JP4933911B2 - Ultrasound surgical device - Google Patents
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Description
本発明は、超音波振動を利用した超音波手術器に関する。 The present invention relates to an ultrasonic surgical instrument using ultrasonic vibration.
医療関係では、従来より外科分野における各種手術具の一つとして特許文献１（特開２００５−１５２０９８号公報）に開示されるような超音波手術器が多く使用されている。図７は、このような超音波手術器のハンドピ−スＡを示す図である。 In the medical field, an ultrasonic surgical instrument as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-152098) has been widely used as one of various surgical tools in the surgical field. FIG. 7 is a view showing a hand piece A of such an ultrasonic surgical instrument.
図７において、１は、磁歪タイプ、電歪タイプ等の振動子を具え、所定周波数の超音波を出力する超音波振動機構を収納する外筒部、２は外筒部の一端開口部に嵌挿されて前記超音波振動機構から伝達される振動によりその先端部で骨等の硬組織を切削するホ−ン、１ａはイリゲ−ション液、切削片等を吸引するためのチュ−ブの継ぎ手、１ｂは振動による先端部の発熱、骨の切削時に発生する摩擦熱を冷却するイリゲ−ション液を注入するためのチュ−ブの継ぎ手、１ｃは高周波電気エネルギを前記超音波振動機構に送給するためのケ−ブルである。 In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an outer cylindrical portion that includes a magnetostrictive type, an electrostrictive type, etc., and stores an ultrasonic vibration mechanism that outputs ultrasonic waves of a predetermined frequency, and 2 fits into one end opening of the outer cylindrical portion. A horn for cutting hard tissue such as bone at the tip by vibrations inserted and transmitted from the ultrasonic vibration mechanism, 1a is a tube joint for aspirating irrigation fluid, cutting pieces, etc. 1b is a tube joint for injecting an irrigation liquid for cooling the frictional heat generated during cutting of bone by heat generation at the tip, and 1c is supplying high-frequency electric energy to the ultrasonic vibration mechanism. It is a cable to do.
超音波振動機構から伝達される振動によりホ−ン２はその軸方向に所定の周波数で振動し、骨等の硬組織３に当接する先端で所要箇所の切削を行う。
The
図８は外筒部１およびホーン２の内部構造を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the internal structure of the outer cylinder portion 1 and the
円筒部１は、ホーン２と、振動発生部を含めてホーン２を覆うように構成されている。
The cylindrical portion 1 is configured to cover the
振動発生部は、つば８、ピエゾ素子９，１０、電極１１，１２、前面板１３および裏打板１４より構成されている。
The vibration generating unit is composed of a
前面板１３と裏打板１４との間に挟まれる形態に配置されるピエゾ素子９，１０は、図７に示したケーブル１ｃを介して電極１１，１２に印加される高周波電源に応じて図面左右方向への振動を発生する。前面板１３はつば８と一体に形成され、また、裏打板１４の反ピエゾ素子１０側には不図示の支持部材が設けられている。つば８および上記の支持部材によって各ピエゾ素子９，１０、前面板１３、裏打板１４は外筒部１内に支持されて、振動方向の規制が行われている。
The piezoelectric elements 9 and 10 arranged in a form sandwiched between the front plate 13 and the backing plate 14 are shown on the left and right sides in accordance with the high frequency power applied to the electrodes 11 and 12 via the cable 1c shown in FIG. Generates vibration in the direction. The front plate 13 is formed integrally with the
上記の各構成部材の接合部にはねじがそれぞれ設けられており、互いに螺合することにより一体とされる。 Screws are respectively provided in the joint portions of the respective constituent members, and are integrated by screwing together.
円筒部１より突出するホーン２の先端部は、実際に患部に当接する部分であり、その振幅量（移動量）も大きなものとなるために発熱量も極めて大きなものとなる。
The tip portion of the
また、超音波手術器は、超音波振動を利用して生体組織を破砕、乳化して吸引することにより、患部を選択的に除去するものであるため、外筒部１の外周部には、ホーン２の冷却および除去部分の吸引促進用の１ａはイリゲ−ション液を注入するための継ぎ手１ｂが設けられている。
In addition, since the ultrasonic surgical instrument selectively removes the affected part by crushing, emulsifying and sucking the biological tissue using ultrasonic vibration, the outer peripheral part of the outer cylinder part 1 A joint 1b for injecting an irrigation liquid is provided in 1a for cooling the
上記のように構成されるホーン２、前面板１３、ピエゾ素子９，１０、裏打板１４および外筒部１には、その中心線に沿って吸入口１５が連設されており、該吸入口１５および図７に示した継ぎ手１ａを介して、外部に設けられた吸引ポンプにより破砕、乳化された組織が吸引される。また、上記の各構成部材は、該吸入口１５を軸として略回転対称形に形成されている。
The
使用に際しては、ホーン２の先端を患部に押し当てて、患部の組織を破砕、乳化する。このとき、継ぎ手１ｂを介して注入されたイリゲーション液は、円筒部１とホーン２の間を通る際にホーン２を冷却し、円筒部１から排出された後には除去部分とともに吸入口１５に吸引されて外部へ吸い出される。
In use, the tip of the
図９は、超音波振動を発生させる電源回路の構成を示すブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply circuit that generates ultrasonic vibrations.
電源回路は出力回路８１と振幅増減調整回路８２とから構成され、ホーン２の振幅値が操作パネル８３にて設定された振幅値となるようにハンドピースＡに対して電流を供給する。
The power supply circuit includes an
出力回路８１からハンドピース内のピエゾ素子９、１０に、交流電流Ｓ８１が送られる。基本的に、交流電流の周波数が、振動するホーン２の固有振動数に近ければ、ホーン２の振幅は、ピエゾ素子９、１０の負荷状態にかかわらずに交流電流Ｓ８１の大きさに比例する。
An alternating current S81 is sent from the
振幅増減調整回路８２は、操作パネル８３で設定された振幅値を示す信号Ｓ８３に比例した直流電圧信号Ｓ８２を出力回路８１に送る。出力回路８１は、直流電圧信号Ｓ８２を受け、その電圧に比例した交流電流Ｓ８１をハンドピース内のピエゾ素子９、１０に出力する。これにより操作パネル８３で設定された振幅値を得ることが出来る。
上述したイリゲーション液には、組織の破砕、乳化を補助するとともにホーン２の冷却作用を図るものであり、ホーンの振幅を安定させるためには常にイリゲーション液がホーンの表面を覆っていることが重要となる。ここで、ホーンは超音波振動を行うものであることから、キャビテーションが発生することがある。
The above-mentioned irrigation liquid assists the crushing and emulsification of the tissue and also serves to cool the
キャビテーションは、液体の流れ中での圧力が飽和蒸気圧より低くなったときに、液体が蒸発したり溶存気体の遊離で気体が生じたりし、気泡が生じる現象であり、気泡がつぶれるときの衝撃により安定した超音波振動の妨げとなる。また、壊食（エロージョン）などで機器が破壊されることもある。 Cavitation is a phenomenon in which when the pressure in the liquid flow becomes lower than the saturated vapor pressure, the liquid evaporates or the gas is generated by the liberation of dissolved gas, and bubbles are generated. This prevents stable ultrasonic vibration. In addition, equipment may be destroyed by erosion or the like.
超音波手術器は様々な手術に適用されており、キャビテーションの発生は、骨の切断に使用されるなど、手術する部位の対象が大きな場合には手術の妨げとはならないが、例えば、脳腫瘍の除去など、対象が小さく、また、除去による影響が大きなものとなる部位を手術する場合には大きな問題となる。 Ultrasonic surgical instruments have been applied to various types of surgery, and the occurrence of cavitation does not interfere with the operation when the target area to be operated is large, such as used for cutting bones. This is a major problem when a surgical operation is performed on a site where the object is small and the influence of removal is large, such as removal.
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、キャビテーションの発生が抑制された超音波手術器を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above, and an object thereof is to realize an ultrasonic surgical instrument in which the occurrence of cavitation is suppressed.
本発明の超音波手術器は、超音波力学的治療に使用され、駆動回路と、該駆動回路が出力する交流電流に応じた周波数および振幅にて振動するハンドピースとを備える超音波手術器において、
前記駆動回路は、
前記駆動回路の出力端電圧を入力し、直流電圧に変換する交直流変換手段と、
前記交直流変換手段による直流電圧を予め定められた閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果が、前記交直流変換手段による直流電圧が前記閾値を超えるものである場合には、前記交流電流の電圧値を下げる電圧制御手段からなるキャビテーション抑制回路を備えることを特徴とする。
The ultrasonic surgical instrument of the present invention is an ultrasonic surgical instrument that is used for ultrasonic mechanical therapy and includes a drive circuit and a handpiece that vibrates at a frequency and an amplitude according to an alternating current output from the drive circuit. ,
The drive circuit is
AC / DC conversion means for inputting the output terminal voltage of the drive circuit and converting it to a DC voltage;
A comparing means for comparing a DC voltage by the AC / DC converting means with a predetermined threshold;
When the comparison result by the comparison means indicates that the DC voltage by the AC / DC conversion means exceeds the threshold value, a cavitation suppression circuit comprising voltage control means for reducing the voltage value of the alternating current is provided. To do.
上記構成による本発明は、キャビテーションの発生によりピエゾ素子の負荷状態が変化した場合、出力回路が出力する交流電流値は殆ど変動しないが出力電圧値は負荷状態に比例して変動することを応用したものである。 When the load state of the piezo element is changed due to the occurrence of cavitation, the present invention with the above configuration is applied to the fact that the AC current value output from the output circuit hardly fluctuates but the output voltage value fluctuates in proportion to the load state. Is.
キャビテーションが発生する場合、事前に負荷が次第に大きくなり、放置によりキャビテーションの発生に至るが、本発明においては出力回路の出力電圧が予め定められた閾値よりも大きくなるとホーンの振幅値が小さくなるように制御される。ホーンの振幅値を小さくすることにより、キャビテーションの発生が抑制されるため、キャビテーションの発生を防止することができる。 When cavitation occurs, the load gradually increases in advance and leads to cavitation when left unattended, but in the present invention, when the output voltage of the output circuit exceeds a predetermined threshold, the horn amplitude value decreases. Controlled. By reducing the amplitude value of the horn, the occurrence of cavitation is suppressed, so that the occurrence of cavitation can be prevented.
本発明のさらに他の形態による超音波手術器は、駆動回路と、該駆動回路が出力する交流電流に応じた周波数および振幅にて振動するハンドピースとを備える超音波手術器において、
前記駆動回路は、
前記駆動回路の出力端電圧を入力し、直流電圧に変換する交直流変換手段と、
前記交直流変換手段による直流電圧を予め定められた第１の閾値と比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較手段による比較結果が、前記交直流変換手段による直流電圧が前記第１の閾値を超えるものである場合には、前記交流電流の電圧値を下げる第１の電圧制御手段と、
マイクと、
前記マイクによる音声信号のうち、所定周波数の信号のみを通過させるフィルターと、
前記フィルター出力を予め定められた第２の閾値と比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段による比較結果が、前記フィルター出力が前記第２の閾値を超えるものである場合には、前記交流電流の電圧値を下げる第２の電圧制御手段からなるキャビテーション抑制回路を備えることを特徴とする。
An ultrasonic surgical instrument according to still another aspect of the present invention is an ultrasonic surgical instrument including a drive circuit and a handpiece that vibrates at a frequency and an amplitude corresponding to an alternating current output from the drive circuit.
The drive circuit is
AC / DC conversion means for inputting the output terminal voltage of the drive circuit and converting it to a DC voltage;
First comparison means for comparing a DC voltage by the AC / DC conversion means with a predetermined first threshold;
If the comparison result by the first comparison means is that the DC voltage by the AC / DC conversion means exceeds the first threshold value, first voltage control means for reducing the voltage value of the alternating current;
With a microphone,
Among the audio signals from the microphone, a filter that passes only a signal of a predetermined frequency;
Second comparison means for comparing the filter output with a predetermined second threshold;
A cavitation suppression circuit comprising second voltage control means for reducing the voltage value of the alternating current if the comparison result by the second comparison means indicates that the filter output exceeds the second threshold value; It is characterized by that.
上記構成の場合には上述した各作用が組み合わされたものとなる。 In the case of the above configuration, the above-described actions are combined.
上記のいずれにおいても、駆動回路は、ホーンが周波数１０〜２００KHｚ、より好ましくは周波数１５〜１００KHｚであり、振幅１〜１０μｍで振動する交流電流を出力することとしてもよい。 In any of the above, the drive circuit may output an alternating current whose horn has a frequency of 10 to 200 kHz, more preferably a frequency of 15 to 100 kHz, and vibrates with an amplitude of 1 to 10 μm.
また、駆動回路は、出力値として設定された振幅の値に対し、その１／２以下の振幅からからスタートし、序々に設定された振幅値まで上げることとしてもよい。 The drive circuit may start from an amplitude that is ½ or less of the amplitude value set as the output value and gradually increase the amplitude value to be set.
また、ハンドピースは、その先端部を覆うキャップを備えることとしてもよい。 Further, the handpiece may be provided with a cap that covers the tip portion thereof.
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
キャビテーションの発生を抑制することができるため、脳腫瘍の除去など、対象が小さく、また、除去による影響が大きなものとなる部位に対する手術を安全かつ容易に行うことができる効果がある。 Since the occurrence of cavitation can be suppressed, there is an effect that it is possible to safely and easily perform an operation on a site where the target is small and the influence of the removal is large, such as removal of a brain tumor.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の超音波手術器の一実施形態の要部構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the main configuration of an embodiment of the ultrasonic surgical instrument of the present invention.
図１中のハンドピースＡ、出力回路１１１、振幅象現調整回路１１２、操作パネル１１３のそれぞれは図８に示したハンドピースＡ、出力回路８１、振幅増減調整回路８２、操作パネル８３と同様の動作を行うものであるが、本実施形態においてはこれらの他にキャビテーション抑制回路１１４が設けられている。
1 are the same as the handpiece A, the
キャビテーション抑制回路１１４は、キャビテーションの発生を抑制するために設けられたもので、出力回路１１１がハンドピースＡに対して出力する交流電流Ｓ１１１の出力端電圧をモニタし、その電圧値が予め定められた閾値を超えると振幅増減調整回路１１２に対して、制御信号Ｓ１１４を出力する。振幅増減調整回路１１２は、制御信号Ｓ１１４を受け付けると、出力回路８１に対して出力する直流電圧信号Ｓ１１２の内容を、より小さな振幅値を示すものとする。
The
上記の制御は、キャビテーションの発生によりピエゾ素子の負荷状態が変化した場合、出力回路１１１が出力する交流電流値は殆ど変動しないが出力電圧値は負荷状態に比例して変動することを応用したものである。
The above control is applied to the fact that when the load state of the piezo element changes due to the occurrence of cavitation, the AC current value output from the
キャビテーションが発生する場合、事前に負荷が次第に大きくなり、放置によりキャビテーションの発生に至るが、本実施形態においては出力回路１１１の出力電圧が予め定められた閾値よりも大きくなるとホーンの振幅値が小さくなるように制御される。ホーンの振幅値を小さくすることにより、キャビテーションの発生が抑制されるため、キャビテーションの発生を防止することができる。
When cavitation occurs, the load gradually increases in advance, and cavitation occurs when left unattended, but in this embodiment, the horn amplitude value decreases when the output voltage of the
図２は、図１中の出力回路１１１およびキャビテーション抑制回路１１４の構成を詳細に示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing in detail the configuration of
出力回路１１１は、交流安定電流回路２０５、スイッチング回路２０６、直流電圧電源２０７、固有振動数検知回路２０８およびドライブ回路２０９から構成されている。
The
直流電圧電源２０７では、振幅増減調整回路１１２からの直流電圧信号Ｓ１１２の大きさに比例した直流電圧Ｖ１を発生させ、スイッチング回路２０６に送る。
The DC
スイッチング回路２０６では、この直流電圧Ｖ１を、ドライブ回路２０７からの周波数に合わせて交流電圧Ｖ２に変換する。このときの交流電圧Ｖ２は直流電圧Ｖ１に比例したものであり、それを交流定電流回路２０５に送る。
In the
交流定電流回路２０５では、交流電圧直流電圧Ｖ２を、交流電圧直流電圧Ｖ２に比例した交流の定電流に変換して（インピーダンスを反転させる）ハンドピースＡのピエゾ素子９、１０に送る。また、その出力電圧と出力電流の位相を固有振動数検知回路２０８へ送る。
In the AC constant
固有振動数検知回路２０８は、交流定電流回路２０５が出力する交流定電流の出力電圧と出力電流の位相をモニターしてホーン２の固有振動数を検知し、その振動数の周波数信号をドライブ回路２０９に送る。
The natural
ドライブ回路２０９は、固有振動数検知回路２０８から周波数信号を増幅し、スイッチング回路２０７に送る。
The
交流定電流回路２０５の出力電圧は、トランス２０１を介してキャビテーション抑制回路１１４に取り込まれ、トランス２０１の２次側で整流ダイオード２０２により整流され、コンパレータ２０３の一方の入力端子に入力される。
The output voltage of the AC constant
コンパレータ２０３の他方の入力端子には閾値電圧として作用する規定電圧が入力され、その出力はトランジスタ２０４のベースに印加されている。トランジスタ２０４はコレクタが振幅増減調整回路１１２の出力に接続され、エミッタが接地されており、交流定電流回路２０５の出力電圧が規定電圧値を超えた場合には、トランジスタ２０４が導通し、振幅増減調整回路１１２から直流電圧電源１１１に送られる直流電圧信号Ｓ１１２が下がる。
A specified voltage that acts as a threshold voltage is input to the other input terminal of the
なお、本実施形態では、交流定電流回路２０５の出力電圧を、トランス２０１を介してキャビテーション抑制回路１１４に取り込む例について説明したが、ピエゾ素子のインピーダンスが増加する際には、直流電圧電源２０７が出力する直流電圧Ｖ１、スイッチング回路２０６が出力する交流電圧Ｖ２も同じように増加するので、それらをキャビテーション抑制回路１１４に取り込んでモニターすることとしても良い。
In this embodiment, the example in which the output voltage of the AC constant
図３は、本発明の超音波手術器の他の実施形態の要部構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a main configuration of another embodiment of the ultrasonic surgical instrument of the present invention.
図３中のハンドピースチップＡ、出力回路１１１、振幅増減調整回路１１２の構成は図１に示したものと同様である。本実施形態においては、マイク３０１があらたに設けられ、また、キャビテーション抑制回路１１４の変わりにマイク３０１が出力する音声信号Ｓ３０１を受けて動作するキャビテーション抑制回路３１４が設けられている。
The configurations of the handpiece chip A, the
本実施形態はキャビテーションの際に発生する、振動周波数に関連した周波数の連続音が発生することを用いてキャビテーションを抑制するものであり、キャビテーションにより発生した連続音をマイクで確認したときにホーンの振幅値が小さくなるように制御する。 This embodiment suppresses cavitation by using a continuous sound having a frequency related to the vibration frequency that is generated during cavitation, and when the continuous sound generated by cavitation is confirmed by a microphone, Control the amplitude value to be small.
図４は、図３中のキャビテーション抑制回路３１４の要部構成を詳細に示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing in detail the main configuration of the
図４に示されるキャビテーション抑制回路３１４は、主にはトランス４０１、トランジスタ４０２，４０５、フィルター４０３、コンパレータ５より構成されている。
The
マイク３０１が出力する音声信号はトランス４０１に入力され、トランス４０１の出力側からの音声信号はトランジスタ４０２により増幅される。フィルター４０３は、トランジスタ４０２により増幅された音声信号のうち、キャビテーションにより発生する音の周波数の約数となる周波数成分を通過させるもので、その出力はコンパレータ４０４の一方の入力端子に入力される。
The audio signal output from the
コンパレータ４０４の他方の入力端子には閾値電圧として作用する規定電圧Ｂが入力され、その出力はトランジスタ４０５のベースに印加されている。トランジスタ４０５はコレクタが振幅増減調整回路１１２の出力に接続され、エミッタが接地されており、フィルター４０３の出力電圧が規定電圧値Ｂを超えた場合には、トランジスタ４０５が導通し、振幅増減調整回路１１２から直流電圧電源１１１に送られる直流電圧信号Ｓ１１２が下がる。
The other input terminal of the
フィルター４０３の出力電圧が規定電圧値Ｂを超えることは、キャビテーションにより発生する周波数の音の大きさが所定以上となることを意味し、本実施形態においてはキャビテーションが発生すると直に直流電圧信号Ｓ１１２が下げられるため、キャビテーションによる悪影響が生じないものとなっている。
When the output voltage of the
なお、本実施形態は、図２に示した構成のキャビテーション構成回路１１４と併設されてもよい。
This embodiment may be provided together with the
図５は、本発明の他の実施形態の要部構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a main configuration of another embodiment of the present invention.
本実施形態は、手術部位５０２とハンドピースＡの先端との密着度を高めるため、さらに、キャビテーションが発生しても手術部位５０２に直接影響を与えない手段として、ハンドピースＡの先端にキャップ５０１を被せた構造としたものである。キャップ５０１としては、ゼリー状物質やゲル状物質を封止したものやシリコーン物質などが考えられ、その材質や構成は特に限定されない。 In the present embodiment, in order to increase the degree of adhesion between the surgical site 502 and the tip of the handpiece A, the cap 501 is attached to the tip of the handpiece A as a means that does not directly affect the surgical site 502 even if cavitation occurs. It has a structure with a cover. The cap 501 may be a jelly-like substance or a gel-like substance sealed, or a silicone substance, and the material and configuration thereof are not particularly limited.
次に、上述した構成を備える超音波手術器を用いた実施例について説明する。 Next, an embodiment using an ultrasonic surgical instrument having the above-described configuration will be described.
脳腫瘍手術を行なう際、5-アミノレブリン酸（5-ALA：NH2CH2CO(CH2)2COOH・HCl=167.6）を経口投与すると、脳腫瘍部位に光増感剤であるプロトポルフィリンIX(PPIX)が代謝蓄積され、波長が405nmの青紫レーザー光の照射により腫瘍部位だけ光らせることができることが知られ、また、ＰＰIXで発光している部位に波長630nmのレーザー光を照射すると、発光部位のみ死滅させる事が可能であり、これによって腫瘍除去をすることが出来ることが知られている。 When brain tumor surgery is performed, 5-aminolevulinic acid (5-ALA: NH 2 CH 2 CO (CH 2 ) 2 COOH · HCl = 167.6) is orally administered to the brain tumor site, protoporphyrin IX (PPIX). ) Is metabolically accumulated, and it is known that only the tumor site can be illuminated by irradiation with a blue-violet laser beam having a wavelength of 405 nm, and if the site emitting light with PPIX is irradiated with a laser beam having a wavelength of 630 nm, only the emission site is killed. It is known that the tumor can be removed by this.
脳腫瘍手術に使用される上記の波長のレーザー光は、組織の約３ｍｍ程度の深部にしか到達することができず、ある大きさ以上の固形の腫瘍すべてを治療することは難しい。 The laser beam having the above-mentioned wavelength used for brain tumor surgery can only reach a depth of about 3 mm in the tissue, and it is difficult to treat all solid tumors larger than a certain size.
また、1MHz以上の超音波振動を細胞に照射する方法も提案されているが、これは、温熱効果により細胞が死滅するとされていて、患者を水を満たした水槽に入れて収束超音波を照射するもので、装置が大がかりになるという問題があった。 In addition, a method of irradiating cells with ultrasonic vibrations of 1 MHz or more has been proposed, but this is said to be due to thermal effects, and the patient is placed in a water tank filled with water and irradiated with focused ultrasound. However, there is a problem that the apparatus becomes large.
上記の内容を踏まえ、本発明による超音波手術器を用い、5-アミノレブリン酸（5-ALA）を投与後、超音波を照射したところ、キャビテーションの発生を抑制する条件下で、安全かつ容易に手術を行う事が可能となり、腫瘍を死滅させる効果が確認出来た。
＜超音波がＰＰIXで発光している部位だけを死滅させることの証明＞
実施例１
脳腫瘍細胞を使用して実験を行った。
Based on the above contents, using an ultrasonic surgical device according to the present invention, after administration of 5-aminolevulinic acid (5-ALA) and irradiating with ultrasonic waves, it is safe and easy under conditions that suppress the occurrence of cavitation. Surgery can be performed and the effect of killing the tumor was confirmed.
<Proof of killing only the part where ultrasonic waves are emitted by PPIX>
Example 1
Experiments were performed using brain tumor cells.
脳腫瘍細胞のみ、脳腫瘍細胞に5-ALAを添加した場合、脳腫瘍細胞に5-ALAとヒスチジンを添加した場合の３パターンで実験を行った。周波数２５ＫＨｚ振幅５μｍで超音波を当てた場合、コントロールである脳腫瘍細胞とヒスチジンを添加した場合は細胞が破壊されていないが、5-ALAだけを添加した場合細胞が破壊されている事がわかった。 Only brain tumor cells were tested in three patterns, when 5-ALA was added to the brain tumor cells and 5-ALA and histidine were added to the brain tumor cells. When ultrasonic waves were applied at a frequency of 25 KHz and amplitude of 5 μm, it was found that cells were not destroyed when brain tumor cells and histidine were added as controls, but cells were destroyed when only 5-ALA was added. .
ヒスチジンは活性酸素、一重項酸素などの消去能を持つ事が知られており、今回の細胞破壊には活性酸素などが関与している事が推測できる。 It is known that histidine has an erasing ability such as active oxygen and singlet oxygen, and it can be assumed that active oxygen is involved in this cell destruction.
実験例２
ヌードマウスにヒト脳腫瘍細胞を移植して実験を行った。
Experimental example 2
Experiments were conducted by transplanting human brain tumor cells into nude mice.
ヌードマウスにヒト脳腫瘍を生育させた後、５−ALAを経胃投与した。このあと、腫瘍部分が発光していることを確認し、超音波の照射を行った。 After growing human brain tumors in nude mice, 5-ALA was administered via the stomach. Then, it confirmed that the tumor part was light-emitted and irradiated with the ultrasonic wave.
5-ALAは血液脳関門のため正常脳組織には移行せず、血液脳関門の破壊された腫瘍内に取り込まれる。腫瘍細胞内ではミトコンドリア内で代謝されるが腫瘍細胞では代謝酵素のferrochelataseが低下しているためPPIXの代謝が行われず、PPIXは腫瘍にのみ蓄積することが知られている。 5-ALA does not migrate to normal brain tissue due to the blood-brain barrier, but is taken up into tumors where the blood-brain barrier has been destroyed. It is known that in tumor cells, it is metabolized in mitochondria, but in the tumor cells, the metabolic enzyme ferrochelatase is lowered, so PPIX is not metabolized, and PPIX accumulates only in the tumor.
マウスの他の部位に影響を与えないために、腫瘍移植部位にのみ超音波が照射されるような形で照射を行なった。その結果、5-ALAを添加したものでは、１週間後には腫瘍が消滅していた事が確認できた。 In order not to affect other parts of the mouse, irradiation was performed in such a manner that only the tumor transplantation part was irradiated with ultrasonic waves. As a result, it was confirmed that the tumor had disappeared after one week in the case of adding 5-ALA.
この効果は脳腫瘍に限らず、5-ALAを取り込むことが知られている腫瘍（食道癌、胃癌、膀胱癌など）に見られると思われ、それらの治療にも応用できると考えられる。 This effect is not limited to brain tumors, but is expected to be seen in tumors (esophageal cancer, gastric cancer, bladder cancer, etc.) known to take up 5-ALA, and can be applied to such treatments.
これらの実施例により推定されるガン細胞死滅のメカニズムは、プロトポルフィリンIXを取り込んだガン細胞に、超音波振動を照射し、細胞内で発生した活性酸素により死滅するというものである。それには、周波数が1MHz以上で小さな振幅の振動を細胞に照射するよりも、細胞自体を振動させるためにある程度の振幅の振動を細胞に照射することが効果的であると思われる。そのために、１０〜２００KHｚの周波数で振幅１〜１０μｍの振動、より好ましくは１５〜１００KHｚの周波数で振幅１〜１０μｍの振動であれば細胞自体が振動することが可能という見解に至った。このような周波数および振動に設定することにより、超音波振動が約1cmまでの厚さまで伝播し、その領域内の腫瘍を治療（死滅）することができた。 The mechanism of cancer cell death estimated by these examples is that cancer cells incorporating protoporphyrin IX are irradiated with ultrasonic vibration and killed by active oxygen generated in the cells. For that purpose, it seems that it is more effective to irradiate a cell with a certain amplitude of vibration in order to oscillate the cell itself, rather than irradiating the cell with a small amplitude vibration at a frequency of 1 MHz or more. Therefore, the inventors have come to the view that the cell itself can vibrate if it vibrates with an amplitude of 1 to 10 μm at a frequency of 10 to 200 KHz, more preferably a vibration of 1 to 10 μm with a frequency of 15 to 100 KHz. By setting such a frequency and vibration, the ultrasonic vibration propagated to a thickness of up to about 1 cm, and the tumor in the region could be treated (killed).
また、その振幅の設定方法としてはハンドピース先端の振動開始時は、図６に示すように、常に振幅が設定値の１／２以下からスタートし、序々に設定値まで増加するように制御することが挙げられる。これは、設定される振幅値がキャビテーションが発生してしまう振幅値である場合には、振動開始と同時にキャビテーションが発生してしまう危険があるためである。図１に示した操作パネル１１３は設定された周波数および振幅値について、上記のように設定値の１／２以下からスタートし、序々に設定値まで増加するような交流電流Ｓ１１３を出力し、これにより出力回路１１１は同様の交流電流Ｓ１１１を出力する。
As the amplitude setting method, as shown in FIG. 6, when the vibration of the handpiece tip is started, the amplitude is always controlled so as to start from 1/2 or less of the set value and gradually increase to the set value. Can be mentioned. This is because if the set amplitude value is an amplitude value that causes cavitation, there is a risk that cavitation will occur simultaneously with the start of vibration. The
上記のように設定値の１／２以下からスタートさせることにより、振動開始と同時にキャビテーションが発生することを防ぐことができる。 By starting from 1/2 or less of the set value as described above, cavitation can be prevented from occurring simultaneously with the start of vibration.
１１１ 出力回路
１１２ 振幅増減調整回路
１１３ 操作パネル
１１４ キャビテーション抑制回路
Ａ ハンドピース
111
Claims (6)
前記駆動回路は、
前記駆動回路の出力端電圧を入力し、直流電圧に変換する交直流変換手段と、
前記交直流変換手段による直流電圧を予め定められた閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果が、前記交直流変換手段による直流電圧が前記閾値を超えるものである場合には、前記交流電流の電圧値を下げる電圧制御手段からなるキャビテーション抑制回路を備えることを特徴とする超音波手術器。 In an ultrasonic surgical instrument that is used for ultrasonic mechanical therapy and includes a drive circuit and a handpiece that vibrates at a frequency and amplitude according to an alternating current output from the drive circuit.
The drive circuit is
AC / DC conversion means for inputting the output terminal voltage of the drive circuit and converting it to a DC voltage;
A comparing means for comparing a DC voltage by the AC / DC converting means with a predetermined threshold;
When the comparison result by the comparison means indicates that the DC voltage by the AC / DC conversion means exceeds the threshold value, a cavitation suppression circuit comprising voltage control means for reducing the voltage value of the alternating current is provided. Ultrasonic surgical device.
前記駆動回路は、
前記駆動回路の出力端電圧を入力し、直流電圧に変換する交直流変換手段と、
前記交直流変換手段による直流電圧を予め定められた第１の閾値と比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較手段による比較結果が、前記交直流変換手段による直流電圧が前記第１の閾値を超えるものである場合には、前記交流電流の電圧値を下げる第１の電圧制御手段と、
マイクと、
前記マイクによる音声信号のうち、所定周波数の信号のみを通過させるフィルターと、
前記フィルター出力を予め定められた第２の閾値と比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段による比較結果が、前記フィルター出力が前記第２の閾値を超えるものである場合には、前記交流電流の電圧値を下げる第２の電圧制御手段からなるキャビテーション抑制回路を備えることを特徴とする超音波手術器。 In an ultrasonic surgical instrument comprising a drive circuit and a handpiece that vibrates at a frequency and amplitude according to an alternating current output from the drive circuit,
The drive circuit is
AC / DC conversion means for inputting the output terminal voltage of the drive circuit and converting it to a DC voltage;
First comparison means for comparing a DC voltage by the AC / DC conversion means with a predetermined first threshold;
If the comparison result by the first comparison means is that the DC voltage by the AC / DC conversion means exceeds the first threshold value, first voltage control means for reducing the voltage value of the alternating current;
With a microphone,
Among the audio signals from the microphone, a filter that passes only a signal of a predetermined frequency;
Second comparison means for comparing the filter output with a predetermined second threshold;
A cavitation suppression circuit comprising second voltage control means for reducing the voltage value of the alternating current if the comparison result by the second comparison means indicates that the filter output exceeds the second threshold value; An ultrasonic surgical device characterized by that.
駆動回路は、ホーンが周波数１０〜２００KHｚであり、振幅１〜１０μｍで振動する交流電流を出力することを特徴とする超音波手術器。 The ultrasonic surgical instrument according to claim 1 or 2 ,
An ultrasonic surgical instrument characterized in that the drive circuit outputs an alternating current whose horn has a frequency of 10 to 200 kHz and vibrates with an amplitude of 1 to 10 μm.
駆動回路は、ホーンが周波数１５〜１００KHｚであり、振幅１〜１０μｍで振動する交流電流を出力することを特徴とする超音波手術器。 The ultrasonic surgical instrument according to claim 3 , wherein
An ultrasonic surgical instrument characterized in that the drive circuit outputs an alternating current whose horn has a frequency of 15 to 100 kHz and vibrates with an amplitude of 1 to 10 μm.
駆動回路は、出力値として設定された振幅の値に対し、その１／２以下の振幅からからスタートし、序々に設定された振幅値まで上げることを特徴とする超音波手術器。 The ultrasonic surgical instrument according to any one of claims 1 to 4 ,
An ultrasonic surgical instrument characterized in that the drive circuit starts from an amplitude less than or equal to 1/2 of the amplitude value set as the output value and gradually increases to the set amplitude value.
ハンドピースは、その先端部を覆うキャップを備えることを特徴とする超音波手術器。 The ultrasonic surgical instrument according to any one of claims 1 to 4 ,
The ultrasonic surgical instrument, wherein the handpiece includes a cap that covers a tip portion thereof.
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