiece portion of the ultrasonic knife according to the present invention.
1 電源部 2 増幅部 3 整合部 4 帰還部 5、5′ 超音波変換器 8 整流回路 10 ホーン 11 電力増幅回路 15 整合回路 20 帰還信号Q調整回路 21 帰還信号フィルター回路 30、54 裏打板 31、52 電歪型振動子 32 前面板 34、55 吸引孔 44 イリゲーションパイプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 power supply section 2 amplification section 3 matching section 4 feedback section 5, 5'ultrasonic converter 8 rectifier circuit 10 horn 11 power amplification circuit 15 matching circuit 20 feedback signal Q adjustment circuit 21 feedback signal filter circuit 30, 54 backing plate 31, 52 electrostrictive vibrator 32 front plate 34, 55 suction hole 44 irrigation pipe
Claims (3)
から基本的に構成される超音波発振器、および電歪型振
動子の前後に金属製の前面板と裏打板とを配してボルト
で圧締接続し、前記超音波発振器の超音波信号を機械的
振動に変換する超音波変換器と、先端部で開口した吸引
孔を内包し、前記超音波変換器の前面板に接続され超音
波の機械的振動を増幅伝達すると共に、該超音波振動を
その先端部で生体組織に印加する超音波ホーンとで構成
されるハンドピース部からなる超音波手術装置であっ
て、 前記超音波発振器を構成する各部の回路が、 電源部は、交流電源(6)より供給された交流電圧を直
流に変換するための、整流回路(8)の前段に突入電流
緩和回路(7)、後段に平滑回路(9)を接続してな
り、 増幅部は、平滑回路(9)に電力増幅回路(11)を接
続し、電力増幅回路 (11)には振幅調整回路(14)
及び起動衝撃緩和回路を各々接続すると共に、電力増幅
回路(11)を出た電気信号をスパイク波除去回路(1
3)に入力するように接続してなり、 整合部は、スパイク波除去回路(13)に続いて、整合
回路(15)、振幅レベル設定回路(16)及び帰還信
号検出回路(17)の順で接続してなり、 帰還部は、帰還信号検出回路(17)から、帰還信号Q
調整回路(20)及び帰還信号フィルター回路(21)
を経て、電力増幅回路(11)に帰還入力させるように
接続してなる ことを特徴とする超音波手術装置。1. An ultrasonic oscillator basically composed of a power source section, an amplifying section, a matching section, and a feedback section, and a metal front plate and a backing plate arranged in front of and behind an electrostrictive vibrator. It is connected by tightening with a bolt and includes an ultrasonic transducer that converts the ultrasonic signal of the ultrasonic oscillator into mechanical vibration and a suction hole opened at the tip end, and is connected to the front plate of the ultrasonic transducer. An ultrasonic surgical device comprising a handpiece part configured to amplify and transmit mechanical vibrations of ultrasonic waves and to apply the ultrasonic vibrations to living tissue at its tip.
In the circuit of each unit constituting the ultrasonic oscillator, the power supply unit directly supplies the AC voltage supplied from the AC power supply (6).
Inrush current in front of the rectifier circuit (8) for converting into current
Connect the relaxation circuit (7) and the smoothing circuit (9) in the subsequent stage.
The amplifier section connects the power amplifier circuit (11) to the smoothing circuit (9).
Next, the power amplifier circuit ( 11) has an amplitude adjustment circuit (14).
And a start shock mitigation circuit are connected respectively, and power amplification
The electric signal output from the circuit (11) is converted into a spike wave removing circuit (1
3), the matching section is connected to the spike wave removing circuit (13),
Circuit (15), amplitude level setting circuit (16) and feedback signal
The signal detection circuit (17) is connected in this order, and the feedback section outputs the feedback signal Q from the feedback signal detection circuit (17).
Adjustment circuit (20) and feedback signal filter circuit (21)
Via the power amplifier circuit (11)
An ultrasonic surgical device characterized by being connected .
の後端側は、該超音波ホーンの後方側部に開口しハンド
ピース部の側部に沿って設けられた吸引パイプに接続さ
れていると共に、超音波ホーンに近接する位置にイリゲ
ーションパイプを設置し、その後端側は前記吸引パイプ
に平行して配設したことを特徴とする、請求項1記載の
超音波手術装置。2. A rear end side of a suction hole provided inside the ultrasonic horn is connected to a suction pipe opened at a rear side portion of the ultrasonic horn and provided along a side portion of the handpiece portion. and with which, established the irrigation pipe at a position close to the ultrasonic horn, the rear end is characterized in that disposed in parallel to the suction pipe, as claimed in claim 1, wherein <br/> ultrasonic surgical apparatus.
あって、超音波ホーンの内部に設けられた吸引孔が、超
音波変換器の内部を貫通してその後端部に開口している
ことを特徴とする、請求項1記載の超音波手術装置。3. An electrostrictive oscillator of an ultrasonic transducer is hollow, and a suction hole provided inside the ultrasonic horn penetrates the inside of the ultrasonic transducer and opens at a rear end thereof. The ultrasonic surgical device according to claim 1, wherein
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