JP4402270B2 - 超音波凝固切開装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波凝固切開装置、更に詳しくは共振周波数の検出制御部分に特徴のある超音波凝固切開装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波変換器としての超音波振動子を用いる超音波装置は種々提案されており、これには例えば外科用超音波メスや超音波加工装置等が知られている。
【０００３】
このような外科用超音波メスや超音波加工装置に使用される超音波振動子は、その変換効率を高めるため、従来から、その超音波振動子の機械的共振点で駆動することが知られている。
【０００４】
機械的共振点に於いて共振させる手段として最も一般的なのは、超音波振動子に加わる電圧と流れる電流の位相を検出し、その位相差が零になるように制御する、いわゆるフェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）方式の共振点追尾回路である。
【０００５】
これは、共振点で確実に駆動出来るため、超音波振動子に加わる負荷の変化に追従する方法として優れている。
【０００６】
しかし、ＰＬＬを用いた共振点追尾を行う場合、追尾動作に入る前に、図５に示すように、振動子に接続され、振動子と共にはハンドピースを形成するプローブに応じた初期共振周波数（Ｆr0）を確実に検出する必要がある。
【０００７】
初期共振周波数（Ｆr0）は、振動子に接続するプローブの種類、製造上のばらつき、周囲温度等によって異なる。
【０００８】
初期共振周波数（Ｆr0）の検出方法としては、例えば特開平２−２９０２８１号公報に示されるように、動作中に変動する共振点でのＰＬＬ方式の追尾動作に入る前に、オープンループで出力周波数を掃引し、その途中で、初期共振周波数（Ｆr0）を検出したら、クローズループに移行し、ＰＬＬ動作にスムーズに入るというものがある。
【０００９】
また、前述の特開平２−２９０２８１号公報では、共振点追尾の手段として、ＶＣＯを用いたアナログ式ＰＬＬを適用しているが、近年、ＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）を用いたデジタル式のPLLが、回路定数の調整不要、使用回路素子の定数温度変動による出力周波数変動がないことにより、共振周波数追尾回路として用いられるようになっている。
【００１０】
デジタル式ＰＬＬを用いた従来の超音波凝固切開装置では、図６に示すように、術者により、フットスイッチ１０１がＯＮされると、ＣＰＵ１０２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１０３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、Ｆr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。このとき、Ｆｏは、周波数掃引を開始する周波数である。
【００１１】
また、Ｆr0検出時の出力設定は、ＣＰＵ １０２ より４ビットの出力電流信号（最大出力の３０％）がＤ／Ａ変換器１０４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１０５へ出力される。
【００１２】
また、掃引回路１０３は、Ｆｏを一定の間隔でダウンカウントすることにより、掃引信号Ｆｏ’を生成する。Ｆr0検知時は、Ｆｏは、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６をスルーし、駆動周波数設定信号Ｆｓとなって、ＤＤＳ１０７へ入力される。
【００１３】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８は、ＰＬＬ追尾動作時に機能し、周波数追尾を行うために使用する回路であるため、Ｆr0検知後ＯＮとなる入力信号ＰＬＬ＿ＯＮ信号がＯＮの間のみ動作するように設計されている。
【００１４】
ＤＤＳ１０７は、Ｆｓに対応したＳＩＮ波形の出力を行い、ＤＤＳ１０７から出力されたＳＩＮ波は、乗算器１０５へ入力され、ＣＰＵ１０２からの出力電流信号を、Ｄ／Ａ変換器１０４においてＤ／Ａ変換した信号ＤＡ1との掛け算を行う。
【００１５】
乗算器１０５から出力されたＳＩＮ波形は、電力増幅器１０９にて増幅され、検出回路１１０を経て、ハンドピース１１１の振動子１１２へ出力され、プローブ１２３を超音波振動させる。
【００１６】
検出回路１１０において、超音波出力（電圧、電流）の位相信号θv（電圧位相信号）、θI（電流位相信号）、出力電流の実効値|I|を検出し、共振周波数検出回路１１３へ出力している。
【００１７】
共振周波数検出回路１１３では、出力電流の実効値|I|を検知し、インピーダンスの変化をモニタしている。
【００１８】
共振周波数検出回路１１３は、フットスイッチ１０１により、超音波出力がＯＮされたのをＣＰＵ １０２ から受けて（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）、Ｆr0検出処理を行う。
【００１９】
共振周波数検出回路１１３は、電流比較回路１２１と位相検知回路１２２からなり、電流比較回路１２１にて出力電流の実効値|I|が、基準値|I|refを越えた場合、位相検知回路１２２へイネープル信号／ＰＨＡ＿ＥＮをＯＮとし、位相検知回路１２２の動作を開始させる。
【００２０】
位相検知回路１２２では、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差を検知し、図１０に示すように、前述の２信号の位相差が”０”となるところをＦr0として検知し、ＰＬＬ＿ＯＮをＯＮとする。また、一回の出力周波数掃引時にＦr0が検出できなかった場合、前述のＦr0検出を再度行う（最大２回迄）。
【００２１】
ＰＬＬ_ＯＮがＯＮとなると掃引回路１０３は、周波数掃引を停止し、検出した共振周波数以上の変化はしない。
【００２２】
また、ＰＬＬ＿ＯＮがＯＮとなることにより、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８の動作が開始され、ＰＬＬ１１４による共振周波数追尾が動作する。
【００２３】
位相比較器１０８では、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差を検出し、周波数追尾のために、ＤＤＳ１０７からの出力（ＳＩＮ波形）の出力周波数を上下させる制御信号（以下、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号）を出力し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６への入力とする。
【００２４】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６では、共振周波数検出時に検出したＦr0と位相比較器１０８からのＵＰ／ＤＯＷＮ信号に基づき、実際にＤＤＳ１０７から出力する周波数の設定信号である、駆動周波数設定信号Ｆｓを出力する。
【００２５】
次に、このように構成された従来の超音波凝固切開装置でのＰＬＬ引き込みまでの処理の流れを説明する。
【００２６】
図７に示すように、ステップＳ１０１で術者によりフットスイッチ１０１がＯＮされると、ステップＳ１０２でＦr0検出時の出力設定にためＣＰＵ １０２ より４ビットの出力電流信号がＤ／Ａ変換器１０４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１０５へ出力される。
【００２７】
そして、ステップＳ１０３でＣＰＵ１０２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１０３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、Ｆr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。
【００２８】
ステップＳ１０４で掃引回数をカウントし、ステップＳ１０５で出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えたかどうか判断し、出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えた場合はステップＳ１０６で電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が”０”かどうか判断し、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が”０”ならばＦr0として検知し、ステップＳ１０７で周波数掃引を停止し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８の動作が開始され、ＰＬＬ１１４による共振周波数追尾が動作する。
【００２９】
ステップＳ１０５で出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えていないと判断すると、ステップＳ１０８で掃引回数が２回かどうか判断し、１回目の掃引ならばステップＳ１０３に戻り処理を繰り返し、２回目の掃引ならばステップＳ１０９で警告を発し出力を停止する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波振動子１１に締結され、超音波振動するプローブ１２３が多種にわたり、プローブ１２３の負荷状況、特性が様々な場合、次の様な問題があることが判明した。
すなわち、従来では、回路上において、設定値（|I|ref）を決めて、|I|が、その設定値以上となった場合、位相差検出を行い、位相差が零となった場合を共振点としている。
【００３１】
このため、|I|検知時、設定値（|I|ref）の決定は一意的であり、プローブ１２３が多種にわたり、負荷のかかり易いプローブの場合、また、発振時術者がプローブに重めの負荷を掛けていた場合、図８に示すように、|I|が|I|ref以上にならず、位相差検出へ移行できずＦr0が検出できないという問題がある。
【００３２】
また、|I|refを下げすぎると、インピーダンスが高い時点で、位相差検出を行ってしまうために、電流信号が小さすぎて、検出回路１０からの出力信号（θI）のデューティーが５０％とならず、位相差検出が正常に行えなくなり、Ｆr0検出時の誤検知の原因となる。
【００３３】
また、***振点（Ｆ2）より高い周波数では、Ｆ2よりインピーダンスが低くなるため、|I|も大きくなる。そのため、Ｆ2より高い周波数領域の出力周波数掃引時、|I|が|I|refよりもおおきくなり、／ＰＨＡ＿ＥＮがＯＮしてしまい、θIとθvの位相差が零となるＦ2をＦr0として誤検知してしまったり、θIとθvの信号線上にノイズがのり、位相差を零と誤検知し、Ｆr0以外の周波数でＰＬＬ追尾を開始してしまう問題がある。
【００３４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、種々の特性、使用状態のプローブに於いても、正確に共振点を検出し、ＰＬＬ動作へ移行することのできる超音波凝固切開装置を提供することを目的としている。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波凝固切開装置は、超音波振動子を駆動するための共振周波数を追尾する共振周波数追尾手段と、接続されたハンドピースの種類を判別するハンドピース判別手段と、前記超音波振動子に供給されている出力周波数を掃引し掃引中の電流信号の周波数を検知するとともに前記電流信号の実効値を基準値と比較し且つ前記電流信号と電圧信号の位相差が＋から−に切り替わったことを検知することにより前記共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、前記ハンドピース判別手段による前記ハンドピースの種類の判別結果にしたがって、前記実効値と比較する前記基準値を変化させる基準値変更手段と、前記共振周波数検出後、前記共振点検出手段から前記共振周波数追尾手段へ制御を切り替える制御切り替え手段とを備えて構成される。
【００３６】
【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。
【００３７】
図１ないし図４は本発明の一実施の形態に係わり、図１は超音波手術装置の構成を示す構成図、図２は図１の超音波凝固切開装置の構成を示すブロック図、図３は図２の共振周波数検出回路の構成を示すブロック図、図４は図２の超音波凝固切開装置の作用を説明するフローチャートである。
【００３８】
本実施の形態の超音波手術装置は、図１に示すように、超音波出力を行う超音波凝固切開装置１と、処置を行うハンドピース２と、超音波凝固切開装置１の超音波出力を制御するフットスイッチ３とから構成される。
【００３９】
ハンドピース２は、図２に示すように、振動子２ａと種々の形態のプローブ２ｂからなり、一体型となっており、ハンドピース２は超音波凝固切開装置１に着脱できるようになっている。そして、超音波凝固切開装置１より供給された電気信号を振動子２ａにて機械振動へ変換し、振動子２ａに接続されたプローブ２ｂの機械振動によって処置を行っている。
【００４０】
ハンドピース２には、そのハンドピース２の種類を判別する判別抵抗２ｃが設けられている。判別抵抗２ｃは、ハンドヒース２の種類によって、定数が異なっている。ＨＰ（ハンドピース）判別回路１１において、判別抵抗２ｃの抵抗値を検出し、その検出した結果（ハンドビース種）をＣＰＵ１２へ送信する。ＣＰＵ１２では、この結果を基とし、どの種類のハンドビースが接続されているかを判断する。
【００４１】
超音波凝固切開装置１では、図２に示すように、術者により、フットスイッチ３がＯＮされると、ハンドピース２の種類判別の結果によってＣＰＵ１２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが設定され、この初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、Ｆr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。このとき、Ｆｏは、周波数掃引を開始する周波数である。
【００４２】
また、Ｆr0検出時の出力設定は、ＣＰＵ １２ より４ビットの初期出力電流信号（最大出力の３０％）がＤ／Ａ変換器１４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１５へ出力される。
【００４３】
また、掃引回路１３は、Ｆｏを一定の間隔でダウンカウントすることにより、掃引信号Ｆｏ’を生成する。Ｆr0検知時は、Ｆｏは、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６をスルーし、駆動周波数設定信号Ｆｓとなって、ＤＤＳ１７へ入力される。
【００４４】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６と位相比較器１８は、ＰＬＬ追尾動作時に機能し、周波数追尾を行うために使用する回路であるため、Ｆr0検知後ＯＮとなる入力信号ＰＬＬ＿ＯＮ信号がＯＮの間のみ動作するように設計されている。
【００４５】
ＤＤＳ１７は、Ｆｓに対応したＳＩＮ波形の出力を行い、ＤＤＳ１７から出力されたＳＩＮ波は、乗算器１５へ入力され、ＣＰＵ１２からの出力電流信号を、Ｄ／Ａ変換器１４においてＤ／Ａ変換した信号ＤＡ1との掛け算を行う。
【００４６】
乗算器１５から出力されたＳＩＮ波形は、電力増幅器１９にて増幅され、検出回路２０を経て、ハンドピース２の振動子２ａへ出力される。
【００４７】
検出回路２０において、超音波出力（電圧、電流）の位相信号θv（電圧位相信号）、θI（電流位相信号）、出力電流の実効値|I|を検出し、位相信号θv（電圧位相信号）、θI（電流位相信号）は共振周波数検出回路２１へ出力され、出力電流の実効値|I|はＡ／Ｄ変換器２２によって、８ビツトのデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１２へ送信される。
【００４８】
ＣＰＵ１２では、前述のハンドピース２の種類判別の結果によって、基準値|I|refの設定を変化させる。例えば負荷が大きくかかり易いような長さの長いプロープの場合は|I|refの設定を低くし、また負荷があまりかからないような短い長さのプローブの場合は|I|refの設定を高くする。
【００４９】
ＣＰＵ１２にて、Ｆr0検出中（周波数掃引中）に、|I|と|I|refを比較し、|I|＞|I|refとなった場合、ＣＰＵ１２にて／ＰＨＡ＿ＥＮをＯＮとし、共振周波数検出回路２１へ／ＰＨＡ＿ＥＮ信号を送信する。
【００５０】
共振周波数検出回路２１は、図３に示すように、θI周波数検知３１、θI/θv位相差（＋）検出回路３２、θI/θv位相差（−）検出回路３３からなる。
【００５１】
θI周波数検知３１は、／ＰＨＡ＿ＥＮがＯＮとなったことを受けて検知を開始する。θI周波数検知３１は、振動子１１の破損や、振動子に接続されたプロープの破損により、出力電流波形のデューティが５０％にならなかったり、波形に歪みが生じた場合を想定して設けた検知であり、θIの周波数が、θvの周波数の±１０％以内の範囲に入っているかどうかを検知する。検知した後、ｅｎａｂｌｅ1がONとなり、θI/θv位相差（＋）検出回路３２へ送信する。
【００５２】
θI/θv位相差（＋）検出回路３２では、ｅｎａｂｌｅ1がＯＮとなったことを受けて、検知を開始する。θI/θv位相差（＋）検出回路３２は、次で説明するθI/θv位相差（−）検出回路３３とあわせて、θIとθvの位相差が＋から−へ切り替わったことによってＦr0を検知する（図５に示した通り、Ｆr0は、位相差が＋から−へ切り替わるところに存在するため）。
【００５３】
θI/θv位相差（＋）検出回路３２では、掃引周波数がＦr0とＦ2の間（位相差が＋の周波数区間）にあることの検知を行う。つまり、ある一定時間、連続して位相差が＋である出力波形が出力されることの検知を行っている。
【００５４】
掃引周波数が位相差＋である周波数区間にあったことを、検知したらｅｎａｂｌｅ2をＯＮとし、θI/θv位相差（−）検出回路３３へ送信する。
【００５５】
θI/θv位相差（−）検出回路３３では、ｅｎａｂｌｅ2がＯＮとなったことを受けて、検知を開始する。前述の様にFr0を検知するため、θI/θv位相差（−）検出回路３３は、掃引周波数がＦ1とＦr0の間（位相差が−の周波数区間）にあることの検知を行う。つまり、ある一定時間、連続して位相差が−である出力波形が出力されることの検知を行っている。
【００５６】
掃引周波数が位相差−である周波数区間にあったことを、検知した場合、前述の様に、位相差が＋から−へ切り替わったことを示すため、Ｆr0を検知したこととし、ＰＬＬ追尾を開始するため、θI/θv位相差（−）検出回路３３は、ＰＬＬ＿ＯＮ信号をＯＮとする。
【００５７】
ＰＬＬ_ＯＮがＯＮとなると掃引回路１３は、周波数掃引を停止し、検出した共振周波数以上の変化はしない。
【００５８】
また、ＰＬＬ＿ＯＮがＯＮとなることにより、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６と位相比較器１８の動作が開始され、ＰＬＬ４１による共振周波数追尾が動作する。
【００５９】
位相比較器１８では、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差を検出し、周波数追尾のために、ＤＤＳ１７からの出力（ＳＩＮ波形）の出力周波数を上下させる制御信号（以下、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号）を出力し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６への入力とする。
【００６０】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６では、共振周波数検出時に検出したＦr0と位相比較器１８からのＵＰ／ＤＯＷＮ信号に基づき、実際にＤＤＳ１７から出力する周波数の設定信号である、駆動周波数設定信号Ｆｓを出力する。
【００６１】
また、ハンドピース２に大きな負荷がかかることにより、周波数Ｆr0時のインピーダンスが高くなった場合|I|の最大値が|I|refよりも小さくなってしまい、Ｆr0の検知が出来ない可能性がある。
【００６２】
そのため、一回の周波数掃引時に、Ｆr0の検出が行えなかった場合、Ｆr0検出用の出力電流の設定値を、１０％刻みで上げる（例えば、最大７０％まで）。
【００６３】
前述の動作は、ＣＰＵ４から４ビットの出力電流設定信号をＤ／Ａ変換回路１５へ送信する。Ｄ／Ａ変換回路１５は、その信号をＤ／Ａ変換し乗算器８へ出力する。
【００６４】
出力電流を大きくすることにより、Ｆr0のインピーダンスが低くなるため、出力電流波形が検知を行い易くする。
【００６５】
次に、このように構成された本実施の形態の超音波凝固切開装置１でのＰＬＬ引き込みまでの処理の流れを説明する。
【００６６】
図４に示すように、ステップＳ１でハンドピース２の接続を待ち、ステップＳ２で接続されたハンドピース２の種類を判別して、ステップＳ３でハンドピース２の種類に応じて初期設定周波数信号Ｆｏ及び基準値|I|refを設定する。
【００６７】
ステップＳ４で術者によりフットスイッチ３がＯＮされると、ステップＳ５でＣＰＵ１２にてＦr0検出時の出力設定にためＣＰＵ １０２ より４ビットの出力電流信号がＤ／Ａ変換器１０４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１０５へ出力される。
【００６８】
そして、ステップＳ５でＣＰＵ１２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、掃引回路１３にてＦr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。
【００６９】
ステップＳ６で掃引回数をカウントし、ステップＳ７でＣＰＵ１２にて出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えたかどうか判断し、出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えた場合は、ステップＳ８で共振周波数検出回路２１にてθIの周波数がθvの周波数の±１０％以内の範囲に入っているかどうかどうか判断し、θvの周波数の±１０％以内の範囲に入っている場合はステップＳ９に進む。
【００７０】
ステップＳ９では、共振周波数検出回路２１にて電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が＋から−に切り替わったかどうか判断し、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が＋から−に切り替わったならばＦr0として検知し、ステップＳ１０で周波数掃引を停止し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８の動作が開始され、ＰＬＬ１１４による共振周波数追尾が動作する。
【００７１】
ステップＳ７で出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えていないと判断すると、ステップＳ１１でＣＰＵ１２にて出力電流信号が最大出力の６０％以下かどうか判断し、出力電流信号が最大出力の６０％以下の場合は、ステップＳ１２でＣＰＵ１２にて出力電流信号を１０％上げステップＳ５に戻り処理を終了する。
【００７２】
ステップＳ８でθIの周波数がθvの周波数の±１０％以内の範囲に入っていないと判断した場合、またステップＳ９で電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が＋から−に切り替わっていないと判断した場合、さらにステップＳ１１で出力電流信号が最大出力の６０％を越えたと判断した場合は、ステップＳ１３で警告を発し出力を停止する。
【００７３】
このように本実施の形態では、|I|refをハンドピース２の種類によりＣＰＵ１２にて、設定値を変更することにより、多種のハンドヒース２において、また、ハンドビース２に大きな負荷がかかっている場合でも、Ｆr0を検知することができ、種々のハンドピースが接続された状態、振動子に締結されたプローブに重い負荷がかかった状態でも、確実に初期共振周波数を検出することができる。
【００７４】
また、位相差＋から位相差−への切り替えを検知することによってＦr0検出を行うことにより、θv、θI信号線に、ノイズが乗った場合でも、誤検知を起こさないような検知を行うことができる。
【００７５】
なお、一回目の周波数掃引時は図４と同一のフローを実施し、一回目の周波数掃引時にIllの最大値（|I|max）を検出し、最大値が、振動子２の許容できる入力電流値（|I|per）より小さかった場合、１０％刻みで出力電流設定値を上昇させるのではなく、ＣＰＵ１２にて|I|perに見合う電流値を|I|perと|I|maxの比によって計算し、出力電流設定を行うようにしても良く、図４のフローの場合、Ｆr0の検知に失敗した場合、徐々に出力電流設定をあげていくが、２回目の出力周波数掃引時に出力可能な最大の電流を振動子２へ供給することにより、Ｆr0検知の可能性を高めることができる。
【００７６】
また、電流|I|を基準値|I|refと比較する際の|I|refの決定を、以下のように行っても良い。
【００７７】
すなわち、出力周波数掃引時、IIIをモニターし、|I|の最小値|I|minを検出する。そして、|I|minにオフセット|I|offset を加え、|I|refとする。
【００７８】
このように|I|refの決定を行うこととすると、Ｆ2の時に|I|minとなるため、Ｆ2よりも高い周波数領域では、／ＰＨＡ＿ＥＮがＯＮしないため、必ずＦ2よりも低い周波数領域にて位相差が＋から−への切り替え検知を行うことができる。
【００７９】
以上説明したように、この発明によれば、種々のハンドピースが接続された状態、振動子に締結されたプローブに重い負荷がかかった状態でも、確実に初期共振周波数を検出することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、種々の特性、使用状態のプローブに於いても、正確に共振点を検出し、ＰＬＬ動作へ移行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】本発明の一実施の形態に係る超音波手術装置の構成を示す構成図
【図２】図１の超音波凝固切開装置の構成を示すブロック図
【図３】図２の共振周波数検出回路の構成を示すブロック図
【図４】図２の超音波凝固切開装置の作用を説明するフローチャート
【図５】従来の超音波凝固切開装置の構成を示すブロック図
【図６】図５の超音波凝固切開装置の作用を説明するフローチャート
【図７】共振周波数の検出を説明する第１の図
【図８】共振周波数の検出を説明する第２の図
【符号の説明】
１…超音波凝固切開装置
２…ハンドピース
２ａ…振動子
２ｂ…プローブ
２ｃ…判別抵抗
３…フットスイッチ
１１…ＨＰ（ハンドピース）判別回路
１２…ＣＰＵ
１３…掃引回路
１４…Ｄ／Ａ変換器
１５…乗算器
１６…ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ
１７…ＤＤＳ
１８…位相比較器
１９…電力増幅器
２０…検出回路
２１…共振周波数検出回路
２２…Ａ／Ｄ変換器
３１…θI周波数検知
３２…θI/θv位相差（＋）検出回路
３３…θI/θv位相差（−）検出回路
４１…ＰＬＬ
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波凝固切開装置、更に詳しくは共振周波数の検出制御部分に特徴のある超音波凝固切開装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波変換器としての超音波振動子を用いる超音波装置は種々提案されており、これには例えば外科用超音波メスや超音波加工装置等が知られている。
【０００３】
このような外科用超音波メスや超音波加工装置に使用される超音波振動子は、その変換効率を高めるため、従来から、その超音波振動子の機械的共振点で駆動することが知られている。
【０００４】
機械的共振点に於いて共振させる手段として最も一般的なのは、超音波振動子に加わる電圧と流れる電流の位相を検出し、その位相差が零になるように制御する、いわゆるフェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）方式の共振点追尾回路である。
【０００５】
これは、共振点で確実に駆動出来るため、超音波振動子に加わる負荷の変化に追従する方法として優れている。
【０００６】
しかし、ＰＬＬを用いた共振点追尾を行う場合、追尾動作に入る前に、図５に示すように、振動子に接続され、振動子と共にはハンドピースを形成するプローブに応じた初期共振周波数（Ｆr0）を確実に検出する必要がある。
【０００７】
初期共振周波数（Ｆr0）は、振動子に接続するプローブの種類、製造上のばらつき、周囲温度等によって異なる。
【０００８】
初期共振周波数（Ｆr0）の検出方法としては、例えば特開平２−２９０２８１号公報に示されるように、動作中に変動する共振点でのＰＬＬ方式の追尾動作に入る前に、オープンループで出力周波数を掃引し、その途中で、初期共振周波数（Ｆr0）を検出したら、クローズループに移行し、ＰＬＬ動作にスムーズに入るというものがある。
【０００９】
また、前述の特開平２−２９０２８１号公報では、共振点追尾の手段として、ＶＣＯを用いたアナログ式ＰＬＬを適用しているが、近年、ＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）を用いたデジタル式のPLLが、回路定数の調整不要、使用回路素子の定数温度変動による出力周波数変動がないことにより、共振周波数追尾回路として用いられるようになっている。
【００１０】
デジタル式ＰＬＬを用いた従来の超音波凝固切開装置では、図６に示すように、術者により、フットスイッチ１０１がＯＮされると、ＣＰＵ１０２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１０３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、Ｆr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。このとき、Ｆｏは、周波数掃引を開始する周波数である。
【００１１】
また、Ｆr0検出時の出力設定は、ＣＰＵ １０２ より４ビットの出力電流信号（最大出力の３０％）がＤ／Ａ変換器１０４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１０５へ出力される。
【００１２】
また、掃引回路１０３は、Ｆｏを一定の間隔でダウンカウントすることにより、掃引信号Ｆｏ’を生成する。Ｆr0検知時は、Ｆｏは、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６をスルーし、駆動周波数設定信号Ｆｓとなって、ＤＤＳ１０７へ入力される。
【００１３】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８は、ＰＬＬ追尾動作時に機能し、周波数追尾を行うために使用する回路であるため、Ｆr0検知後ＯＮとなる入力信号ＰＬＬ＿ＯＮ信号がＯＮの間のみ動作するように設計されている。
【００１４】
ＤＤＳ１０７は、Ｆｓに対応したＳＩＮ波形の出力を行い、ＤＤＳ１０７から出力されたＳＩＮ波は、乗算器１０５へ入力され、ＣＰＵ１０２からの出力電流信号を、Ｄ／Ａ変換器１０４においてＤ／Ａ変換した信号ＤＡ1との掛け算を行う。
【００１５】
乗算器１０５から出力されたＳＩＮ波形は、電力増幅器１０９にて増幅され、検出回路１１０を経て、ハンドピース１１１の振動子１１２へ出力され、プローブ１２３を超音波振動させる。
【００１６】
検出回路１１０において、超音波出力（電圧、電流）の位相信号θv（電圧位相信号）、θI（電流位相信号）、出力電流の実効値|I|を検出し、共振周波数検出回路１１３へ出力している。
【００１７】
共振周波数検出回路１１３では、出力電流の実効値|I|を検知し、インピーダンスの変化をモニタしている。
【００１８】
共振周波数検出回路１１３は、フットスイッチ１０１により、超音波出力がＯＮされたのをＣＰＵ １０２ から受けて（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）、Ｆr0検出処理を行う。
【００１９】
共振周波数検出回路１１３は、電流比較回路１２１と位相検知回路１２２からなり、電流比較回路１２１にて出力電流の実効値|I|が、基準値|I|refを越えた場合、位相検知回路１２２へイネープル信号／ＰＨＡ＿ＥＮをＯＮとし、位相検知回路１２２の動作を開始させる。
【００２０】
位相検知回路１２２では、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差を検知し、図１０に示すように、前述の２信号の位相差が”０”となるところをＦr0として検知し、ＰＬＬ＿ＯＮをＯＮとする。また、一回の出力周波数掃引時にＦr0が検出できなかった場合、前述のＦr0検出を再度行う（最大２回迄）。
【００２１】
ＰＬＬ_ＯＮがＯＮとなると掃引回路１０３は、周波数掃引を停止し、検出した共振周波数以上の変化はしない。
【００２２】
また、ＰＬＬ＿ＯＮがＯＮとなることにより、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８の動作が開始され、ＰＬＬ１１４による共振周波数追尾が動作する。
【００２３】
位相比較器１０８では、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差を検出し、周波数追尾のために、ＤＤＳ１０７からの出力（ＳＩＮ波形）の出力周波数を上下させる制御信号（以下、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号）を出力し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６への入力とする。
【００２４】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６では、共振周波数検出時に検出したＦr0と位相比較器１０８からのＵＰ／ＤＯＷＮ信号に基づき、実際にＤＤＳ１０７から出力する周波数の設定信号である、駆動周波数設定信号Ｆｓを出力する。
【００２５】
次に、このように構成された従来の超音波凝固切開装置でのＰＬＬ引き込みまでの処理の流れを説明する。
【００２６】
図７に示すように、ステップＳ１０１で術者によりフットスイッチ１０１がＯＮされると、ステップＳ１０２でＦr0検出時の出力設定にためＣＰＵ １０２ より４ビットの出力電流信号がＤ／Ａ変換器１０４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１０５へ出力される。
【００２７】
そして、ステップＳ１０３でＣＰＵ１０２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１０３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、Ｆr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。
【００２８】
ステップＳ１０４で掃引回数をカウントし、ステップＳ１０５で出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えたかどうか判断し、出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えた場合はステップＳ１０６で電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が”０”かどうか判断し、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が”０”ならばＦr0として検知し、ステップＳ１０７で周波数掃引を停止し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８の動作が開始され、ＰＬＬ１１４による共振周波数追尾が動作する。
【００２９】
ステップＳ１０５で出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えていないと判断すると、ステップＳ１０８で掃引回数が２回かどうか判断し、１回目の掃引ならばステップＳ１０３に戻り処理を繰り返し、２回目の掃引ならばステップＳ１０９で警告を発し出力を停止する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波振動子１１に締結され、超音波振動するプローブ１２３が多種にわたり、プローブ１２３の負荷状況、特性が様々な場合、次の様な問題があることが判明した。
すなわち、従来では、回路上において、設定値（|I|ref）を決めて、|I|が、その設定値以上となった場合、位相差検出を行い、位相差が零となった場合を共振点としている。
【００３１】
このため、|I|検知時、設定値（|I|ref）の決定は一意的であり、プローブ１２３が多種にわたり、負荷のかかり易いプローブの場合、また、発振時術者がプローブに重めの負荷を掛けていた場合、図８に示すように、|I|が|I|ref以上にならず、位相差検出へ移行できずＦr0が検出できないという問題がある。
【００３２】
また、|I|refを下げすぎると、インピーダンスが高い時点で、位相差検出を行ってしまうために、電流信号が小さすぎて、検出回路１０からの出力信号（θI）のデューティーが５０％とならず、位相差検出が正常に行えなくなり、Ｆr0検出時の誤検知の原因となる。
【００３３】
また、***振点（Ｆ2）より高い周波数では、Ｆ2よりインピーダンスが低くなるため、|I|も大きくなる。そのため、Ｆ2より高い周波数領域の出力周波数掃引時、|I|が|I|refよりもおおきくなり、／ＰＨＡ＿ＥＮがＯＮしてしまい、θIとθvの位相差が零となるＦ2をＦr0として誤検知してしまったり、θIとθvの信号線上にノイズがのり、位相差を零と誤検知し、Ｆr0以外の周波数でＰＬＬ追尾を開始してしまう問題がある。
【００３４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、種々の特性、使用状態のプローブに於いても、正確に共振点を検出し、ＰＬＬ動作へ移行することのできる超音波凝固切開装置を提供することを目的としている。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波凝固切開装置は、超音波振動子を駆動するための共振周波数を追尾する共振周波数追尾手段と、接続されたハンドピースの種類を判別するハンドピース判別手段と、前記超音波振動子に供給されている出力周波数を掃引し掃引中の電流信号の周波数を検知するとともに前記電流信号の実効値を基準値と比較し且つ前記電流信号と電圧信号の位相差が＋から−に切り替わったことを検知することにより前記共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、前記ハンドピース判別手段による前記ハンドピースの種類の判別結果にしたがって、前記実効値と比較する前記基準値を変化させる基準値変更手段と、前記共振周波数検出後、前記共振点検出手段から前記共振周波数追尾手段へ制御を切り替える制御切り替え手段とを備えて構成される。
【００３６】
【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。
【００３７】
図１ないし図４は本発明の一実施の形態に係わり、図１は超音波手術装置の構成を示す構成図、図２は図１の超音波凝固切開装置の構成を示すブロック図、図３は図２の共振周波数検出回路の構成を示すブロック図、図４は図２の超音波凝固切開装置の作用を説明するフローチャートである。
【００３８】
本実施の形態の超音波手術装置は、図１に示すように、超音波出力を行う超音波凝固切開装置１と、処置を行うハンドピース２と、超音波凝固切開装置１の超音波出力を制御するフットスイッチ３とから構成される。
【００３９】
ハンドピース２は、図２に示すように、振動子２ａと種々の形態のプローブ２ｂからなり、一体型となっており、ハンドピース２は超音波凝固切開装置１に着脱できるようになっている。そして、超音波凝固切開装置１より供給された電気信号を振動子２ａにて機械振動へ変換し、振動子２ａに接続されたプローブ２ｂの機械振動によって処置を行っている。
【００４０】
ハンドピース２には、そのハンドピース２の種類を判別する判別抵抗２ｃが設けられている。判別抵抗２ｃは、ハンドヒース２の種類によって、定数が異なっている。ＨＰ（ハンドピース）判別回路１１において、判別抵抗２ｃの抵抗値を検出し、その検出した結果（ハンドビース種）をＣＰＵ１２へ送信する。ＣＰＵ１２では、この結果を基とし、どの種類のハンドビースが接続されているかを判断する。
【００４１】
超音波凝固切開装置１では、図２に示すように、術者により、フットスイッチ３がＯＮされると、ハンドピース２の種類判別の結果によってＣＰＵ１２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが設定され、この初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、Ｆr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。このとき、Ｆｏは、周波数掃引を開始する周波数である。
【００４２】
また、Ｆr0検出時の出力設定は、ＣＰＵ １２ より４ビットの初期出力電流信号（最大出力の３０％）がＤ／Ａ変換器１４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１５へ出力される。
【００４３】
また、掃引回路１３は、Ｆｏを一定の間隔でダウンカウントすることにより、掃引信号Ｆｏ’を生成する。Ｆr0検知時は、Ｆｏは、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６をスルーし、駆動周波数設定信号Ｆｓとなって、ＤＤＳ１７へ入力される。
【００４４】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６と位相比較器１８は、ＰＬＬ追尾動作時に機能し、周波数追尾を行うために使用する回路であるため、Ｆr0検知後ＯＮとなる入力信号ＰＬＬ＿ＯＮ信号がＯＮの間のみ動作するように設計されている。
【００４５】
ＤＤＳ１７は、Ｆｓに対応したＳＩＮ波形の出力を行い、ＤＤＳ１７から出力されたＳＩＮ波は、乗算器１５へ入力され、ＣＰＵ１２からの出力電流信号を、Ｄ／Ａ変換器１４においてＤ／Ａ変換した信号ＤＡ1との掛け算を行う。
【００４６】
乗算器１５から出力されたＳＩＮ波形は、電力増幅器１９にて増幅され、検出回路２０を経て、ハンドピース２の振動子２ａへ出力される。
【００４７】
検出回路２０において、超音波出力（電圧、電流）の位相信号θv（電圧位相信号）、θI（電流位相信号）、出力電流の実効値|I|を検出し、位相信号θv（電圧位相信号）、θI（電流位相信号）は共振周波数検出回路２１へ出力され、出力電流の実効値|I|はＡ／Ｄ変換器２２によって、８ビツトのデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１２へ送信される。
【００４８】
ＣＰＵ１２では、前述のハンドピース２の種類判別の結果によって、基準値|I|refの設定を変化させる。例えば負荷が大きくかかり易いような長さの長いプロープの場合は|I|refの設定を低くし、また負荷があまりかからないような短い長さのプローブの場合は|I|refの設定を高くする。
【００４９】
ＣＰＵ１２にて、Ｆr0検出中（周波数掃引中）に、|I|と|I|refを比較し、|I|＞|I|refとなった場合、ＣＰＵ１２にて／ＰＨＡ＿ＥＮをＯＮとし、共振周波数検出回路２１へ／ＰＨＡ＿ＥＮ信号を送信する。
【００５０】
共振周波数検出回路２１は、図３に示すように、θI周波数検知３１、θI/θv位相差（＋）検出回路３２、θI/θv位相差（−）検出回路３３からなる。
【００５１】
θI周波数検知３１は、／ＰＨＡ＿ＥＮがＯＮとなったことを受けて検知を開始する。θI周波数検知３１は、振動子１１の破損や、振動子に接続されたプロープの破損により、出力電流波形のデューティが５０％にならなかったり、波形に歪みが生じた場合を想定して設けた検知であり、θIの周波数が、θvの周波数の±１０％以内の範囲に入っているかどうかを検知する。検知した後、ｅｎａｂｌｅ1がONとなり、θI/θv位相差（＋）検出回路３２へ送信する。
【００５２】
θI/θv位相差（＋）検出回路３２では、ｅｎａｂｌｅ1がＯＮとなったことを受けて、検知を開始する。θI/θv位相差（＋）検出回路３２は、次で説明するθI/θv位相差（−）検出回路３３とあわせて、θIとθvの位相差が＋から−へ切り替わったことによってＦr0を検知する（図５に示した通り、Ｆr0は、位相差が＋から−へ切り替わるところに存在するため）。
【００５３】
θI/θv位相差（＋）検出回路３２では、掃引周波数がＦr0とＦ2の間（位相差が＋の周波数区間）にあることの検知を行う。つまり、ある一定時間、連続して位相差が＋である出力波形が出力されることの検知を行っている。
【００５４】
掃引周波数が位相差＋である周波数区間にあったことを、検知したらｅｎａｂｌｅ2をＯＮとし、θI/θv位相差（−）検出回路３３へ送信する。
【００５５】
θI/θv位相差（−）検出回路３３では、ｅｎａｂｌｅ2がＯＮとなったことを受けて、検知を開始する。前述の様にFr0を検知するため、θI/θv位相差（−）検出回路３３は、掃引周波数がＦ1とＦr0の間（位相差が−の周波数区間）にあることの検知を行う。つまり、ある一定時間、連続して位相差が−である出力波形が出力されることの検知を行っている。
【００５６】
掃引周波数が位相差−である周波数区間にあったことを、検知した場合、前述の様に、位相差が＋から−へ切り替わったことを示すため、Ｆr0を検知したこととし、ＰＬＬ追尾を開始するため、θI/θv位相差（−）検出回路３３は、ＰＬＬ＿ＯＮ信号をＯＮとする。
【００５７】
ＰＬＬ_ＯＮがＯＮとなると掃引回路１３は、周波数掃引を停止し、検出した共振周波数以上の変化はしない。
【００５８】
また、ＰＬＬ＿ＯＮがＯＮとなることにより、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６と位相比較器１８の動作が開始され、ＰＬＬ４１による共振周波数追尾が動作する。
【００５９】
位相比較器１８では、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差を検出し、周波数追尾のために、ＤＤＳ１７からの出力（ＳＩＮ波形）の出力周波数を上下させる制御信号（以下、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号）を出力し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６への入力とする。
【００６０】
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１６では、共振周波数検出時に検出したＦr0と位相比較器１８からのＵＰ／ＤＯＷＮ信号に基づき、実際にＤＤＳ１７から出力する周波数の設定信号である、駆動周波数設定信号Ｆｓを出力する。
【００６１】
また、ハンドピース２に大きな負荷がかかることにより、周波数Ｆr0時のインピーダンスが高くなった場合|I|の最大値が|I|refよりも小さくなってしまい、Ｆr0の検知が出来ない可能性がある。
【００６２】
そのため、一回の周波数掃引時に、Ｆr0の検出が行えなかった場合、Ｆr0検出用の出力電流の設定値を、１０％刻みで上げる（例えば、最大７０％まで）。
【００６３】
前述の動作は、ＣＰＵ４から４ビットの出力電流設定信号をＤ／Ａ変換回路１５へ送信する。Ｄ／Ａ変換回路１５は、その信号をＤ／Ａ変換し乗算器８へ出力する。
【００６４】
出力電流を大きくすることにより、Ｆr0のインピーダンスが低くなるため、出力電流波形が検知を行い易くする。
【００６５】
次に、このように構成された本実施の形態の超音波凝固切開装置１でのＰＬＬ引き込みまでの処理の流れを説明する。
【００６６】
図４に示すように、ステップＳ１でハンドピース２の接続を待ち、ステップＳ２で接続されたハンドピース２の種類を判別して、ステップＳ３でハンドピース２の種類に応じて初期設定周波数信号Ｆｏ及び基準値|I|refを設定する。
【００６７】
ステップＳ４で術者によりフットスイッチ３がＯＮされると、ステップＳ５でＣＰＵ１２にてＦr0検出時の出力設定にためＣＰＵ １０２ より４ビットの出力電流信号がＤ／Ａ変換器１０４へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０４に於いて、Ｄ／Ａ変換され、乗算器１０５へ出力される。
【００６８】
そして、ステップＳ５でＣＰＵ１２より８ビットの初期設定周波数信号Ｆｏが掃引回路１３へ送信された後、掃引開始信号（／ＳＷＥＥＰ＿ＯＮ）が送信され、掃引回路１３にてＦr0を検知するための出力周波数の掃引が開始される。
【００６９】
ステップＳ６で掃引回数をカウントし、ステップＳ７でＣＰＵ１２にて出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えたかどうか判断し、出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えた場合は、ステップＳ８で共振周波数検出回路２１にてθIの周波数がθvの周波数の±１０％以内の範囲に入っているかどうかどうか判断し、θvの周波数の±１０％以内の範囲に入っている場合はステップＳ９に進む。
【００７０】
ステップＳ９では、共振周波数検出回路２１にて電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が＋から−に切り替わったかどうか判断し、電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が＋から−に切り替わったならばＦr0として検知し、ステップＳ１０で周波数掃引を停止し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０６と位相比較器１０８の動作が開始され、ＰＬＬ１１４による共振周波数追尾が動作する。
【００７１】
ステップＳ７で出力電流の実効値|I|が基準値|I|refを越えていないと判断すると、ステップＳ１１でＣＰＵ１２にて出力電流信号が最大出力の６０％以下かどうか判断し、出力電流信号が最大出力の６０％以下の場合は、ステップＳ１２でＣＰＵ１２にて出力電流信号を１０％上げステップＳ５に戻り処理を終了する。
【００７２】
ステップＳ８でθIの周波数がθvの周波数の±１０％以内の範囲に入っていないと判断した場合、またステップＳ９で電圧位相信号θv、電流位相信号θIの位相差が＋から−に切り替わっていないと判断した場合、さらにステップＳ１１で出力電流信号が最大出力の６０％を越えたと判断した場合は、ステップＳ１３で警告を発し出力を停止する。
【００７３】
このように本実施の形態では、|I|refをハンドピース２の種類によりＣＰＵ１２にて、設定値を変更することにより、多種のハンドヒース２において、また、ハンドビース２に大きな負荷がかかっている場合でも、Ｆr0を検知することができ、種々のハンドピースが接続された状態、振動子に締結されたプローブに重い負荷がかかった状態でも、確実に初期共振周波数を検出することができる。
【００７４】
また、位相差＋から位相差−への切り替えを検知することによってＦr0検出を行うことにより、θv、θI信号線に、ノイズが乗った場合でも、誤検知を起こさないような検知を行うことができる。
【００７５】
なお、一回目の周波数掃引時は図４と同一のフローを実施し、一回目の周波数掃引時にIllの最大値（|I|max）を検出し、最大値が、振動子２の許容できる入力電流値（|I|per）より小さかった場合、１０％刻みで出力電流設定値を上昇させるのではなく、ＣＰＵ１２にて|I|perに見合う電流値を|I|perと|I|maxの比によって計算し、出力電流設定を行うようにしても良く、図４のフローの場合、Ｆr0の検知に失敗した場合、徐々に出力電流設定をあげていくが、２回目の出力周波数掃引時に出力可能な最大の電流を振動子２へ供給することにより、Ｆr0検知の可能性を高めることができる。
【００７６】
また、電流|I|を基準値|I|refと比較する際の|I|refの決定を、以下のように行っても良い。
【００７７】
すなわち、出力周波数掃引時、IIIをモニターし、|I|の最小値|I|minを検出する。そして、|I|minにオフセット|I|offset を加え、|I|refとする。
【００７８】
このように|I|refの決定を行うこととすると、Ｆ2の時に|I|minとなるため、Ｆ2よりも高い周波数領域では、／ＰＨＡ＿ＥＮがＯＮしないため、必ずＦ2よりも低い周波数領域にて位相差が＋から−への切り替え検知を行うことができる。
【００７９】
以上説明したように、この発明によれば、種々のハンドピースが接続された状態、振動子に締結されたプローブに重い負荷がかかった状態でも、確実に初期共振周波数を検出することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、種々の特性、使用状態のプローブに於いても、正確に共振点を検出し、ＰＬＬ動作へ移行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】本発明の一実施の形態に係る超音波手術装置の構成を示す構成図
【図２】図１の超音波凝固切開装置の構成を示すブロック図
【図３】図２の共振周波数検出回路の構成を示すブロック図
【図４】図２の超音波凝固切開装置の作用を説明するフローチャート
【図５】従来の超音波凝固切開装置の構成を示すブロック図
【図６】図５の超音波凝固切開装置の作用を説明するフローチャート
【図７】共振周波数の検出を説明する第１の図
【図８】共振周波数の検出を説明する第２の図
【符号の説明】
１…超音波凝固切開装置
２…ハンドピース
２ａ…振動子
２ｂ…プローブ
２ｃ…判別抵抗
３…フットスイッチ
１１…ＨＰ（ハンドピース）判別回路
１２…ＣＰＵ
１３…掃引回路
１４…Ｄ／Ａ変換器
１５…乗算器
１６…ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ
１７…ＤＤＳ
１８…位相比較器
１９…電力増幅器
２０…検出回路
２１…共振周波数検出回路
２２…Ａ／Ｄ変換器
３１…θI周波数検知
３２…θI/θv位相差（＋）検出回路
３３…θI/θv位相差（−）検出回路
４１…ＰＬＬ
Claims (3)
- 超音波振動子を駆動するための共振周波数を追尾する共振周波数追尾手段と、
接続されたハンドピースの種類を判別するハンドピース判別手段と、
前記超音波振動子に供給されている出力周波数を掃引し、掃引中の電流信号の周波数を検知するとともに、前記電流信号の実効値を基準値と比較し、且つ前記電流信号と電圧信号の位相差が＋から−に切り替わったことを検知することにより前記共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、
前記ハンドピース判別手段による前記ハンドピースの種類の判別結果にしたがって、前記実効値と比較する前記基準値を変化させる基準値変更手段と、
前記共振周波数検出後、前記共振点検出手段から前記共振周波数追尾手段へ制御を切り替える制御切り替え手段と
を備えたことを特徴とする超音波凝固切開装置。 - 前記共振周波数検出手段は、
１回の周波数掃引時に共振周波数を検出できなかった場合、超音波振動子に供給する電流信号の大きさの設定を上げる
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波凝固切開装置。 - 前記共振周波数検出手段は、
前記実効値がある前記基準値以上であるかを検出した後、電圧、電流位相信号の位相差がある一定以内であることを検知し、その後、位相差の切り替わりを検知し、前記共振周波数を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波凝固切開装置。
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