WO2016006214A1 - 液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法 - Google Patents

液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法 Download PDF

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潤一 柄沢
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セイコーエプソン株式会社
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    • A61B2017/00199—Electrical control of surgical instruments with a console, e.g. a control panel with a display

Definitions

  • the present invention relates to a liquid ejection control device that controls a liquid ejection device that ejects liquid in pulses using a piezoelectric element.
  • a technique for cutting a workpiece by jetting a liquid in a pulse shape is known.
  • the ejection of the pulsed liquid is a pulsating jet flow of the liquid ejected periodically or non-periodically from the nozzle, and is appropriately referred to as “pulsed liquid jet” in this specification.
  • Patent Document 1 proposes a technique that is used for surgery in the medical field.
  • the cutting object is a living tissue
  • the liquid is a physiological saline.
  • a mechanism using a piezoelectric element is known as one mechanism for generating a pulsed liquid jet. This is a mechanism in which a pulse wave-like driving voltage is applied to the piezoelectric element so that the piezoelectric element generates an instantaneous pressure and jets the liquid in pulses. Therefore, when changing the strength of the pulsed liquid jet, the drive voltage applied to the piezoelectric element is controlled.
  • the characteristic value of the drive voltage applied to the piezoelectric element for example, the amplitude of the drive voltage waveform (which is the voltage amplitude and can be said to be the magnitude of the drive voltage) is designated by an operation unit such as an operation dial or an operation button.
  • an operation unit such as an operation dial or an operation button.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and its object is to make it possible to set the strength of a pulsed liquid jet in accordance with the user's intention and to improve usability. Is to propose.
  • a first invention for solving the above-described problem is a liquid ejection control apparatus for controlling a liquid ejection apparatus that ejects liquid in a pulsed manner using a piezoelectric element, and a drive voltage waveform applied to the piezoelectric element.
  • a control unit that performs control to set the one value in accordance with the liquid ejection control device.
  • a control method for a liquid ejecting apparatus that ejects liquid in a pulse form using a piezoelectric element, the amplitude of a driving voltage waveform applied to the piezoelectric element and an index related to the rise of the driving voltage waveform Detecting an operation input to an operation unit for variably operating one of the values, and a change amount related to a momentum or a kinetic energy related to a pulsed liquid jet ejected from the liquid ejecting apparatus, the driving voltage
  • the one of the index values related to the amplitude and rise of the waveform is constant according to an operation input to the operation unit so that a change amount per unit operation amount of the operation unit is constant. It is good also as comprising the control method including setting the value of these.
  • an operation unit for variably operating one of the amplitude of the drive voltage waveform applied to the piezoelectric element and the index value related to the rise of the drive voltage waveform. And the amount of change related to the momentum or kinetic energy related to the pulsed liquid jet, and the amount of change per unit operation amount of the operation unit in a state where the other of the index values related to the amplitude and rise of the drive voltage waveform is a predetermined value.
  • One value is set according to the operation input to the operation unit so that is constant.
  • the cutting depth and the cutting volume are highly correlated with the momentum or kinetic energy associated with the pulsed liquid jet. Since the amount of change of the momentum or the momentum energy is constant per unit operation amount of the operation unit, it is possible to realize a cutting depth and a cutting volume suitable for the user's intention and operation feeling, and to improve usability. it can.
  • the second invention is the liquid ejection control device according to the first invention, further comprising a display control unit that performs control to display a current value of momentum or kinetic energy related to the pulsed liquid jet.
  • the current value of momentum or kinetic energy related to the pulsed liquid jet can be displayed. For this reason, the user can visually confirm an index representing the current intensity of the desired pulsed liquid jet. Therefore, usability can be further improved.
  • the correspondence relationship between the amplitude of the drive voltage waveform applied to the piezoelectric element that makes the amount of change per unit operation amount constant and the index value related to the rise is determined for each type of the liquid ejecting apparatus, and the control unit is a liquid ejecting control apparatus that performs control based on the correspondence relationship according to the type of the liquid ejecting apparatus.
  • the liquid jet having a pulsed liquid jet momentum of 0.1 mNs (Millinewton's disease) or less or a kinetic energy of 100 mJ (millijoules) or less.
  • a liquid ejection control apparatus that controls the apparatus.
  • the momentum of the pulsed liquid jet is 0.1 mNs or less or the kinetic energy is 100 mJ or less, and the liquid ejecting apparatus can be controlled within that range. Therefore, for example, it is suitable for cutting flexible materials such as living tissue, food, gel material, and resin materials such as rubber and plastic.
  • the fifth aspect of the invention is a liquid ejection control apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the invention, which controls the liquid ejection apparatus for cutting a biological tissue with the pulsed liquid jet.
  • the strength of the pulsed liquid jet suitable for surgical use can be controlled.
  • a sixth invention is the liquid ejection control device according to any one of the first to fifth inventions, wherein the index value related to the rise is represented by a time or a frequency related to the rise of the drive voltage waveform. is there.
  • the index value related to the rising edge can be represented by the time or frequency relating to the rising edge of the voltage.
  • the seventh invention is a liquid jet system including the liquid jet control device according to any one of the first to sixth inventions, a liquid jet device, and a liquid feed pump device.
  • the figure which shows the example of whole structure of a liquid injection system The figure which shows the internal structure of a liquid ejecting apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the liquid ejection control apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a data configuration example of an exercise amount correspondence table according to the first embodiment.
  • the flowchart which shows the flow of the process which a control part performs in the case of injection of a pulsed liquid jet.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a liquid ejection control apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a liquid ejection control apparatus according to a third embodiment. The figure which shows the data structural example of the energy corresponding
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a liquid ejection control apparatus according to a fourth embodiment. The figure which shows the data structural example of the energy corresponding
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a liquid ejection control apparatus according to a fourth embodiment. The figure which shows the data structural example of the energy corresponding
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a liquid ejection system 1 in the present embodiment.
  • This liquid ejecting system 1 is a flexible material, for example, for a surgical operation with a living tissue as a cutting object, for a food processing with a food as a cutting object, for processing a gel material, or for cutting a resin material such as rubber or plastic.
  • the cutting object is cut by ejecting a pulsed liquid jet having a momentum of 0.1 mNS (millinewton seconds) or less or a kinetic energy of 100 mJ (millijoules) or less.
  • a case where the liquid ejection system 1 is used for a surgical application and an affected part (living tissue) is incised, excised, or crushed (hereinafter collectively referred to as “cutting”) will be exemplified.
  • the liquid ejecting system 1 is for ejecting liquid in pulses toward a container 10 that stores liquid, a liquid feeding pump 20, and a cutting target (a living tissue in the present embodiment).
  • a liquid ejection device 30 and a liquid ejection control device 70 are provided.
  • the liquid ejecting control device 70 includes an operation panel 80 that is operated by an operator during surgery.
  • the operation panel 80 includes a button switch 811 for switching the power ON / OFF, a lever switch 813 with a scale of “1” to “5”, which can be selected from five lever positions, and a repetition frequency.
  • a lever switch 814 for setting a repetitive frequency capable of selecting a lever position in five steps with a scale of “1” to “5” and a liquid crystal monitor 82 are provided.
  • the liquid ejection control device 70 includes a pedal switch 83 that is used by an operator to switch between the start and stop of ejection of a pulsed liquid jet by stepping on the foot.
  • the container 10 contains a liquid such as water, physiological saline, or a chemical solution.
  • the liquid feed pump 20 always supplies the liquid stored in the container 10 to the pulse flow generation unit 40 of the liquid ejecting apparatus 30 through the connection tubes 91 and 93 at a predetermined pressure or a predetermined flow rate.
  • the liquid ejecting apparatus 30 is a part (hand piece) that is operated and held by an operator during a surgery, and a pulse flow generation unit 40 that generates a pulse flow by applying pulsation to the liquid supplied from the liquid feeding pump 20. And a pipe-shaped injection pipe 50, and the pulse flow generated by the pulse flow generation unit 40 passes through the injection pipe 50 and is finally injected as a pulse liquid jet from the liquid injection opening 61 provided in the nozzle 60. It is a device to do.
  • the pulse flow means a pulsating flow of the liquid in which the flow velocity or pressure of the liquid is periodically or aperiodically large and abruptly changed.
  • jetting the liquid in a pulsed manner means a pulsating jet of liquid in which the flow velocity of the liquid passing through the nozzle greatly changes periodically or aperiodically.
  • a pulsed liquid jet generated by applying periodic pulsation to a steady flow is illustrated, but intermittent pulses that repeat liquid injection and non-injection periodically or aperiodically are illustrated.
  • the present invention can be similarly applied to the injection of a liquid jet.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cut surface obtained by cutting the liquid ejecting apparatus 30 along the liquid ejecting direction. Note that the vertical and horizontal scales of the members and portions shown in FIG. 2 are different from actual ones for convenience of illustration.
  • the pulse flow generator 40 changes the volume of the pressure chamber 44 into a cylindrical internal space formed by the first case 41, the second case 42, and the third case 43. Therefore, a piezoelectric element 45 and a diaphragm 46 are provided.
  • the cases 41, 42, and 43 are joined and integrated on the surfaces facing each other.
  • the diaphragm 46 is a disk-shaped thin metal plate, and an outer peripheral portion thereof is sandwiched and fixed between the first case 41 and the second case 42.
  • the piezoelectric element 45 is, for example, a multilayer piezoelectric element, and one end is fixed to the diaphragm 46 between the diaphragm 46 and the third case 43 and the other end is fixed to the third case.
  • the pressure chamber 44 is a space surrounded by the diaphragm 46 and a recess 411 formed on the surface of the first case 41 facing the diaphragm 46.
  • an inlet channel 413 and an outlet channel 415 that communicate with the pressure chamber 44 are formed in the first case 41.
  • the inner diameter of the outlet channel 415 is formed larger than the inner diameter of the inlet channel 413.
  • the inlet channel 413 is connected to the connection tube 93 and introduces the liquid supplied from the liquid feeding pump 20 into the pressure chamber 44.
  • One end of the injection pipe 50 is connected to the outlet channel 415, and a liquid flowing in the pressure chamber 44 is introduced into the injection pipe 50.
  • a nozzle 60 having a liquid ejection opening 61 having an inner diameter that is smaller than the inner diameter of the ejection pipe 50 is inserted into the other end (tip) of the ejection pipe 50.
  • the liquid stored in the container 10 is supplied to the connection tube 93 at a predetermined pressure or a predetermined flow rate by the liquid feed pump 20 under the control of the liquid ejection control device 70.
  • the pulse flow generator 40 To be supplied to the pulse flow generator 40.
  • the piezoelectric element 45 expands and contracts (arrow A in FIG. 2). Since the drive signal applied to the piezoelectric element 45 is repeatedly applied at a predetermined repetition frequency (for example, several tens to several hundreds of Hz), the expansion and contraction of the piezoelectric element 45 are repeated every period. As a result, a pulsation is imparted to the steady flow liquid flowing in the pressure chamber 44, and the pulsed liquid jet is repeatedly ejected from the liquid ejection opening 61.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a drive voltage waveform L11 of a drive signal for one cycle applied to the piezoelectric element 45, and also shows a liquid flow velocity waveform L13 in the liquid ejection opening 61.
  • FIG. . Tp is a repetition period (a time corresponding to one period of the driving voltage waveform), and its reciprocal is the repetition frequency.
  • FIG.3 (b) is the figure which extracted the main peak part which has the largest flow velocity among the peaks of the flow velocity waveform L13 shown to Fig.3 (a).
  • the repetition period Tp is about 1 [ms (milliseconds)] to 100 [ms], and the time required for the drive voltage waveform to rise to the maximum voltage (rise time) Tpr is 10 [ ⁇ s (microseconds)] to It is about 1000 [ ⁇ s].
  • the repetition period Tp is set as a time longer than the rise time Tpr. Further, when the reciprocal number twice the rise time is set as the rise frequency, the repetition frequency is set as a frequency lower than twice the rise frequency.
  • the piezoelectric element 45 expands when a positive voltage is applied, the piezoelectric element 45 rapidly expands at the rising time Tpr, and the diaphragm 46 is pushed by the piezoelectric element 45 and bends toward the pressure chamber 44 side.
  • the diaphragm 46 is bent toward the pressure chamber 44, the volume of the pressure chamber 44 is reduced, and the liquid in the pressure chamber 44 is pushed out from the pressure chamber 44.
  • the inner diameter of the outlet channel 415 is larger than the inner diameter of the inlet channel 413, the fluid inertance and fluid resistance of the outlet channel 415 are smaller than the fluid resistance of the inlet channel 413.
  • the drive voltage will drop slowly.
  • the piezoelectric element 45 contracts over a time longer than the rise time Tpr, and the diaphragm 46 is pulled by the piezoelectric element 45 and bent toward the third case 43 side.
  • the diaphragm 46 is bent toward the third case 43, the volume of the pressure chamber 44 is increased, and the liquid is introduced into the pressure chamber 44 from the inlet channel 413.
  • the liquid feed pump 20 supplies the liquid to the pulse flow generation unit 40 at a predetermined pressure or a predetermined flow rate, if the piezoelectric element 45 does not expand and contract, the liquid flowing in the pressure chamber 44 (steady flow) is It is introduced into the ejection pipe 50 through the outlet channel 415 and ejected from the liquid ejection opening 61. Since this injection is a constant-speed and low-speed liquid flow, it can be said that it is a steady flow.
  • the value that characterizes the pulsed liquid jet is basically the flow velocity waveform L13 at the liquid ejection opening 61 of the jet for one pulse shown together with the drive voltage waveform L11 in FIG.
  • the highest peak flow velocity waveform (first wave jet) that occurs immediately after the drive voltage rises.
  • An enlarged view of this waveform is shown in FIG.
  • the other low peak is caused by the jet jetting incidentally as the wave of pressure fluctuation generated in the pressure chamber 44 when the piezoelectric element 45 extends is reflected back and forth in the jet pipe 50.
  • the drive voltage waveform of the piezoelectric element 45 is controlled.
  • the driving voltage waveform can be controlled by a surgeon specifying the rising frequency of the driving voltage waveform and the amplitude (voltage amplitude) of the driving voltage waveform as the voltage characteristic value.
  • the rising frequency here is one of the index values related to the rising of the drive voltage, and is defined as the reciprocal of the value obtained by doubling the rising time Tpr.
  • a method is conceivable in which the surgeon specifies the rising frequency with the voltage amplitude fixed, or specifies the voltage amplitude with the rising frequency fixed.
  • the voltage amplitude and its rising frequency greatly affect the flow velocity waveform of the main jet.
  • the drive voltage while slowly dropping after the drive voltage has risen to the maximum voltage does not significantly affect the flow velocity waveform of the main jet. For example, if the rising frequency is increased or the voltage amplitude is increased, the cutting depth is increased and the cutting volume is increased in proportion to the rising frequency.
  • the cutting depth and the cutting volume of the cutting object that are actually achieved may not always change in accordance with the increase or decrease of the voltage characteristic value, and may deteriorate the usability. For example, even if the surgeon doubles the voltage amplitude, the cutting depth and volume will not increase as expected, or even if the voltage amplitude is halved, the cutting depth and volume will not decrease as expected. There was a case where it happened. Therefore, the situation where the cutting depth and the cutting volume which an operator desires cannot be achieved may arise. This is a problem that may lead to prolonged operation time.
  • the piezoelectric element 45 can be controlled with a driving voltage waveform that is optimal for achieving the cutting depth and the cutting volume according to the operator's sense of operation. It is.
  • the mass flux is a mass [kg / s] per unit time of the liquid passing through the liquid ejection opening 61.
  • the momentum flux is the momentum [N] per unit time of the liquid passing through the liquid ejection opening 61.
  • the energy flux is energy [W] per unit time of the liquid passing through the liquid ejection opening 61.
  • Energy refers to kinetic energy and is hereinafter abbreviated as “energy”.
  • FIG. 4 is a diagram showing mass flux Jm (a), momentum flux Jp (b), and energy flux Je (c) obtained from the flow velocity waveform of the main jet shown in FIG. 3 (b). If each of these mass flux Jm, momentum flux Jp, and energy flux Je is integrated within the time (duration) T from the rise to the fall of the flow velocity waveform of the main jet, the liquid jet opening as the main jet The mass, momentum, and energy of the liquid ejected from 61 can be obtained.
  • mass flux Jm mass flux Jm
  • momentum flux Jp energy flux Je
  • mass, momentum, and energy calculated in the above manner can determine the cutting depth and cutting volume by the jet for one pulse. Conceivable. However, both are physical quantities including a steady flow component, and what is important is a value obtained by subtracting the contribution of the steady flow component.
  • the maximum mass flux Jm_max [kg / s] obtained by subtracting the steady mass flux Jm_BG [kg / s] from the peak value (maximum value) of the mass flux Jm.
  • the outflow mass M is expressed by the following formula (4).
  • two parameters of momentum P [Ns] shown by hatching in FIG. 4B are defined by removing the steady flow component from the momentum of the liquid flowing out from the liquid ejection opening 61.
  • the momentum P is expressed by the following equation (5).
  • two parameters of energy E [J] shown in FIG. 4C are defined by removing the steady flow component from the energy of the liquid flowing out from the liquid ejection opening 61.
  • the energy E is expressed by the following formula (6).
  • the integration interval in the equations (4) to (6) is the time (duration) T from the rise to the fall of the main jet in each flow velocity waveform.
  • the pulse liquid jet is a fluid
  • the object to be cut is a flexible elastic body. Therefore, in order to simulate the fracture behavior of an object to be cut by a pulsed liquid jet, an appropriate fracture threshold is set on the flexible elastic body side, and a so-called fluid and structure (here, flexible elastic body) are coupled.
  • Analysis fluid-structure interaction analysis (FSI)
  • FEM finite element method
  • SPH Smoothed Particle Particle
  • a finite element method a particle method represented by SPH (Smoothed Particle Particle)
  • the method etc. which combined these are mentioned.
  • the method to be applied is not particularly limited and will not be described in detail, an optimal method was selected in consideration of the stability of the analysis result, the calculation time, etc., and the simulation was performed.
  • the diameter of the liquid ejection opening 61 was set to 0.15 [mm]
  • the standoff distance distance from the liquid ejection opening 61 to the surface of the cutting object
  • the physical model thereof is Mooney- having an elastic modulus of about 9 [kPa] in terms of Young's modulus (about 3 [kPa] in terms of shear modulus).
  • a Rivlin superelastic body was used.
  • deviation equivalent strain 0.7 was used.
  • the amplitude (maximum value of the flux) is set to 12 [m / s] or more for three types of sine wave, triangular wave, and rectangular wave.
  • a total of 27 types were prepared by changing three types within a range of 76 [m / s] and a duration of 63 [ ⁇ s] to 200 [ ⁇ s].
  • the flow rate of the steady flow is 1 [m / s].
  • FIG. 5 is a diagram showing a sine wave (a), a rectangular wave (b), and a triangular wave (c) given as flow velocity waveforms of the main jet in the simulation, each having a duration of 63 [ ⁇ s] indicated by a solid line.
  • a pulsed liquid jet was generated by giving the prepared waveform as a flow velocity waveform of the main jet, and the fracture behavior of the flexible elastic body when it was shot into the flexible elastic body was simulated.
  • the vertical axis represents the cutting depth of the object to be cut
  • the horizontal axis represents the maximum mass flux Jm_max (a), the outflow mass M (b), the maximum momentum flux Jp_max (c), the momentum P (d), and the maximum.
  • Jm_max a
  • the outflow mass M b
  • the maximum momentum flux Jp_max c
  • the momentum P d
  • the maximum It is the figure which plotted the result of the simulation made into energy flux Je_max (e) and energy E (f).
  • a simulation result when a sine wave having a duration of 63 [ ⁇ s] is given as a flow velocity waveform of the main jet is plotted with “*”
  • a simulation result when a sine wave of 125 [ ⁇ s] is given is shown as “
  • the "-" plot shows the simulation results when a sine wave of 200 [ ⁇ s] is given.
  • a simulation result when a triangular wave having a duration of 63 [ ⁇ s] is given as the flow velocity waveform of the main jet is a “+” plot
  • a simulation result when a triangular wave of 125 [ ⁇ s] is given is a “ ⁇ ” plot.
  • a simulation result when a triangular wave of 200 [ ⁇ s] is given is shown by a plot of “ ⁇ ”.
  • the simulation result when a rectangular wave having a duration of 63 [ ⁇ s] is given as the flow velocity waveform of the main jet is plotted with “ ⁇ ”
  • the simulation result when a rectangular wave of 125 [ ⁇ s] is given is black-filled.
  • a triangular plot and a simulation result when a rectangular wave of 200 [ ⁇ s] is given are shown by a “ ⁇ ” plot.
  • the outflow mass M and The relationship with the cutting depth largely varies depending on the waveform shape given as the flow velocity waveform of the main jet, and the correlation is low.
  • the variation due to the shape of the given waveform is small, and the respective plots are distributed almost on the same curve.
  • the momentum P has a smaller variation. Therefore, it can be said that the cutting depth is highly correlated with the momentum P and the energy E, and particularly well correlated with the momentum P.
  • the simulation is performed for the case where the diameter of the liquid ejection opening is 0.15 [mm] and the standoff distance is 0.5 [mm].
  • the standoff distance is 0.15 [mm]
  • other liquid ejection opening diameters and other stands are used.
  • a simulation was performed even at an off-distance, and it was confirmed that the qualitative tendency that the cutting depth was highly correlated with the momentum P and the energy E did not change significantly.
  • the vertical axis represents the cutting volume of the object to be cut
  • the horizontal axis represents the maximum mass flux Jm_max (a), the outflow mass M (b), the maximum momentum flux Jp_max (c), the momentum P (d), the maximum It is the figure which plotted the result of the simulation as energy flux Je_max (e) and energy E (f).
  • the relationship between the waveform given as the flow velocity waveform of the main jet and the type of plot is the same as in FIG.
  • the outflow mass M and The relationship with the cutting volume varies greatly depending on the waveform shape given as the flow velocity waveform of the main jet as well as the cutting depth, and the correlation is low.
  • the variation due to the waveform shape given is the same as the cutting depth, and each plot is distributed almost on the same straight line.
  • the energy E has a smaller variation than the momentum P. Therefore, it can be said that the cutting volume has a high correlation with the momentum P and the energy E, and particularly has a good correlation with the energy E.
  • the simulation is performed for the case where the diameter of the liquid ejection opening is 0.15 [mm] and the standoff distance is 0.5 [mm]. However, other liquid ejection opening diameters and other stands are used. A simulation was also performed at an off-distance, and it was confirmed that the qualitative tendency that the cutting volume was highly correlated with the momentum P and the energy E did not change significantly.
  • a typical drive voltage waveform that is actually applied to the piezoelectric element 45 is simulated in advance, and the correspondence between the momentum P and energy E, the rising frequency, and the voltage amplitude. Get a relationship.
  • the corresponding rising frequency and voltage amplitude are specified according to the operation of increasing or decreasing the amount of exercise P or energy E by the operator, and the drive of the piezoelectric element 45 is controlled.
  • the flow velocity waveform of the main jet was obtained by simulation by giving a driving voltage waveform in which the voltage amplitude was fixed and the rising frequency was changed stepwise.
  • the flow velocity waveform of the main jet was obtained by simulation by giving a driving voltage waveform in which the rising frequency was fixed and the voltage amplitude was changed stepwise.
  • the simulation can be performed, for example, using a numerical simulation based on an equivalent circuit method based on a model in which the flow path system of the liquid ejecting apparatus is replaced with fluid (flow path) resistance, fluid inertance, fluid compliance, and the like.
  • fluid simulation using a finite element method (FEM), a finite volume method (FVM), or the like may be used.
  • FIG. 8A is a diagram showing a simulation result of the flow velocity waveform of the main jet when the rising frequency is changed.
  • the flow velocity waveform of the main jet when the rising frequency is lowered (longer in terms of the rising time Tpr), the flow velocity waveform of the main jet has a longer duration without changing the rising timing, and its amplitude (flow velocity) The maximum value is also reduced.
  • FIG. 8B is a diagram showing a simulation result of the flow velocity waveform of the main jet when the voltage amplitude is changed. As shown in FIG. 8B, when the voltage amplitude is reduced, the waveform amplitude (maximum value of the flow velocity) of the flow velocity waveform of the main jet is reduced while maintaining the duration, unlike the case where the rising frequency is reduced.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the obtained momentum P for each flow velocity waveform of the main jet, the rising frequency, and the voltage amplitude.
  • This FIG. 9 is obtained by plotting the momentum P obtained in a coordinate space with the vertical axis as the rising frequency and the horizontal axis as the voltage amplitude, and drawing a contour line related to the momentum P.
  • Each contour line is lower in the lower left of FIG. 9 and increases by a predetermined amount toward the upper right.
  • FIG. 10 is a diagram showing the correspondence between the obtained energy E for each flow velocity waveform of the main jet, the rising frequency, and the voltage amplitude.
  • energy E it is obtained by plotting the energy E obtained in a coordinate space with the vertical axis as the rising frequency and the horizontal axis as the voltage amplitude as shown in FIG.
  • Each contour line is lower in the lower left of FIG. 10 and increases by a predetermined amount toward the upper right.
  • the frequency interval between the rising frequencies f11 to f12 is different from the frequency interval between the rising frequencies f12 to f13. This phenomenon becomes more prominent as the momentum P increases. Therefore, when the operation is performed with the voltage amplitude fixed and the rising frequency being changed by a certain amount, the momentum P does not change as expected, so that the cutting depth and the cutting volume do not change as intended or perceived by the operator. It can be said that such a situation can occur. The same can be said for an operation in which the rising frequency is fixed and the voltage amplitude is changed by a certain amount. The same applies to energy E.
  • the operation performed by the surgeon during the operation is an increase / decrease operation of the rising frequency or voltage amplitude using the lever switch 813. That is, the surgeon performs an increase / decrease operation of the rising frequency with the voltage amplitude fixed, or the surgeon performs an increase / decrease operation of the voltage amplitude with the rising frequency fixed.
  • the lever switch 813 is moved by one scale, control is performed so that the change amount of the momentum P or the energy E becomes constant.
  • a rising frequency instruction value (rising frequency instruction value) or a voltage amplitude instruction value (voltage amplitude instruction value) is assigned to each lever position.
  • the correspondence between the momentum P or energy E, the rising frequency and the voltage amplitude is stored in a data table.
  • the lever switch 813 is used to increase or decrease the rising frequency.
  • the voltage amplitude is fixed at V1 shown in FIG. 9 as an example
  • the rising frequency at the intersection of the voltage amplitude V1 and each contour line is set to f11, f12 as frequency indication values.
  • F13,... a data table in which the corresponding amount of exercise P is associated with each combination of the rising frequency instruction value and the fixed voltage amplitude is created.
  • the momentum P12 For the combination of the rising frequency instruction value f11 and the voltage amplitude V1, the momentum P12, and for the combination of the rising frequency instruction value f12 and the voltage amplitude V1, the momentum P13. In this way, the amount of change in the momentum P when the lever position is moved by one scale can be made constant.
  • the momentum P11 For the combination of the voltage amplitude instruction value V21 and the rising frequency f2, the momentum P11, and for the combination of the voltage amplitude instruction value V22 and the rising frequency f2, the momentum P12 is set. Also in this case, the amount of change in the momentum P when the lever position is moved by one scale can be made constant.
  • the rising frequency is increased or decreased by the lever switch 813.
  • the voltage amplitude is fixed at V3 shown in FIG. 10 as an example
  • the rising frequency at the intersection of the voltage amplitude V3 and each contour line is set to f31, f32 as frequency indication values. , F33,...
  • a data table in which the corresponding energy E is associated with each combination of the rising frequency instruction value and the fixed voltage amplitude is created.
  • the energy E33 is used.
  • the energy E34 is used for the combination of the rising frequency instruction value f32 and the voltage amplitude V3, the energy E34 is used. In this way, the amount of change in energy E when the lever position is moved by one scale can be made constant.
  • the case of (1) is Example 1
  • the case of (2) is Example 2
  • the case of (3) is Example 3
  • the case of (4) is Example 4.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the liquid ejection control apparatus according to the first embodiment.
  • the liquid ejection control device 70-1 includes an operation unit 71, a display unit 73, a control unit 75, and a storage unit 77.
  • the operation unit 71 is realized by various switches such as a button switch, a lever switch, a dial switch, and a pedal switch, a touch panel, a track pad, a mouse, and other input devices, and sends an operation signal corresponding to the operation input to the control unit 75. Output to.
  • the operation unit 71 includes a power button 711 realized by the button switch 811 in FIG. 1, a rising frequency adjustment lever 713 realized by the lever switch 813 in FIG. 1, and a repetition frequency realized by the lever switch 814 in FIG.
  • a setting lever 714 and an injection switch 715 realized by the pedal switch 83 of FIG. 1 are included.
  • the rising frequency adjustment lever 713 is for inputting a rising frequency instruction value.
  • the surgeon operates the rising frequency adjusting lever 713, that is, the lever switch 813 shown in FIG. 1, selects the lever position marked with “1” to “5”, and increases or decreases the rising frequency in five steps.
  • the rising frequency instruction value at each lever position is assigned such that the momentum P increases by a certain amount in proportion to the numerical value of the corresponding scale.
  • the number of lever position stages is not limited to five, and may be set as appropriate, such as three-stage adjustment of “large”, “medium”, and “small”.
  • the repetition frequency setting lever 714 is for setting a repetition frequency.
  • the operator operates the lever switch 814 in FIG. 1 to select the lever position with the scales “1” to “5”, thereby repeating the frequency of the driving voltage repeatedly applied to the piezoelectric element 45 (for example, (Several tens to hundreds of Hz) is increased or decreased in 5 steps.
  • Each lever position is assigned a repetition frequency corresponding to the scale value. Note that the number of steps of the lever position is not limited to five, and the number of steps may be set as appropriate.
  • the display unit 73 is realized by a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an EL display (Electroluminescence display), and displays various screens such as a setting screen based on a display signal input from the control unit 75. indicate.
  • a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an EL display (Electroluminescence display)
  • various screens such as a setting screen based on a display signal input from the control unit 75. indicate.
  • the control unit 75 is realized by a microprocessor such as a CPU (Central Processing Unit) or a DSP (Digital Signal Processor), a control device such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an arithmetic unit. Control all parts centrally.
  • the control unit 75 includes a piezoelectric element control unit 751, a pump control unit 756, and a momentum display control unit 757.
  • each part which comprises the control part 75 is good also as comprising with hardware, such as a dedicated module circuit.
  • the piezoelectric element control unit 751 follows a rising frequency setting unit 752 that sets a rising frequency according to the lever position of the rising frequency adjustment lever 713, a voltage amplitude setting unit 753 that sets a voltage amplitude, and a lever position of a repetition frequency setting lever 714.
  • the piezoelectric element control unit 751 generates a drive voltage waveform and applies a drive signal having the generated waveform to the piezoelectric element 45.
  • the rising frequency set by the rising frequency setting unit 752 and the voltage amplitude setting unit 753 are applied. Generates a drive voltage waveform according to the set voltage amplitude.
  • the voltage amplitude set by the voltage amplitude setting unit 753 is fixed.
  • the pump control unit 756 outputs a drive signal to the liquid feed pump 20 to drive the liquid feed pump 20.
  • the momentum display control unit 757 displays the frequency instruction value (that is, the current value of the rising frequency) assigned to the lever position of the selected rising frequency adjustment lever 713 and the corresponding momentum P (that is, the current value of the momentum P). Control to be displayed on the unit 73 is performed.
  • the storage unit 77 is realized by various IC (Integrated Circuit) memory such as ROM (Read Only Memory), flash ROM, RAM (Random Access Memory), or a storage medium such as a hard disk.
  • IC Integrated Circuit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • a program for operating the liquid ejection system 1 and realizing various functions provided in the liquid ejection system 1, data used during the execution of the program, and the like are stored in advance, or Stored temporarily for each process.
  • This momentum correspondence table 771 is stored in the storage unit 77.
  • This momentum correspondence table 771 is a data table in which the correspondence between the momentum P described above with reference to FIG. 9, the rising frequency (rising frequency instruction value), and the voltage amplitude (fixed in the first embodiment) is set.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a data configuration example of the exercise amount correspondence table 771.
  • the momentum P the frequency instruction value assigned to the corresponding lever position, and the voltage amplitude are set in association with the lever position (scale).
  • the voltage amplitudes are all set to the same value V1.
  • the rising frequency instruction value is determined such that the change amounts ⁇ P 1 , ⁇ P 2 ,... Of the momentum P between adjacent lever positions are constant, and the change amounts ⁇ f 1 , ⁇ f 2 ,. ⁇ ⁇ Is not necessarily constant.
  • the rising frequency setting unit 752 reads the rising frequency instruction value at the selected lever position from the momentum correspondence table 771 and sets it.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing performed by the control unit 75 when the pulsed liquid jet is ejected.
  • the pump control unit 756 feeds the liquid.
  • the pump 20 is driven, and the piezoelectric element control unit 751 drives the piezoelectric element 45 to start jetting a pulsed liquid jet (step S111).
  • the rising frequency setting unit 752 acquires the lever position of the currently selected rising frequency adjusting lever 713, reads the rising frequency instruction value from the momentum correspondence table 771, and sets the rising frequency.
  • the voltage amplitude setting unit 753 reads the fixed voltage amplitude from the momentum correspondence table 771 and sets the voltage amplitude. Further, the repetition frequency setting unit 754 acquires the lever position of the currently selected repetition frequency setting lever 714 and sets the repetition frequency. Then, the piezoelectric element control unit 751 generates a drive voltage waveform according to the set rising frequency and voltage amplitude, and applies a drive signal having the generated drive voltage waveform to the piezoelectric element 45.
  • the momentum display control unit 757 performs control to read the acquired momentum P at the lever position from the momentum correspondence table 771 and display it on the display unit 73 together with the rising frequency set in step S111 (step S113).
  • the control unit 75 monitors the operation of the rising frequency adjusting lever 713 in step S115 until it is determined that the injection of the pulsed liquid jet is terminated by the operation of the injection switch 715 (step S123: NO).
  • the rising frequency setting unit 752 reads the frequency instruction value of the selected lever position from the momentum correspondence table 771, and sets the rising frequency. Update (step S117).
  • the piezoelectric element control unit 751 generates a drive voltage waveform according to the rising frequency set in step S117 and the voltage amplitude set in step S111, and applies the drive signal of the generated drive voltage waveform to the piezoelectric element 45 ( Step S119).
  • the momentum display control unit 757 reads out the momentum P at the selected lever position from the momentum correspondence table 771, and updates the display on the display unit 73 according to the read momentum P and the rising frequency set in step S117. Is performed (step S121).
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a display screen displayed in step S113 and updated and displayed in step S121. Through this display screen, during the operation, the surgeon works while grasping the current value of the momentum P related to the pulsed liquid jet ejected from the liquid ejection opening 61 and the current value of the rising frequency used for the control. Can do.
  • the display of the momentum instruction value is not limited to the display of the numerical values shown in FIG. 14, but may be performed by a meter display, or the change in the amount of exercise P accompanying the increase / decrease operation from the start of injection of the pulsed liquid jet. May be displayed in a graph.
  • the exercise amount display control unit 757 may not only display the instruction value of the exercise amount P and the rising frequency on the display unit 73 but also display the repetition frequency. Furthermore, the current voltage amplitude may be displayed together.
  • the piezoelectric according to the rising frequency that is optimum for achieving the cutting depth and the cutting volume according to the operation feeling.
  • the drive voltage waveform of the element 45 can be controlled. For example, if the rising frequency adjustment lever 713 is moved by one scale, the momentum P corresponding to the scale interval changes, so that the cutting depth and the cutting volume can be set according to the user's sense and intention. Can be improved.
  • FIG. 15 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the liquid ejection control apparatus according to the second embodiment.
  • the liquid ejection control apparatus 70-2 includes an operation unit 71a, a display unit 73, a control unit 75a, and a storage unit 77a.
  • the operation unit 71a includes a voltage amplitude adjusting lever 716a realized by the lever switch 813 of FIG.
  • the voltage amplitude adjustment lever 716a is for inputting a voltage amplitude instruction value.
  • the surgeon operates the voltage amplitude adjusting lever 716a, that is, the lever switch 813 in FIG. 1, selects the lever position marked with “1” to “5”, and increases or decreases the voltage amplitude in five steps.
  • the voltage amplitude instruction value at each lever position is assigned so that the momentum P increases by a certain amount according to the numerical value of the corresponding scale.
  • the control unit 75a includes a piezoelectric element control unit 751a, a pump control unit 756, and a momentum display control unit 757a.
  • the piezoelectric element control unit 751a includes a rising frequency setting unit 752a that sets a rising frequency, a voltage amplitude setting unit 753a that sets a voltage amplitude according to the lever position of the voltage amplitude adjusting lever 716a, and a lever position of the repetition frequency setting lever 714.
  • the piezoelectric element control unit 751a generates a drive voltage waveform and applies a drive signal having the generated waveform to the piezoelectric element 45.
  • the rising frequency set by the rising frequency setting unit 752a and the voltage amplitude setting unit 753a are applied. Generates a drive voltage waveform according to the set voltage amplitude.
  • the rising frequency set by the rising frequency setting unit 752a is fixed.
  • the momentum display control unit 757a displays the voltage amplitude instruction value (that is, the current value of the voltage amplitude) assigned to the lever position of the selected voltage amplitude adjustment lever 716a and the corresponding momentum P (that is, the current value of the momentum P). Control to display on the display unit 73 is performed. Further, the exercise amount display control unit 757a may display not only the exercise amount P and the voltage amplitude instruction value on the display unit 73 but also the repetition frequency. Further, the current rising frequency may be displayed together.
  • the momentum correspondence table 771a is stored in the storage unit 77a.
  • This momentum correspondence table 771a is a data table in which the correspondence between the momentum P described above with reference to FIG. 9, the rising frequency (fixed in the second embodiment), and the voltage amplitude (voltage amplitude instruction value) is set.
  • FIG. 16 is a diagram showing a data configuration example of the momentum correspondence table 771a.
  • the momentum P the voltage amplitude instruction value assigned to the corresponding lever position, and the rising frequency are set in association with the lever position (scale).
  • the rising frequencies are all set to the same value f2.
  • the voltage amplitude setting unit 753a reads the voltage amplitude instruction value at the selected lever position from the momentum correspondence table 771a and sets it.
  • the change amount (change width) of the momentum P between adjacent lever positions is constant, but the change amount (change width) of the amplitude instruction value is not necessarily constant.
  • the piezoelectric based on the correspondence relationship between the preset momentum P, the voltage amplitude, and the predetermined rising frequency, the piezoelectric according to the optimum voltage amplitude to achieve the cutting depth and the cutting volume according to the operational feeling.
  • the drive voltage waveform of the element 45 can be controlled. For example, if the voltage amplitude adjustment lever 716a is moved by one scale, the momentum P corresponding to the scale interval changes, so that the cutting depth and the cutting volume can be set according to the user's sense and intention. Can be improved.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the liquid ejection control apparatus according to the third embodiment.
  • the liquid ejection control apparatus 70-3 includes an operation unit 71b, a display unit 73, a control unit 75b, and a storage unit 77b.
  • the operation unit 71b includes a rising frequency adjusting lever 713b realized by the lever switch 813 of FIG.
  • the rising frequency adjusting lever 713b is for inputting a rising frequency instruction value.
  • the surgeon operates the rising frequency adjusting lever 713b, that is, the lever switch 813 in FIG. 1, selects the lever position with the scales “1” to “5”, and increases or decreases the rising frequency in five steps.
  • the rising frequency instruction value at each lever position is assigned such that the energy E increases by a certain amount according to the numerical value of the corresponding scale.
  • the control unit 75b includes a piezoelectric element control unit 751b, a pump control unit 756, and an energy display control unit 758b.
  • the piezoelectric element control unit 751b includes a rising frequency setting unit 752b that sets the rising frequency according to the lever position of the rising frequency adjusting lever 713b, a voltage amplitude setting unit 753b that sets the voltage amplitude, and a lever position of the repetition frequency setting lever 714.
  • the piezoelectric element control unit 751b generates a drive voltage waveform and applies a drive signal having the generated waveform to the piezoelectric element 45.
  • the rising frequency set by the rising frequency setting unit 752b and the voltage amplitude setting unit 753b are applied. Generates a drive voltage waveform according to the set voltage amplitude.
  • the voltage amplitude set by the voltage amplitude setting unit 753b is fixed.
  • the energy display control unit 758b displays the rising frequency instruction value (that is, the current value of the rising frequency) assigned to the lever position of the selected rising frequency adjusting lever 713b and the corresponding energy E (that is, the current value of the energy E). Control to display on the display unit 73 is performed.
  • the energy display control unit 758b may display not only the energy E and the indicated value of the rising frequency on the display unit 73 but also the repetition frequency. Further, the current voltage amplitude may be displayed together.
  • the storage unit 77b stores an energy correspondence table 772b.
  • This energy correspondence table 772b is a data table in which the correspondence relationship between the energy E described above with reference to FIG. 10, the rising frequency (frequency instruction value), and the voltage amplitude (fixed in the third embodiment) is set.
  • FIG. 18 is a diagram showing a data configuration example of the energy correspondence table 772b.
  • the energy E the rising frequency instruction value assigned to the corresponding lever position
  • the voltage amplitude are set in association with the lever position (scale).
  • the voltage amplitudes are all set to the same value V3.
  • the rising frequency setting unit 752b reads the rising frequency instruction value at the selected lever position from the energy correspondence table 772b and sets it.
  • the change amount (change width) of energy between adjacent lever positions is constant, but the change amount (change width) of the rising frequency instruction value is not necessarily constant.
  • the piezoelectric is set in accordance with the rising frequency that is optimal for achieving the cutting depth and the cutting volume according to the operational feeling.
  • the drive voltage waveform of the element 45 can be controlled. For example, if the rising frequency adjustment lever 713b is moved by one scale, the energy E corresponding to the scale interval changes, so that the cutting depth and the cutting volume can be set according to the user's sense and intention. Can be improved.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the liquid ejection control apparatus according to the fourth embodiment.
  • the liquid ejection control apparatus 70-4 includes an operation unit 71c, a display unit 73, a control unit 75c, and a storage unit 77c.
  • the operation unit 71c includes a voltage amplitude adjustment lever 716c realized by the lever switch 813 of FIG.
  • the voltage amplitude adjustment lever 716c is for inputting a voltage amplitude instruction value.
  • the surgeon operates the voltage amplitude adjusting lever 716c, that is, the lever switch 813 in FIG. 1, selects the lever position marked with “1” to “5”, and increases or decreases the voltage amplitude in five steps.
  • the voltage amplitude instruction value at each lever position is assigned so that the energy E increases by a certain amount according to the numerical value of the corresponding scale.
  • the control unit 75c includes a piezoelectric element control unit 751c, a pump control unit 756, and an energy display control unit 758c.
  • the piezoelectric element control unit 751c includes a rising frequency setting unit 752c that sets the rising frequency and a voltage amplitude setting unit 753c that sets the voltage amplitude according to the lever position of the voltage amplitude adjusting lever 716c.
  • the piezoelectric element control unit 751c generates a drive voltage waveform and applies a drive signal having the generated waveform to the piezoelectric element 45.
  • the rising frequency set by the rising frequency setting unit 752c and the voltage amplitude setting unit 753c are applied. Generates a drive voltage waveform according to the set voltage amplitude.
  • the rising frequency set by the rising frequency setting unit 752c is fixed.
  • the energy display control unit 758c displays the voltage amplitude instruction value (that is, the current value of the voltage amplitude) assigned to the selected lever position of the voltage amplitude adjusting lever 716c and the corresponding energy E (that is, the current value of the energy E). Control to display on the display unit 73 is performed. In addition, the energy display control unit 758c may not only display the indication values of the energy E and the voltage amplitude on the display unit 73 but also display the repetition frequency. Further, the current startup frequency may be displayed together.
  • the energy correspondence table 772c is stored in the storage unit 77c.
  • This energy correspondence table 772c is a data table in which the correspondence relationship between the energy E, the rising frequency (fixed in the fourth embodiment), and the voltage amplitude (voltage amplitude instruction value) described above with reference to FIG. 10 is set.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a data configuration example of the energy correspondence table 772c.
  • energy E energy E
  • a voltage amplitude instruction value assigned to the corresponding lever position, and a rising frequency are set in association with the lever position (scale).
  • the rising frequencies are all set to the same value f4.
  • the voltage amplitude setting unit 753c reads out and sets the voltage amplitude instruction value at the selected lever position from the energy correspondence table 772c.
  • the change amount (change width) of energy between adjacent lever positions is constant, but the change amount (change width) of the voltage amplitude instruction value is not necessarily constant.
  • the piezoelectric based on the correspondence relationship between the preset energy E, the voltage amplitude, and the predetermined rising frequency, the piezoelectric according to the optimum voltage amplitude to achieve the cutting depth and the cutting volume according to the operation feeling.
  • the drive voltage of the element 45 can be controlled. For example, if the voltage amplitude adjusting lever 716c is moved by one scale, the energy E corresponding to the scale interval changes, so that the cutting depth and the cutting volume can be set according to the user's sense and intention. Can be improved.
  • the form to which the present invention can be applied is not limited to the above embodiments.
  • the momentum correspondence tables 771 and 771a and the energy correspondence tables 772b and 772c are prepared for each type of the liquid ejecting apparatus 30 (stored in the storage units 77, 77a, 77b, and 77c), and the liquid ejecting apparatus 30 You may make it use selectively the exercise
  • pulse liquid such as a difference in inner diameter and length of the liquid jet opening 61 and the nozzle 60, a difference in inner diameter and length of the jet tube 50, a difference in characteristics of the piezoelectric element 45, a difference in volume of the pressure chamber 44, and the like. It is preferable to prepare each type of liquid ejecting apparatus 30 having a different structure related to jet ejection. Cutting materials such as gel materials, rubbers, plastics, etc.
  • liquid ejecting apparatus 30 may be replaced with a different type depending on the type of each material, that is, depending on the shape of the target material to be cut, the fracture threshold, the elastic modulus, the viscosity, and the like.
  • liquid ejecting control apparatus 70 reads out the information from the connected liquid ejecting apparatus 30 to correspond to the momentum correspondence tables 771 and 771 a and the energy correspondence. More preferably, the tables 772b and 772c are automatically switched.
  • the rising frequency is exemplified as the index value related to the rising.
  • the rising time Tpr may be used instead of the rising frequency.
  • the rising frequency adjustment levers 713 and 713b and the voltage amplitude adjustment levers 716a and 716c are not limited to being realized by the lever switch 813, and may be realized by, for example, a dial switch or a button switch.
  • the display unit 73 may be realized as a touch panel by a software key switch or the like. In this case, the user performs a touch operation on the touch panel as the display unit 73 and inputs an instruction value for a rising frequency or a voltage amplitude.

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Abstract

　液体噴射制御装置において、操作部は、圧電素子に印加する駆動電圧波形の立ち上がり周波数、電圧振幅等を可変に操作するための調整レバーを含む。また、制御部において、立ち上がり周波数設定部は、液体噴射装置から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量に関する変化量であって、駆動電圧波形の電圧振幅を所定値とした状態における立ち上がり周波数調整レバーの単位操作量当たりの変化量が一定となるように、立ち上がり周波数調整レバーへの操作入力に応じて立ち上がり周波数を設定する。

Description

液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法
　本発明は、圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置を制御する液体噴射制御装置等に関する。
　液体をパルス状に噴射して切削対象物を切削する技術が知られている。パルス状の液体の噴射は、ノズルから周期的又は非周期的に噴射される液体の脈動的なジェット流であり、本明細書では適宜「パルス液体ジェット（Pulsed Liquid Jet）」と称する。
　パルス液体ジェットの用途は様々であるが、例えば、特許文献１には、医療分野における外科手術用として利用する技術が提案されている。この場合には、切削対象物は、生体組織となり、液体は生理食塩水となる。
特開２００５－１５２１２７号公報
　パルス液体ジェットを生成する機構の１つに、圧電素子を用いた機構が知られている。パルス波状の駆動電圧を圧電素子に加えることで、圧電素子が瞬間的な圧力を発生させて液体をパルス状に噴射する機構である。そのため、パルス液体ジェットの強さを変更する場合には、圧電素子に印加する駆動電圧を制御することとなる。
　そこで、圧電素子に印加する駆動電圧の特性値、例えば、駆動電圧波形の振幅（電圧振幅のことであり、駆動電圧の大きさとも言える）を、操作ダイヤルや操作ボタン等の操作部で指定することで、パルス液体ジェットの強さを可変する仕様が考えられる。
　しかしながら、操作部で指定する駆動電圧の特性値を変化させても、切削対象物の切削深さや切削体積を、ユーザーが思うように変化させることができない場合があることが分かった。詳細は後述するが、例えば、ユーザーが電圧振幅を２倍や４倍、或いは１／２、１／４に変えたとしても、必ずしも切削深さや切削体積がその通りに変化するとは限らないことが分かった。パルス液体ジェットを外科手術用途で用いる場合には、術者の操作感覚通りの作用が得られず、問題となり得た。
　本発明は上述した課題に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、パルス液体ジェットの強さを、ユーザーの意図に沿った設定とすることを可能とし、使い勝手を向上させる技術を提案することである。
　以上の課題を解決するための第１の発明は、圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置を制御する液体噴射制御装置であって、前記圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅、及び当該駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値のうちの一方を可変に操作するための操作部と、前記液体噴射装置から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーに関する変化量であって、前記駆動電圧波形の振幅及び立ち上がりに係る指標値のうちの他方を所定値とした状態における前記操作部の単位操作量当たりの変化量が一定となるように、前記操作部への操作入力に応じて前記一方の値を設定する制御を行う制御部と、を備えた液体噴射制御装置である。
　また、他の発明として、圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置の制御方法であって、前記圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅及び当該駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値のうちの一方を可変に操作するための操作部に対する操作入力を検出することと、前記液体噴射装置から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーに関する変化量であって、前記駆動電圧波形の振幅及び立ち上がりに係る指標値のうちの他方を所定値とした状態における前記操作部の単位操作量当たりの変化量が一定となるように、前記操作部への操作入力に応じて前記一方の値を設定することと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。
　この第１の発明等によれば、圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅、及び当該駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値のうちの一方を可変に操作するための操作部がある。そして、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーに関する変化量であって、駆動電圧波形の振幅及び立ち上がりに係る指標値のうちの他方を所定値とした状態における操作部の単位操作量当たりの変化量が一定となるように、操作部への操作入力に応じて一方の値が設定される。
　後述するように、切削深さや切削体積は、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーと相関が高い。この運動量又は運動量エネルギーの変化量が、操作部の単位操作量当たりで一定となるため、ユーザーの意図や操作感覚に見合った切削深さや切削体積を実現することができ、使い勝手を向上させることができる。
　また、第２の発明は、第１の発明において、前記パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーの現在値を表示させる制御を行う表示制御部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
　この第２の発明によれば、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーの現在値を表示させることができる。このため、ユーザーは、希望するパルス液体ジェットの現在の強さを表す指標を視覚的に確認することができる。よって、使い勝手を更に向上させることができる。
　また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記単位操作量当たりの変化量を一定とさせる前記圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅及び前記立ち上がりに係る指標値の対応関係が、前記液体噴射装置の種類毎に定められており、前記制御部は、前記液体噴射装置の種類に応じた前記対応関係に基づいて制御する、液体噴射制御装置である。
　この第３の発明によれば、液体噴射装置の種類を変更した場合であっても、制御対象となっている液体噴射装置の種類に応じた適切な制御が実現される。
　また、第４の発明は、第１～第３の何れかの発明において、前記パルス液体ジェットの運動量が０．１ｍＮｓ（ミリニュートン病）以下又は運動エネルギーが１００ｍＪ（ミリジュール）以下の前記液体噴射装置を制御する、液体噴射制御装置である。
　この第４の発明によれば、パルス液体ジェットの運動量が０．１ｍＮｓ以下又は運動エネルギーが１００ｍＪ以下であり、その範囲で液体噴射装置を制御することができる。よって、例えば、生体組織、食品、ゲル材料、ゴムやプラスチックなどの樹脂材料などの柔軟素材を切削するのに好適である。
　また、第５の発明は、第１～第４の何れかの発明において、前記パルス液体ジェットによって生体組織を切削するための前記液体噴射装置を制御する、液体噴射制御装置である。
　この第５の発明によれば、例えば、外科手術用途に好適なパルス液体ジェットの強さを制御することができる。
　また、第６の発明は、第１～第５の何れかの発明において、前記立ち上がりに係る指標値は、前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る時間、又は周波数によって表される、液体噴射制御装置である。
　この第６の発明によれば、立ち上がりに係る指標値を、電圧の立ち上がりに係る時間、又は周波数によって表すことができる。
　また、第７の発明は、第１～第６の何れかの発明の液体噴射制御装置と、液体噴射装置と、送液ポンプ装置とを具備した液体噴射システムである。
　この第７の発明によれば、第１～第６の発明の作用効果を奏する液体噴射システムを実現することができる。
液体噴射システムの全体構成例を示す図。 液体噴射装置の内部構造を示す図。 圧電素子の１周期分の駆動電圧波形及び液体噴射開口部における液体の流速波形を示す図。 質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、及びエネルギー流束Ｊｅを示す図。 切削対象物の破壊状態についてのシミュレーションで用いた主ジェットの流速波形を示す図。 シミュレーション結果（切削深さ）を示す図。 シミュレーション結果（切削体積）を示す図。 主ジェットの流速波形についてのシミュレーション結果を示す図。 運動量Ｐと、立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図。 エネルギーＥと、立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図。 実施例１における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 実施例１における運動量対応テーブルのデータ構成例を示す図。 パルス液体ジェットの噴射に際して制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 表示部の表示画面例を示す図。 実施例２における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 実施例２における運動量対応テーブルのデータ構成例を示す図。 実施例３における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 実施例３におけるエネルギー対応テーブルのデータ構成例を示す図。 実施例４における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 実施例４におけるエネルギー対応テーブルのデータ構成例を示す図。
　以下、本発明の液体噴射制御装置及び制御方法を実施するための一形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。
［全体構成］
　図１は、本実施形態における液体噴射システム１の全体構成例を示す図である。この液体噴射システム１は、柔軟素材、例えば生体組織を切削対象物とした外科手術用、食品を切削対象物とした食品加工用、ゲル材料の加工用、又はゴムやプラスチックなど樹脂材料の切削加工の用途で用いられるものであり、運動量が０．１ｍＮＳ（ミリニュートン秒）以下、又は、運動エネルギーが１００ｍＪ（ミリジュール）以下のパルス液体ジェットを噴射して切削対象物を切削する。以下では、液体噴射システム１を外科手術用の用途で用い、患部（生体組織）の切開、切除、又は破砕（以下包括して「切削」という）を行う場合を例示する。
　図１に示すように、液体噴射システム１は、液体を収容する容器１０と、送液ポンプ２０と、切削対象物（本実施形態では生体組織）に向けて液体をパルス状に噴射するための液体噴射装置３０と、液体噴射制御装置７０とを備える。
　この液体噴射システム１において、液体噴射制御装置７０は、術者が手術の際に操作する操作パネル８０を備える。操作パネル８０には、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのボタンスイッチ８１１と、「１」～「５」の目盛りが付された５段階のレバー位置を選択可能なレバースイッチ８１３と、繰り返し周波数を入力するために「１」～「５」の目盛りが付された５段階のレバー位置を選択可能な繰り返し周波数設定用のレバースイッチ８１４と、液晶モニター８２とが配設されている。また、液体噴射制御装置７０は、術者が足で踏んでパルス液体ジェットの噴射開始及び噴射停止を切り替えるためのペダルスイッチ８３を備える。
　容器１０は、水や生理食塩水、薬液等の液体を収容する。送液ポンプ２０は、容器１０に収容された液体を、接続チューブ９１，９３を介して常時所定の圧力又は所定の流量で液体噴射装置３０のパルス流発生部４０に供給する。
　液体噴射装置３０は、手術に際して術者が手に持って操作する部分（ハンドピース）であり、送液ポンプ２０から供給される液体に脈動を付与してパルス流を発生させるパルス流発生部４０と、パイプ状の噴射管５０とを備え、パルス流発生部４０によって発生させたパルス流を、噴射管５０を通り最終的にノズル６０に設けられた液体噴射開口部６１からパルス液体ジェットとして噴射する装置である。
　ここでパルス流とは、液体の流速や圧力が時間的又は空間的に周期的又は非周期的に大きく且つ急激に変化する液体の脈動的な流れを意味する。同様に、液体をパルス状に噴射するとは、ノズルを通過する液体の流速が、周期的又は非周期的に大きく変化する、液体の脈動的な噴射を意味する。本実施形態では、定常流に周期的な脈動を付与することで生じるパルス液体ジェットを噴射する場合を例示するが、液体の噴射と非噴射とを周期的又は非周期的に繰り返す断続的なパルス液体ジェットの噴射にも本発明は同様に適用できる。
　図２は、液体噴射装置３０を液体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す図である。なお、図２に示す部材や部分の縦横の縮尺は、図示の便宜上実際のものとは異なる。図２に示すように、パルス流発生部４０は、第１ケース４１と、第２ケース４２と、第３ケース４３とによって形成された円筒状の内部空間に、圧力室４４の容積を変化させるための圧電素子４５及びダイアフラム４６が配設されて構成される。各ケース４１，４２，４３は、互いに対向する面において接合され一体化されている。
　ダイアフラム４６は、円盤状の金属薄板であり、その外周部分が第１ケース４１と第２ケース４２との間に挟まれて固定されている。圧電素子４５は、例えば積層型圧電素子であり、ダイアフラム４６と第３ケース４３との間で一端がダイアフラム４６に固定され、他端が第３ケースに固定されている。
　圧力室４４は、ダイアフラム４６と、第１ケース４１のダイアフラム４６に対向する面に形成された凹部４１１とによって囲まれた空間である。第１ケース４１には、圧力室４４に各々連通する入口流路４１３と出口流路４１５とが形成されている。出口流路４１５の内径は、入口流路４１３の内径よりも大きく形成されている。入口流路４１３は接続チューブ９３と接続され、送液ポンプ２０から供給される液体を圧力室４４に導入する。出口流路４１５には噴射管５０の一端が接続され、圧力室４４内を流動する液体を噴射管５０に導入する。噴射管５０の他端（先端）には、噴射管５０の内径よりも縮小された内径の液体噴射開口部６１を有するノズル６０が挿着されている。
　以上のように構成される液体噴射システム１において、容器１０に収容された液体は、液体噴射制御装置７０の制御のもと送液ポンプ２０によって、所定の圧力又は所定の流量で接続チューブ９３を介してパルス流発生部４０に供給される。一方で、液体噴射制御装置７０の制御のもと圧電素子４５に駆動信号が印加されると、圧電素子４５が伸長・収縮する（図２の矢印Ａ）。圧電素子４５に印加される駆動信号は所定の繰り返し周波数（例えば数十～数百Ｈｚ）で繰り返し印加されるため、周期毎に圧電素子４５の伸長と収縮が繰り返されることとなる。これにより圧力室４４内を流動する定常流の液体に脈動が付与され、液体噴射開口部６１からパルス液体ジェットが繰り返し噴射される。
　図３（ａ）は、圧電素子４５に印加される１周期分の駆動信号の駆動電圧波形Ｌ１１の一例を示す図であり、液体噴射開口部６１における液体の流速波形Ｌ１３を併せて示している。Ｔｐは繰り返し周期（駆動電圧波形の１周期分の時間）であり、その逆数が前記の繰り返し周波数である。
　また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す流速波形Ｌ１３のピークのうち、最大流速を有する主ピーク部分を抜き出した図である。なお、繰り返し周期Ｔｐは１［ｍｓ（ミリ秒）］～１００［ｍｓ］程度とされ、駆動電圧波形が最大電圧まで立ち上がるのに要する時間（立ち上がり時間）Ｔｐｒは１０［μｓ（マイクロ秒）］～１０００［μｓ］程度とされる。
　繰り返し周期Ｔｐは、立ち上がり時間Ｔｐｒよりも長い時間として設定される。また、立ち上がり時間の２倍の逆数を立ち上がり周波数としたとき、前記の繰り返し周波数は、立ち上がり周波数の２倍よりも低い周波数として設定される。
　例えば、圧電素子４５は、正の電圧が印加されると伸長するものとすると、立ち上がり時間Ｔｐｒで急激に伸長し、ダイアフラム４６が圧電素子４５に押されて圧力室４４側に撓む。ダイアフラム４６が圧力室４４側へと撓むと圧力室４４の容積が小さくなり、圧力室４４内の液体は圧力室４４から押し出される。ここで、出口流路４１５の内径は入口流路４１３の内径よりも大きいため、出口流路４１５の流体イナータンスおよび流体抵抗は、入口流路４１３の流体抵抗よりも小さい。したがって、圧電素子４５が急激に伸長することで圧力室４４から押し出される液体の大部分は出口流路４１５を通って噴射管５０に導入され、その内径よりも小径の液体噴射開口部６１によりパルス状の液滴、すなわちパルス液体ジェットとなって高速噴射される。
　最大電圧まで上昇した後は、駆動電圧は緩やかに降下する。その際、圧電素子４５は、立ち上がり時間Ｔｐｒよりも長い時間をかけて収縮し、ダイアフラム４６が圧電素子４５に引かれて第３ケース４３側に撓む。ダイアフラム４６が第３ケース４３側に撓むと圧力室４４の容積が大きくなり、入口流路４１３から圧力室４４内に液体が導入される。
　なお、送液ポンプ２０は所定圧力又は所定流量で液体をパルス流発生部４０に供給しているため、圧電素子４５が伸縮動作を行わなければ、圧力室４４を流動する液体（定常流）は出口流路４１５を経て噴射管５０に導入され、液体噴射開口部６１から噴射される。この噴射は定速かつ低速の液流であるため、定常流と言える。
［原理］
　パルス液体ジェットを特徴付ける値として基本となるのは、図３（ａ）において駆動電圧波形Ｌ１１と併せて示したパルス１個分のジェットの液体噴射開口部６１における流速波形Ｌ１３である。そのうち、注目すべきなのは、駆動電圧の立ち上がり直後に発生する最も高いピークの流速波形（先頭波のジェット）である。この波形の拡大図を図３（ｂ）に示す。その他の低いピークは、圧電素子４５の伸長時に圧力室４４内に生じた圧力変動の波が噴射管５０内を反射往復することで付随的に噴射されるジェットに起因するものであるが、切削対象物の破壊状態すなわち切削対象物の切削深さや切削体積を決定付けるのは、流速が最も大きい先頭波のジェット（主ジェット）である。
　ところで、パルス液体ジェットの強さを変えて切削対象物の切削深さや切削体積を変化させたい場合には、圧電素子４５の駆動電圧波形を制御することになる。この駆動電圧波形の制御は、その電圧特性値である駆動電圧波形の立ち上がり周波数や駆動電圧波形の振幅（電圧振幅）を術者が指定することによって行う方法が考えられる。ここでいう立ち上がり周波数は、駆動電圧の立ち上がりに係る指標値の１つであり、立ち上がり時間Ｔｐｒを２倍した値の逆数と定義する。例えば、電圧振幅を固定にした状態で術者が立ち上がり周波数を指定したり、立ち上がり周波数を固定にした状態で電圧振幅を指定する方法が考えられる。これは、電圧振幅やその立ち上がり周波数（立ち上がり時間Ｔｐｒ）が主ジェットの流速波形に大きく影響するためである。駆動電圧が最大電圧まで上昇した後の緩やかに降下している間の駆動電圧は、主ジェットの流速波形にさほど影響しない。例えば、立ち上がり周波数を高くし、或いは電圧振幅を大きくすれば、それに比例するように切削深さは深く、切削体積は大きくなると思われた。
　しかしながら、実際に達成される切削対象物の切削深さや切削体積は、必ずしも電圧特性値の増減に見合って変化しない場合があり、使い勝手を悪化させる場合があることが判明した。例えば、術者が電圧振幅を２倍にしても切削深さや切削体積が期待通りに増加しなかったり、或いは電圧振幅を１／２にしても切削深さや切削体積が思ったように減少しなかったりする場合が起こり得た。そのため、術者が所望する切削深さや切削体積が達成されない事態が生じ得た。これは手術時間の長期化を招きかねない問題である。
　そこで、主ジェットの流速波形に着目し、この主ジェットの流速波形によって定まるいくつかのパラメータについて切削深さ及び切削体積との相関を検討した。切削深さや切削体積との相関が高いパラメータが見つかれば、術者の操作感覚通りの切削深さや切削体積を達成するのに最適な駆動電圧波形で圧電素子４５を制御することが可能となるからである。
　そのために、先ず、液体噴射開口部６１における主ジェットの流速波形ｖ［ｍ／ｓ］に基づいて、液体噴射開口部６１を通過する主ジェットの質量流束［ｋｇ／ｓ］、運動量流束［Ｎ］、及びエネルギー流束［Ｗ］について検討した。質量流束は、液体噴射開口部６１を通過する液体の単位時間当たりの質量［ｋｇ／ｓ］である。運動量流束は、液体噴射開口部６１を通過する液体の単位時間当たりの運動量［Ｎ］である。エネルギー流束は、液体噴射開口部６１を通過する液体の単位時間当たりのエネルギー［Ｗ］である。なお、エネルギーとは運動エネルギーのことを指し、以下「エネルギー」と略称する。
　液体噴射開口部６１では液体が自由空間に解放されるため、圧力を「０」とみなすことができる。また、液体のジェット噴射方向に直交する方向（液体噴射開口部６１の径方向）の速度についても「０」とみなすことができる。液体噴射開口部６１の径方向において液体の速度分布がないと仮定すると、液体噴射開口部６１を通過する質量流束Ｊｍ［ｋｇ／ｓ］、運動量流束Ｊｐ［Ｎ］、及びエネルギー流束Ｊｅ［Ｗ］は、次式（１），（２），（３）で求めることができる。Ｓ［ｍ2］はノズル断面積を表し、ρ［ｋｇ／ｍ3］は作動流体密度を表す。
　Ｊｍ＝Ｓ・ρ・ｖ　・・・（１）
　Ｊｐ＝Ｓ・ρ・ｖ2　・・・（２）
　Ｊｅ＝１／２・ρ・Ｓ・ｖ3　・・・（３）
　図４は、図３（ｂ）に示した主ジェットの流速波形から求めた質量流束Ｊｍ（ａ）、運動量流束Ｊｐ（ｂ）、及びエネルギー流束Ｊｅ（ｃ）を示す図である。これら質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、及びエネルギー流束Ｊｅのそれぞれを主ジェットの流速波形の立ち上がりから立ち下がりまでの時間（継続時間）Ｔ内で積分すれば、主ジェットとして液体噴射開口部６１から噴射される液体の質量、運動量、及びエネルギーを求めることができる。
　上記の要領で算出した質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、エネルギー流束Ｊｅ、質量、運動量、及びエネルギーの各値は、パルス１個分のジェットによる切削深さ及び切削体積を決定付け得ると考えられる。ただし、何れも定常流分を含んだ物理量であり、重要なのは、定常流の寄与分を差し引いた値である。
　そこで、図４（ａ）の質量流束Ｊｍに関し、質量流束Ｊｍのピーク値（最大値）から定常流の質量流束Ｊｍ＿ＢＧ［ｋｇ／ｓ］を減算した最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ［ｋｇ／ｓ］と、主ジェットとして液体噴射開口部６１から流出する液体の質量から定常流分を除いた図４（ａ）中にハッチングを付して示す流出質量Ｍ［ｋｇ］の２つのパラメータを定義する。流出質量Ｍは、次式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図４（ｂ）の運動量流束Ｊｐに関しては、運動量流束Ｊｐのピーク値（最大値）から定常流の運動量流束Ｊｐ＿ＢＧ［Ｎ］を減算した最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ［Ｎ］と、主ジェットとして液体噴射開口部６１から流出する液体の運動量から定常流分を除いた図４（ｂ）中にハッチングを付して示す運動量Ｐ［Ｎｓ］の２つのパラメータを定義する。運動量Ｐは、次式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図４（ｃ）のエネルギー流束Ｊｅに関しては、エネルギー流束Ｊｅのピーク値（最大値）から定常流のエネルギー流束Ｊｅ＿ＢＧ［Ｗ］を減算した最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ［Ｗ］と、主ジェットとして液体噴射開口部６１から流出する液体のエネルギーから定常流分を除いた図４（ｃ）中にハッチングを付して示すエネルギーＥ［Ｊ］の２つのパラメータを定義する。エネルギーＥは、次式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ただし、式（４）～（６）における積分区間は、各流速波形において主ジェットの立ち上がりから立ち下がりまでの時間（継続時間）Ｔである。
　そして、数値シミュレーションを利用して、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、流出質量Ｍ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、運動量Ｐ、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ、及びエネルギーＥの６つのパラメータが、それぞれ切削深さ及び切削体積とどの程度相関するのかを検討した。
　ここで、パルス液体ジェットは流体であり、切削対象物は柔軟な弾性体である。したがって、パルス液体ジェットによる切削対象物の破壊挙動のシミュレーションを行うためには、柔軟弾性体側に適切な破壊閾値を設定した上で、いわゆる流体と構造体（ここでは柔軟弾性体）との連成解析（流体・構造連成解析（ＦＳＩ））を行わなければならない。シミュレーションの計算手法としては、例えば、有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）を用いた手法や、ＳＰＨ（Smoothed Particle Hydrodynamics）等に代表される粒子法を用いた手法、有限要素法と粒子法とを組み合わせた手法等が挙げられる。適用する手法は特に限定されるものではないため詳述しないが、解析結果の安定性や計算時間等を考慮して最適な手法を選択し、シミュレーションを行った。
　シミュレーションに際し、液体噴射開口部６１の直径＝０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離（液体噴射開口部６１から切削対象物表面までの距離）＝０．５［ｍｍ］に設定した。また、切削対象物を表面が平坦な柔軟弾性体と仮定し、その物理モデルとして、ヤング率換算で９［ｋＰａ］程度（せん断弾性率換算で３［ｋＰａ］程度）の弾性率を有するＭｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ超弾性体を用いた。破壊閾値には、偏差相当ひずみ＝０.７を使用した。
　主ジェットの流速波形については、様々な主ジェットの流速波形を想定し、正弦波、三角波、及び矩形波の３種類の波形について、振幅（流束の最大値）を１２［ｍ／ｓ］～７６［ｍ／ｓ］の範囲内、継続時間を６３［μｓ］～２００［μｓ］の範囲内で３種類変更したものを、合計２７種類用意した。なお、定常流の流速は１［ｍ／ｓ］としている。
　図５は、シミュレーションで主ジェットの流速波形として与えた正弦波（ａ）、矩形波（ｂ）、及び三角波（ｃ）を示す図であり、それぞれ実線で示す継続時間が６３［μｓ］のものと、一点鎖線で示す継続時間が１２５［μｓ］のものと、二点鎖線で示す継続時間が２００［μｓ］のものとを用意した。そして、用意した波形を主ジェットの流速波形として与えてパルス液体ジェットを生成し、上記の柔軟弾性体に撃ち込んだときの柔軟弾性体の破壊挙動についてシミュレーションを行った。
　図６は、縦軸を切削対象物の切削深さとし、横軸を最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ（ａ）、流出質量Ｍ（ｂ）、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ（ｃ）、運動量Ｐ（ｄ）、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ（ｅ）、及びエネルギーＥ（ｆ）としたシミュレーションの結果をプロットした図である。図６中、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「＊」のプロット、１２５［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「◆」のプロット、２００［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「-」のプロットで示している。また、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「＋」のプロット、１２５［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「×」のプロット、２００［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「■」のプロットで示している。また、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「●」のプロット、１２５［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を黒色塗りつぶしの三角形のプロット、２００［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「－」のプロットで示している。
　上段の図６（ａ），（ｃ），（ｅ）に示すように、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、及び最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘの３つの各パラメータと切削深さとの関係は、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、双方の相関は低いことがわかった。とりわけ質量流束は、流速に比例する値であることから、切削深さは主ジェットの最大流速のみからは決まらないことを示唆している。
　次に、下段の図６（ｂ），（ｄ），（ｆ）に示す流出質量Ｍ、運動量Ｐ、及びエネルギーＥの３つの各パラメータと切削深さとの関係をみてみると、流出質量Ｍと切削深さとの関係については、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。これに対し、運動量ＰやエネルギーＥとの関係では、与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一曲線上に分布している。運動量ＰとエネルギーＥとでは、運動量Ｐの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削深さは運動量ＰやエネルギーＥと相関が高く、特に運動量Ｐと良く相関するといえる。
　なお、ここでは液体噴射開口部の直径を０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離を０．５［ｍｍ］とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削深さが運動量ＰやエネルギーＥと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。
　図７は、縦軸を切削対象物の切削体積とし、横軸を最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ（ａ）、流出質量Ｍ（ｂ）、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ（ｃ）、運動量Ｐ（ｄ）、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ（ｅ）、及びエネルギーＥ（ｆ）としてシミュレーションの結果をプロットした図である。主ジェットの流速波形として与えた波形とプロットの種類との関係は図６と同様である。
　上段の図７（ａ），（ｃ），（ｅ）に示すように、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、及び最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘの３つの各パラメータと切削体積との関係は、切削深さとの関係ほどではないものの、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によってばらついており、双方の相関は低いと考えられる。
　次に、下段の図７（ｂ），（ｄ），（ｆ）に示す流出質量Ｍ、運動量Ｐ、及びエネルギーＥの３つの各パラメータと切削体積との関係をみてみると、流出質量Ｍと切削体積との関係については、切削深さと同様に主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。一方、運動量ＰやエネルギーＥとの関係では、切削深さと同様に与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一直線上に分布している。また、運動量Ｐと比べてエネルギーＥの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削体積は運動量ＰやエネルギーＥと相関が高く、特にエネルギーＥと良く相関するといえる。
　なお、ここでは液体噴射開口部の直径を０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離を０．５［ｍｍ］とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削体積が運動量ＰやエネルギーＥと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。
　以上の検討結果に基づき、本実施形態では、実際に圧電素子４５に印加する駆動電圧波形として代表的なものについて事前にシミュレーションを行い、運動量ＰおよびエネルギーＥと、立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を取得しておく。そして、手術中は、術者による運動量Ｐ又はエネルギーＥの増減操作に応じて対応する立ち上がり周波数及び電圧振幅を特定し、圧電素子４５の駆動を制御する。
　先ず、電圧振幅を固定し、立ち上がり周波数を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。同様に、立ち上がり周波数を固定し、電圧振幅を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、例えば、液体噴射装置の流路系を、流体（流路）抵抗、流体イナータンス、流体コンプライアンスなどに置き換えたモデルに基づく、等価回路法による数値シミュレーションを利用して行うことができる。又は、有限要素法（ＦＥＭ）や有限体積法（ＦＶＭ）などを用いた流体シミュレーションを利用してもよい。
　図８（ａ）は、立ち上がり周波数を変えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）に示すように、立ち上がり周波数を低く（立ち上がり時間Ｔｐｒでいえば長く）すると、主ジェットの流速波形は、立ち上がりのタイミングは変わらずに継続時間が長くなり、その振幅（流速の最大値）も小さくなる。また、図８（ｂ）は、電圧振幅を変えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図８（ｂ）に示すように、電圧振幅を小さくすると、主ジェットの流速波形は、立ち上がり周波数を小さくした場合と違い継続時間は維持したまま、波形振幅（流速の最大値）が小さくなる。
　続いて、得られた主ジェットの流速波形のそれぞれについて運動量ＰとエネルギーＥとを求めた。図９は、得られた主ジェットの流速波形毎の運動量Ｐと、立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図である。この図９は、縦軸を立ち上がり周波数とし、横軸を電圧振幅とする座標空間に得られた運動量Ｐをプロットし、運動量Ｐに関する等高線を描くことにより得られる。各等高線は、図９の左下が低くなっており、右上に向かうほど、所定量ずつ大きくなっている。
　また、図１０は、得られた主ジェットの流速波形毎のエネルギーＥと、立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図である。エネルギーＥの場合も、図１０に示すように縦軸を立ち上がり周波数とし、横軸を電圧振幅とする座標空間に得られたエネルギーＥをプロットし、エネルギーＥに関する等高線を描くことにより得られる。各等高線は、図１０の左下が低くなっており、右上に向かうほど、所定量ずつ大きくなっている。
　ここで、注目すべきなのは、運動量Ｐ及びエネルギーＥのいずれの場合も、等高線の間隔が等間隔ではなく、しかも座標軸方向では運動量ＰもエネルギーＥも線形変化しないことである。例えば、図９に示す運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係に着目し、電圧振幅を固定（例えばＶ５）とし立ち上がり周波数を可変として圧電素子４５の駆動電圧波形を制御する場合を考える。運動量Ｐの変化量を一定にしようとする場合、運動量Ｐ１２～Ｐ１３間は立ち上がり周波数ｆ１１～ｆ１２間の周波数変化が必要となり、運動量Ｐ１３～Ｐ１４間は立ち上がり周波数ｆ１２～ｆ１３間の周波数変化が必要となる。しかし、立ち上がり周波数ｆ１１～ｆ１２間の周波数間隔と、立ち上がり周波数ｆ１２～ｆ１３間の周波数間隔とは異なる。この現象は運動量Ｐが大きくなるに従って顕著に表れる。したがって、電圧振幅を固定とし、立ち上がり周波数を一定量ずつ変化させる操作をする場合に、運動量Ｐが思ったように変化しないため、切削深さや切削体積が術者の意図通り・感覚通りに変化しないといった事態が起こり得るといえる。立ち上がり周波数を固定とし、電圧振幅を一定量ずつ変化させる操作をする場合にも同様のことがいえる。また、エネルギーＥについても同様である。
　そこで、本実施形態では、従来の仕様と同様に、手術中に術者が行う操作を、レバースイッチ８１３を用いた立ち上がり周波数又は電圧振幅の増減操作とする。すなわち、電圧振幅を固定の状態として術者が立ち上がり周波数の増減操作を行ったり、または、立ち上がり周波数を固定の状態として術者が電圧振幅の増減操作を行うこととする。しかしその上で、レバースイッチ８１３を１目盛り動かしたとき、運動量Ｐ又はエネルギーＥの変化量が一定となるような制御を行うこととする。具体的には、各レバー位置に立ち上がり周波数の指示値（立ち上がり周波数指示値）又は電圧振幅の指示値（電圧振幅指示値）を割り当てておく。併せて、運動量Ｐ又はエネルギーＥと、立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係をデータテーブル化しておく。
　詳細に説明する。
　先ず、（１）運動量Ｐを対象とし、レバースイッチ８１３により立ち上がり周波数の増減操作を行う場合を考える。例えば、電圧振幅を図９に示すＶ１で固定とする場合を例に挙げれば、レバースイッチ８１３のレバー位置に、電圧振幅Ｖ１と各等高線との交点となる立ち上がり周波数を周波数指示値としてｆ１１，ｆ１２，ｆ１３，・・・を割り当てておく。また、立ち上がり周波数指示値と、固定とした電圧振幅の組合せ毎に、該当する運動量Ｐを対応付けたデータテーブルを作成しておく。立ち上がり周波数指示値ｆ１１と電圧振幅Ｖ１の組合せに対しては運動量Ｐ１２、立ち上がり周波数指示値ｆ１２と電圧振幅Ｖ１の組合せに対しては運動量Ｐ１３といった具合いである。このようにすれば、レバー位置を１目盛り動かしたときの運動量Ｐの変化量を一定にすることができる。
　次に、（２）運動量Ｐを対象とし、レバースイッチ８１３により電圧振幅の増減操作を行う場合を考える。例えば、立ち上がり周波数を図９に示すｆ２で固定とする場合を例に挙げれば、レバースイッチ８１３のレバー位置に、立ち上がり周波数ｆ２と各等高線との交点となる電圧振幅を振幅指示値としてＶ２１，Ｖ２２，Ｖ２３，・・・を割り当てておく。また、電圧振幅指示値と、固定とした立ち上がり周波数の組合せ毎に、該当する運動量Ｐを対応付けたデータテーブルを作成しておく。電圧振幅指示値Ｖ２１と立ち上がり周波数ｆ２の組合せに対しては運動量Ｐ１１、電圧振幅指示値Ｖ２２と立ち上がり周波数ｆ２の組合せに対しては運動量Ｐ１２といった具合いである。この場合も、レバー位置を１目盛り動かしたときの運動量Ｐの変化量を一定にすることができる。
　次に、（３）エネルギーＥを対象とし、レバースイッチ８１３により立ち上がり周波数の増減操作を行う場合を考える。例えば、電圧振幅を図１０に示すＶ３で固定とする場合を例に挙げれば、レバースイッチ８１３のレバー位置に、電圧振幅Ｖ３と各等高線との交点となる立ち上がり周波数を周波数指示値としてｆ３１，ｆ３２，ｆ３３，・・・を割り当てておく。また、立ち上がり周波数指示値と、固定とした電圧振幅の組合せ毎に、該当するエネルギーＥを対応付けたデータテーブルを作成しておく。立ち上がり周波数指示値ｆ３１と電圧振幅Ｖ３の組合せに対してはエネルギーＥ３３、立ち上がり周波数指示値ｆ３２と電圧振幅Ｖ３の組合せに対してはエネルギーＥ３４といった具合いである。このようにすれば、レバー位置を１目盛り動かしたときのエネルギーＥの変化量を一定にすることができる。
　次に、（４）エネルギーＥを対象とし、レバースイッチ８１３により電圧振幅の増減操作を行う場合を考える。例えば、立ち上がり周波数を図１０に示すｆ４で固定とする場合を例に挙げれば、レバースイッチ８１３のレバー位置に、立ち上がり周波数ｆ４と各等高線との交点となる電圧振幅を振幅指示値としてＶ４１，Ｖ４２，Ｖ４３，・・・を割り当てておく。また、電圧振幅指示値と、固定とした立ち上がり周波数の組合せ毎に、該当するエネルギーＥを対応付けたデータテーブルを作成しておく。電圧振幅指示値Ｖ４１と立ち上がり周波数ｆ４の組合せに対してはエネルギーＥ３１、電圧振幅指示値Ｖ４２と立ち上がり周波数ｆ４の組合せに対してはエネルギーＥ３２といった具合いである。この場合も、レバー位置を１目盛り動かしたときのエネルギーＥの変化量を一定にすることができる。
　以下、本実施形態の実施例として、（１）の場合を実施例１、（２）の場合を実施例２、（３）の場合を実施例３、（４）の場合を実施例４として順に説明する。
（実施例１）
　先ず、実施例１について説明する。図１１は、実施例１における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、液体噴射制御装置７０－１は、操作部７１と、表示部７３と、制御部７５と、記憶部７７とを備える。
　操作部７１は、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、ペダルスイッチ等の各種スイッチ、タッチパネル、トラックパッド、マウス等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を制御部７５に出力する。この操作部７１は、図１のボタンスイッチ８１１によって実現される電源ボタン７１１と、図１のレバースイッチ８１３によって実現される立ち上がり周波数調整レバー７１３と、図１のレバースイッチ８１４によって実現される繰り返し周波数設定用レバー７１４と、図１のペダルスイッチ８３によって実現される噴射スイッチ７１５とを含む。
　立ち上がり周波数調整レバー７１３は、立ち上がり周波数指示値を入力するためのものである。術者は、立ち上がり周波数調整レバー７１３すなわち図１のレバースイッチ８１３を操作し、「１」～「５」の目盛りが付されたレバー位置を選択して立ち上がり周波数を５段階で増減操作する。実施例１では、各レバー位置の立ち上がり周波数指示値は、対応する目盛りの数値に比例して運動量Ｐが一定量ずつ大きくなるように割り当てられる。なお、レバー位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、「大」「中」「小」の３段階調整とする等、適宜設定してよい。
　繰り返し周波数設定用レバー７１４は、繰り返し周波数を設定するためのものである。術者は、図１のレバースイッチ８１４を操作し、「１」～「５」の目盛が付されたレバー位置を選択することにより、圧電素子４５に繰り返し印加される駆動電圧の繰り返し周波数（例えば数十～数百Ｈｚ）を５段階で増減操作する。各レバー位置には、目盛の数値に対応した繰り返し周波数が割り当てられている。なお、レバー位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、段数は適宜設定してよい。
　表示部７３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬディスプレイ（Electroluminescence display）等の表示装置によって実現されるものであり、制御部７５から入力される表示信号をもとに設定画面等の各種画面を表示する。例えば、図１の液晶モニター８２がこれに該当する。
　制御部７５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の制御装置及び演算装置によって実現されるものであり、液体噴射システム１の各部を統括的に制御する。この制御部７５は、圧電素子制御部７５１と、ポンプ制御部７５６と、運動量表示制御部７５７とを備える。なお、制御部７５を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。
　圧電素子制御部７５１は、立ち上がり周波数調整レバー７１３のレバー位置に従って立ち上がり周波数を設定する立ち上がり周波数設定部７５２と、電圧振幅を設定する電圧振幅設定部７５３と、繰り返し周波数設定用レバー７１４のレバー位置に従って繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定部７５４とを備える。この圧電素子制御部７５１は、駆動電圧波形を生成し、生成した波形の駆動信号を圧電素子４５に印加するが、その際、立ち上がり周波数設定部７５２が設定した立ち上がり周波数と、電圧振幅設定部７５３が設定した電圧振幅とに従って駆動電圧波形を生成する。なお、実施例１では、電圧振幅設定部７５３が設定する電圧振幅は固定とされる。
　ポンプ制御部７５６は、送液ポンプ２０に駆動信号を出力して送液ポンプ２０を駆動する。運動量表示制御部７５７は、選択中の立ち上がり周波数調整レバー７１３のレバー位置に割り当てられた周波数指示値（すなわち立ち上がり周波数の現在値）と、対応する運動量Ｐ（すなわち運動量Ｐの現在値）とを表示部７３に表示する制御を行う。
　記憶部７７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現されるものである。記憶部７７には、液体噴射システム１を動作させ、この液体噴射システム１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。
　また、記憶部７７には、運動量対応テーブル７７１が記憶される。この運動量対応テーブル７７１は、図９を参照して上記した運動量Ｐと立ち上がり周波数（立ち上がり周波数指示値）及び電圧振幅（実施例１では固定）との対応関係を設定したデータテーブルである。
　図１２は、運動量対応テーブル７７１のデータ構成例を示す図である。図１２に示すように、運動量対応テーブル７７１には、レバー位置（目盛り）と対応付けて、運動量Ｐと、対応するレバー位置に割り当てられた周波数指示値と、電圧振幅とが設定される。電圧振幅は、全て同じ値Ｖ１とされる。一方、立ち上がり周波数指示値は、隣接するレバー位置間の運動量Ｐの変化量ΔＰ1，ΔＰ2，・・・が一定となるように定められ、その立ち上がり周波数の変化量Δｆ1，Δｆ2，・・・は必ずしも一定とはなっていない。立ち上がり周波数調整レバー７１３が操作された場合には、立ち上がり周波数設定部７５２は、選択されたレバー位置の立ち上がり周波数指示値を運動量対応テーブル７７１から読み出して設定する。
［処理の流れ］
　図１３は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部７５が行う処理の流れを示すフローチャートである。図１３に示すように、電源ボタン７１１が操作されて液体噴射制御装置７０－１の電源が投入され、噴射スイッチ７１５によってパルス液体ジェットの噴射開始が指示されると、ポンプ制御部７５６が送液ポンプ２０を駆動し、圧電素子制御部７５１が圧電素子４５を駆動してパルス液体ジェットの噴射を開始する（ステップＳ１１１）。このとき、立ち上がり周波数設定部７５２は、選択中の立ち上がり周波数調整レバー７１３のレバー位置を取得して立ち上がり周波数指示値を運動量対応テーブル７７１から読み出し、立ち上がり周波数を設定する。また、電圧振幅設定部７５３は、固定とされる電圧振幅を運動量対応テーブル７７１から読み出し、電圧振幅を設定する。更に、繰り返し周波数設定部７５４は、選択中の繰り返し周波数設定用レバー７１４のレバー位置を取得して繰り返し周波数を設定する。そして、圧電素子制御部７５１は、設定された立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を生成し、生成した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子４５に印加する。
　また、運動量表示制御部７５７が、取得したレバー位置の運動量Ｐを運動量対応テーブル７７１から読み出し、ステップＳ１１１で設定された立ち上がり周波数と併せて表示部７３に表示する制御を行う（ステップＳ１１３）。
　その後は、制御部７５は、噴射スイッチ７１５の操作によってパルス液体ジェットの噴射を終了すると判定するまでの間（ステップＳ１２３：ＮＯ）、ステップＳ１１５において立ち上がり周波数調整レバー７１３の操作を監視する。そして、立ち上がり周波数調整レバー７１３が操作された場合には（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、立ち上がり周波数設定部７５２が、選択されたレバー位置の周波数指示値を運動量対応テーブル７７１から読み出し、立ち上がり周波数の設定を更新する（ステップＳ１１７）。その後、圧電素子制御部７５１は、ステップＳ１１７で設定された立ち上がり周波数及びステップＳ１１１で設定された電圧振幅に従って駆動電圧波形を生成し、生成した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子４５に印加する（ステップＳ１１９）。
　また、運動量表示制御部７５７が、選択されたレバー位置の運動量Ｐを運動量対応テーブル７７１から読み出し、読み出した運動量Ｐと、ステップＳ１１７で設定された立ち上がり周波数とに従って表示部７３の表示を更新する制御を行う（ステップＳ１２１）。図１４は、ステップＳ１１３で表示され、ステップＳ１２１で更新表示される表示画面例を示す図である。この表示画面により、手術中、術者は、液体噴射開口部６１から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量Ｐの現在値や、その制御に用いた立ち上がり周波数の現在値を把握しながら作業することができる。なお、運動量指示値の表示は、図１４に示した数値の表示によって行う場合に限らず、メーター表示によって行ってもよいし、またはパルス液体ジェットの噴射開始からの増減操作に伴う運動量Ｐの変化をグラフ表示することとしてもよい。
　また運動量表示制御部７５７は、運動量Ｐおよび立ち上がり周波数の指示値を表示部７３に表示させるだけでなく、繰り返し周波数を表示させても良い。更には、現在の電圧振幅も併せて表示させてもよい。
　この実施例１によれば、予め設定される運動量Ｐと立ち上がり周波数及び所定の電圧振幅との対応関係に基づき、操作感覚通りの切削深さ及び切削体積を達成するのに最適な立ち上がり周波数に従って圧電素子４５の駆動電圧波形を制御することができる。例えば、立ち上がり周波数調整レバー７１３を１目盛り動かせば、目盛り間隔に相当する分の運動量Ｐが変化するため、切削深さ及び切削体積をユーザーの感覚・意図に見合った設定とすることができ、使い勝手を向上させることができる。
（実施例２）
　次に、実施例２について説明する。実施例１と同様の部分には同一の符号を付す。図１５は、実施例２における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図１５に示すように、液体噴射制御装置７０－２は、操作部７１ａと、表示部７３と、制御部７５ａと、記憶部７７ａとを備える。
　操作部７１ａは、図１のレバースイッチ８１３によって実現される電圧振幅調整レバー７１６ａを含む。この電圧振幅調整レバー７１６ａは、電圧振幅指示値を入力するためのものである。術者は、電圧振幅調整レバー７１６ａすなわち図１のレバースイッチ８１３を操作し、「１」～「５」の目盛りが付されたレバー位置を選択して電圧振幅を５段階で増減操作する。実施例２では、各レバー位置の電圧振幅指示値は、対応する目盛りの数値に応じて運動量Ｐが一定量ずつ大きくなるように割り当てられる。
　制御部７５ａは、圧電素子制御部７５１ａと、ポンプ制御部７５６と、運動量表示制御部７５７ａとを備える。
　圧電素子制御部７５１ａは、立ち上がり周波数を設定する立ち上がり周波数設定部７５２ａと、電圧振幅調整レバー７１６ａのレバー位置に従って電圧振幅を設定する電圧振幅設定部７５３ａと、繰り返し周波数設定用レバー７１４のレバー位置に従って繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定部７５４ａとを備える。この圧電素子制御部７５１ａは、駆動電圧波形を生成し、生成した波形の駆動信号を圧電素子４５に印加するが、その際、立ち上がり周波数設定部７５２ａが設定した立ち上がり周波数と、電圧振幅設定部７５３ａが設定した電圧振幅とに従って駆動電圧波形を生成する。なお、実施例２では、立ち上がり周波数設定部７５２ａが設定する立ち上がり周波数は固定とされる。
　運動量表示制御部７５７ａは、選択中の電圧振幅調整レバー７１６ａのレバー位置に割り当てられた電圧振幅指示値（すなわち電圧振幅の現在値）と、対応する運動量Ｐ（すなわち運動量Ｐの現在値）とを表示部７３に表示する制御を行う。
　また運動量表示制御部７５７ａは、運動量Ｐおよび電圧振幅指示値を表示部７３に表示させるだけでなく、繰り返し周波数を表示させても良い。更には、現在の立ち上がり周波数を併せて表示させてもよい。
　記憶部７７ａには、運動量対応テーブル７７１ａが記憶される。この運動量対応テーブル７７１ａは、図９を参照して上記した運動量Ｐと立ち上がり周波数（実施例２では固定）及び電圧振幅（電圧振幅指示値）との対応関係を設定したデータテーブルである。
　図１６は、運動量対応テーブル７７１ａのデータ構成例を示す図である。図１６に示すように、運動量対応テーブル７７１ａには、レバー位置（目盛り）と対応付けて、運動量Ｐと、対応するレバー位置に割り当てられた電圧振幅指示値と、立ち上がり周波数とが設定される。立ち上がり周波数は、全て同じ値ｆ２とされる。電圧振幅調整レバー７１６ａが操作された場合には、電圧振幅設定部７５３ａは、選択されたレバー位置の電圧振幅指示値を運動量対応テーブル７７１ａから読み出して設定する。なお、図１２の運動量対応テーブル７７１と同様、隣接するレバー位置間の運動量Ｐの変化量（変化幅）は一定であるが、振幅指示値の変化量（変化幅）は必ずしも一定ではない。
　この実施例２によれば、予め設定される運動量Ｐと電圧振幅及び所定の立ち上がり周波数との対応関係に基づき、操作感覚通りの切削深さ及び切削体積を達成するのに最適な電圧振幅に従って圧電素子４５の駆動電圧波形を制御することができる。例えば、電圧振幅調整レバー７１６ａを１目盛り動かせば、目盛り間隔に相当する分の運動量Ｐが変化するため、切削深さ及び切削体積をユーザーの感覚・意図に見合った設定とすることができ、使い勝手を向上させることができる。
（実施例３）
　次に、実施例３について説明する。実施例１と同様の部分には同一の符号を付す。図１７は、実施例３における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図１７に示すように、液体噴射制御装置７０－３は、操作部７１ｂと、表示部７３と、制御部７５ｂと、記憶部７７ｂとを備える。
　操作部７１ｂは、図１のレバースイッチ８１３によって実現される立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂを含む。この立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂは、立ち上がり周波数指示値を入力するためのものである。術者は、立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂすなわち図１のレバースイッチ８１３を操作し、「１」～「５」の目盛りが付されたレバー位置を選択して立ち上がり周波数を５段階で増減操作する。実施例３では、各レバー位置の立ち上がり周波数指示値は、対応する目盛りの数値に応じてエネルギーＥが一定量ずつ大きくなるように割り当てられる。
　制御部７５ｂは、圧電素子制御部７５１ｂと、ポンプ制御部７５６と、エネルギー表示制御部７５８ｂとを備える。
　圧電素子制御部７５１ｂは、立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂのレバー位置に従って立ち上がり周波数を設定する立ち上がり周波数設定部７５２ｂと、電圧振幅を設定する電圧振幅設定部７５３ｂと、繰り返し周波数設定用レバー７１４のレバー位置に従って繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定部７５４ｂとを備える。この圧電素子制御部７５１ｂは、駆動電圧波形を生成し、生成した波形の駆動信号を圧電素子４５に印加するが、その際、立ち上がり周波数設定部７５２ｂが設定した立ち上がり周波数と、電圧振幅設定部７５３ｂが設定した電圧振幅とに従って駆動電圧波形を生成する。なお、実施例３では、電圧振幅設定部７５３ｂが設定する電圧振幅は固定とされる。
　エネルギー表示制御部７５８ｂは、選択中の立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂのレバー位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値（すなわち立ち上がり周波数の現在値）と、対応するエネルギーＥ（すなわちエネルギーＥの現在値）とを表示部７３に表示する制御を行う。
　またエネルギー表示制御部７５８ｂは、エネルギーＥおよび立ち上がり周波数の指示値を表示部７３に表示させるだけでなく、繰り返し周波数を表示させても良い。更には、現在の電圧振幅を併せて表示させてもよい。
　記憶部７７ｂには、エネルギー対応テーブル７７２ｂが記憶される。このエネルギー対応テーブル７７２ｂは、図１０を参照して上記したエネルギーＥと立ち上がり周波数（周波数指示値）及び電圧振幅（実施例３では固定）との対応関係を設定したデータテーブルである。
　図１８は、エネルギー対応テーブル７７２ｂのデータ構成例を示す図である。図１８に示すように、エネルギー対応テーブル７７２ｂには、レバー位置（目盛り）と対応付けて、エネルギーＥと、対応するレバー位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値と、電圧振幅が設定される。電圧振幅は、全て同じ値Ｖ３とされる。立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂが操作された場合には、立ち上がり周波数設定部７５２ｂは、選択されたレバー位置の立ち上がり周波数指示値をエネルギー対応テーブル７７２ｂから読み出して設定する。なお、図１２の運動量対応テーブル７７１と同様、隣接するレバー位置間のエネルギーの変化量（変化幅）は一定であるが、立ち上がり周波数指示値の変化量（変化幅）は必ずしも一定ではない。
　この実施例３によれば、予め設定されるエネルギーＥと立ち上がり周波数及び所定の電圧振幅との対応関係に基づき、操作感覚通りの切削深さ及び切削体積を達成するのに最適な立ち上がり周波数に従って圧電素子４５の駆動電圧波形を制御することができる。例えば、立ち上がり周波数調整レバー７１３ｂを１目盛り動かせば、目盛り間隔に相当する分のエネルギーＥが変化するため、切削深さ及び切削体積をユーザーの感覚・意図に見合った設定とすることができ、使い勝手を向上させることができる。
（実施例４）
　次に、実施例４について説明する。実施例１と同様の部分には同一の符号を付す。図１９は、実施例４における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図１９に示すように、液体噴射制御装置７０－４は、操作部７１ｃと、表示部７３と、制御部７５ｃと、記憶部７７ｃとを備える。
　操作部７１ｃは、図１のレバースイッチ８１３によって実現される電圧振幅調整レバー７１６ｃを含む。この電圧振幅調整レバー７１６ｃは、電圧振幅指示値を入力するためのものである。術者は、電圧振幅調整レバー７１６ｃすなわち図１のレバースイッチ８１３を操作し、「１」～「５」の目盛りが付されたレバー位置を選択して電圧振幅を５段階で増減操作する。実施例４では、各レバー位置の電圧振幅指示値は、対応する目盛りの数値に応じてエネルギーＥが一定量ずつ大きくなるように割り当てられる。
　制御部７５ｃは、圧電素子制御部７５１ｃと、ポンプ制御部７５６と、エネルギー表示制御部７５８ｃとを備える。
　圧電素子制御部７５１ｃは、立ち上がり周波数を設定する立ち上がり周波数設定部７５２ｃと、電圧振幅調整レバー７１６ｃのレバー位置に従って電圧振幅を設定する電圧振幅設定部７５３ｃとを備える。この圧電素子制御部７５１ｃは、駆動電圧波形を生成し、生成した波形の駆動信号を圧電素子４５に印加するが、その際、立ち上がり周波数設定部７５２ｃが設定した立ち上がり周波数と、電圧振幅設定部７５３ｃが設定した電圧振幅とに従って駆動電圧波形を生成する。なお、実施例４では、立ち上がり周波数設定部７５２ｃが設定する立ち上がり周波数は固定とされる。
　エネルギー表示制御部７５８ｃは、選択中の電圧振幅調整レバー７１６ｃのレバー位置に割り当てられた電圧振幅指示値（すなわち電圧振幅の現在値）と、対応するエネルギーＥ（すなわちエネルギーＥの現在値）とを表示部７３に表示する制御を行う。
　またエネルギー表示制御部７５８ｃは、エネルギーＥおよび電圧振幅の指示値を表示部７３に表示させるだけでなく、繰り返し周波数を表示させても良い。更には、現在の立ち上げ周波数を併せて表示させてもよい。
　記憶部７７ｃには、エネルギー対応テーブル７７２ｃが記憶される。このエネルギー対応テーブル７７２ｃは、図１０を参照して上記したエネルギーＥと立ち上がり周波数（実施例４では固定）及び電圧振幅（電圧振幅指示値）との対応関係を設定したデータテーブルである。
　図２０は、エネルギー対応テーブル７７２ｃのデータ構成例を示す図である。図２０に示すように、エネルギー対応テーブル７７２ｃには、レバー位置（目盛り）と対応付けて、エネルギーＥと、対応するレバー位置に割り当てられた電圧振幅指示値と、立ち上がり周波数とが設定される。立ち上がり周波数は、全て同じ値ｆ４とされる。電圧振幅調整レバー７１６ｃが操作された場合には、電圧振幅設定部７５３ｃは、選択されたレバー位置の電圧振幅指示値をエネルギー対応テーブル７７２ｃから読み出して設定する。なお、図１２の運動量対応テーブル７７１と同様、隣接するレバー位置間のエネルギーの変化量（変化幅）は一定であるが、電圧振幅指示値の変化量（変化幅）は必ずしも一定ではない。
　この実施例４によれば、予め設定されるエネルギーＥと電圧振幅及び所定の立ち上がり周波数との対応関係に基づき、操作感覚通りの切削深さ及び切削体積を達成するのに最適な電圧振幅に従って圧電素子４５の駆動電圧を制御することができる。例えば、電圧振幅調整レバー７１６ｃを１目盛り動かせば、目盛り間隔に相当する分のエネルギーＥが変化するため、切削深さ及び切削体積をユーザーの感覚・意図に見合った設定とすることができ、使い勝手を向上させることができる。
　以上、４つの実施例を含む実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上記の実施形態に限られない。
　例えば、液体噴射装置３０の種類毎に運動量対応テーブル７７１，７７１ａやエネルギー対応テーブル７７２ｂ，７７２ｃを用意しておき（記憶部７７，７７ａ，７７ｂ，７７ｃに記憶させておき）、液体噴射装置３０の種類に応じた運動量対応テーブル７７１やエネルギー対応テーブル７７２等を選択的に用いるようにしてもよい。例えば、液体噴射開口部６１およびノズル６０の内径および長さの違いや、噴射管５０の内径や長さの違い、圧電素子４５の特性の違い、圧力室４４の容積の違い等の、パルス液体ジェットの噴射に関わる構造が異なる液体噴射装置３０の種類毎に用意しておくと好適である。切削対象物、例えば外科手術用の用途に用いる場合であれば患部の部位により、食品加工用の用途に用いる場合であれば食品の種類により、ゲル材料、ゴムやプラスチックなどの樹脂材料の切削加工用途であればそれぞれの材料の種類により、すなわち切削加工する対象素材の形状、破壊閾値、弾性率や粘性率などによって、液体噴射装置３０を種類違いのものに交換する場合があるからである。
　また、液体噴射装置３０に当該装置の種類を示す情報を記憶しておき、液体噴射制御装置７０が、接続された液体噴射装置３０から当該情報を読み出して、運動量対応テーブル７７１，７７１ａやエネルギー対応テーブル７７２ｂ，７７２ｃを自動的に切り替えることとすると更に好適である。
　また、上記の実施形態では、立ち上がりに係る指標値として立ち上がり周波数を例示した。これに対し、立ち上がり周波数に代えて、立ち上がり時間Ｔｐｒを用いるようにしてもよい。
　また、立ち上がり周波数調整レバー７１３，７１３ｂや電圧振幅調整レバー７１６ａ，７１６ｃは、レバースイッチ８１３によって実現する場合に限らず、例えば、ダイヤルスイッチ、ボタンスイッチなどにより実現してもよい。また、表示部７３をタッチパネルとしてソフトウェアによるキースイッチなどにより実現してもよい。この場合、ユーザーは、表示部７３であるタッチパネルをタッチ操作して、立ち上がり周波数や電圧振幅の指示値を入力操作する。

Claims (8)

  1. 　圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置を制御する液体噴射制御装置であって、
    　前記圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅、及び当該駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値のうちの一方を可変に操作するための操作部と、
    　前記液体噴射装置から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーに関する変化量であって、前記駆動電圧波形の振幅及び立ち上がりに係る指標値のうちの他方を所定値とした状態における前記操作部の単位操作量当たりの変化量が一定となるように、前記操作部への操作入力に応じて前記一方の値を設定する制御を行う制御部と、
    　を備えた液体噴射制御装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーの現在値を表示させる制御を行う表示制御部、
    　を更に備えた液体噴射制御装置。
  3. 　請求項１又は２において、
    　前記単位操作量当たりの変化量を一定とさせる前記圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅及び前記立ち上がりに係る指標値の対応関係が、前記液体噴射装置の種類毎に定められており、
    　前記制御部は、前記液体噴射装置の種類に応じた前記対応関係に基づいて制御する、
    　液体噴射制御装置。
  4. 　請求項１～３の何れか一項において、
    　前記パルス液体ジェットの運動量が０．１ｍＮｓ（ミリニュートン秒）以下または運動エネルギーが１００ｍＪ（ミリジュール）以下の前記液体噴射装置を制御する、
    　液体噴射制御装置。
  5. 　請求項１～４の何れか一項において、
    　前記パルス液体ジェットによって生体組織を切削するための前記液体噴射装置を制御する、
    　液体噴射制御装置。
  6. 　請求項１～５の何れか一項において、
    　前記立ち上がりに係る指標値は、前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る時間、又は周波数によって表される、
    　液体噴射制御装置。
  7. 　請求項１～６の何れか一項に記載の液体噴射制御装置と、液体噴射装置と、送液ポンプ装置とを具備した液体噴射システム。
  8. 　圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置の制御方法であって、
    　前記圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅及び当該駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値のうちの一方を可変に操作するための操作部に対する操作入力を検出することと、
    　前記液体噴射装置から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーに関する変化量であって、前記駆動電圧波形の振幅及び立ち上がりに係る指標値のうちの他方を所定値とした状態における前記操作部の単位操作量当たりの変化量が一定となるように、前記操作部への操作入力に応じて前記一方の値を設定することと、
    　を含む制御方法。
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