JP6534996B2 - 超音波器具及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波道具又は器具に関し、特に、限定ではないが、医療外科手術での使用のための超音波道具又は器具に関する。本発明はまた、その超音波道具又は器具を製造するための関連する工程に関する。

超音波道具は、益々外科手術で使用されるようになっている。超音波切除の道具は、それらの正確性、信頼性、及び使い易さが認められている。超音波骨切断ブレードは、隣接する軟組織を損傷することなしに骨の切断を容易にするために設計されることができる。特許文献１を参照されたい。超音波デブリーダは、壊死組織又は他の損傷組織を、その下の健常な組織を損傷することなく除去する。デブリーダのような超音波器具は、焼灼用の高エネルギー電流伝達（特許文献２参照）及び痛みの抑制のため（特許文献３参照）又は組織修復を刺激するため（特許文献４参照）の低エネルギー電流伝達のような統合された組織治療法を用いることができる。

超音波器具は、困難な位置への接近を容易にするために、曲がったシャフトのプローブを組み込むことができる。いくつかの外科手術では、目的の手術部位への接近を更に容易にするために、シャフトの一つの側方に角度が付けられたプローブの処置用ヘッド又は端部の作用部を有することは利点がある。典型的には、全波プローブ／ハンドピースアセンブリでは、シャフトの曲りの中心は、内側の波腹又はその近くに配置される。対称又はほぼ対称なプローブ先端の設計については、これは横方向の振動を最小化するのに役立ち、超音波手術を確実に実施可能にする。しかしながら、プローブのヘッドがプローブのシャフトに対して著しく非対称である場合、例えばプローブのシャフトが、中心軸から外れて配置される大きな不均衡な質量を有する大きく突出した偏心の切削ヘッドを有する場合に問題が生じる。そのような偏心ヘッドの設計は、効率的に骨構造の下を切る点で利点があることが外科医によって見出され、より深く切ることが可能である一方で、そのようなプローブの偏心は、望ましくない横振動をもたらす傾向がある。

米国特許第８３４３１７８号明細書 米国特許第６６４８８３９号明細書 米国特許出願第２００８／０１４６９２１号明細書 米国特許第８０２５６７２号明細書

本発明は、偏心して配置されたヘッドを有する改良された超音波道具又は器具を提供することを目的とする。通常は、そのヘッドは、その道具又は器具が曲がったシャフトを有するので、偏心して配置される。より具体的には、本発明は、ヘッドの偏心による横振動が低減されたそのような道具又は器具を提供することを目的とする。本発明は更に、そのような道具又は器具を製造するための方法を意図する。

本発明の超音波道具又は器具は、近位端部及び遠位端部を有するプローブのシャフトを含む。遠位端部は、対称軸を有する。結合部は、プローブを超音波振動エネルギー源に接続するためにシャフトの近位端に備えられる。ヘッドは、シャフトの遠位端部の遠位端に備えられる。ヘッドは、横方向に偏心してシャフトの一つの側方へ延びる。ヘッドは、上記対称軸から横方向に離れた作用先端を有し、そしてヘッドの質量及び同時にプローブの偏心質量を減らすための少なくとも１つの切り取り部を備えて形成される。

通常は、ヘッドは一対の反対向きの端を有し、そのそれぞれが上記対称軸に対して少なくとも一部で横方向に延びる。その場合、切り取り部は、他方の端（例えば遠位端）よりも一方の端（例えば近位端）の近くに配置される。そのような構成の目的及び効果は、切り取り部をプローブの遠位端部の縦軸から最大距離で配置し、それにより切り取り部によってもたらされる横振動の低減を最大にすることである。

プローブのヘッドでの切り取り部は、凹部、溝、スロット、又は貫通孔など、いかなる形状であってもよい。好ましい実施形態では、切り取り部は、孔を開けることによって形成された円筒形の貫通孔である。しかし、切り取り部は、楕円筒若しくは多角形の凹部、溝又は貫通孔など、他の形状であってもよい。加えて、切り取り部の平面又は軸を変えることができる。孔を開けて切り取り部を形成する場合、ドリルは、プローブのヘッドの様々な複数の面又は表面を通る向きに定められることができる。

シャフトの遠位端部が真っ直ぐ又は直線状であり、シャフトの近位端部が真っ直ぐ又は直線状である場合、シャフトの遠位端部は、曲げ接合部又は曲げ結合部で近位端部に接続され、遠位端部は近位端部に対して角度を有して配置されることができる。超音波道具又は器具は、シャフトに沿って少なくとも１つの内側の波腹を有し、本発明の別の特徴に従って、曲げ接合部はその波腹の十分に遠位に配置される。曲げ接合部をこの普通でない配置にすることは、プローブのヘッドの偏心についての追加の補償を提供する。

本発明の更に特有な特徴に従って、超音波道具又は器具が所定の波長を有する定在波での作動用に構成される場合、曲げ接合部は、作動波長の約４分の１までの距離で内側の波腹からその遠位に配置される。

本発明による超音波道具又は器具を製造する方法は、（ａ）プローブのシャフトに対称軸を有する遠位端部を与えることと、（ｂ）ヘッドが横方向に偏心してシャフトの遠位端部の一つの側方へ延びるようにし、ヘッドの作用先端が上記対称軸から横方向に離れるようにして、シャフトの遠位端部の遠位端にヘッドを形成することと、（ｃ）ヘッドの質量及び同時にシャフトの偏心質量を減らすための少なくとも１つの切り取り部をヘッドに形成することと、を含む。

ヘッドにおける切り取り部の形成は、ヘッドにおいて切り取り部の孔を開けることによって行われてもよい。ヘッドの形成が、ヘッドに一対の反対向きの端を与え、そのそれぞれが上記対称軸に対して少なくとも一部で横方向に延びる場合、切り取り部の形成は、切り取り部を他方の端よりも一方の端の近くに配置することを含んでもよい。切り取り部はまた、切り取り部が作用先端の大きさ又は有効表面を減らさないように、作用先端から離される。

この方法は、シャフトに、遠位端部と曲げで連続し、遠位端部に対して角度を付けて配置された近位端部を与えることを更に含んでもよい。その場合、この方法は、曲げが超音波道具又は器具の内側の波腹の十分に遠位に配置されるようにして、プローブのシャフトを形成することを含むことができる。

本発明の超音波道具又は器具は、（ｉ）近位端部及び遠位端部を有するプローブのシャフトと、ここで遠位端部は対称軸を有し、（ii）プローブを超音波振動エネルギー源に接続するための、シャフトの近位端にある結合部と、（iii）シャフトの遠位端部の遠位端にあるヘッドと、を含む。ヘッドは、横方向に偏心してシャフトの一つの側方へ延び、上記対称軸から横方向に離れた作用先端を有する。シャフトの遠位端部及び近位端部は、共に真っ直ぐ又は直線状である。本発明の特徴に従って、シャフトの遠位端部は、曲げ接合部で近位端部に接続され、近位端部に対して角度を付けて配置される。更に、超音波道具又は器具がシャフトに沿って１つの内側の波腹を有する場合、曲げ接合部はその波腹の十分に遠位に配置される。

ハンドピースが結合部でシャフトに接続される場合、内側の波腹は、シャフト及びハンドピースの組み合わされた長さのおおよそ中間に配置されてもよい。その場合には、曲げ接合部は、内側の波腹からヘッドまでの距離の約半分までであるその波腹からの距離で、内側の波腹の遠位に配置される。

超音波道具又は器具が所定の動作波長を有する定在波での作動用に構成される場合、曲げ接合部は、動作波長の約４分の１までである内側の波腹からの距離で、その波腹の遠位に配置される。

プローブのシャフトの近位端部と遠位端部の間の角度は、０°〜１５°の間であり、好ましくは約１０°又はそれ以下である。

プローブのシャフトの曲げが、シャフトの所定の側に外側又は凸側を与える場合、ヘッドは、常にではないが通常は、その所定の側においてシャフトの遠位端部から突出する。

プローブのヘッドは、好ましくはヘッドの質量及び同時にプローブの偏心質量を減らすために少なくとも１つの切り取り部を備えて形成される。切り取り部によってもたらされるヘッドの質量の低減及び内側の波腹の前方への曲げの配置は、共に超音波器具の不要な横振動の低減に貢献する。

本発明による超音波道具又は器具の製造方法は、（１）プローブのシャフトに対称軸を有する遠位端部を与えることと、（２）ヘッドが横方向に偏心してシャフトの遠位端部の一つの側方へ延びるようにし、ヘッドの作用先端が上記対称軸から横方向に離れるようにして、シャフトの遠位端部の遠位端にヘッドを形成することと、（３）シャフトに、遠位端部と曲げで連続し、遠位端部に対して角度を付けて配置された近位端部を与えることと、（４）曲げが超音波道具又は器具の１つの内側の波腹の十分に遠位に配置されるようにして、プローブのシャフトを形成することと、を含む。

本発明の別の特徴に従い、ヘッドが所定の偏心質量を有する場合、その方法は、偏心質量の大きさに依存してシャフトにその曲げを配置することを更に含む。偏心質量が大きいほど、曲げの位置は遠位である。

曲げは、好ましくは内側の波腹からヘッドまでの距離の約半分までであるその波腹からの距離で、内側の波腹の遠位に配置される。

ヘッドは、ヘッドの質量及び同時にシャフトの偏心質量を減らすために少なくとも１つの切り取り部を備えて形成されることができる。

通常、超音波道具又は器具は、所定の動作波長を有する定在波での作動用に構成される。曲げは、内側の波腹から、作動波長の約４分の１までのシャフトの位置に配置される。

上述したとおり、切り取り部によってもたらされるヘッドの質量の低減（より具体的には、ヘッドの偏心質量の低減）及び内側の波腹の前方への曲げの配置は、共に超音波器具の不要な横振動の低減に貢献する。切り取り部又はシャフトの曲げの位置のいずれもが、それ自体で扱い易い程度にまで横振動を減らすのに十分であり得る。しかし、両方の手法を用いることが最適である。

本発明の超音波プローブ又は道具の側面図である。 図１のプローブの部分的な拡大斜視図である。

図に示されるように、超音波道具又は器具は、近位端部１４及び遠位端部１６を有するプローブのシャフト１２を含む。遠位端部１６は、対称軸１８を有する。結合部２０は、プローブを超音波振動エネルギー源に接続するためにシャフト１２の近位端に備えられる。一般的に振動源は、器具のハンドル又はハンドピース２２に配置される圧電振動子スタック２１（米国特許第５３７１４２９号参照）である。プローブのシャフト１２は、結合部２０によってハンドル２２に機械的に接続され、更に結合部２０によって圧電振動子スタックに動作可能に接続される。

ヘッド２４は、シャフト１２の遠位端部１６の遠位端に備えられる。ヘッド２４は、横方向に偏心してシャフト１２の一つの側方へ延びる。ヘッド２４は、軸１８から横方向に離れた作用先端又は作用表面２６を有し、そしてヘッドの質量及び同時にプローブの偏心質量を減らすための少なくとも１つの切り取り部２８を備えて形成される。作用先端２６は、例えば、超音波道具又は器具が骨切除での使用を目的とされる場合には、ギザギザを付けられてもよい。

切り取り部２８は、好ましくは軸１８から最大距離にあり、それは切り取り部によってもたらされる横振動の低減を最大にする。したがって、ヘッド２４が、ヘッドの反対向きの端３０、３２を有し、そのそれぞれが軸１８に対して少なくとも一部で横方向に延びるようにして遠位端部１６に対して傾く又は傾斜する場合に、切り取り部２８は、遠位端３２よりも近位端３０の近くに配置される。あるいは、切り取り部２８は、作用表面２６と近位の側端３０との間で、ヘッド２４の角に配置される。

切り取り部２８は、１つ以上の凹部、溝、スロット、座ぐりなど、いかなる形状であってもよい。図示の実施形態では、切り取り部２８は、円筒形の貫通孔であり、例えば直径０．０４７インチである。ヘッド２４に横方向に孔を開けることで、この種の切り取り部を容易に形成する。切り取り部２８は、楕円筒又は多角形の凹部、溝など、他の特定の形状であってもよい。プローブのヘッド２４は、２つ以上の切り取り部を備えてもよい。切り取り部２８を形成するためにプローブのヘッド２４に孔を開けることは、プローブのヘッドのいずれかの適した表面又は面に行われることができ、したがって切り取り部２８の向き又は軸は、プローブのヘッドごとに変わり得る。また、切り取り部２８は、異なる複数の方向で、例えば軸３８及びプローブのヘッド２４の面４２を通って延びる軸４０に沿って、プローブのヘッド２４にドリルを複数回挿入することによって形成されることもできる。

シャフト１２の遠位端部１６及び近位端部１４は、共に真っ直ぐ又は直線状である。遠位端部１６は、曲げ接合部又は結合部３４で近位端部１４に接続される。遠位端部１６は、近位端部１４に対して角度θで配置される。角度θは、通常は０°〜１５°の間であり、好ましくは約１０°又はそれ以下である。

通常は、超音波道具又は器具は、シャフト１２に沿ってただ１つの内側の波腹が存在する周波数で作動され、曲げ接合部３４はその波腹の十分に遠位に配置される。その通常の作動周波数では、ハンドル２２の振動子に更なる波腹があり、シャフト１２の遠位端、少なくとも作用先端又は作用表面２６の近くに別の波腹がある。

図に示された一実施形態では、シャフト１２は７．０５２インチの長さを有し、一方でヘッド２４は０．２５０インチまでの長さを有する。作動周波数は２３ｋＨｚであり、９．２０インチの定在波又は作動波長を伴う。結合部２０のフランジ３６から約２．７３０インチの位置にただ１つの内側の波腹がある。曲げ３４は、フランジ３６から３．８５０インチに配置される。この曲げの位置は、最小の横振動、振動のない後方のハンドピースハウジング２２、及び受容可能な先端荷重で、安定した振動を達成する。一般的に、曲げ接合部又は結合部３４は、波長の約４分の１までの間の距離で内側の波腹を越えて配置される。

切り取り部２８によってもたらされるヘッド２４の偏心質量の低減及び内側の波腹の前方にある曲げ３４の位置は、共に超音波器具の不要な横振動の低減に貢献する。切り取り部２８及びシャフトの曲げ３４の位置は個々に横振動の低減に貢献するが、超音波器具において両方の手法を組み合わせることが最適である。

超音波器具の製造方法は、切り取り部２８を機械加工すること又は遠位に移された位置に曲げ３４を与えることのいずれか、あるいは両方を付随的に含む。

上記の超音波道具又は器具の製造では、プローブのシャフト１２に対称軸１８を有する遠位端部１６を与える。ヘッド２４が横方向に偏心してシャフトの遠位部１６の一つの側方へ延びるようにし、作用先端２６が軸１８から横方向に離れるようにして、シャフトの遠位部１６の遠位端にヘッド２４を形成する。ヘッド２４に、ヘッド２４の質量及び同時にシャフト１２の偏心質量を減らすための少なくとも１つの切り取り部２８を形成する。切り取り部２８を備えたヘッド２４を形成する代わりに、又は切り取り部２８を備えたヘッド２４の形成に加えて、内側の波腹の十分に遠位の位置に、例えば作動波長の約４分の１までの距離で、シャフト１２に曲げ３４を与えてもよい。

切り取り部２８の形成は、好ましくはヘッド２４に切り取り部の孔を開けることによって実施される。ヘッド２４の形成がヘッドに近位端３０及び遠位端３２を与えることを含む場合、切り取り部２８の形成は、好ましくは遠位端３２よりも近位端３０の近くに切り取り部を配置することを含み、それは除去された単位質量当たりの偏心質量の低減を最大にする。切り取り部２８は、切り取り部が作用先端２６の大きさ又は有効表面を減らさないように、作用先端２６から離されてもよい。しかしながら、切り取り部２８は、表面の有効領域を減らす、作用先端２６を通ってヘッド２４に切り込まれるスロットの形状にされてもよいことに注意されたい。切り取り部２８を、１つ以上の溝又は凹部などの他の形状にすることもできる。

シャフト１２が、近位端部１４及び遠位端部１６を備え、それらが曲げ接合部３４で互いに連続し、互いに対して角度θで配置され、かつ曲げ３４が超音波道具又は器具の内側の波腹の十分に遠位に配置されるようにしてシャフト１２が形成される場合、その方法は、偏心質量の大きさ（一般的に、限定ではないがヘッド２４の質量）に依存してシャフトにその曲げを配置することを更に含んでもよい。偏心質量が大きいほど、曲げ３４の位置は遠位である。上記に加え、曲げ３４は、好ましくは内側の波腹からヘッド２４までの距離の約半分までである内側の波腹からの距離に配置される。通常は、超音波道具又は器具は、所定の波長を有する定在波での作動用に構成される。曲げ３４は、その波長の約４分の１までである内側の波腹からの距離に配置される。

上述したように、切り取り部２８によってもたらされるヘッド２４の質量の低減及び内側の波腹の前方にある曲げ３４の位置は、共に超音波器具の不要な横振動の低減に貢献する。切り取り部２８又はシャフトの曲げ３４の位置のいずれもが、それ自体で扱い易い程度にまで横振動を減らすのに十分であり得る。一般に、遠位に配置されたシャフトの曲げが無いと、十分な偏心質量の低減を確保するために切り取り部２８の体積は大きくならなければならない。同時に、切り取り部２８が省略される場合又は大きさが減らされる場合、曲げ３４は、横方向の振動の十分な低減を提供するために、より遠位に移されなければならない。従って、両方の手法を用いることが最適である。

切り取り部２８がスロットの形状である場合、そのスロットは、端３２に向かって作用表面２６に平行に延びてもよい。切り取り部が１つ以上の凹部の形状である場合、その凹部は、ヘッド２４の反対にある両側面で内向きに延びてもよい。

本発明は、超音波プローブが手術以外の用途において、例えば産業設備における到達しづらい表面の清掃において、使用される場合にも有用であり得る。

プローブの先端、すなわちヘッド２４及び作用表面２６は、点又はへら状の形状など、様々な形であり得る。図示の実施形態において、ヘッド２４はシャフト１２の凸側に配置されたが、ヘッド２４がシャフト１２の凹側へ、反対方向に突出する適用、又は別の方向に突出する適用の可能性がある。

１２ プローブのシャフト
１４ 近位端部
１６ 遠位端部
１８ 対称軸
２０ 結合部
２１ 圧電振動子スタック
２２ ハンドル又はハンドピース
２４ ヘッド
２６ 作用先端又は作用表面
２８ 切り取り部
３０ ヘッドの端
３２ ヘッドの端
３４ 曲げ接合部又は結合部
３８ ヘッドの軸
４２ ヘッドの面
θ 近位端部と遠位端部の間の角度

Claims (10)

1. 近位端部及び遠位端部を有するプローブのシャフトと、
   前記プローブを超音波振動エネルギー源に接続するための前記シャフトの近位端での結合部と、
   前記シャフトの前記遠位端部の遠位端でのヘッドと、
   を含み、前記遠位端部は対称軸を有し、前記ヘッドは、横方向に偏心して前記シャフトの前記遠位端部の一つの側方へ延び、前記ヘッドは、前記対称軸から横方向に離れた作用先端又は作用表面を有し、該作用先端又は作用表面は表面にギザギザを付けられ、前記ヘッドは、前記ヘッドの質量及び同時に前記プローブの偏心質量を減らすためのただ１つの貫通孔を備えて形成され、前記ただ１つの貫通孔は、前記ヘッドの一つの側方から前記ヘッドを貫通して前記ヘッドの反対側へ延び、前記貫通孔は円筒形であり、前記ヘッドは、前記作用先端又は作用表面と角を形成する第１の端を有し、該第１の端は、前記ヘッドの軸の近位側で前記対称軸から遠ざかるように延び、前記ヘッドは、前記ヘッドの前記軸の遠位側で前記対称軸から遠ざかるように延びる第２の端を有し、前記貫通孔は、前記ヘッドに対して偏心して、前記第２の端よりも前記第１の端の近くであって前記角に配置される、超音波道具又は器具。
2. 前記シャフトの前記遠位端部が真っ直ぐ又は直線状であり、前記シャフトの前記近位端部が真っ直ぐ又は直線状であり、前記シャフトの前記遠位端部は、曲げ接合部で前記近位端部に接続され、前記遠位端部は前記近位端部に対して角度を有して配置され、前記超音波道具又は器具は、前記シャフトに沿って１つの内側の波腹を有し、前記曲げ接合部は前記波腹の遠位に配置される、請求項１に記載の超音波道具又は器具。
3. 前記超音波道具又は器具は、所定の波長を有する定在波での作動用に構成され、前記曲げ接合部は、前記内側の波腹から前記波長の約半分までの前記シャフトの位置にある、請求項２に記載の超音波道具又は器具。
4. 超音波道具又は器具であって、該超音波道具又は器具は、
   近位端部及び遠位端部を含む２つだけの直線状又は真っ直ぐな部分を有するプローブのシャフトと、
   前記プローブを超音波振動エネルギー源に接続するための前記シャフトの近位端での結合部と、
   前記シャフトの前記遠位端部の遠位端でのヘッドと、
   を含み、前記遠位端部は対称軸を有し、前記ヘッドは横方向に偏心して前記シャフトの前記遠位端部の一つの側方へ延び、前記ヘッドは前記対称軸から横方向に離れた作用先端又は作用表面を有し、前記シャフトの前記遠位端部は曲げ接合部で前記近位端部に接続され、前記遠位端部は前記近位端部に対して角度を付けて配置され、前記超音波道具又は器具が前記シャフトに沿ってただ１つの内側の波腹を有し、前記曲げ接合部は前記波腹の遠位に配置され、前記曲げ接合部は、前記内側の波腹からの距離が、前記内側の波腹から前記ヘッドまでの距離の半分までの距離であるように配置され、波節が前記曲げ接合部と前記ヘッドの間に前記シャフトに沿って配置される、超音波道具又は器具。
5. ハンドピースが前記結合部で前記シャフトに接続され、前記内側の波腹は、前記シャフト及び前記ハンドピースの組み合わされた長さのおおよそ中間に配置され、前記曲げ接合部は、前記内側の波腹から前記ヘッドまでの距離の約半分までに配置される、請求項４に記載の超音波道具又は器具。
6. 前記超音波道具又は器具は、所定の波長を有する定在波での作動用に構成され、前記曲げ接合部は、前記内側の波腹から前記波長の約半分までの前記シャフトの位置にある、請求項４に記載の超音波道具又は器具。
7. 前記角度は０°〜１５°の間である、請求項４に記載の超音波道具又は器具。
8. 前記曲げが、前記シャフトの所定の側に外側又は凸側を有し、前記ヘッドは、前記所定の側において前記シャフトの前記遠位端部から突出する、請求項４に記載の超音波道具又は器具。
9. 前記曲げ接合部は、前記内側の波腹から前記ヘッドまでの距離の約半分までに配置される、請求項４に記載の超音波道具又は器具。
10. 前記ヘッドは、前記ヘッドの質量及び同時に前記プローブの偏心質量を減らすために少なくとも１つの切り取り部を備えて形成される、請求項４に記載の超音波道具又は器具。

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