JPS63267358A - 半波単節超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 五眺分互 本発明は、　ＩＭ科外科において使用する超音波プロー
ブの分野に関するものである。

従米技先 眼科外科の分野においては、白内障等の目の中における
組織形成を破壊する為に超音波プローブを使用すること
が必要となることが屡々ある。従来技術においては、こ
の様なプローブは、内部に超音波変換器を内蔵しており
且つ大直径部分を先端を目と接触させる為に使用される
小直径部分とを接続させるテーパ部分とを持った金属ロ
ッドとして構成されていた。一端部から他端部への該ロ
ッドの全長は、今日まで、駆動周波数の１波長の長さで
ある。

典型的に、この様なプローブの駆動周波数は約４０ｋＨ
ｚであり、且つプローブは約５インチの長さを持ってい
る。プローブをチタンの如き軽量な金属から形成しても
、５インチの長さの金属ロッドの重さは、眼科外科の領
域の狭い区域において長時間に渡ってプローブを繰返し
操作した後に手の小さな筋肉を疲れさせるのには十分な
大きさである。この５インチの長さは、又、動き回すの
に比較的不便なプローブとさせている。更に、チタン等
の珍しい金属をロッド用に使用する場合には、ロッド用
の物質のコストはばかにならなくなる。

本発明者等が知得している最も近い従来技術はユナイテ
ッドソニックス（Ｕｎｉｔｅｄ　５ｏｎｉｅｓ）社のプ
ローブである。このプローブは、現時点においては、断
定するのに十分に分かっているわけではないが、単節プ
ローブ、即ち定在波の節（ノード）を１つ有するプロー
ブ、であるか又はそうではない。駆動周波数は２７　ｋ
　Ｈｚと思われる。そうであるならば、それは多分単節
プローブである。このユナイテッドソニック社のプロー
ブにおける問題は、結晶の配置に関する問題である。こ
のプローブにおいては、２つの結晶を使用している。第
１組の結晶は励起変換器であり、且つそれらは。

機械的増幅器セクションの大きな直径の側におけるプロ
ーブの単一の節の非常に近傍に位置されている。別の結
晶が、針端部と反対側のプローブの端部における腹（ア
ンチノード）の近傍に位置されでいる。この結晶は、プ
ローブの振動周波数。

又はプローブ振動の何等かのその他の特性を検知する為
に使用される変換器であると思われる。節にその様に近
接して励起用結晶を配置させる場合の問題は、結晶上の
応力を著しく増大ささせることである。この増大した応
力は、著しく結晶内の損失を増大させ、且つ結晶内の電
力散逸からのプローブの加熱を著しく増大させる。即ち
、増大した応力は、結晶のＱファクタを減少させ、且つ
一方の端子から他方の端子への漏れ電流の量を著しく増
大させる。結果的に発生する温度変動は、プローブ物質
の弾性を変化させ、且つプローブの機械的共振周波数を
変化させる。このことは、プローブを離調させ、その際
に電力転送の効果性を損なうことがある。従って、１１
！科外科において使用することが可能な短寸で軽量の超
音波プローブであって、該結晶内の過剰的に高い電力散
逸からの加熱又は以上に高い応力を示すことのない超音
波プローブに対する必要性が存在している。

且−孜 本発明は１以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、眼科外科において使
用することが可能な短寸で軽量の超音波プローブであっ
て、該結晶内の過剰的に高い電力散逸からの加熱又は以
上に高い応力を示すことのない超音波プローブを提供す
ることを目的とする。

肯−双 本発明に拠れば、半波超音波プローブが提供される。本
プローブは約２．５インチ（６，３５ｃｍ）の長さであ
り、且つ１つの節（ノード）及び２つの腹（アンチノー
ド）を持っている６本プローブは、チタン、又は約４０
ｋＨｚにおける機械的共振の応力に耐えることが可能な
その他のオートクレーブ可能な物質からなるシリンダ（
円筒）から構成されている。該シリンダは、第１直径の
シリンダからなる励起部分を持っており、それは機械的
増幅器及び応力除去部分を介して第２直径部ヘテーパ状
に遷移している。該機械的増幅器の目的は、該結晶が位
置されているプローブの端部におけるプローブの振動振
幅と比較して１手術中の区域と接触しているプローブの
先端の振動振幅を増加させることである。好適には、第
１部分が第２部分の直径ヘテーパ変化を開始する点は１
７４波長である。より小さな第２直径を持ったロッド部
分は、機械的増幅器部分から延在しており且つその中に
螺着孔を持った端部に終端している。

更に小さな直径の第３円筒部分は、第２直径部分の端部
内の孔内に螺合しており且つ本プローブを完成している
。手術中に目とコンタクトするのはこの部分である。目
と接触するこの第３部分の端部から第１部分の最も離隔
した端部への全長は、駆動周波数の波長の半分である。

好適実施例において、この駆動周波数は約４０ｋＨｚで
ある。

本プローブは一対のピエゾ電気結晶を持っており、それ
らは本プローブの第１部分の物質に機械的に固着されて
いる。好適には、これらの結晶は、第１部分がテーパを
開始する点から第１部分の反対端部に位置されている。

好適実施例においては。

単一の節、即ちロッドが励起され且つ機械的共振状態で
振動している場合に振動することのないロッド上の点、
は直径が第２部分の直径ヘテーパを開始する個所の第１
部分上の位置と一致している。

該結晶は第１部分内に位置されている。実験的に判明し
たことであるが、結晶を節にあまりにも近く位置させる
と、結晶上の応力が高くなり、それによりＱが減少され
且つ漏れを増加させる。これは、結晶を加熱させ且つ結
晶の半田接続部を溶融させることがある。逆に、結晶を
節から遠くに位置させると、応力及び漏れは低下し、従
って加熱は低くなるが、結晶のインピーダンスが上昇し
。

その際に該結晶を駆動するのにより大きな電圧を必要と
する。結晶の配置に関する基７％は、結晶が耐えること
の可能な応力レベルによって設定すべきである。第１及
び第３部分におけるロッドの２つの端部は腹、即゛ちロ
ッドが共振してい場合の最大の振動振れの点、である。

本ロッドの共振は。

ロッドの機械的共振周波数と等しい電気的駆動周波数で
該結晶を駆動することによって発生される。

該結晶を該節から可及的に雛れたロッド上に位首させる
ことによって、振動中の結晶内の応力は減少され、且つ
結晶のＱは高のままに維持される。

このことは、結晶内の電力散逸損失を最小とさせ、且つ
結晶が節の次に位置された場合にそうである場合よりも
プローブをより低温に維持している。

災胤孤 第１図を参照すると、本発明の１実施例に基づいて構成
された超音波プローブを示している。本プローブは１０
及び１２において２つの腹と１４において１つの節を持
っている。節（ノード）は、本プローブが機械的共振に
おいて振動している場合に振動することのないプローブ
上の位置である。

腹は、振動運動の振れが最大であるプローブ上の位置で
ある。

本プローブは、直径Ｂを持った第２部分２０の直径ヘテ
ーパ状に縮小するテーパ部分１８で終端する直径Ａの第
１部分１６から構成されている。

第２部分は、直径Ｃの第３部分が螺合されている螺着孔
を持った端部２２に終端している。第２及び第３部分及
びテーパ部分との結合長さは１／４波長である。

２つの連続するピエゾ電気結晶２４及び２６が、励起用
変換器として機能する為にプローブの第１部分の物質に
固着されている。典型的に、これらの結晶は一体的に接
着されており、且つこれら２つの結晶を介して延在し且
つロッドの第１部分の物質内の螺着孔内に螺合する螺着
スタッド３４によって第１部分の物質へ固着されている
。好適実施例においては、螺着ロッド２８は、断面にお
いて、第３図に示した如くに構成された端部キャップの
延長部である。端部キャップ３０は、導電性物質から構
成されており、肩部３２を具備すると共に、螺着端部３
６を持った円筒状突出部分３４を具備している。肩部３
２から反対側には、孔４０へ大気圧以下の圧力を付与す
る為に外科用チュービングを取付けることの可能なノズ
ルが設けられている。孔４０は、第４図に示したプロー
ブの係合部分内の同様な孔４２と連通ずる。第４図は。

断面図で、第１部分１６と、テーパ状機械的増幅器部分
１８と、第２部分２０とを有するプローブの部分を示し
ている。該機械的増幅器は、プローブ部分１６の断面積
を、プローブ部分２０の一層小さな断面積ヘテーパ状に
縮小させている。これら２つの断面積の比は、先端部１
２の振動振幅が、結晶近傍のプローブの振動振幅と比較
して増大されている比である。

円筒スタッド３４の螺着部分３６が第１部分１６内の螺
着孔４４内に螺合される場合に孔の係合が得られる。孔
４２は、第４図に示した係合部分を介して完全に延在し
、且つ本プローブの針端部における別の螺着孔６０へ結
合されている。この孔は、中空針６４の螺着端部６２と
係合即ち噛み合う。この針は、それが所定位置に螺合さ
れた時に本プローブが完成され、且つそれを介して貫通
する孔（不図示）を持っており、且つ１本プローブが組
み立てられた場合に、孔４２及び４０と連通する。

結晶２４及び２６は、第４図に示した係合部分を具備す
る端部部材３０の上述した係合プロセスによって所定の
位置に機械的に固定される、該結晶は、その中に形成さ
れた孔を持っており、該孔はスタッド３４の直径をクリ
アするのに十分な大きさの直径である。該スタッドは、
螺着孔４４内へ螺合される前に、該結晶内のこれらの孔
を介して通過される。その結果、該２つの結晶は肩部３
２の結晶界面と第４図に示した係合部分の結晶界面４６
との間に挟持される。好適実施例においては、端部部材
及び係合部材の両方はチタンの如き金属から構成されて
いるので、スタッド３４は結晶の表面４８及び５０の間
に電気的接続を形成すべく機能する。該結晶は１表面４
８及び５０が同一の極性を持つ態様で配向される。従っ
て、電気的コンタクト５０を結晶表面４８と結晶界面と
の間に配置させ且つ別の電気的コンタクト５２を内側表
面５２１５４の間に配置させることによって、別々の電
気的コンタクトを互いに並列して２つの結晶へ形成させ
ることが可能であり、コンタク１−５０は正又は負の端
子として作用し且つコンタクト５６は反対極性の端子と
して作用する。

交番電流駆動信号がコンタクト５０と５６との間に印加
されると、ピエゾ電気結晶は電気駆動周波数の周波数で
振動する。これは、第１図のプローブの物質を振動させ
る。本プローブ構成体は、本プローブの質量に関係し且
つプローブ物質の弾性に関係する機械的共振周波数を持
っている。電気的周波数が機械的共振周波数に十分に近
いと、機械的共振が本プローブ内に存在し且つ振動の定
在波が存在する。この定在波は、第２図に２つの形態で
示しである。実線は、機械的増幅器部分１８がないプロ
ーブのＸ軸に沿っての全ての位置に対しての振動の振れ
の大きさを表している。点線は、機械的増幅器部分１８
を持ったプローブに対しての振動の振れを表している。

機械的振動振幅の振れの大きさは、第１部分１６と第２
部分２０の断面積の比に依存している。

結晶２４及び２６は、好適実施例において、可及的に節
から離隔した位置に位置されている。このことは、結晶
上の応力の量を最小とさせ、且つ結晶内の損失を最小と
させている。実験的な証拠によれば、結晶を節１４の近
傍に位置させた場合、結晶上の応力はＱを減少させ且つ
電気的コンタクト５０及び５６間の漏れを増大させるこ
とが示されている。この漏れは、該結晶及びプローブシ
ステムを表す等何回路における抵抗値に対しての著しく
増加した値によって表される。この著しく増加した抵抗
は、結晶内の著しく増加した電力散逸及びその結果とし
てのプローブの加熱に対応している。このプローブの加
熱は、プローブの物質の弾性を変化させ、且つプローブ
の機械的共振周波数を変化させる。電気的駆動周波数が
機械的共振周波数におけるシフトに整合すべく調節され
ていない場合に、プローブを離調させることがある。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に基づいて構成された超音波
プローブの概略側面図、第２図は機械的共振中の本プロ
ーブの長さに沿っての振動の振れの比較量を示した説明
図、第３図は結晶を所定の位置に保持する為に第４図に
示した係合部材と係合する端部部材の概略断面図、第４
図は第３図の端部部材及び中空針と係合し且つ保持する
為の内部孔及び螺着孔を示したプローブの主体を示した
概略断面図、である。 （符号の説明） １０．１２：腹（アンチノード） １４：節（ノード） １６：第１部分 １８：テーパ部分 ２０：第２部分 ２２：端部 ２４．２６：ピエゾ電気結晶 ２８：螺着ロッド ３０：端部キャップ ３２：肩部 ３４　：　ｆｆ、着スタッド ４０．４２：孔 ４４：螺着孔 ５０．５６：コンタクト ６４：中空針 特許出願人　　　　アルコン　ラボラトリーズ。 インコーホレイテッド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．　ある周波数で機械的に共振する超音波プローブに
   おいて、第１直径を持った第１シリンダ、第２直径を持
   った第２シリンダ、前記第１シリンダを前記第２シリン
   ダへ接続させ且つ接合点において前記第１及び第２直径
   を整合させる円錐部、前記円錐部との接合部と反対端に
   おいて前記第１シリンダへ機械的に固着したピエゾ変換
   器、を有しており、前記プローブの全長は前記周波数の
   波長の半分であり、且つ共振状態での定在波の節は前記
   円錐部と前記第１シリンダとの接合部に位置されること
   を特徴とするプローブ。
2. ２．　特許請求の範囲第１項において、前記第１及び第
   ２シリンダ及び前記円錐部はチタン金属から形成されて
   いることを特徴とするプローブ。
3. ３．　特許請求の範囲第１項において、前記第１シリン
   ダは、螺着スタッドの周りに前記第１直径を持った環状
   肩部を持った端部部材、及び前記第１直径を持っており
   且つ前記螺着スタッドを受け入れる為に前記螺着スタッ
   ド直径と整合する直径を持った一端部表面内に螺着孔を
   持ったシリンダと、前記螺着スタッドが貫通することが
   可能な程度に十分に大きな孔を持った一対のピエゾ結晶
   ディスクとから構成される係合部材、から構成されてお
   り、前記ディスクは前記第１直径を持っており且つ前記
   環状肩部と前記螺着孔を持った前記係合部材における前
   記端部表面との間に位置されており、その際に前記スタ
   ッドが前記係合部材内の前記螺着孔と係合する場合に前
   記結晶ディスクが機械的に前記第１シリンダに結合され
   ることを特徴とするプローブ。
4. ４．　ある周波数において共振する超音波プローブにお
   いて、１側部において環状肩部から突出する螺着スタッ
   ドを有する端部部材が設けられており、前記環状肩部は
   前記スタッドが突出する表面と反対表面から突出するノ
   ズルを持っており、前記端部部材は前記螺着スタッドと
   前記環状肩部と前記ノズルとを介して軸方向に延在する
   流体通路を持っており、長さ方向の第１セグメントに対
   して第１直径を持っており次いで長さ方向の第２セグメ
   ントに対しての第２直径へ円錐状にテーパする金属から
   なるシリンダを有する係合部材が設けられており、前記
   第１直径を持った前記端部表面に第１螺着孔を持ってお
   り、前記孔の直径は前記スタッドの直径と整合し、前記
   スタッドがその中に係合されており、且つ前記第２直径
   を持った前記端部表面内に第２螺着孔を持っており、且
   つ前記係合部材の全長を介して流体通路が延在しており
   前記螺着孔へ開口していて前記端部部材内の前記流体通
   路の継続部として機能しており、第３直径を持っており
   且つ前記第２螺着孔の直径に整合する直径を持った中空
   針が設けられており、前記中空針は前記第２孔内に螺合
   されて前記中空針内の前記流体通路は前記係合部材内の
   流体通路と流体連結されており、少なくとも１個のピエ
   ゾ結晶ディスクが前記端部部材の前記環状肩部と前記第
   １孔を持った前記係合部材の表面との間に機械的に接着
   されており、前記結晶の反対極性の２つの端子と個別的
   に電気的接触をする手段が設けられており、前記プロー
   ブの全長は波長の半分であり且つ機械的共振の定在波の
   節は前記係合部材が前記第１直径から前記第２直径へテ
   ーパする点に位置されており且つ前記結晶ディスクの位
   置は前記係合部材の前記第１直径部分における前記節の
   位置から可及的に離隔されていることを特徴とする超音
   波プローブ。
5. ５．　超音波プローブにおいて、その長さが波長の半分
   であり、その波長は機械的共振の波長であることを特徴
   とする超音波プローブ。
6. ６．　超音波プローブにおいて、その長さが波長の半分
   であり、その波長は機械的共振の波長であり、且つ励起
   変換器が最大応力の節位置から可及的に離隔して位置さ
   れていることを特徴とする超音波プローブ。