超聲波振動設備的制作方法
【專利摘要】實現(xiàn)尺寸減小的同時確保在所有徑向上大致均等的剛性。本發(fā)明提供了一種超聲波外科手術設備，其包括：由彈性體形成的并且具有大致規(guī)則的多邊形截面的多邊形柱狀彈性體（11）；被固定到多邊形柱狀彈性體（11）的相反側面并且在板厚度方向上被極化的板狀的壓電元件（12）；被固定到該多邊形柱狀彈性體（11）的端部并且具有比該多邊形柱狀彈性體（11）的直徑小的直徑的棒狀接觸器（13）；以及驅動脈沖發(fā)生電路，該驅動脈沖發(fā)生電路通過如下方式使棒狀接觸器（13）超聲波振動：通過將交流電壓在板厚度方向上施加到壓電元件（12）產生使多邊形柱狀彈性體（11）在長度方向上伸縮的縱向振動。
【專利說明】超聲波振動設備
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種超聲波振動設備。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)有技術中，已知用于移除脂肪的裝置是超聲波振動設備，專利文獻I和2中公開了超聲波振動設備的不例。專利文獻I所公開的超聲波振動設備設置有用作振子的螺桿緊固蘭杰文型振子(a bolt-clamped Langevin transducer)。此外,專利文獻2所公開的超聲波外科手術設備設置有多個層疊在一起的振子，其中壓電元件僅被安裝到包括諸如切斷/凝固刀等終端操控器的板狀彈性體的一個側面。
[0003]引用列表
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開平6-20462號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2009-136700號公報

【發(fā)明內容】

_7] 發(fā)明要解決的問題
[0008]然而，在專利文獻I中所公開的超聲波振動設備存在如下問題:如果減小了該設備的振子的直徑，圓環(huán)狀壓電元件的寬度(內徑和外徑之間的差)變得非常小，使得歸因于壓電元件的制造困難而不能形成螺桿緊固蘭杰文型振子。此外，在專利文獻2中所公開的超聲波外科手術設備存在如下問 題:利用上述構造，彈性體在厚度方向(即，在振子被層疊的方向)上的剛性低，取決于終端操控器和脂肪接觸的角度，這可能使得有效治療變得困難。
[0009]鑒于上述情況構思了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種超聲波振動設備，其能夠在實現(xiàn)尺寸減小的同時確保所有徑向上大致均等的剛性。
[0010]用于解決問題的方案
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案。
[0012]本發(fā)明的方面是如下的超聲波振動設備，其包括:柱狀構件，所述柱狀構件由彈性體形成，并且所述柱狀構件具有大致圓形截面或大致規(guī)則的多邊形截面；板狀的壓電元件，所述壓電元件被固定到所述柱狀構件的相反側面上并且在板厚度方向上被極化；棒狀構件，所述棒狀構件被固定到所述柱狀構件的端部，并且所述棒狀構件具有比所述柱狀構件的直徑小的直徑；以及電壓施加部，所述電壓施加部通過如下方式使所述棒狀構件超聲波振動:通過將交流電壓在板厚度方向上施加到所述壓電元件而產生使所述柱狀構件在長度方向上伸縮的縱向振動。
[0013]利用該方面，當電壓施加部將交流電壓在板厚度方向上施加到壓電元件時，壓電元件在與其極化方向正交的方向(即，與板厚度方向正交的方向)上伸縮，這由此使由彈性體形成的柱狀構件產生縱向振動。然后，歸因于柱狀構件的縱向振動在與軸線平行的方向上的振動被傳送到棒狀構件，使棒狀構件在軸向上超聲波振動。因此，通過將這種棒狀構件插入諸如心包腔(pericardial cavity)等體腔中，并且在棒狀構件的頂端和粘附到體腔的內壁的脂肪接觸的狀態(tài)下使棒狀構件超聲波振動，脂肪可以通過棒狀構件的頂端和該脂肪之間的摩擦被熔融(乳化)。
[0014]在這種情況下，通過將振子構造使得板狀壓電元件被固定到具有大致圓形或大致規(guī)則的多邊形截面的柱狀構件的側面，可以確保振子在所有徑向上大致均等的剛性，同時實現(xiàn)柱狀構件的直徑減小以及壓電元件的尺寸減小。相應地，例如，不管棒狀構件的頂端和脂肪接觸的角度和方向如何，該脂肪都可以通過均勻發(fā)生的摩擦被熔融。
[0015]在上述方面中，所述柱狀構件可以是大致多邊形柱狀構件。
[0016]利用這種構造，平板狀壓電元件可以被固定到柱狀構件的單個側面。因此，例如，如果柱狀構件是矩形柱狀構件，則壓電元件被固定到該柱狀構件的四個側面上并且使壓電元件均等地伸縮，由此有效地產生柱狀構件的縱向振動，這能夠增強被傳送到棒狀構件的軸向上的振動。注意，如果一對壓電元件被布置在柱狀構件的一組的相反的兩側面上，則可以在有效地實現(xiàn)了柱狀構件的縱向振動的情況下進一步減小該設備的尺寸。
[0017]此外，在上述方面中，所述柱狀構件可以具有大致圓錐形狀或大致棱錐形狀，其中所述柱狀構件的截面積朝向固定所述棒狀構件的端部減小。
[0018]利用這種構造，通過使柱狀構件在其端部的截面積與棒狀構件的截面積相近的方式可以使柱狀構件和棒狀構件在它們之間的固定位置處的機械阻抗相似。因此，可以實現(xiàn)柱狀構件和棒狀構件之間的良好的機械阻抗匹配，并且柱狀構件的振動能量可以被有效地傳送到棒狀構件。
[0019]此外，通過將柱狀構件形成為大致圓錐形狀或大致棱錐形狀(geometrical-pyramid shape),可以增大與固定棒狀構件所在的端部相反的基部處的截面積。因此，可以增大固定到柱狀構件的側面的基端部的壓電元件的表面積，并且可以增加在柱狀構件處產生的振動能量。此外，通`過使柱狀構件的端部變小，可以通過增強插入體腔的容易性等而改善設備的可用性。
[0020]此外，在上述方面中，一對壓電元件被彼此面對地布置并且所述柱狀構件布置在所述一對壓電元件之間，所述一對壓電元件可以以使得其極化方向相對于彼此指向相同的方向的方式被固定到所述柱狀構件。
[0021]利用這種構造，通過借助于不同相位的引線來連接彼此面對的一對壓電元件，可以使該對壓電元件以相同相位伸縮，這可以使柱狀構件產生縱向振動。因此，不需要接地的引線，這能夠減少線的數(shù)量。
[0022]此外，在上述方面中，一對壓電元件被彼此面對地布置并且所述柱狀構件布置在所述一對壓電元件之間，所述一對壓電元件可以以使得其極化方向相對于彼此指向相反的方向的方式被固定到所述柱狀構件。
[0023]利用這種構造，通過借助于相同相位的引線來連接彼此面對的一對壓電元件，可以使該對壓電元件以相同相位伸縮，這可以使柱狀構件產生縱向振動。
[0024]此外，上述方面可以設置有:殼體，所述殼體容納所述柱狀構件；以及保持構件，所述保持構件被設置在所述殼體和所述柱狀構件之間，并且所述保持構件在所述豎直振動縱向振動的節(jié)點處保持所述柱狀構件。[0025]利用這種構造，柱狀構件可以經由保持構件被保持在殼體中。通過這種方式將柱狀構件保持在屈曲振動的節(jié)點處，可以防止在柱狀構件處產生的振動能量逃逸到殼體的外部。因此,可以在棒狀構件處高效地產生超聲波振動。
[0026]此外，在上述方面中，所述柱狀構件和所述棒狀構件可以具有抽吸路徑，能夠通過所述抽吸路徑抽吸組織。
[0027]利用這種構造，通過棒狀構件的超聲波振動熔融的組織(例如，乳化的脂肪組分)可以經由抽吸路徑排到外部。
[0028]此外，在上述方面中，所述柱狀構件和所述棒狀構件可以設置有液體供給路徑，能夠通過所述液體供給路徑供給液體。
[0029]利用這種構造，諸如鹽溶液等的液體可以經由液體供給路徑被供給到體腔中，借助于液體能夠促進棒狀構件的超聲波振動傳播到生物體，因此，可以提高乳化脂肪的效率。
[0030]此外，上述方面可以設置有:振動檢測電極，所述振動檢測電極用于檢測所述柱狀構件的振動；以及頻率控制部，所述頻率控制部用于改變通過所述電壓施加部待施加的交流電壓的頻率，使得由所述振動檢測電極所檢測的振動的振幅值與預先設定的振幅值相
坐寸ο
[0031]利用這種構造，當在由振動檢測電極檢測的柱狀構件的縱向振動的振幅值發(fā)生載荷波動時，在柱狀構件中的縱向振動的振幅值(即，在棒狀構件中的縱向振動的振幅值)可以通過頻率控制部的操作而保持不變。
[0032]此外，在上述方面中，所述壓電元件可以是通過層疊多個壓電元件構件形成的。
[0033]利用這種構造，與具有相同外部尺寸的單層壓電元件(單板壓電元件)的情況相t匕，可以將驅動電壓降低到與壓電元件構件的層疊層數(shù)的倒數(shù)大致對應的量。例如，當采用具有三層結構的層疊型壓電元件時，與在采用單板壓電元件的情況相比，驅動電壓降低到1/3。
[0034]發(fā)明的有益.效果
[0035]本發(fā)明提供能夠在實現(xiàn)尺寸減小的同時確保在所有徑向上大致均等的剛性的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的超聲波外科手術設備的總體構造圖。
[0037]圖2是圖1中的振子的頂視圖。
[0038]圖3是圖1中的振子的側視圖。
[0039]圖4是圖2和圖3中的壓電元件的外形圖。
[0040]圖5是圖1中的超聲波外科手術設備的相關部分的頂視圖。
[0041]圖6是沿著圖5中的A-A'截取的截面圖。
[0042]圖7是示出了當操作圖1中的振子時在軸向上的伸縮振動的圖。
[0043]圖8是用于圖1中的超聲波外科手術設備的操作效果的說明圖。
[0044]圖9是用于圖1中的超聲波外科手術設備的另一操作效果的說明圖。
[0045]圖10是根據(jù)第一變型例的振子的頂視圖。
[0046]圖11是圖10中的振子的側視圖。[0047]圖12是根據(jù)第二變型例的振子的頂視圖。
[0048]圖13是根據(jù)第二變型例的另一振子的頂視圖。
[0049]圖14是根據(jù)第三變型例的振子的頂視圖。
[0050]圖15圖是圖14中的振子的側視圖。
[0051]圖16是根據(jù)第四變型例的振子的頂視圖。
[0052]圖17是圖16中的振子的側視圖。
[0053]圖18是根據(jù)第五變型例的振子的頂視圖。
[0054]圖19是圖18中的振子的側視圖。
[0055]圖20是根據(jù)第五變型例的另一振子的頂視圖。
[0056]圖21是根據(jù)圖20中的振子的側視圖。
[0057]圖22是根據(jù)第六變型例的振子的頂視圖。
[0058]圖23是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的振子的頂視圖。
[0059]圖24是圖23中的振子的側視圖。
[0060]圖25是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的超聲波外科手術設備的相關部分的縱向截面圖。
[0061]圖26是根據(jù)第七變型例的振子的頂視圖。
[0062]圖27是圖26中的振子的側視圖。
[0063]圖28是圖27中的棒狀接觸器的局部放大縱向截面圖。
[0064]圖29是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的壓電元件的外形圖。
[0065]圖30是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的超聲波外科手術設備的總體構造圖。
[0066]圖31是示出了圖30中的超聲波外科手術設備的執(zhí)行過程的流程圖。
[0067]圖32是圖30中的超聲波外科手術設備的操作效果的說明圖。
[0068]圖33是根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的壓電元件的外形圖。
[0069]圖34是圖33中的壓電元件的分解圖。
[0070]圖35是圖33中的壓電元件的沿著A-A'截取的截面圖。
【具體實施方式】
[0071]第一實施方式
[0072]下面將通過使用圖1至圖22說明本發(fā)明的第一實施方式。在下文中，將說明在用于移除體腔中的脂肪的超聲波外科手術設備中采用了根據(jù)本發(fā)明的超聲波振動設備的示例。
[0073]如圖1所示，根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備I設置有:振子10，該振子10被插入體腔中；驅動脈沖發(fā)生電路(電壓施加部)21，該驅動脈沖發(fā)生電路21產生驅動脈沖；以及驅動IC23，該驅動IC23放大驅動脈沖并且將它們輸出到振子10。 [0074]如圖2和圖3所示，振子10設置有:柱狀構件(多邊形柱構件，下文中，稱為多邊形柱狀彈性體)11，該柱狀構件11是由彈性體形成的矩形柱；板狀壓電元件12，該板狀壓電元件12被固定到多邊形柱狀彈性體11的四個側面，這些壓電元件中的每一個均在板厚度方向上被極化；以及棒狀接觸器(棒狀構件)13，該棒狀接觸器13被固定到多邊形柱狀彈性體11的端部，并且該棒狀接觸器13具有比多邊形柱狀彈性體11的直徑小的直徑。[0075]用于多邊形柱狀彈性體11的材料是由具有大Q值的諸如鈦合金、不銹鋼等的組分形成的。壓電元件12通過使用環(huán)氧樹脂被粘合到多邊形柱狀彈性體11的四個側面?？妆辉O置在多邊形柱狀彈性體11的頂端，棒狀接觸器13借助于壓力配合或粘合被插入固定到該孔中。
[0076]用于壓電元件12的原料是鋯鈦酸鉛(PZT)。如圖4所示，壓電元件12具有在其正面和背面上設置有電極的矩形板狀并且在板厚度方向上被極化。如圖4所示，極化方向由極化矢量P示出，而極化矢量P是從正表面(正面)指向負表面(背面)的矢量。如圖2所示，這些壓電元件12被安裝到四個側面，關注極化方向使得各極化矢量P的方向指向多邊形柱狀彈性體11。
[0077]如圖3所示，用于將交流電壓施加于壓電元件12的引線14A借助于導電粘合劑或焊料被連接到壓電元件12的電極表面。這四根引線14A被彼此連接，形成了用作驅動相的A端子。用作共用電極的GND端子由引線14G形成，借助于導電粘合劑或焊料將引線14G連接到多邊形柱狀彈性體11的底面。 [0078]如圖5和圖6所示，圓形狀的殼體15被設置在振子10的外部以便包圍振子10。包圍在殼體15中的振子10形成了超聲波外科手術設備I的主要部分。橡膠片(保持構件)16在振子10中發(fā)生縱向振動的節(jié)點附近(下面說明)被設置在殼體15和振子10之間。換句話說，振子10借助于橡膠片16被保持在殼體15中。通過將振子10保持在節(jié)點附近，可以防止振動能量逃逸到殼體15等的外部。
[0079]此外，用于引線14A和14G的連接器17被設置在殼體15的底面。保持線18被連接到連接器17。盡管附圖中未示出，引線14A和14G被包含在保持線18內。此外，保持線18同時起著保持和操作殼體15 (及其內部的振子10)的作用。
[0080]如圖1所示，驅動脈沖發(fā)生電路21輸出與預定的諧振頻率相對應的頻率的驅動脈沖。通過輸出驅動脈沖，驅動脈沖發(fā)生電路21通過經由引線14A將交流電壓在板厚度方向上施加到壓電元件12而使多邊形柱狀彈性體11產生縱向振動，因而產生棒狀接觸器13的超聲波振動。下面將說明當在多邊形柱狀彈性體11產生縱向振動時所涉及的操作細節(jié)。
[0081]驅動IC23放大自驅動脈沖發(fā)生電路21的驅動脈沖并且將它們輸出至振子10。
[0082]如上所述，通過將被驅動IC23放大的各驅動脈沖施加到振子10的A相，可以使振子10 (棒狀接觸器13)在軸向上伸縮。
[0083]下面將說明具有上述構造的根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備I的操作效
果O
[0084]首先，將說明振子10的操作。
[0085]當交流電壓被施加在A端子和GND端子之間時，在四個壓電元件12中在與極化方向正交的方向(即，在與板厚度方向正交的方向)上產生使伸縮的力，所有的壓電兀件12同時伸展或同時收縮。因此，如圖7所示，通過施加具有多邊形柱狀彈性體11的縱向振動(在與軸線L平行的方向上的振動)用的諧振頻率的交流電壓，能夠通過四個壓電元件12的伸縮而在多邊形柱狀彈性體11中激發(fā)縱向振動模式。
[0086]如圖7所示，盡管存在低階的縱向振動模式以及高階的縱向振動模式，但激發(fā)在多邊形柱狀彈性體11的大致中央部的一個位置處存在節(jié)點S的縱向振動模式。結果，在與軸線L平行的方向上的振動通過多邊形柱狀彈性體11的縱向振動被傳送到棒狀接觸器13，這使棒狀構件13在軸線L的方向上超聲波振動(豎直地振動)。
[0087]下面將說明在這種情況下的驅動電路的控制。
[0088]如圖1所示,具有與預定諧振頻率相對應的頻率的驅動脈沖從驅動脈沖發(fā)生電路21輸出并且被驅動IC23放大。被驅動IC23放大的信號被施加到A相，使振子10 (棒狀接觸器13)在軸線L的方向上伸縮。
[0089]將通過使用圖8和圖9說明設置有執(zhí)行上述操作的振子10的超聲波外科手術設備I的操作效果。
[0090]在圖8中，振子10經由鞘等被插入心包腔C中，該心包腔C是心膜(pericardium)B和心外膜Gpicardium)(在心臟的外表面處的膜)A之間的空間。通常，粘附到心肌表面的脂肪D會誘發(fā)心肌梗塞等。通過在縱向振動的棒狀接觸器13的頂端與脂肪D接觸的方式，縱向振動的棒狀接觸器13可以借助于超聲波振動使脂肪D熔融(乳化)。注意，如圖9所示，可以通過僅將棒狀接觸器13插入心包腔C中而進行脂肪移除。
[0091]如上所述，利用根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備1，通過使四個電壓元件12全部在與其板厚度方向正交的方向上同時伸縮而使多邊形柱狀彈性體11產生縱向振動，縱向振動被傳送到棒狀接觸器13，棒狀接觸器13在軸線L的方向上超聲波振動。因此，通過將這種超聲波振動的棒狀接觸器13插入諸如心包腔等體腔中，使其頂端與粘附在體腔的內壁的脂肪接觸，可以通過柱狀接觸器13的頂端和脂肪之間的摩擦使脂肪熔融(乳化)。
[0092]在這種情況下，通過將板狀壓電元件12固定到具有大致規(guī)則多邊形截面的多邊形柱狀彈性體11的四個側面的方式構造振子10，可以確保在振子10的所有徑向上大致均勻的剛性，同時實現(xiàn)了多邊形柱狀彈性體11的直徑的減小，以及壓電元件12的尺寸減小。相應地，例如，不管棒狀接觸器13的頂端與脂肪接觸的角度和方向如何，該脂肪都可以被均勻產生的摩擦熔融。此外， 通過減小振子10的直徑，可以從心包腔內側或心包腔外側使粘附在心肌表面的脂肪被容易地熔融。
[0093]第一變型例
[0094]下面將說明根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備I的第一變型例。
[0095]注意，下文中，關于根據(jù)各變型例的超聲波外科手術設備，與上述實施方式共同的部件將賦予相同的附圖標記，省略了其的說明，并且將主要說明不同之處。
[0096]盡管在上述實施方式中，壓電元件12被粘合到多邊形柱狀彈性體11的四個側面，但作為第一變型例，如圖10和圖11所示，一對壓電元件12可以僅被安裝到多邊形柱狀彈性體11的相反兩側面上。通過這樣，可以實現(xiàn)振子10的進一步的尺寸減小。此外，當采用這種變型例時，也可以通過在多邊形柱狀彈性體11和棒狀接觸器13中產生高度對稱的縱向振動來進行高效的脂肪移除。
[0097]第二變型例
[0098]盡管在本實施方式中已描述了為四角柱的多邊形柱狀彈性體11作為柱狀構件的示例，具有大致多邊形柱狀構件是足夠的，而不限于角η (η為任意整數(shù))的數(shù)量。作為第二變型例，例如，可以采用圖12中示出的三角形柱狀構件的多邊形柱狀構件21Α或圖13中示出的六邊形柱狀構件的多邊形柱狀構件21Β，并且壓電元件12可以被固定到其的單個側面上。當采用這種變型例時，也可以 在多邊形柱狀彈性體21Α或21Β和棒狀接觸器13中產生高度對稱的縱向振動。
[0099]第三變型例
[0100]盡管在上述實施方式中采用多邊形柱狀彈性體11作為彈性體(柱狀構件)，但作為第三變型例，如圖14和圖15所示，可以采用橫截面積朝向其頂端減小的棱錐形狀的彈性體31。在這種情況下，采用具有梯形平面形狀的壓電元件12。
[0101]利用根據(jù)該變型例的超聲波外科手術設備，可以使在棒狀接觸器13和棱錐形狀彈性體31之間連接位置的附近處棒狀接觸器13的機械阻抗和棱錐形狀彈性體31的機械阻抗相似。因此，可以實現(xiàn)良好的機械阻抗配合，并且棱錐形狀彈性體31的振動能量可以被更有效地傳送到棒狀接觸器13。
[0102]此外，通過采用棱錐形狀彈性體31，棱錐形狀彈性體31的橫截面積可以在其基端部增大。相應地，可以確保用于壓電元件12與棱錐形狀彈性體31的側面結合的較大表面積，這能夠增加在棱錐形狀彈性體31中產生的振動能量。此外，可以使振子10的頂端變小，可以通過增強插入體腔的容易性等而改善設備的可用性。
[0103]第四變型例
[0104]盡管在上述實施方式中各壓電元件12被固定成使得對于所有的壓電元件12的極化方向(極化矢量P的方向)都是朝向多邊形柱狀彈性體11，但作為第四變型例，如圖16和圖17所示，壓電元件12被固定到多邊形柱狀彈性體11的四個側面使得相反的壓電元件12的極化矢量P在相同的方向上。
[0105]此外，關于引線14，消除共享的GND端子，在驅動設備時，在各對相反的壓電元件12的一側用作正極A端子，另一側用作負極A端子。通過這樣，因為所有的壓電元件12以彼此相同的相位伸縮，所以可以激發(fā)多邊形柱狀彈性體11的縱向振動。此外，可以將引線14的數(shù)量減少與GND端子相對應的數(shù)量。`
[0106]第五變型例
[0107]盡管上述實施方式中的棒狀接觸器13借助于壓力配合或粘合被插入且固定到多邊形柱狀彈性體11的孔，但作為第五變型例，如圖18和圖19所示，圓錐形喇叭構件35被設置在多邊形柱狀彈性體11和棒狀接觸器13之間，其中，圓錐形喇叭構件35的橫截面積從多邊形柱狀彈性體11朝向棒狀接觸器13逐漸減小。
[0108]通過插入這種喇叭構件35，多邊形柱狀彈性體11和棒狀接觸器13之間的機械阻抗可以被匹配，可以增大棒狀接觸器13的振幅。
[0109]盡管以具有圓錐形狀的喇叭構件35的示例已說明了這種變型例，但可選地，可以采用具有棱錐形狀的喇叭構件。
[0110]此外，盡管在該變型例中設置了喇叭構件35，但可選地，棒狀接觸器13本身的形狀可以由圓錐型的喇叭形狀(或棱錐型)形成。當采用這種變型例時，因為棒狀接觸器13的截面積朝向其的頂端逐漸減小，所以多邊形柱狀彈性體11和棒狀13之間的機械阻抗可以被匹配，可以增大在棒狀接觸器13的頂端處的振幅。
[0111]第六變型例
[0112]盡管以采用多邊形柱狀彈性體11作為柱狀構件的示例已說明了上述實施方式，但作為第六變型例，如圖22所示，可以采用多邊形柱狀彈性體11的角部被移除的倒角的多邊形柱狀彈性體(大致多邊形柱狀構件)61。通過這樣，減少了在多邊形柱狀彈性體61中的尖銳部的數(shù)量，這有助于該多邊形柱狀彈性體61的把持。
[0113]第二實施方式
[0114]接著，將參照圖23至圖28說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的超聲波外科手術設備2。在下文中，關于根據(jù)各實施方式的超聲波外科手術設備，與上述實施方式共同的部件將賦予相同的附圖標記，省略了其說明，并且將主要說明不同之處。
[0115]如圖23和圖24所示，在軸向上突出的后端突起37被設置在多邊形柱狀彈性體11的底端部。此外，棒狀接觸器13、多邊形柱狀彈性體11和后端突起37設置有通孔(抽吸路徑)36，該通孔36在軸向上不中斷地貫通棒狀接觸器13、多邊形柱狀彈性體11和后端突起37。此外，與通孔36連通的多個側孔38被設置在棒狀接觸器13的側面。
[0116]如圖25所示，后端突起37借助于連接器17被連接到抽吸軟管39，并且通孔36與抽吸軟管39連通。抽吸軟管39和保持線18在成束狀態(tài)下延伸。注意，盡管未示出，抽吸泵被設置在抽吸軟管39的另一端。
[0117]接著，下面將說明根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備2的操作。
[0118]首先，與上述實施方式一樣，根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備2的振子10經由鞘等被插入心包腔C中(見圖8)。在這種狀態(tài)下，通過借助于驅動脈沖發(fā)生電路21在板厚度方向上將交流電壓施加到壓電元件12，在多邊形柱狀彈性體11產生縱向振動，從而使棒狀接觸器13產生超聲波振動。
[0119]當超聲波振動棒狀接觸器13在其頂端與脂肪D接觸時，該超聲波振動棒狀接觸器13可以使脂肪D乳化。被棒狀接觸器13乳化的脂肪D借助于抽吸軟管39從設置在棒狀接觸器13的頂端面上的通孔36或設置在其側面上的側孔38中被抽吸并且被排到外部。
[0120]如上所述，利用根據(jù)本實施`方式的超聲波外科手術設備2，除了上述實施方式所提供的相同優(yōu)點以外，還可以將通過棒狀接觸器13的超聲波振動所乳化的脂肪成分排到體外。當通孔36在與作為抽吸路徑時不同的時刻被使用時，通孔36可以被用作液體供給孔。注意，盡管在該實施方式中為了圖示、側孔38僅被設置成朝向X方向，但它們可以被設置成朝向Y方向，并且期望側孔38以放射狀的方式被設置朝向多個方向。
[0121]第七變型例
[0122]本實施方式可以被如下地變型。
[0123]盡管在上述實施方式中設置了用于連通棒狀接觸器13、多邊形柱狀彈性體11和后端突起37的一個通孔36，但作為第七變型例，如圖26和圖27所示，液體供給通孔(液體供給路徑)36a和抽吸通孔(抽吸路徑)36b被設置為獨立的通孔。后端液體供給突起37a和后端抽吸突起37b中的每一者均在軸向上突出，該后端液體供給突起37a和該后端抽吸突起37b被設置在多邊形柱狀彈性體11的底端面。此外，如圖28所示，分別與液體供給通孔36a和抽吸通孔36b連通的側孔38被設置于棒狀接觸器13的側面。
[0124]利用根據(jù)該變型例的超聲波外科手術設備，諸如鹽溶液等的液體可以經由液體供給通孔36a被供給到體腔中，并且液體(鹽溶液等)可以被可靠地置于脂肪部和棒狀接觸器13之間。通過這樣，可以促進超聲波振動傳播到脂肪，這能夠提高乳化脂肪的效率。盡管該變型例中為了圖示、側孔38僅被設置成朝向X方向，但它們可以被設置成朝向Y方向，并且期望側孔38以放射狀的方式被設置成朝向多個方向。
[0125]第三實施方式[0126]接著，將參照圖29至圖32說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式的超聲波外科手術設備3。
[0127]如圖29所示，根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備的壓電元件40的特征是其電極被絕緣區(qū)域43分為兩部分。上部用作驅動電極41并且下部用作振動檢測電極(振動檢測用電極)42。在安裝到多邊形柱狀彈性體11的四個側面的壓電元件12中的一個或多個位置處設置這種壓電元件40是足夠的。注意，在壓電元件40被設置在多個位置的情況下，從這些壓電元件的輸出應該被并聯(lián)。
[0128]接著，下面將說明根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備3的操作。
[0129]盡管當電壓被施加到壓電元件40時該壓電元件變形(逆壓電效應)，但是該變形產生了電壓(壓電效應)。因此，通過觀察振動檢測電極32的電壓，可以檢測到與振動的大小成比例的交流電壓。
[0130]圖30示出了采用振動檢測電極42 (振動檢測相)的驅動電路。
[0131]具有初始值頻率的交流驅動脈沖從驅動脈沖發(fā)生電路21輸出并且被驅動IC23放大。放大的驅動脈沖被施加到振子10的A相。
[0132]當使振子10振動時，交流電壓從振動檢測相輸出。其信號由振動檢測電路24檢測，按預定增益放大該信號，并且被輸入到振幅比較電路26。在振幅比較電路26處將來自振動輸出電路24的振幅值與預先設定為振幅設定值25的振幅值進行比較，并且將其判斷信號輸出到頻率控制電路(頻率控制部)27。此處，確定將要設定的頻率，將所設定的頻率的結果輸出到驅動脈沖發(fā)生電路21，并且更新驅動頻率。因此，在驅動脈沖發(fā)生電路21處產生的驅動脈沖總是被控制在期望的振動振幅值。
[0133]以下將通過使用圖31中的流程圖說明上述控制。
[0134]如圖30所示，將由 振動檢測電路24檢測的驅動脈沖的振幅值(下文中，稱為“檢測振幅值”)定義為a，而將預先設定為振幅設定值25的振幅值(下文中，稱為“設定振幅值”)定義為b。在振幅比較電路26處比較檢測振幅值a和設定振幅值b (步驟SI)。
[0135]如果設定振幅值b比檢測振幅值a大，則借助于頻率控制電路27減小由驅動脈沖發(fā)生電路21所產生的驅動脈沖的驅動頻率(步驟S2)。另一方面，如果設定振幅值b比檢測振幅值a小，則借助于頻率控制電路27增大由驅動脈沖發(fā)生電路21所產生的驅動脈沖的驅動頻率(步驟S3)。
[0136]此處，如圖32所示，棒狀接觸器13和多邊形柱狀彈性體11的振動振幅在諧振頻率(fr)處達到最大值。當在棒狀接觸器13上施加載荷時，其振幅特征總體降低。因此，在這種情況下，使驅動頻率與諧振頻率相近以便實現(xiàn)相同的振幅。注意，頻率控制范圍被設定成比諧振頻率高。
[0137]如上所述，利用根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備3，振動檢測電極42被設置為壓電元件40的電極；振子10的振動被不斷地檢測；以及頻率被不斷地控制使得檢測值保持不變。通過這樣，即使當振動振幅發(fā)生載荷波動時，多邊形柱狀彈性體11的振幅值(即，棒狀接觸器13的超聲波振動的振幅值)可以被保持不變，這使得能夠實現(xiàn)脂肪的穩(wěn)定熔融。
[0138]第四實施方式
[0139]接著，將參照圖33至圖35說明根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的超聲波外科手術設備。[0140]在本實施方式中所采用的壓電元件50是具有層疊結構的壓電元件，即層疊型壓電元件。如圖34所示，通過將具有幾十微米的厚度的獨立壓電片(壓電元件構件)51、52、53的表面的一部分設置絕緣部，而在層疊型壓電元件50上形成內部電極(銀鈀)54。這些壓電片被如圖34所示地層疊，接著被燒制。最終，如圖34所示，外部電極(銀)55被電鍍。
[0141]利用根據(jù)本實施方式的超聲波外科手術設備，采用如上所述的層疊型壓電元件，通過采用層疊型壓電元件，可將驅動電壓降低到與層疊片的數(shù)量的倒數(shù)相對應的量。與在采用通常的單板壓電元件的情況相比，因為在本實施方式中層疊型壓電元件采用三層結構，所以驅動電壓降低到1/3。
[0142]在本實施方式中，通過在內部電極54的一部分中設置振動檢測區(qū)域能夠進行與上述第三實施方式中的控制相同的控制，這能夠實現(xiàn)脂肪的穩(wěn)定熔融。
[0143]此外，盡管在本實施方式中采用具有三層結構的層疊型壓電元件，但還可以采用具有N層結構(N為整數(shù))的層疊型壓電元件。在這種情況下，驅動電壓可以被設定為1/N。
[0144]如上所述，盡管參照附圖已詳細說明了本發(fā)明的實施方式，具體的構造不限于這些實施方式，還包括在不背離本發(fā)明的精神的范圍的情況下的設計變更等。例如，本發(fā)明不限于各實施方式及上述變型例的應用，而可以用在這些實施方式和變型例被適當組合的實施方式中，并且沒有特別的限制。此外，在上述各實施方式中，以具有大致規(guī)則的多邊形截面的多邊形柱狀彈性體11、31和61作為柱狀構件的示例進行了描述；然而，只要壓電元件12可以以與柱狀構件的側面緊密接觸的方式被固定，取代大致規(guī)則的多邊形截面的柱狀構件可以采用具有大致圓形截面的柱狀構件。
[0145]附圖標記說明
[0146]1、2、3超聲波外科手術設備(超聲波振動設備)
[0147]11、31、61多邊形柱狀彈性體(柱狀構件)
[0148]12壓電元件
[0149]13棒狀接觸器(棒狀構件)
[0150]15 殼體
[0151]16橡膠片(保持構件)
[0152]21驅動脈沖發(fā)生電路(電壓施加部)
[0153]27頻率控制電路(頻率控制部)
[0154]35通孔(抽吸路徑)
[0155]36a液體供給通孔(液體供給路徑)
[0156]36b抽吸通孔(抽吸路徑)
[0157]42振動檢測電極(振動檢測用電極)
[0158]51、52、53壓電片(壓電元件構件)
【權利要求】
1.一種超聲波振動設備,其包括: 柱狀構件，所述柱狀構件由彈性體形成，并且所述柱狀構件具有大致圓形截面或大致規(guī)則的多邊形截面； 板狀的壓電元件，所述壓電元件被固定到所述柱狀構件的相反側面上并且在板厚度方向上被極化； 棒狀構件，所述棒狀構件被固定到所述柱狀構件的端部，并且所述棒狀構件具有比所述柱狀構件的直徑小的直徑；以及 電壓施加部，所述電壓施加部通過如下方式使所述棒狀構件超聲波振動:通過將交流電壓在板厚度方向上施加到所述壓電元件而產生使所述柱狀構件在長度方向上伸縮的縱向振動。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波振動設備，其特征在于，所述柱狀構件是大致多邊形柱狀構件。
3.根據(jù)權利要求1所述的超聲波振動設備，其特征在于，所述柱狀構件具有大致圓錐形狀或大致棱錐形狀，其中所述柱狀構件的截面積朝向固定所述棒狀構件的端部減小。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的超聲波振動設備，其特征在于，一對壓電元件被彼此面對地布置并且所述柱狀構件 布置在所述一對壓電元件之間，所述一對壓電元件以使得其極化方向相對于彼此指向相同的方向的方式被固定到所述柱狀構件。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的超聲波振動設備，其特征在于，一對壓電元件被彼此面對地布置并且所述柱狀構件布置在所述一對壓電元件之間，所述一對壓電元件以使得其極化方向相對于彼此指向相反的方向的方式被固定到所述柱狀構件。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的超聲波振動設備，所述超聲波振動設備進一步包括: 殼體，所述殼體容納所述柱狀構件；以及 保持構件，所述保持構件被設置在所述殼體和所述柱狀構件之間，并且所述保持構件在所述縱向振動的節(jié)點處保持所述柱狀構件。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的超聲波振動設備，其特征在于，所述柱狀構件和所述棒狀構件具有抽吸路徑，能夠通過所述抽吸路徑抽吸組織。
8.根據(jù)權利要求7所述的超聲波振動設備，所述柱狀構件和所述棒狀構件設置有液體供給路徑，能夠通過所述液體供給路徑供給液體。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的超聲波振動設備，所述超聲波振動設備進一步包括: 振動檢測電極，所述振動檢測電極用于檢測所述柱狀構件的振動；以及 頻率控制部，所述頻率控制部用于改變通過所述電壓施加部待施加的交流電壓的頻率，使得由所述振動檢測電極所檢測的振動的振幅值與預先設定的振幅值相等。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的超聲波振動設備，其特征在于，所述壓電元件是通過層疊多個壓電元件構件形成的。
【文檔編號】A61B18/00GK103889354SQ201280051731
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權日:2011年10月24日
【發(fā)明者】舟窪朋樹, 鶴田博士 申請人:奧林巴斯株式會社