JP3696034B2

JP3696034B2 - 超音波駆動装置及び超音波手術装置

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Publication number: JP3696034B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波駆動装置及び超音波手術装置、更に詳しくは超音波振動子の共振周波数駆動での追尾制御部分に特徴のある超音波駆動装置及び超音波手術装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、外科用の超音波メスや超音波吸引装置などに使用されている超音波振動子は、その基本共振周波数もしくはその近傍において駆動することが望ましい。このような技術に関し、たとえば超音波振動子への駆動電圧と電流との位相を比較して、超音波振動子の駆動周波数を共振周波数と一致させるように制御するＰＬＬ（フェーズロックループ）方式による駆動装置が公知の技術として知られている。
【０００３】
すなわちこの種の超音波振動子は、その基本共振点近傍において、図９に示すような等価回路として表すことができる。この図に示すように、超音波振動子の制動容量Ｃｄをキャンセルするために、Ｌ×Ｃ＝Ｌｄ×ＣｄとなるようなコイルＬｄを超音波振動子に対して並列に又は直列に接続する。この時、超音波振動子の特性は共振周波数ｆｒ＝１／２π√（Ｌ×Ｃ）（＝１／２π（Ｌ×Ｃ）^1/2）で純抵抗成分Ｒのみとなるから、電圧と電流の位相差がゼロとなる。この周波数ｆｒを中心とする超音波振動子のインピーダンスＺ特性を図１０に示す。
【０００４】
しかして、ＰＬＬ動作によって電圧位相θｖと電流位相θｉとを比較した際の位相差がゼロに向かうように駆動周波数を上昇させたり下降させたりと制御することにより、装置は共振点ｆｒを追尾するようになる。図１１にその様子を示す。
【０００５】
ここにおいて、起動時の周波数が共振点追尾可能な範囲であるｆ１からｆ２の間に必ずあるようにすることが必要である。特許公報２６９１０１１号にて起動時の周波数が上記の範囲になるように改良した技術が示されている。
【０００６】
図１２はこの従来技術を説明するもので、ｆｒの共振周波数をもつ超音波振動子１０１と、超音波振動子１０１の電圧位相と電流位相に基づいて共振点を追尾する為のＰＬＬ回路１０２と、ＰＬＬ回路１０２の周波数信号を電力増幅して超音波振動子１０１を駆動するための駆動電力を生成するアンプ回路（ＡＭＰ）１０３と、前記電圧信号と電流信号を検出する検出回路１０４と、起動時の基準周波数信号を発生する発振回路１０５と、前記ＰＬＬ回路１０２の一方の入力を電流信号と基準信号とで切りかえるスイッチと１０６とからなり、起動時は発振回路１０５からの基準周波数（＝ｆｒｅｆ）がＰＬＬ回路１０２に入力されるのでこの周波数にロックした電圧信号が超音波振動子１０１に印可される。このあとスイッチ１０６を切り替えてＰＬＬ回路１０２の入力を電流信号にすることで共振点追尾動作が行われる。
【０００７】
発振回路１０５の発生する基準周波数をｆ１〜ｆ２の間に調整しておくことでスイッチ１０６を切りかえる時点で駆動周波数は追尾可能な範囲に必ず存在するので、確実に共振点追尾動作に入ることができるようになっている。
【０００８】
さらに超音波メスなどの手術システムにおいては、超音波振動子に様々な形状のプローブが接続されて用途に応じて使い分けられるようになっている。また複数種類の周波数の異なる超音波振動子を−つの駆動装置で使えるようにする場合もある。この場合、振動子とプローブを組み合わせた各々のハンドピースは共振周波数が異なっており、結果的に共振点追尾範囲であるｆ１〜ｆ２も異なってくる。そこで起動時の周波数を共振点を含んでスイープさせて、その間に共振点を検出して、その時点からＰＬＬによる追尾動作に切りかえる技術が特許公報２６４７７１３号に示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に示した従来技術においては、起動時の周波数信号を生成する回路及びＰＬＬ回路がアナログ方式であったため、ばらつきの影響を抑えたり、個々の調整が非常に大変であった。またプローブや超音波振動子を追加する場合それらの周波数が新規なものの場合は、駆動装置の内部の周波数設定回路を調整しなおす必要があるといった問題がある。
【００１０】
また、上記アナログ方式の欠点を補うものとして、これまでにいくつかのＣＰＵ制御方式によるデジタル式の共振点追尾回路が提案されているが、追尾動作がソフトウェアによる演算に頼っているため、制御が遅いと言う欠点があり、またそれを解決するために高速なＣＰＵを用いると装置自体が高価なシステムになってしまうという問題がある。
【００１１】
さらに、超音波手術装置に応用する場合は発振起動時のレスポンスが重要であり、レスポンスを早める必要がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、デジタル信号処理により簡単且つ確実に、所望の周波数で超音波振動子を駆動することのできる超音波駆動装置及び超音波手術装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波手術装置は、超音波振動子を内蔵して超音波により生体組織を処置する複数種類のハンドピースと、前記複数種類のハンドピースのそれぞれを識別するための情報を格納した、該ハンドピースに設けられた情報格納手段と、前記複数種類のハンドピースのうち少なくとも一つと接続するコネクタと、前記複数種類のハンドピースのうち前記コネクタに接続されたハンドピースの前記情報格納手段に格納された情報に基づき前記超音波振動子を超音波振動するためのデジタル周波数データを選択して送出する送出手段と、前記送出手段からの前記デジタル周波数データに基づいて前記超音波振動子を駆動するための超音波駆動信号を発振する超音波駆動信号発振手段と、を備えたことを特徴とするものであり、
また、本発明に係る超音波手術装置は、超音波振動子を内蔵して超音波により生体組織を処置する複数種類のハンドピースと、前記複数種類のハンドピースのそれぞれに内蔵された超音波振動子の共振周波数を示すデジタル周波数データを保持する、該ハンドピースに設けられたデータ保持部と、前記複数種類のハンドピースのうち少なくとも一つと接続するコネクタと、前記複数種類のハンドピースのうち前記コネクタに接続されたハンドピースの前記データ保持部に保持されたデジタル周波数データを読み出して送出する送出手段と、前記送出手段からの前記デジタル周波数データに基づいて超音波振動子を駆動するための超音波駆動信号を発振する超音波駆動信号発振手段と、を備えたことを特徴とするものであり、
また、本発明に係る超音波駆動装置は、超音波振動を発生する超音波振動子と、該超音波振動子に接続されたプローブとを備えたハンドピースを着脱自在なコネクタを有する超音波駆動装置において、前記コネクタに接続されたハンドピースに設けられた情報格納手段の情報に基づき、周波数初期データを送出するデータ送出手段と、前記データ送出手段からの前記周波数初期データに対して加算或いは減算してデジタル周波数データを算出可能な周波数データ算出手段と、前記デジタル周波数データに基づいて、前記超音波振動子を駆動するための駆動信号を前記コネクタを介して前記ハンドピースに供給可能な駆動信号発振手段と、前記駆動信号発振手段で前記ハンドピースに供給される駆動信号に基づき、前記周波数データ算出手段を制御し、前記周波数データ算出手段で算出される前記デジタル周波数データを変更可能な演算制御手段とを具備したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１６】
第１の実施の形態：
図１及び図２は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は超音波駆動装置の構成を示すブロック図、図２は図１の超音波駆動装置の作用を説明するフローチャートである。
【００１７】
（構成）
本実施の形態の超音波駆動装置１は、図１に示すように、超音波振動子２を共振点駆動するための駆動信号を発生するデジタル回路方式による例えばダイレクトデジタルシンセサイザからなるデジタル発振回路３と、このデジタル発振回路３からの駆動信号を増幅するアンプ回路（ＡＭＰ）４と、このアンプ回路４を介して前記超音波振動子２に供給される駆動信号からフィードバック信号として電圧信号位相θｖと電流信号位相θｉを検出する検出回路５と、この検出回路５からのフィードバック信号である電圧信号位相θｖと電流信号位相θｉとの位相差を検出する位相差検出回路６と、前記デジタル発振回路３の発振周波数を決定するデジタル周波数データを保持し外部信号によってデジタル周波数データを変化させることができるレジスタ７と、前記超音波振動子２の共振周波数ｆｒ又はその近傍の周波数を示すデジタル周波数データを前記レジスタ７に送出するデータ送出回路８と、前記位相差検出回路６と前記レジスタ７との間に設けられたスイッチ回路９と、このスイッチ回路９とデータ送出回路８の動作を制御する制御回路１０によって構成されている。
【００１８】
ここで、上記超音波振動子２は、超音波手術システムにおけるハンドピースに用いることできる。
【００１９】
（作用）
このような構成において、制御回路１０は、図２に示すような処理を行う。すなわち、ステップＳ１で発振起動時にはスイッチ回路９を切断状態のままで前記データ送出回路８のデジタル周波数データをレジスタ７に送出し、ステップＳ２でデジタル発振回路３の発振周波数を超音波振動子２の共振周波数ｆｒとほぼ一致させるようにする。
【００２０】
超音波振動子２にはその基本共振周波数ｆｒあるいはそれに近い周波数の駆動信号が供給されるので、検出回路５からは超音波振動子２の基本共振点駆動時に得られるフィードバック信号にごく近い出力、すなわち電流位相信号と電圧位相信号が検出される。
【００２１】
ここで図９ないし図１１を用いて、上記フィードバック信号について説明する。図９は超音波振動子とそれに並列にマッチング用のコイルを接続したときの一般的な電気的等価回路を示している。一般に、超音波振動子の共振周波数ｆｒは、ｆｒ＝１／２π√（Ｌ×Ｃ）（＝１／２π（Ｌ×Ｃ）^1/2）で現される。
【００２２】
そして超音波振動子を効率よく駆動するために、直列又は並列にコイルＬｄを接続する。このコイルＬｄは超音波振動子の制動容量Ｃｄと共振させるように設定する。すなわち、ｆｒ＝１／２π√（Ｌｄ×Ｃｄ）となるように設定する。この時のインピーダンス特性を示したのが図１０であり、周波数ｆ１とｆ２は、***振点である。基本共振点ｆｒでインピーダンスの大きさは最低値Ｒとなり、電圧と電流の位相差はゼロとなる。このポイントで、超音波振動子に供給される電気エネルギーは全て抵抗成分Ｒにて消費され、すなわち振動エネルギーに変換される。
【００２３】
図１１に、共振点の前後での電圧と電流の位相関係について示す。図から分かるように、周波数ｆｒを中心にして駆動周波数が低い場合は電流位相が遅れており、駆動周波数が高い場合は電流位相が進んでいる状態になる。よって電圧位相と電流位相との位相差を元に駆動周波数を調整することで、超音波振動子の共振周波数ｆｒが負荷変動や温度変化により変動した場合でも周波数ｆ１とｆ２との間で追従して、常に共振周波数で駆動する追尾制御が可能となる。
【００２４】
検出回路５によりこれらのフィードバック信号を得られる状態を維持した後、つまり超音波振動子２を起動した後、図２に戻り、ステップＳ３で制御回路１０によってスイッチ回路９が導通状態となる。すると、ステップＳ４で位相差検出回路６に入力された電圧位相信号θｖと電流位相信号θｉの位相差に基づいてレジスタ７に保持されているデジタル周波数データを上昇または下降させるフィードバック信号（Ｕ／Ｄ）がレジスタ７に入力されて、デジタル発振回路３の周波数が変化することになり、ＰＬＬ動作がデジタル的に行われる。
【００２５】
（効果）
このように本実施の形態の超音波駆動装置１では、起動時には超音波振動子２の共振周波数ｆｒ又はその近傍の周波数を示すデジタル周波数データによりデジタル発振回路３を発振させ、その後、位相差検出回路６に入力された電圧位相信号θｖと電流位相信号θｉの位相差に基づいくフィードバック信号（Ｕ／Ｄ）によりレジスタ７に保持されているデジタル周波数データを上昇または下降させて、デジタル発振回路３の発振周波数を可変させるので、超音波振動子２に与えられる駆動信号が調整されて、確実に共振周波数ｆｒで超音波振動子２を駆動することができる。
【００２６】
なお、ここでもし、データ送出回路８から送り出される周波数データがｆ１以下又はｆ２以上の場合は、起動時に得られるフィードバック信号を元にした上記構成手段からなる周波数調整機構による共振点ｆｒの追尾制御は最初から不可能となる。その場合には、データ送出回路８から送り出す周波数データを改めてｆｒ近傍に設定した上で、レジスタ７に送出し、デジタル発振回路３で発生させる駆動信号の周波数をｆｒ近傍にすることで再び共振点の追尾動作が行われることになる。
【００２７】
第２の実施の形態：
図３は本発明の第２の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図である。
【００２８】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００２９】
（構成）
第２の実施の形態においては、異なる共振周波数ｆｒを有する各種の超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃの各共振周波数ｆｒに応じたデジタル周波数データが得られるように構成されている。
【００３０】
すなわち、図３に示すように、各種の超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃには超音波駆動装置１に選択的に接続するためのプラグ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられ、これらプラグ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの内部には超音波振動子を識別する識別部（ＩＤ）２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられている。
【００３１】
一方、超音波駆動装置１にはプラグ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが接続可能なコネクタ２３と、前記識別部（ＩＤ）２２ａ、２２ｂ、２２ｃを認識して接続された超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃを判別する認識回路２４とが設けられ、データ送出回路８は認識回路２４による判別結果に基づいて、予め格納されている超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃの共振周波数ｆｒ又はその近傍の周波数を示すデジタル周波数データを選択的にレジスタ７に送出するように構成されている。
【００３２】
（作用）
本実施の形態では、起動時に接続された超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃに応じた共振周波数ｆｒ又はその近傍の周波数を示すデジタル周波数データによりデジタル発振回路３を発振させる。
【００３３】
ここで、上記超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃは、超音波手術システムにおける用途に応じた複数種類のハンドピースに用いることできる。
【００３４】
（効果）
このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃの種類によって共振周波数ｆｒが異なる場合、その超音波振動子に対応したデジタル周波数データを予めデータ送出回路８に持たせておき、認識回路２４の結果を用いて、レジスタ７に選択的に送出し起動させることで、各超音波振動子にて確実に共振点追尾制御を行うことができる。
【００３５】
第３の実施の形態：
図４は本発明の第３の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図である。
【００３６】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００３７】
（構成）
第３の実施例においては、各種の超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃの共振周波数ｆｒに応じた周波数データが各超音波振動子から直接的に得られるように構成されている。
【００３８】
すなわち、図４に示すように、各種の超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃには装置に選択的に接続するためのプラグ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの内部に超音波振動子の共振周波数の値を示すデジタル周波数データを保持しているデータ保持部（ＤＡＴＡ）３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられている。そして、超音波駆動装置１では、データ送出回路８がデータ保持部（ＤＡＴＡ）３１ａ、３１ｂ、３１ｃのデジタル周波数データを読み出して周波数データをレジスタ７に送出するように構成されている。
【００３９】
（作用）
超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃの種類によって共振周波数ｆｒが異なる場合、その超音波振動子に対応したデジタル周波数データを各超音波振動子が持っており、そのデジタル周波数データをデータ送出回路８に転送して持たせておき、レジスタ７に送出し起動させる。
【００４０】
（効果）
このように本実施の形態でも第２の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００４１】
第４の実施の形態：
図５ないし図７は本発明の第４の実施の形態に係わり、図５は超音波駆動装置の構成を示すブロック図、図６は図５の超音波駆動装置の作用を説明するフローチャート、図７は図６の処理における周波数のスイープ（掃引）動作を説明する説明図である。
【００４２】
第４の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００４３】
（構成）
第４の実施の形態においては、図５に示すように、超音波手術システムでの手術を行う処置器具であるハンドピース４１が、超音波振動子２と、超音波振動子２にネジ構造にて締結して使用するプローブ４２からなっており、このプローブ４２は用途によって複数種類を選択的に使用できる。たとえば一般的なストレート型のプローブ４２ａや屈曲型プローブ４２ｂがあり、超音波振動子２に各プローブ４２を締結することにより、その際のハンドピース４１の共振周波数が異なっている。
【００４４】
本実施の形態の超音波駆動装置１は、ハンドピース４１の共振点を検出する共振点検出回路５１と、レジスタ７に伝達してレジスタ７の保持しているデジタル周波数データを任意の割合で比例的に上昇または下降させるための信号を発生するパルス発生回路５２と、共振点検出回路５１の検出結果に基づいて位相差検出回路６の出力またはパルス発生回路５２の出力を選択的に切り替えてレジスタ７に供給するスイッチ５３と、ハンドピース４１の共振周波数に対してある一定量だけ高いまたは低い周波数データをレジスタ７に送出するデータ送出回路５４と、パルス発生回路５２とデータ送出回路５４の操作を制御する制御回路５５とを備えて構成されている。
【００４５】
（作用）
図６を用いて、上記構成の本実施の形態における動作を説明する。まず起動時には、ステップＳ１１でデータ送出回路５４からハンドピース４１の共振周波数近傍の周波数ｆｒに対してある一定の周波数Δｆ分だけ高い周波数データｆｒ＋Δｆをレジスタ７に送出する。するとステップＳ１２で発振回路３はレジスタ７からのデータで示される周波数の駆動信号を発生しアンプ回路４を介して超音波振動子２に供給される。
【００４６】
ここでは、図７に示すように、プローブ４２ａを超音波振動子２に締結した場合のハンドピースの共振周波数をｆｒ１、同じくプローブ４２ｂを超音波振動子２に締結した場合の共振周波数をｆｒ２とし、ｆｒ＋Δｆ＞ｆ２＞ｆ１とすると、超音波振動子２には図７に示す「スタート」のポイントの周波数が印可されることになる。
【００４７】
なお、この状態では、スイッチ５３がパルス発生回路５２の出力をレジスタ７に供給するように選択されており、検出回路５からのフィードバック信号がレジスタ７に入力されていないので、フィードバック信号による共振点追尾は行われない。
【００４８】
図６に戻り、次に、ステップＳ１３でパルス発生回路５２からパルス信号を発生させてレジスタ７内のデジタル周波数データを順次低下させていく。例えば、１つの立ち上がりパルスでレジスタ内の周波数データを１Ｈｚ低下させるようにしておく。パルスを周期的に１０００個送出すればレジスタ内の周波数データは滑らかに１ｋＨｚ低下することになる。よってデジタル発振回路３の周波数すなわち超音波振動子２に供給される周波数が一定の変化の割合をもってスイープ（掃引）することになる（図７参照）。
【００４９】
このように超音波振動子２にはその共振点より高い周波数から順次、共振周波数に向かって変化する周波数信号が供給されるが、その間、ステップＳ１４で検出回路５からの検出信号に基づいて供給されている周波数が共振周波数かどうかを共振点検出回路５１で監視しておき、共振点でなければ上記スイープ動作を続けて、共振点を検出したら、ステップＳ１５でスイッチ５３を切り替え、位相差検出回路６の出力をレジスタ７に供給するように選択する。
【００５０】
するとステップＳ１６でレジスタ７への制御信号は位相差検出回路６からの信号に切り替わり、それ以後は電圧信号位相θｖと電流信号位相θｉとの位相差に基づくフィードバック信号（Ｕ／Ｄ）によってレジスタ７の周波数データを上昇または下降させて共振点を追尾する制御動作に入る。
【００５１】
（効果）
このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、超音波振動子２に締結されるプローブの共振周波数が異なっていても、プローブ毎にスイープの途中で共振点を見つけた時点でスイッチ５３が切り替わり、共振点を追尾できる範囲（図１１におけるｆ１〜ｆ２）のフィードバック信号が得られているので、確実にＰＬＬによる周波数追尾制御が可能になる。
【００５２】
図８は本発明の第５の実施の形態に係る超音波手術システムの構成を示すブロック図である。
【００５３】
第５の実施の形態は、第２の実施の形態及び第４の実施の形態の超音波駆動装置のそれぞれの構成を超音波手術システムに適用したものであって、第２の実施の形態及び第４の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５４】
（構成・作用）
図８に示すように、本実施の形態の超音波手術システム６１は、出力をオンオフ操作するためのフットスイッチ６２と、超音波駆動装置が含まれている装置本体６３と、複数の種類からなり各々共振周波数をもつ用途に応じたハンドピース６４とから構成されている。
【００５５】
ハンドピース６４は、それぞれ用途に応じて、プローブが交換可能なハンドピース６４ａや、屈曲型のプローブが取り付けられているハンドピース６４ｂや、はさみ型のプローブをもつハンドピース６４ｃなどがある。それぞれには装置本体６３に選択的に接続できるようにプラグ２１が設けられており、そのプラグ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの内部には、それぞれのハンドピースを識別するための識別部識別部（ＩＤ）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、符号を２２とする）が設けられている。
【００５６】
装置本体６３は、前記ハンドピース６４のプラグ２２を取り付けるためのコネクタ２３と、各プラグ２１内に設けられている識別部２２を認識してコネクタ２３にどのハンドピース６４が接続されたかを認識する認識回路２４と、認識回路２４の判別結果によってあらかじめ保持させてあるデジタル周波数データを選択してレジスタ７に送出するデータ送出回路８と、データ送出回路８からのデジタル周波数データを受け取るもう一つのサブレジスタ６６と、レジスタ７とサブレジスタ６６のデータを比較する比較回路６７とがあり、第２の実施の形態で説明したように、複数種類のハンドピースから認識回路２４でコネクタ２３に接続されたハンドピース６４を判別し、判別結果に基づいてデータ送出回路８からデジタル周波数データがレジスタ７に伝送されて、その周波数の駆動信号がハンドピース６４の超音波振動子に供給される。
【００５７】
このとき、データ送出回路８から出力されるデジタル周波数データは、第４の実施の形態で説明したように、ハンドピース６４の共振周波数ｆｒに対してある一定の周波数Δｆ分だけ高い周波数データｆｒ＋Δｆである。
【００５８】
そして、第４の実施の形態と同様に、パルス発生回路５２からのパルス信号によってレジスタ７内のデジタル周波数データが順次変更され、デジタル発振回路３の周波数が変化して、ハンドピース６４の超音波振動子に供給される駆動信号の周波数がスキャンされる。その間、共振点検出回路５１によってハンドピース６４の共振点が監視され、見つかった時点でスイッチ５３を切り替えて、位相差検出回路６からのフィードバック信号（Ｕ／Ｄ）に基づいたＰＬＬ動作による共振点追尾制御が行われる。
【００５９】
装置本体６３には、さらに、検出回路５からのハンドピース６４の超音波振動子に流れる電流の大きさを示す信号を受けてそれを整流して直流電圧に変換する変換回路７１と、制御回路７８からのハンドピース６４の超音波振動子に流れる電流の大きさを設定する信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路７２と、変換回路７１とＤ／Ａ変換回路７２との信号を比較する差動増幅回路７３と、差動増幅回路７３の出力信号の大きさに比例してデジタル発振回路３からの周波数信号を増幅する乗算型の電圧制御増幅回路７４とを備えており、すなわちハンドピース６４の超音波振動子に流れる電流値が一定になるように定電流制御回路７５を構成している。
【００６０】
さらに、駆動装置６３には、デジタル発振回路３が発生する周波数のデジタル周波数データを保持するレジスタ７の他に、上述したようにデータ送出回路８から受け取った周波数データをそのまま保持しているサブレジスタ６６が設けられており、起動後の位相追尾制御により刻々と変化したデジタル周波数データを持っているレジスタ７のデジタル周波数データと、サブレジスタ６６が持っている初期のデジタル周波数データとを比較回路６７で比較監視するようにしている。
【００６１】
また、装置本体６３には、ＬＥＤバーグラフなどで構成されるインジケータ７７が設けられており、超音波振動子に印可されている電圧または電流の大きさをバーグラフで示すことで超音波振動子の駆動状態を表示させることができるようになっている。
【００６２】
なお、制御回路７８は装置本体６３の全体の動作をつかさどる制御回路であり、操作パネル７９とのデータのやり取りや、Ｄ／Ａ変換回路７２にデータを送出して超音波振動子に流す電流値すなわち振幅の大きさを設定したりする。また、操作パネル７９から各ハンドピースに対応したデジタル周波数データをマニュアルで入力することで、制御回路７８からデータ送出回路８に初期値として入力したデジタル周波数データを設定するようにすることも可能である。
【００６３】
（効果）
このように本実施の形態によれば、第２の実施の形態及び第４の実施の形態の効果に加え、定電流制御回路７５によって、超音波振動子の振動振幅が流れる電流の大きさに比例することを利用して、電流値を一定に制御することによって安定した振幅で超音波振動子を駆動することが可能となる。
【００６４】
また、比較回路６７で刻々と変化したデジタル周波数データを持っているレジスタ７のデジタル周波数データと、サブレジスタ６６が持っている初期のデジタル周波数データとを比較監視しており、もしこれらのデータの差が所定の値より大幅に越えてしまった場合は、何らかの異常が発生したと判断できるので、その結果をデジタル発振回路３に送出して発振を停止したり、制御回路７８に伝達して操作パネル７９にて警告を発したり全体の動作を停止させたりすることができる。この動作によっては、たとえば超音波振動子やプローブに異常が発生して共振点が極端に大きく変動したり、断線や破壊によって共振点が存在しなくなったりした状態を検出することが可能となる。
【００６５】
［付記］
（付記項１）前記超音波駆動装置は、
前記超音波振動子に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、
前記電流値が一定になるように前記超音波振動子に印可する電圧の大きさを制御する定電流制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の超音波手術装置。
【００６６】
（付記項２）前記超音波駆動装置は、
前記周波数初期データを保持する保持手段と、
前記保持手段が保持した前記周波数初期データと前記デジタル周波数データを比較する比較手段を具備し、
前記比較手段の比較結果から前記超音波振動子の駆動を制御する
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の超音波手術装置。
【００６７】
（付記項３）前記超音波振動子を備えたハンドピースに予め付された情報を読み取る読み取り手段と、
前記読み取り手段が読み取った前記情報に基づき、前記演算手段に前記周波数初期データを送信する送信手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波駆動装置。
【００６８】
（付記項４）前記情報は、前記超音波振動子に応じた個別情報である
ことを特徴とする付記項３に記載の超音波駆動装置。
【００６９】
（付記項５）前記周波数初期データを前記演算手段に出力するデータ出力手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波駆動装置。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、デジタル信号処理により簡単且つ確実に、所望の周波数で超音波振動子を駆動することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の超音波駆動装置の作用を説明するフローチャート
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図
【図６】図５の超音波駆動装置の作用を説明するフローチャート
【図７】図６の処理における周波数のスイープ（掃引）動作を説明する説明図
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る超音波駆動装置の構成を示すブロック図
【図９】超音波振動子とそれに並列にマッチング用のコイルを接続したときの一般的な電気的等価回路を示す図
【図１０】図９の等価回路のインピーダンス特性を示す図
【図１１】超音波振動子の駆動時の共振点の前後での電圧と電流の位相関係を示す図
【図１２】従来の超音波駆動装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１…超音波駆動装置
２…超音波振動子
３…デジタル発振回路
４…アンプ回路（ＡＭＰ）
５…検出回路
６…位相差検出回路
７…レジスタ
８…データ送出回路
９…スイッチ回路
１０…制御回路

Claims

超音波振動子を内蔵して超音波により生体組織を処置する複数種類のハンドピースと、
前記複数種類のハンドピースのそれぞれを識別するための情報を格納した、該ハンドピースに設けられた情報格納手段と、
前記複数種類のハンドピースのうち少なくとも一つと接続するコネクタと、
前記複数種類のハンドピースのうち前記コネクタに接続されたハンドピースの前記情報格納手段に格納された情報に基づき前記超音波振動子を超音波振動するためのデジタル周波数データを選択して送出する送出手段と、
前記送出手段からの前記デジタル周波数データに基づいて前記超音波振動子を駆動するための超音波駆動信号を発振する超音波駆動信号発振手段と、
を備えたことを特徴とする超音波手術装置。
前記送出手段にて選択され送出される初期の周波数データを保持するデータ保持手段と、
前記データ保持手段に保持された前記初期の周波数データと、前記超音波振動子の共振追尾制御により変化したデジタル周波数データとを比較する比較手段と、
をさらに備え、
前記比較手段の比較結果から前記超音波駆動信号発振手段を停止制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波手術装置。
前記送出手段にて選択され送出される初期の周波数データを保持するデータ保持手段と、
前記データ保持手段に保持された前記初期の周波数データと、前記超音波振動子の共振追尾制御により変化したデジタル周波数データとを比較して異常を判断する異常判断手段と、
前記異常判断手段の判断結果に基づき、異常を告知する告知手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の超音波手術装置。
超音波振動子を内蔵して超音波により生体組織を処置する複数種類のハンドピースと、
前記複数種類のハンドピースのそれぞれに内蔵された超音波振動子の共振周波数を示すデジタル周波数データを保持する、該ハンドピースに設けられたデータ保持部と、
前記複数種類のハンドピースのうち少なくとも一つと接続するコネクタと、
前記複数種類のハンドピースのうち前記コネクタに接続されたハンドピースの前記データ保持部に保持されたデジタル周波数データを読み出して送出する送出手段と、
前記送出手段からの前記デジタル周波数データに基づいて超音波振動子を駆動するための超音波駆動信号を発振する超音波駆動信号発振手段と、
を備えたことを特徴とする超音波手術装置。
超音波振動を発生する超音波振動子と、該超音波振動子に接続されたプローブとを備えたハンドピースを着脱自在なコネクタを有する超音波駆動装置において、
前記コネクタに接続されたハンドピースに設けられた情報格納手段の情報に基づき、周波数初期データを送出するデータ送出手段と、
前記データ送出手段からの前記周波数初期データに対して加算或いは減算してデジタル周波数データを算出可能な周波数データ算出手段と、
前記デジタル周波数データに基づいて、前記超音波振動子を駆動するための駆動信号を前記コネクタを介して前記ハンドピースに供給可能な駆動信号発振手段と、
前記駆動信号発振手段で前記ハンドピースに供給される駆動信号に基づき、前記周波数データ算出手段を制御し、前記周波数データ算出手段で算出される前記デジタル周波数データを変更可能な演算制御手段と
を具備したことを特徴とする超音波駆動装置。