JP2014000525A - 超音波処置具および超音波処置システム - Google Patents
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Abstract
【課題】位相差信号に基づいて共振周波数制御を安定して行い、効率的な処置を実現する。
【解決手段】弾性体からなる角柱形状の柱状部材と、柱状部材の端部に固定され、柱状部材よりも小さな径のプローブ13と、柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極された板形状を有し、分極方向に交番電圧が印加されることにより柱状部材に振動を発生させてプローブ13を超音波振動させる複数の圧電素子15A,15Dとを備える超音波振動子10と、超音波振動子10を収容し、柱状部材を振動の振幅が零または極小となる節位置3B,3Cにおいて保持するケースと備え、圧電素子15A,15Dが、交番電圧が印加される駆動電極を有する内部圧電シートと、柱状部材の振動を検出する振動検出電極を有する外部圧電シートとが積層状態に配されて一体焼結してなる超音波処置具を提供する。
【選択図】図9
【解決手段】弾性体からなる角柱形状の柱状部材と、柱状部材の端部に固定され、柱状部材よりも小さな径のプローブ13と、柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極された板形状を有し、分極方向に交番電圧が印加されることにより柱状部材に振動を発生させてプローブ13を超音波振動させる複数の圧電素子15A,15Dとを備える超音波振動子10と、超音波振動子10を収容し、柱状部材を振動の振幅が零または極小となる節位置3B,3Cにおいて保持するケースと備え、圧電素子15A,15Dが、交番電圧が印加される駆動電極を有する内部圧電シートと、柱状部材の振動を検出する振動検出電極を有する外部圧電シートとが積層状態に配されて一体焼結してなる超音波処置具を提供する。
【選択図】図9
Description
本発明は、超音波処置具および超音波処置システムに関するものである。
従来、リング状の圧電素子を積層したランジュバン振動子(BLT)を用い、プローブの先端に超音波を作用させることにより生体組織の処置を行う超音波処置装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載の超音波処置装置は、積層されたリング状の圧電素子の全てが駆動用として動作する内部構造の振動子を搭載している。
そして、特許文献1に記載の超音波処置装置は、生体との接触によって振動面に負荷がかかった場合に、駆動装置側で駆動時の電流値と電圧値との位相差信号を検出し、検出された位相差信号に基づいて、圧電素子の振動振幅が最大となる共振周波数を制御するPLL(Phase−locked loop)制御により、処置具に発生する振動量をコントロールするようになっている。
また、圧電素子内部で振動検出を行う超音波モータが知られている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2に記載の超音波モータは、2枚の電極パターンを持つ圧電セラミックスシートを交互に積層して一体化した圧電積層体を有している。各圧電セラミックスシートの表面には駆動電極と振動検出電極とが分離して配置されており、圧電素子を積層した状態でもこれらの駆動電極と振動検出電極は重ならないようになっている。
そして、特許文献2に記載の超音波モータは、圧電積層体に屈曲振動モードと縦振動モードといった異なる2つの振動モードを同時に発生させて出力部分を楕円振動させることにより、出力部分に移動体を接触させて移動体を動かす動作を行うようになっている。
しかしながら、特許文献1に記載の超音波処置装置では、駆動時の電流値がノイズ成分を含んでいる可能性がある。駆動時の電流値にノイズ成分が含まれていると、電流値が不安定になることから、ノイズ成分を含まない電流値に基づいた場合と比較して位相差信号の検出時間が長くなり、共振周波数の制御が遅れて処置に要するまでの時間がかかるという不都合が考えられる。また、ねじ軸を持ち複数枚のリング状の圧電素子を積層してナットで締めこんで固定する構造であるため、部品点数が多く小型化を実現するのが難しいという問題がある。
一方、特許文献2に記載の超音波モータでは、駆動電極が分離して配置されているため、電極がない部分、すなわち、振動検出電極が配置されている部分や電極自体が配置されていない部分では、上述した屈曲振動モードや縦振動モード以外の振動モードが発生している可能性が高い。また、振動検出電極も駆動層と重ならない位置に配置されているため、検出したい振動に埋もれて別の振動を拾ってしまう可能性があり、特許文献1に記載の超音波装置と同様に制御的な問題が発生する。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、位相差信号に基づいて共振周波数制御を安定して行い、効率的な処置と小型化を実現することができる超音波処置具および超音波処置システムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、弾性体からなる角柱形状の柱状部材と、前記柱状部材の端部に固定され、該柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、前記柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極を有し、該分極方向に交番電圧が印加されることにより前記柱状部材に振動を発生させて前記棒状部材を超音波振動させる複数の圧電素子とを備える超音波振動子と、該超音波振動子を収容し、前記柱状部材を前記振動の振幅が零または極小となる節部において保持するケースと備え、前記圧電素子が、前記交番電圧が印加される駆動電極を有する第1圧電素子部材と、前記柱状部材の前記振動を検出する振動検出電極を有する第2圧電素子部材とが積層状態に配されて一体焼結してなる超音波処置具を提供する。
本発明は、弾性体からなる角柱形状の柱状部材と、前記柱状部材の端部に固定され、該柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、前記柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極を有し、該分極方向に交番電圧が印加されることにより前記柱状部材に振動を発生させて前記棒状部材を超音波振動させる複数の圧電素子とを備える超音波振動子と、該超音波振動子を収容し、前記柱状部材を前記振動の振幅が零または極小となる節部において保持するケースと備え、前記圧電素子が、前記交番電圧が印加される駆動電極を有する第1圧電素子部材と、前記柱状部材の前記振動を検出する振動検出電極を有する第2圧電素子部材とが積層状態に配されて一体焼結してなる超音波処置具を提供する。
本発明によれば、第1圧電素子部材の駆動電極を介して圧電素子の分極方向に交番電圧を印加すると、圧電素子が分極方向に直交する方向に伸縮することによって、柱状部材に振動が発生し、その振動が棒状部材に伝達されることにより、棒状部材が超音波振動させられる。そして、振動検出電極により柱状部材の振動を検出することで、棒状部材の超音波振動の振幅を確認することができる。
この場合において、複数の第1圧電素子部材と第2圧電素子部材とを一体焼結した板状の圧電素子を構成するとともに、その圧電素子を柱状部材の側面に固定した超音波振動子を構成することで、第1圧電素子部材および第2圧電素子部材のほぼ積層枚数の逆数分だけ駆動電圧を低減しつつ、柱状部材を細径化して超音波振動子を小型化することができる。
また、第1圧電素子部材の広範囲に駆動電極を形成することにより、超音波振動子の略全体に所望の振動モードを発生させることができる。そして、第1圧電素子部材に対して、振動検出電極を有する第2圧電素子部材を積層状態に配置することで、柱状部材の振動を精度よく検出することができる。したがって、駆動時の電流値と電圧値との位相差信号を安定して検出して共振周波数を迅速に制御することができ、これにより、超音波振動子に発生する振動量を精度よくコントロールして、効率的な処置を行うことができる。
上記発明においては、前記第2圧電素子部材が、前記駆動電極を有することとしてもよい。
このように構成することで、圧電素子の第2圧電素子部材の駆動電極にも交番電圧を印加して、圧電素子の駆動力を向上することができる。これにより、処置能力の向上を図ることができる。
このように構成することで、圧電素子の第2圧電素子部材の駆動電極にも交番電圧を印加して、圧電素子の駆動力を向上することができる。これにより、処置能力の向上を図ることができる。
また、上記発明においては、前記圧電素子が、絶縁状態に形成された絶縁面を有する前記第1圧電素子部材を備え、該第1圧電素子部材の前記絶縁面を前記柱状部材の側面に接触させて固定されていることとしてもよい。
このように構成することで、圧電素子の駆動時に柱状部材および棒状部材に電気が流れるのを防ぎ、超音波振動子から生体に電流が漏れるのを防止することができる。したがって、神経活動を伴う臓器の処置に対して、より適した処置具を提供することができる。
このように構成することで、圧電素子の駆動時に柱状部材および棒状部材に電気が流れるのを防ぎ、超音波振動子から生体に電流が漏れるのを防止することができる。したがって、神経活動を伴う臓器の処置に対して、より適した処置具を提供することができる。
また、上記発明においては、前記駆動電極に前記交番電圧を入力する駆動配線と、前記振動検出用電極により検出された前記振動を出力する検出配線とを備え、前記駆動配線および前記検出配線が、前記駆動電極および前記振動検出用電極における前記節部近傍に接続されていることとしてもよい。
このように構成することで、駆動配線と検出配線によって超音波振動子の振動が妨げられることなく、圧電素子に交番電圧を供給したり柱状部材の振動の振幅を検出したりすることができる。
このように構成することで、駆動配線と検出配線によって超音波振動子の振動が妨げられることなく、圧電素子に交番電圧を供給したり柱状部材の振動の振幅を検出したりすることができる。
本発明は、上記いずれかの超音波処置具と、前記振動検出電極により検出された振動が予め設定された振幅値となるように、前記圧電素子に印加する交番電圧の周波数を変更する周波数制御部とを備える超音波処置システムを提供する。
本発明によれば、振動検出用電極により検出される柱状部材の振動の振幅値に負荷変動があった場合において、周波数制御部により柱状部材の振動の振幅値、すなわち、棒状部材の超音波振動の振幅値を一定に維持することができる。これにより、安定かつ効率的な処置を行うことができる。
本発明によれば、位相差信号に基づいて共振周波数制御を安定して行い、効率的な処置を実現することができるという効果を奏する。
〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波処置システム100は、図1に示すように、生体の体腔内に挿入される超音波処置具1と、超音波処置具1を駆動する駆動装置60とを備えている。
本発明の第1実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波処置システム100は、図1に示すように、生体の体腔内に挿入される超音波処置具1と、超音波処置具1を駆動する駆動装置60とを備えている。
超音波処置具1は、図2(a)および図2(b)に示すように、超音波振動を発生する超音波振動子10と、超音波振動子10を収容するケース40と、超音波振動子10と駆動装置60とを接続するケーブル51A,51B,51C,51Dとを備えている。この超音波処置具1は、主に内視鏡の鉗子口などに挿入して使用される内科向けの軟性タイプであり、ケース40などの硬質部分の長さが短く、外観のほとんどが柔らかいケーブル51A,51B,51C,51Dで構成されている。
超音波振動子10は、図3に示すように、弾性体からなる略角柱形状(本実施形態においては、四角柱。)の柱状部材11と、柱状部材11の端部に固定され、柱状部材11よりも小さな径の円柱形状を有する弾性体からなるプローブ(棒状部材)13と、柱状部材11の4側面に固定された4つの圧電素子15とを備えている。
この超音波振動子10は、圧電素子15が分極方向に対して直交する方向に広がる振動(横効果)を利用して、4つの圧電素子15と一体化された柱状部材11に対して、その長手方向に直交する方向に屈曲する振動または長手方向に沿う方向に伸縮する振動を発生させ、その振動をホーン17を介してプローブ13に伝播させることができるようになっている。
柱状部材11は、例えば、ステンレス、Ti合金またはアルミなどの材質により形成されている。柱状部材11の4側面には、鏡面処理が施されており、それぞれエポキシ系の接着剤により圧電素子15が接着されている。また、柱状部材11には、その端部に弾性体からなるホーン17が設けられており、ホーン17の先端にプローブ13が取り付けられている。
ホーン17は、柱状部材11の端部からプローブ13に近づくに従い横断面積が徐々に小さくなる円錐形状を有している。ホーン17を設けることで、柱状部材11とプローブ13との機械インピーダンスの整合をとることができ、柱状部材11において発生した振動エネルギーを拡大してプローブ13に伝播し、プローブ13の振幅を大きくすることができるようになっている。
圧電素子15は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの材質により形成されている。また、圧電素子15は、例えば、図4に示すように、角板形状を有しており、板厚方向に分極されている。図中、符合aは圧電素子15の短手方向の寸法を示し、符合bは圧電素子15の長手方向の寸法を示し、符合tは圧電素子15の板厚方向の寸法を示している。
これらの圧電素子15は、図5に示すように、それぞれ数十ミクロンの厚さを有する1枚の外部圧電シート(第2圧電素子部材)21と4枚の内部圧電シート(第1圧電素子部材)31A,31B,31C,31Dとが積層状態に配されて一体焼結されて形成された5層構造を有している。これの外部圧電シート21および内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの長手方向の寸法および短手方向の寸法は、圧電素子15の長手方向の寸法および短手方向の寸法そのものである。
外部圧電シート21は、図6(a)に示すように、柱状部材11の振動を逆圧電効果によって検出する振動検出電極23を備えている。振動検出電極23は、外部圧電シート21の長手方向の寸法よりも若干短い寸法cと外部圧電シート21の短手方向の寸法よりも若干短い寸法dとを有する矩形状に形成されており、外部圧電シート21の表面に配されている。振動検出電極23が形成された外部圧電シート21を外部電極パターンとする。
内部圧電シート31A,31B,31C,31Dは、図6(b),(c)に示すように、それぞれ交番電圧が印加される駆動電極33を備えている。駆動電極33は、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの長手方向の寸法と略同一の寸法bと内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの短手方向の寸法よりも若干短い寸法eとを有する矩形状に形成されており、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの表面に配されている。
これらの内部圧電シート31A,31B,31C,31Dは、駆動電極33の配置が異なる2つのパターン、すなわち、図6(b)に示す第1内部電極パターンと図6(c)に示す第2内部電極パターンに分けられ、第1内部電極パターンの内部圧電シート31A,31Cと第2内部電極パターンの内部圧電シート31B,31Dとが交互に配されている。
すなわち、圧電素子15は、図5に示すように、第1内部電極パターンの内部圧電シート31A、第2内部電極パターンの内部圧電シート31B、第1内部電極パターンの内部圧電シート31C、第2内部電極パターンの内部圧電シート31D、外部電極パターンの外部圧電シート21の順に積層されて構成されている。
このような板状積層型の圧電素子15は、図7(a),(d)に示すように、積層方向の一端に外部圧電シート21の振動検出電極23を有している。また、圧電素子15は、図7(b),(d)に示すように積層方向に直交する一側面に内部圧電シート31A,31Cの駆動電極33(D)を有し、反対側の一側面に内部圧電シート31B,31Dの駆動電極33(GND)を有している。
また、圧電素子15は、図7(c),(d)に示すように、内部圧電シート31Aの裏面側にも駆動電極33(GND)を有している。図7(d)において、矢印は、各圧電シート21,31A,31B,31C,31Dの分極方向を示している。
圧電素子15の積層方向の他端に配された駆動電極33(GND)と一側面に配された駆動電極33(GND)とは互いに繋がっており、GND(グラウンド)として機能するようになっている。以下、振動検出電極23のうち実際に振動検出用として機能させるものを「S電極」とし、駆動電極33のうち、実際に駆動用として機能させるものを「D電極」とし、GNDとして機能させるものを「GND電極」と記して区別する。
このような4つの圧電素子15は、図8(a),(b),(c),(d)に示すように、外部圧電シート21の振動検出電極23を外側に向け、内部圧電シート31Dの駆動電極33(GND電極)を内側(柱状部材11の表面と接触する面側)に向けて、柱状部材11の各側面に接着固定されている。以下、4つの圧電素子15を個々に記す場合は、第1圧電素子15A、第2圧電素子15B、第3圧電素子15C、第4圧電素子15Dとする。
ケース40は、図2(a),(b)に示すように、超音波振動子10が挿入される筒状の管41と、管41に挿入された超音波振動子10を保持する振動子固定ネジ43と、管41に挿入された超音波振動子10を体液や除去した脂肪等から保護する防水シート45とを備えている。
管41は、長手方向の一端が開口して他端が閉塞した中空構造を有している。この管41は、超音波振動子10の柱状部材11および圧電素子15を収容して、プローブ13を開口部から外方に突出させるようになっている。また、管41は、円筒部に形成された複数のネジ穴41aと、閉塞端に形成された複数の配線口41bとを有している。
ネジ穴41aは、管41に超音波振動子10が収容された状態で、柱状部材11の振動の振幅が零または極小となる節位置(節部)3に対応する位置に形成されている。配線口41bには、超音波振動子10に接続されたケーブル51A,51B,51C,51Dが通されて、接着剤Fにより隙間が塞がれている。
振動子固定ネジ43は、管41の各ネジ穴41aから挿入されて、管41に収容された超音波振動子10の柱状部材11の各節位置3を押圧するようになっている。これにより、振動子固定ネジ43は、柱状部材11を節位置3において保持して、超音波振動子10を固定することができるようになっている。
防水シート45は、例えば、シリコン等の伸縮性を有する材質により形成されている。この防水シート45は、管41の開口部に設けられており、管41に収容された超音波振動子10のホーン17と管41の開口部との隙間を閉塞した状態で、接着剤Fによってホーン17と管41の開口部とに固定されている。これにより、柱状部材11および圧電素子15が収容された管41の開口部が密閉されている。
ケーブル51A,51B,51C,51Dは、駆動電極33に交番電圧を入力する第1駆動用ケーブル51Aおよび第2駆動用ケーブル51Bと、振動検出電極23により検出された振動を駆動装置60に出力する第3振動検出用ケーブル51Cおよび第4振動検出用ケーブル51Dとに分けられる。
これらの各ケーブル51A,51B,51C,51Dは、図9に示すように、柱状部材11が長手方向に交差する方向に屈曲する振動、すなわち、屈曲振動する超音波振動子10の節位置3(3A,3B,3C)近傍に配線されている。
第1駆動用ケーブル51Aは、一端が第1駆動用コネクタ53Aに接続され、他端が3つに分岐して、1つが弾性体における共通のGND(グラウンド)であるホーン17上の節位置3Aに接続され、別の1つが第1圧電素子15Aの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続され、最後の1つが第4圧電素子15Dの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続されている。
第2駆動用ケーブル51Bは、図9および図10に示すように、一端が第2駆動用コネクタ53Bに接続され、他端が3つに分岐して、1つが同じくホーン17上の節位置3Aに接続され、別の1つが第2圧電素子15Bの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第3圧電素子15Cの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続されている。
第3振動検出用ケーブル51Cは、一端が振動検出用コネクタ53Cに接続され、他端が2つに分岐して、一方が同じくホーン17上の節位置3Aに接続され、他方が第1圧電素子15Aの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
第4振動検出用ケーブル51Dは、一端が振動検出用コネクタ53Dに接続され、他端が2つに分岐して、一方が同じくホーン17上の節位置3Aに接続され、他方が第4圧電素子15Dの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
これらの各ケーブル51A,51B,51C,51Dは、半田付けや導電性の接着剤により、それぞれ節位置3A,3B,3Cに固定されている。
これらの各ケーブル51A,51B,51C,51Dは、半田付けや導電性の接着剤により、それぞれ節位置3A,3B,3Cに固定されている。
このように配線することで、第1圧電素子15および第4圧電素子15の組の動作と、第2圧電素子15および第3圧電素子15の組の動作とを別々に制御して、これら2つの組の動作を反転させることができるようになっている。
駆動装置60は、図1に示すように、装置本体61と、装置本体61に接続された超音波振動子10の超音波振動をON/OFFするフットスイッチ63とを備えている。装置本体61は、電源65と、超音波振動の出力レベルを表示する表示窓67と、超音波振動の出力レベルを調整するダイヤル69と、駆動用ケーブル51A,51Bの駆動用コネクタ53A,53Bが接続される接続口71と、振動検出用ケーブル51C,51Dの振動検出用コネクタ53C,53Dが接続される接続口73と、フットスイッチ63が接続される接続口75と、超音波振動子10の制御回路(周波数制御回路)77(図11参照)とを備えている。
制御回路77は、図11に示すように、所定の振幅数で所定の周波数の交番電圧を出力する発振回路81と、発振回路81から出力された交番電圧を増幅して超音波振動子10に印加するアンプ83と、超音波振動子10の振動検出電極23により検出された振動の検出信号と発振回路81から送られてくる信号に基づいて、検出信号の振幅値を示す振幅値信号と位相差を示す位相差信号とを出力する振幅・位相差検出回路85と、所定の振幅設定値と振幅・位相差検出回路85から出力された振幅値信号とを比較してその差分を出力する振幅値比較回路87と、振幅値比較回路87から出力される差分に基づいて発振回路81の電圧振幅を設定する電圧振幅設定回路89と、所定の位相差設定値と振幅・位相差検出回路85から出力された位相差信号とを比較してその差分を出力する位相差比較回路91と、位相差比較回路91から出力された差分に基づいて発振回路81の周波数を設定する周波数設定回路93とを備えている。
制御回路77により、対向する2枚の圧電素子15に交番電圧を印加し、片側の圧電素子15だけ位相を反転させて駆動させることによって、一方の圧電素子15を縮ませ他方の圧電素子15を伸ばすように制御することができるようになっている。これにより、柱状部材11に屈曲振動を発生させ、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、図12に示すように、プローブ13が長手方向に交差する方向に超音波振動するようになっている。
このように構成された超音波処置具1および超音波処置システム100の作用について説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100により生体の体腔内の患部を内科的治療するには、まず、駆動装置60の電源65をONにし、体腔内に超音波振動子10を挿入する。そして、図示しない内視鏡などにより、プローブ13の先端が患部に接触しているか否かを確認しながら、患部にプローブ13を接触させる。接触が確認できたら、駆動装置60を操作する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100により生体の体腔内の患部を内科的治療するには、まず、駆動装置60の電源65をONにし、体腔内に超音波振動子10を挿入する。そして、図示しない内視鏡などにより、プローブ13の先端が患部に接触しているか否かを確認しながら、患部にプローブ13を接触させる。接触が確認できたら、駆動装置60を操作する。
フットスイッチ63を踏むと、発振回路81から所定の振幅で所定の周波数の交番電圧が出力される。交番電圧は、アンプ83により増加された後、駆動用ケーブル51A,51Bおよび駆動電極33を介して、超音波振動子10の対向する2枚の圧電素子15に印加される。
そして、一方の圧電素子15が縮むときに他方の圧電素子15が伸びるように制御されることにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播される。これにより、図12に示すように、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させて、プローブ13の先端を接触させた患部の治療を行うことができる。
柱状部材11の振動振幅は、振動検出電極23により逆圧電効果によって検出される。
制御回路77においては、振動検出電極23により検出された電気信号(検出信号)が、発振回路81から出力される信号と共に振幅・位相差検出回路85に入力され、振幅・位相差検出回路85から、振幅値信号と位相差信号が出力される。
制御回路77においては、振動検出電極23により検出された電気信号(検出信号)が、発振回路81から出力される信号と共に振幅・位相差検出回路85に入力され、振幅・位相差検出回路85から、振幅値信号と位相差信号が出力される。
振幅値比較回路87により、振幅・位相差検出回路85からの振幅値信号と所定の振幅値設定値との差分が算出され、電圧振幅設定回路89により、その差分に基づいて発振回路81の電圧振幅が制御される。また、位相差比較回路91により、振幅・位相差検出回路85からの位相差信号と所定の位相差設定との差分が算出され、周波数設定回路93により、その差分に基づいて発振回路81の周波数が制御される。このようなループを連続的に回すことにより、超音波振動子10を最適な周波数および振動振幅で安定的に駆動することができる。必要に応じてダイヤル69を調整し、超音波の出力を変更する。
この場合において、4枚の内部圧電シート31A,31B,31C,31Dと外部圧電シート21とを一体焼結して板状の圧電素子15を構成するとともに、その圧電素子15を柱状部材11の側面に固定して超音波振動子10を構成することで、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dおよび外部圧電シート21のほぼ積層枚数の逆数分だけ駆動電圧を低減しつつ、柱状部材11を細径化して超音波振動子10を小型化することができる。
また、4枚の内部圧電シート31A,31B,31C,31Dと外部圧電シート21とを一体焼結して板状の圧電素子15を構成することによって、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの表面および裏面の広範囲に駆動電極33が形成されるので、超音波振動子10の略全体に所望の振動モードを発生させることができる。そして、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dに対して、振動検出電極23を有する外部圧電シート21を積層状態に配置することで、柱状部材11の振動を精度よく検出することができる。
したがって、本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100によれば、従来の装置のように電流値に含まれるノイズなどの影響に左右されることなく、駆動時の電流値と電圧値との位相差信号を安定して検出して共振周波数を迅速に制御することができ、これにより、超音波振動子10に発生する振動量を精度よくコントロールして、効率的な処置を行うことができる。
本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第1変形例としては、図13に示すように、超音波振動子10に軸方向(長手方向)に伸縮する縦振動を発生させることとしてもよい。
本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第1変形例としては、図13に示すように、超音波振動子10に軸方向(長手方向)に伸縮する縦振動を発生させることとしてもよい。
この場合、制御回路77により、全ての圧電素子15を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子15が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。これにより、柱状部材11に縦振動を発生させ、その縦振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を軸方向に超音波振動させることができる。
また、本変形例においては、図14および図15に示すように、駆動用ケーブル51A,51Bおよび振動検出用ケーブル51C,51Dの接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3近傍にずらすこととすればよい。
このようにすることで、駆動用ケーブル51A,51Bおよび振動検出用ケーブル51C,51Dによって超音波振動子10に発生する振動が妨げられることなく、圧電素子15に交番電圧を供給したり柱状部材11の振動の振幅を検出したりすることができる。
このようにすることで、駆動用ケーブル51A,51Bおよび振動検出用ケーブル51C,51Dによって超音波振動子10に発生する振動が妨げられることなく、圧電素子15に交番電圧を供給したり柱状部材11の振動の振幅を検出したりすることができる。
また、本実施形態においては、4つの圧電素子15のすべてが、振動検出電極23を有する外部圧電シート21を備えることとしたが、第2変形例としては、図16に示すように、第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cが、外部電極パターンの外部圧電シート21を備えずに、駆動電極33を有する内部圧電シート31A,31B,31C,31D,31Eのみにより構成されることとしてもよい。
具体的には、第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cが、外部圧電シート21に代えて、第1内部電極パターンの内部圧電シート31Eを備え、第1内部電極パターンの内部圧電シート31A、第2内部電極パターンの内部圧電シート31B、第1内部電極パターンの内部圧電シート31C、第2内部電極パターン2の内部圧電シート31D、第1内部電極パターン1の内部圧電シート31Eの順に積層されて一体焼結された5層構造を有することとすればよい。
また、第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cが、図17(a),(d)に示すように、積層方向の一端に内部圧電シート31Eの駆動電極33を有し、図17(b),(d)に示すように積層方向に直交する一側面に内部圧電シート31A,31C,31Eの駆動電極33(D電極)を有し、反対側の一側面に内部圧電シート31B,31Dの駆動電極33(GND電極)を有し、図17(c),(d)に示すように、内部圧電シート31Aの裏面に駆動電極33(GND電極)を有することとすればよい。
本変形例においては、圧電素子15の積層方向の一端に配された駆動電極33と一側面に配された駆動電極33とが互いに繋がっており、圧電素子15の積層方向の他端に配された駆動電極33と他の一側面に配された駆動電極33とが互いに繋がっている。
また、図18(a),(b),(d)に示すように、第1圧電素子15Aおよび第4圧電素子15Dは上記本実施形態と同様の向きで柱状部材11の側面に固定し、図18(c),(d)に示すように、第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cは、内部圧電シート31Eの駆動電極33(GND電極)を外側に向け、内部圧電シート31Aの駆動電極33を内側(柱状部材11の表面と接触する面側)に向けて、柱状部材11の側面に接着固定することとすればよい。
さらに、図19および図20に示すように、第1駆動用ケーブル51Aおよび第2駆動用ケーブル51Bに代えて、一端が駆動用コネクタ53Aに接続され、他端が5つに分岐して、1つがホーン17上の節位置3Aに接続され、別の1つが第1圧電素子15Aの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続され、他の別の1つが第4圧電素子15Dの一側面の駆動電極(D電極)33上の節位置3Cに接続され、他の別の1つが第2圧電素子15Bの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第3圧電素子15Cの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続される第5駆動用ケーブル51Eを採用することとすればよい。
このようにすることで、第1圧電素子15Aおよび第4圧電素子15Dの組の動作と、第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cの組の動作とを別々に制御することができる。そして、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子15に分極方向に交番電圧を印加して駆動させることによって、一方の圧電素子15を縮ませ他方の圧電素子15を伸ばすように制御することができる。これにより、柱状部材11に屈曲振動を発生させ、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
したがって、本変形例によれば、上記本実施形態において使用していない第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cの振動検出用として機能する振動検出電極23を駆動用として機能する駆動電極33に置換えたことで、圧電素子15の駆動力を向上することができる。これにより、超音波処置具1の処置時間短縮、すなわち、処置能力向上を図ることができる。
本変形例においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、図13に示すように、超音波振動子10に軸方向に伸縮する縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、第2圧電素子15Bおよび第3圧電素子15Cは、内部圧電シート31Aの駆動電極(D電極)33を外側に向け、内部圧電シート31Eの駆動電極(GND電極)を内側(接触面)に向けて、柱状部材11の側面に接着固定することとすればよい。
そして、制御回路77により、全ての圧電素子15を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子15が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)となるように制御することとすればよい。
また、図21および図22に示すように、駆動用ケーブル51Eの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
また、図21および図22に示すように、駆動用ケーブル51Eの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
例えば、第5駆動用ケーブル51Eの他端については、1つをホーン17上の節位置3Aに接続し、別の1つを第1圧電素子15Aの一側面の駆動電極(D電極)33上の節位置近傍に接続し、他の別の1つを第4圧電素子15Dの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置近傍に接続し、他の別の1つを第2圧電素子15Bの駆動電極33(D電極)上の節位置近傍に接続し、最後の1つを第3圧電素子15Cの駆動電極(D電極)33上の節位置近傍に接続することとすればよい。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100は、図23に示すように、全ての圧電素子115(図24参照)が、外部圧電シート21に代えて、振動検出電極23と駆動電極33とを有する外部圧電シート121を備える点で、第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第2実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100は、図23に示すように、全ての圧電素子115(図24参照)が、外部圧電シート21に代えて、振動検出電極23と駆動電極33とを有する外部圧電シート121を備える点で、第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
外部圧電シート121は、図23に示すように、互いに同寸法を有する駆動電極33(GND電極)と、振動検出電極23(S電極)と、駆動電極33(D電極)とを備えている。これら3つの駆動電極33(GND電極)、振動検出電極23(S電極)および駆動電極33(D電極)は外部圧電シート121の長手方向と略同一の寸法bと、外部圧電シート121の短手方向の寸法を3分割した長さよりも若干短い寸法dとを有する矩形状に形成されており、外部圧電シート121の表面および裏面に短手方向に間隔をあけて配列されている。
圧電素子115は、図24(a),(e)に示すように、積層方向に直交する一側面に内部圧電シート31B,31Dおよび外部圧電シート121の駆動電極33(GND電極)を有している。また、圧電素子115は、図24(b),(e)に示すように、積層方向の一端に外部圧電シート121の駆動電極33(GND電極)、振動検出電極23(S電極)および駆動電極33(D電極)を有している。
また、圧電素子115は、図24(c),(e)に示すように他の一側面に内部圧電シート31A,31Cおよび外部圧電シート121の駆動電極33(D電極)を有している。また、圧電素子115は、図24(d),(e)に示すように、積層方向の他端に内部圧電シート31Aの駆動電極33(GND電極)を有している。
圧電素子115の積層方向の一端に配された駆動電極33(GND電極)、一側面に配された駆動電極33(GND電極)および、積層方向の他端に配された駆動電極33(GND電極)は互いに繋がっており、圧電素子115の積層方向の一端に配された駆動電極33(D電極)と一側面に配された駆動電極33(D電極)とは互いに繋がっている。
圧電素子115は、図25(a),(b),(c)に示すように、外部圧電シート121の駆動電極33(GND電極)、振動検出電極23(S電極)および駆動電極33(D電極)を外側に向け、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの駆動電極33(GND電極)を内側(柱状部材11の表面と接触する面側)に向けて、柱状部材11の各側面に接着固定されている。
図26および図27に示すように、第1駆動用ケーブル51Aは、一端が駆動用コネクタ53Aに接続され、他端が3つに分岐して、1つが第4圧電素子115Dの駆動電極33(GND電極)上の節位置3Cに接続され、別の1つが第1圧電素子115Aの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続され、最後の1つが第4圧電素子115Dの駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続されている。
図26および図27に示すように、第2駆動用ケーブル51Bは、一端が駆動用コネクタ53Bに接続され、他端が3つに分岐して、1つが第3圧電素子115Cの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、別の1つが第2圧電素子115Bの駆動電極(D電極)33上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第3圧電素子115Cの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続されている。
第3振動検出用ケーブル51Cは、一端が振動検出用コネクタ53Cに接続され、他端が2つに分岐して、一方が第1圧電素子115Aの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、他方が第1圧電素子115Aの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
第4振動検出用ケーブル51Dは、図26に示すように、一端が振動検出用コネクタ53Dに接続され、他端が2つに分岐して、一方が第4圧電素子115Dの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、他方が第4圧電素子115Dの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
このように構成された本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100の作用について説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100においては、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子115に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子115だけ位相を反転させて駆動して、一方の圧電素子115が縮むときに他方の圧電素子115を伸びるように制御する。これにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100においては、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子115に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子115だけ位相を反転させて駆動して、一方の圧電素子115が縮むときに他方の圧電素子115を伸びるように制御する。これにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
この場合において、全ての圧電素子115の外部圧電シート121の振動検出電極23(S電極)の面積を小さくして、駆動電極33(GND電極)および駆動電極33(D電極)を配置したことで、圧電素子115の駆動力を向上することができる。これにより、超音波処置具1の処置時間の短縮、すなわち、処置能力の向上を図ることができる。
本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第3変形例としては、図13に示すように、超音波振動子10に縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子115を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子115が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
例えば、本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第3変形例としては、図13に示すように、超音波振動子10に縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子115を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子115が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
また、図28および図29に示すように、駆動用ケーブル51A,51Bの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。例えば、第1駆動用ケーブル51Aの他端については、1つを第4圧電素子115Dの駆動電極33(GND電極)上の節位置近傍に接続し、別の1つを第1圧電素子115Aの駆動電極33(D電極)上の節位置近傍に接続し、他の別の1つを第4圧電素子115Dの駆動電極33(D電極)上の節位置近傍に接続することとすればよい。
また、本実施形態においては、4つの圧電素子15のすべてが、振動検出電極23を有する外部圧電シート121を備えることとしたが、第4変形例としては、上記第1実施形態の第2変形例と同様に、図16に示すように、第2圧電素子115Bおよび第3圧電素子115Cが、外部圧電シート121を備えずに、駆動電極33を有する内部圧電シート31A,31B,31C,31D、31Eのみにより構成されることとしてもよい。
この場合、図30(a),(c)に示すように、第1圧電素子115Aおよび第4圧電素子115Dは上記本実施形態と同様の向きで柱状部材11の側面に固定し、図30(b),(c)に示すように、第2圧電素子115Bおよび第3圧電素子115Cは、内部圧電シート31Aの駆動電極33(GND電極)を外側に向け、内部圧電シート31Eの駆動電極33(D電極)を内側(接触面側)に向けて、柱状部材11の側面に接着固定することとすればよい。
さらに、図31および図32に示すように、第1駆動用ケーブル51Aおよび第2駆動用ケーブル51Bに代えて、一端が駆動用コネクタ53Aに接続され、他端が5つに分岐して、1つが第4圧電素子115Dの駆動電極33(GND電極)上の節位置3Cに接続され、別の1つが第1圧電素子115Aの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続され、他の別の1つが第4圧電素子115Dの駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続され、他の別の1つが第2圧電素子115Bの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第3圧電素子115Cの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続される第6駆動用ケーブル51Fを採用することとすればよい。
このようにすることで、第1圧電素子115Aおよび第4圧電素子115Dの組の動作と、第2圧電素子115Bおよび第3圧電素子115Cの組の動作とを別々に制御することができる。そして、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子115に分極方向に交番電圧を印加し、駆動させることによって、一方の圧電素子115が縮むときに他方の圧電素子115が伸びるように制御することができる。これにより、柱状部材11に屈曲振動を発生させ、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
したがって、本変形例によれば、上記本実施形態において使用していない第2圧電素子115Aおよび第3圧電素子115Dの振動検出用として機能する振動検出電極23を駆動用として機能する駆動電極33に置換えたことで、圧電素子115の駆動力をより向上することができる。これにより、超音波処置具1の処置時間短縮、すなわち、処置能力向上をさらに図ることができる。
本変形例においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、図13に示すように、超音波振動子10に軸方向に伸縮する縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、図33に示すように、第2圧電素子115Bおよび第3圧電素子115Cは、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの駆動電極33を外側に向け、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの駆動電極33(GND電極)を内側(接触面)に向けて、柱状部材11の側面に接着固定することとすればよい。
そして、制御回路77により、全ての圧電素子15を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子15が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
また、図33および図34に示すように、駆動用ケーブル51Fの各他端および振動検出用ケーブル51B,51Cの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
また、図33および図34に示すように、駆動用ケーブル51Fの各他端および振動検出用ケーブル51B,51Cの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
例えば、第6駆動用ケーブル51Fの他端については、1つをホーン17上の節位置3Aに接続し、別の1つを第1圧電素子115Aの駆動電極33上の節位置近傍に接続し、他の別の1つを第4圧電素子115Dの駆動電極33上の節位置近傍に接続し、他の別の1つを第2圧電素子115Bの駆動電極33上の節位置近傍に接続し、最後の1つを第3圧電素子115Cの駆動電極33上の節位置3Aまたはその近傍に接続することとすればよい。
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100は、図35および図36(a),(b),(c),(d)に示すように、全ての圧電素子215が、絶縁状態に形成された絶縁面233を有する内部圧電シート231Eを備え、その内部圧電シート231Eの絶縁面233を柱状部材11の側面に接触させて固定されている点で第1実施形態および第2実施形態と異なる。
以下、第1実施形態、第2実施形態に係る超音波処置具1および超音波システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100は、図35および図36(a),(b),(c),(d)に示すように、全ての圧電素子215が、絶縁状態に形成された絶縁面233を有する内部圧電シート231Eを備え、その内部圧電シート231Eの絶縁面233を柱状部材11の側面に接触させて固定されている点で第1実施形態および第2実施形態と異なる。
以下、第1実施形態、第2実施形態に係る超音波処置具1および超音波システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
内部圧電シート231Eは、表面に駆動電極33を備え、裏面が絶縁状態に形成されている。
圧電素子215は、図35に示すように、1枚の外部圧電シート21と5枚の内部圧電シート31A,31B,31C,31D,231Eとが積層状態に配されて一体焼結して形成された6層構造を有している。この圧電素子215は、図36(d)に示すように、外部圧電シート21とは反対側の積層方向の他端に、絶縁面233が表に出る向きで内部圧電シート231Eが配されて構成されている。
圧電素子215は、図35に示すように、1枚の外部圧電シート21と5枚の内部圧電シート31A,31B,31C,31D,231Eとが積層状態に配されて一体焼結して形成された6層構造を有している。この圧電素子215は、図36(d)に示すように、外部圧電シート21とは反対側の積層方向の他端に、絶縁面233が表に出る向きで内部圧電シート231Eが配されて構成されている。
4つの圧電素子215は、図37(a),(b),(c),(d)に示すように、外部圧電シート21の振動検出電極23を外側に向け、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの絶縁面233を内側(柱状部材11の表面と接触する面側)に向けて、柱状部材11の各側面に接着固定されている。
図38および図39に示すように、第1駆動用ケーブル51Aは、一端が駆動用コネクタ53Aに接続され、他端が4つに分岐して、1つが第1圧電素子215Aの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、別の1つが第4圧電素子215Dの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、他の別の1つが第1圧電素子215Aの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第4圧電素子215Dの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続されている。
第2駆動用ケーブル51Bは、一端が駆動用コネクタ53Bに接続され、他端が4つに分岐して、1つが第2圧電素子215Bの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3に接続され、別の1つが第3圧電素子215Cの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、他の別の1つが第2圧電素子215Bの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第3圧電素子215Cの一側面の駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続されている。
第3振動検出用ケーブル51Cは、一端が振動検出用コネクタ53Cに接続され、他端が2つに分岐して、一方が第1圧電素子215Aの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、他方が第1圧電素子215Aの振動検出電極23(S電極)上の節位置3B近傍に接続されている。
第4振動検出用ケーブル51Dは、一端が振動検出用コネクタ53Dに接続され、他端が2つに分岐して、一方が第4圧電素子215Dの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続され、他方が第4圧電素子215Dの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
このように構成された本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100の作用について説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100においては、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子215に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子215だけ位相を反転させて駆動して、一方の圧電素子215が縮むときに他方の圧電素子215が伸びるように制御する。これにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差させる方向に超音波振動させることができる。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100においては、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子215に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子215だけ位相を反転させて駆動して、一方の圧電素子215が縮むときに他方の圧電素子215が伸びるように制御する。これにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差させる方向に超音波振動させることができる。
この場合において、柱状部材11の側面に接触させる各圧電素子215の接触面を絶縁面233としたことで、圧電素子215の駆動時に柱状部材11およびプローブ13に電気が流れるのを防ぎ、超音波振動子10から生体に電流が漏れるのを防止することができる。
したがって、本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100によれば、神経活動を伴う臓器に対して、より適した処置を行うことができる。
したがって、本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100によれば、神経活動を伴う臓器に対して、より適した処置を行うことができる。
本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第5変形例としては、超音波振動子10に縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子215を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子215が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
例えば、本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第5変形例としては、超音波振動子10に縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子215を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子215が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
また、図40および図41に示すように、駆動用ケーブル51A,51Bの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
また、本実施形態においては、4つの圧電素子215のすべてが、振動検出電極23を有する外部圧電シート21を備えることとしたが、第6変形例としては、上記第1実施形態の第2変形例および第2実施形態の第4変形例と同様に、図42に示すように、第2圧電素子215Bおよび第3圧電素子215Cが、外部圧電シート21を備えずに、駆動電極33を有する内部圧電シート31A,31B,31C,31D,31E,231Eだけで構成されることとしてもよい。
この場合、第2圧電素子215Bおよび第3圧電素子215Cは、図43(a),(d)に示すように、積層方向の一端に内部圧電シート31Eの駆動電極33(D電極)を有し、図43(b),(d)に示すように積層方向に直交する一側面に内部圧電シート31A,31C,31Eの駆動電極33(D電極)を有し、他の一側面に内部圧電シート31B,31D,231Eの駆動電極33(GND電極)を有し、図43(c),(d)に示すように、層方向の他端に内部圧電シート231Eの絶縁面233を有することとすればよい。
また、図44(a),(b),(c)に示すように、第2圧電素子215Bおよび第3圧電素子215Cは、内部圧電シート31Eの駆動電極33(D電極)を外側に向け、内部圧電シート231Eの絶縁面233を内側(接触面側)に向けて、柱状部材11の側面に接着固定することとすればよい。
さらに、図45および図46に示すように、第2駆動用ケーブル51Bが、他端を4つに分岐して、1つを第2圧電素子215Bの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続し、別の1つを第3圧電素子215Cの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続し、他の別の1つを第2圧電素子215Dの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続し、最後の1つを第3圧電素子215Cの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続することとすればよい。
このようにすることで、第1圧電素子215Aおよび第4圧電素子215Dの組の動作と、第2圧電素子215Bおよび第3圧電素子215Cの組の動作とを別々に制御することができる。そして、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子215に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子215だけ位相を反転させて駆動させることによって、一方の圧電素子215が縮むときに他方の圧電素子215が伸びるように制御することができる。これにより、柱状部材11に屈曲振動を発生させ、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
したがって、本変形例によれば、上記本実施形態において使用していない第2圧電素子215Bおよび第3圧電素子215Cの振動検出用として機能する振動検出電極23を駆動用として機能する駆動電極33に置換えたことで、圧電素子215の駆動力をより向上することができる。これにより、超音波振動子10から生体に電流が漏れるのを防止しつつ、処置時間短縮、すなわち、処置能力向上を図ることができる。
本変形例においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、図13に示すように、超音波振動子10に軸方向に伸縮する縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子215を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子215が同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
また、図47および図48に示すように、駆動用ケーブル51A,51Bの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100は、図49(a)〜図49(e)および図50(a)〜図50(c)に示すように、全ての圧電素子315が、振動検出電極23と駆動電極33とを有する外部圧電シート121を備え、圧電素子15を構成する内部圧電シート31A,31B,31C,31D,231Eのうち、積層方向の一端に配された内部圧電シート231Eが絶縁状態に形成された絶縁面233を有し、圧電素子315がその内部圧電シート231Eの絶縁面233を柱状部材11の側面に接触させて固定されている点で第1実施形態〜第3実施形態と異なる。
以下、第1実施形態〜第3実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第4実施形態に係る超音波処置具および超音波処置システムについて説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100は、図49(a)〜図49(e)および図50(a)〜図50(c)に示すように、全ての圧電素子315が、振動検出電極23と駆動電極33とを有する外部圧電シート121を備え、圧電素子15を構成する内部圧電シート31A,31B,31C,31D,231Eのうち、積層方向の一端に配された内部圧電シート231Eが絶縁状態に形成された絶縁面233を有し、圧電素子315がその内部圧電シート231Eの絶縁面233を柱状部材11の側面に接触させて固定されている点で第1実施形態〜第3実施形態と異なる。
以下、第1実施形態〜第3実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
外部圧電シート121は、図49(b),(e)に示すように、互いに同寸法を有する駆動電極33(GND電極)と、振動検出電極23(S電極)と、駆動電極33(D電極)とを備えている。これら3つの駆動電極33(GND電極)、振動検出電極23および駆動電極33は外部圧電シート21の長手方向と略同一の寸法bと、外部圧電シート21の短手方向の寸法を3分割した長さよりも若干短い寸法dとを有する矩形状に形成されており、外部圧電シート21の表面および裏面に短手方向に間隔をあけて配列されている。
内部圧電シート231Eは、表面に駆動電極33を備え、裏面が絶縁状態に形成されている。
内部圧電シート231Eは、表面に駆動電極33を備え、裏面が絶縁状態に形成されている。
圧電素子315は、図49(a),(d)に示すように、積層方向に直交する一側面に内部圧電シート31A,31Cおよび外部圧電シート121の駆動電極33(GND電極)を有している。また、圧電素子315は、図49(b),(e)に示すように、積層方向の一端に外部圧電シート121の駆動電極33(GND電極)、駆動検出電極(S電極)23および駆動電極33(D電極)を有している。また、圧電素子315は、図49(c),(e)に示すように、他の一側面に内部圧電シート31B,31D,231Eおよび外部圧電シート121の駆動電極33(D電極)を有している。また、圧電素子315は、図49(d),(e)に示すように、積層方向の他端に内部圧電シート231Eの絶縁面233を有している。
全ての圧電素子315の積層方向の一端に配された駆動電極33(GND電極)と一側面に配された駆動電極33(GND電極)は互いに繋がっており、圧電素子315の積層方向の一端に配された駆動電極33(D電極)と一側面に配された駆動電極33(D電極)は互いに繋がっている。
全ての圧電素子315は、図50(a),(b),(c)に示すように、外部圧電シート121の駆動電極33(GND電極)、振動検出電極23(S電極)および駆動電極33(D電極)を外側に向け、内部圧電シート231Eの絶縁面233を内側(接触面側)に向けて、柱状部材11の各側面に接着固定されている。
図51および図52に示すように、第1駆動用ケーブル51Aは、一端が駆動用コネクタ53Aに接続され、他端が4つに分岐して、1つが第1圧電素子315Aの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、別の1つが第4圧電素子315Dの駆動電極33(GND電極)の節位置3Cに接続され、他の別の1つが第1圧電素子315Aの駆動電極33(D電極)の節位置3Bに接続され、最後の1つが第4圧電素子315Dの駆動電極33(D電極)上の節位置3Cに接続されている。
第2駆動用ケーブル51Bは、一端が駆動用コネクタ53Bに接続され、他端が4つに分岐して、1つが第2圧電素子315Bの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、別の1つが第3圧電素子315Cの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、他の別の1つが第2圧電素子315Bの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続され、最後の1つが第3圧電素子315Cの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続されている。
第3振動検出用ケーブル51Cは、一端が振動検出用コネクタ53Cに接続され、他端が2つに分岐して、一方が第1圧電素子315Aの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、他方が第1圧電素子315Aの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
第4振動検出用ケーブル51Dは、図51および図52に示すように、一端が振動検出用コネクタ53Dに接続され、他端が2つに分岐して、一方が第4圧電素子315Dの駆動電極33(GND電極)の節位置3Bに接続され、他方が第4圧電素子315Dの振動検出電極23(S電極)上の節位置3Bに接続されている。
このように構成された本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100の作用について説明する。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100においては、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子315に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子315だけ位相を反転させて駆動して、一方の圧電素子315が縮むときに他方の圧電素子315を伸ビルように制御する。これにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100においては、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子315に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子315だけ位相を反転させて駆動して、一方の圧電素子315が縮むときに他方の圧電素子315を伸ビルように制御する。これにより、柱状部材11に屈曲振動が発生し、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
この場合において、全ての圧電素子315の外部圧電シート121の振動検出電極23(S電極)の面積を小さくして、駆動電極33(GND電極)および駆動電極33(D電極)を配置したことで、圧電素子315の駆動力を向上することができる。
また、柱状部材11の側面に接触させる各圧電素子315の接触面を絶縁面233としたことで、圧電素子315の駆動時に柱状部材11およびプローブ13に電気が流れるのを防ぎ、超音波振動子10から生体に電流が漏れるのを防止することができる。
また、柱状部材11の側面に接触させる各圧電素子315の接触面を絶縁面233としたことで、圧電素子315の駆動時に柱状部材11およびプローブ13に電気が流れるのを防ぎ、超音波振動子10から生体に電流が漏れるのを防止することができる。
したがって、本実施形態に係る超音波処置具1および超音波処置システム100によれば、超音波処置具1の処置時間の短縮、すなわち、処置能力の向上を図りつつ、神経活動を伴う臓器の処置に対してより適した処置を行うことができる。
本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第7変形例としては、超音波振動子10に縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子315を同位相で駆動させて、全ての圧電素子315が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
例えば、本実施形態においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、第7変形例としては、超音波振動子10に縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子315を同位相で駆動させて、全ての圧電素子315が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
また、図53および図54に示すように、駆動用ケーブル51A,51Bの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
また、本実施形態においては、4枚の圧電素子315のすべてが、振動検出電極23を有する外部圧電シート21を備えることとしたが、第8変形例としては、上記第1実施形態の第2変形例、第2実施形態の第4変形例および第3実施形態の第6変形例と同様に、図55に示すように、第2圧電素子315Bおよび第3圧電素子315Cの外部圧電シート121を内部圧電シート31Eに変更して、第2圧電素子315Bおよび第3圧電素子315Cが、駆動電極33を有する内部圧電シート31A,31B,31C,31D,32E,231Eだけで構成されることとしてもよい。
この場合、第1圧電素子315Aおよび第4圧電素子315DCは、図55(a),(c)に示すように、上記本実施形態と同様の向きで柱状部材11の側面に固定し、第2圧電素子315Bおよび第3圧電素子315Cは、図55(b),(c)に示すように、内部圧電シート31E,31B,31C,31Dの駆動電極33(D電極)を外側に向け、内部圧電シート31A,31B,31C,31Dの駆動電極33(GND電極)を内側(接触面側)に向けて、柱状部材11の側面に接着固定することとすればよい。
さらに、図56および図57に示すように、第2駆動用ケーブル51Bが、他端を4つに分岐して、1つを第2圧電素子315Bの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3近傍に接続し、別の1つを第3圧電素子315Cの一側面の駆動電極33(GND電極)上の節位置3Bに接続し、他の別の1つを第2圧電素子315Bの駆動電極33(D電極)上の節位置3Bに接続し、最後の1つを第3圧電素子315Cの駆動電極33上の節位置3Bに接続することとすればよい。
このようにすることで、第1圧電素子315および第4圧電素子315の組の動作と、第2圧電素子315および第3圧電素子315の組の動作とを別々に制御することができる。そして、制御回路77により、対向する2枚の圧電素子315に分極方向に交番電圧を印加し、片側の圧電素子315だけ位相を反転させて駆動させることによって、一方の圧電素子315が縮むときに他方の圧電素子315が伸びるように制御することができる。これにより、柱状部材11に屈曲振動を発生させ、その屈曲振動がホーン17を介してプローブ13に伝播されることによって、プローブ13を長手方向に交差する方向に超音波振動させることができる。
したがって、本変形例によれば、上記本実施形態において使用していない第2圧電素子315Aおよび第3圧電素子315Cの振動検出用として機能する振動検出電極23を駆動用として機能する駆動電極33に置換えたことで、圧電素子315の駆動力をより向上することができる。これにより、超音波振動子10から生体に電流が漏れるのを防止しつつ、処置時間の短縮、すなわち、処置能力の向上を図ることができる。
本変形例においては、超音波振動子10に屈曲振動を発生させることとしたが、図13に示すように、超音波振動子10に軸方向に伸縮する縦振動を発生させることとしてもよい。この場合、制御回路77により、全ての圧電素子315を同位相で駆動させることにより、全ての圧電素子315が同じタイミングで同じ動作(伸びまたは縮み)するように制御することとすればよい。
また、図58および図59に示すように、駆動用ケーブル51A,51Bの各他端および振動検出用ケーブル51C,51Dの各他端の接続位置を、柱状部材11を縦振動させたときの節位置3またはその近傍にずらすこととすればよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態においては、5層構造の圧電素子15を例示して説明したが、積層方向の一端に外部圧電シートを配置し、積層方向の他端に内部圧電シートを配置して、内部電極パターン1の内部圧電シートと内部電極パターン2の内部圧電シートとを交互に積層する組合せにすれば、圧電素子は5層以外の構造にすることとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、軟性タイプの超音波処置具1を例示して説明したが、内部に搭載する超音波振動子10が同じであれば、外科で使用するような硬性タイプを用いることとしてもよい。その場合、開胸するような外科的治療においては、医師自身の目で、プローブ13の先端が患部に接触したか否かを確認することとすればよい。
1 超音波処置具
3 節位置(節部)
10 超音波振動子
11 柱状部材
13 プローブ(棒状部材)
15 圧電素子
21 外部圧電シート(第2圧電素子部材)
23 振動検出電極
31 内部圧電シート(第1圧電素子部材)
33 駆動電極
40 ケース
51A,51B 駆動用ケーブル(駆動配線)
51C,51D 振動検出用ケーブル(検出配線)
77 制御回路(周波数制御回路)
100 超音波処置システム
233 絶縁面
3 節位置(節部)
10 超音波振動子
11 柱状部材
13 プローブ(棒状部材)
15 圧電素子
21 外部圧電シート(第2圧電素子部材)
23 振動検出電極
31 内部圧電シート(第1圧電素子部材)
33 駆動電極
40 ケース
51A,51B 駆動用ケーブル(駆動配線)
51C,51D 振動検出用ケーブル(検出配線)
77 制御回路(周波数制御回路)
100 超音波処置システム
233 絶縁面
Claims (5)
- 弾性体からなる角柱形状の柱状部材と、前記柱状部材の端部に固定され、該柱状部材よりも小さな径の棒状部材と、前記柱状部材の相互に対向する側面に固定され、板厚方向に分極された板形状を有し、該分極方向に交番電圧が印加されることにより前記柱状部材に振動を発生させて前記棒状部材を超音波振動させる複数の圧電素子とを備える超音波振動子と、
該超音波振動子を収容し、前記柱状部材を前記振動の振幅が零または極小となる節部において保持するケースと備え、
前記圧電素子が、前記交番電圧が印加される駆動電極を有する第1圧電素子部材と、前記柱状部材の前記振動を検出する振動検出電極を有する第2圧電素子部材とが積層状態に配されて一体焼結してなる超音波処置具。 - 前記第2圧電素子部材が、前記駆動電極を有する請求項1に記載の超音波処置具。
- 前記圧電素子が、絶縁状態に形成された絶縁面を有する前記第1圧電素子部材を備え、該第1圧電素子部材の前記絶縁面を前記柱状部材の側面に接触させて固定されている請求項1または請求項2に記載の超音波処置具。
- 前記駆動電極に前記交番電圧を入力する駆動配線と、
前記振動検出用電極により検出された前記振動を出力する検出配線とを備え、
前記駆動配線および前記検出配線が、前記駆動電極および前記振動検出用電極における前記節部近傍に接続されている請求項1から請求項3のいずれかに記載の超音波処置具。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の超音波処置具と、
前記振動検出電極により検出された振動が予め設定された振幅値となるように、前記圧電素子に印加する交番電圧の周波数を変更する周波数制御部とを備える超音波処置システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012137686A JP2014000525A (ja) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | 超音波処置具および超音波処置システム |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105382402A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-09 | 苏州润昇精密机械有限公司 | 超声波焊接机机架 |
CN109689229A (zh) * | 2016-09-27 | 2019-04-26 | 欧姆龙健康医疗事业株式会社 | 超声波振子驱动装置和网眼式喷雾器 |
-
2012
- 2012-06-19 JP JP2012137686A patent/JP2014000525A/ja active Pending
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