JP2000506431A - 伝送用構成要素の接続の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 連結用構造は、複数の伝送用部材を互いに解除可能に取り付ける。非振動構造が、第１の伝送用部材（８４、２０４、２５６、２７２）の第２の端部と第２の部材（８６、２２４、２５８、２７２）の第１の端部とを接触状態に保持する。方法は、第１の伝送用部材（８４、２０４、２５６）を担持している第１の非振動構造（５２、２０２、２５２）を設けること、及び第２の伝送用部材（８６、２２４、２５８）を担持している第２の非振動構造（１２２、２２２、２５３）を設けることの諸段階を含む。この方法は、第１の構成要素と第１の構成要素との間にネジ連結を使うことなしに、第１の伝送用部材（８４、２０４、２５６）の連結用端部と第２の伝送用部材（８６、２２４、２５８）の連結用端部とを接触させて保持するように、第１の非振動構造（５０、２０２、２５２）を第２の非振動構造（１２２、２２２、２５３）に取り付ける段階も含む。

Description

【発明の詳細な説明】 伝送用構成要素の接続の方法及び装置発明の分野 本発明は一般に超音波装置に関する。より特別には、本発明は、超音波伝送用 構成要素を担持する１個又は複数個の非振動部材の使用により複数の超音波伝送 用構成要素を接続する方法及び装置に関する。発明の背景 超音波伝送装置は、外科手術及び処置のような種々の用途においてしばしば使 用される。典型的には、これらの伝送装置は、電気的エネルギーを超音波周波数 の振動に変換する変換器を備える。振動は、通常は、取付け用装置のような伝送 用構成要素を経て、作業用部材のような別の伝送用構成要素の末端部を振動させ るために伝送される。 作業用部材は、通常は、ネジ継手により取付け用装置に取り付けられる。特に 、作業用部材の手元側端部は取付け用装置の末端のネジ穴にねじ込まれる雄ネジ を備える。作業用部材の雄ネジと取付け用装置のネジ穴との間の張力が軸方向の 力を与え、作業用部材と取付け用装置との分離を防ぐ。しかし、ネジ穴及び雄ネ ジは、通常は製造に費用がかさみ、かつ典型的に特定の許容差範囲内で作ること が必要である。更に、直径の小さいネジ穴及び雄ネジの製造は困難である可能性 がある。 作業用部材は、通常は、レンチのような取付け用工具を使用して取付け用装置 に締め付けられる。しかし、レンチの使用は作業用部材を不都合に締め過ぎて、 作業用部材及び取付け用装置のネジを剥ぎ取り又は破損させることがある。作業 用部材を締め過ぎた場合は、作業用部材は、これを取付け用装置から外すことが 困難になる可能性がある。他方、取 付け用装置への作業用部材の不十分な締付けは、ネジ継手の望ましくない発熱を 起こし、継手を通るエネルギーの伝送を減少させ、そして望ましくない横運動を 起こすことがある。 作業用部材を取付け用装置に締め付けるためにトルク限定用装置を使うことも ある。トルク限定用装置は、作業用部材を取付け用装置に締め付けるときに予定 の最小トルクに達すること及び最大トルクを超過しないことを確保する。公知の １技法においては、図１に示されたような分離したトルクレンチＷが、外科器具 の取付け用装置Ｍから作業用部材ＷＭを締め付けるためと緩めるために作業用部 材ＷＭ上に置かれる。この技法においては、作業用部材ＷＭはネジ継手により取 付け用装置Ｍに取り付けられる。作業用部材ＷＭが取付け用装置Ｍにネジ結合さ れると、作業用部材ＷＭ上にトルクレンチＷが当てられ、作業用部材ＷＭを取付 け用装置Ｍに締め付ける。次いで、ハンドピース（handpiece）組立体Ｈの末端 上にノーズコーンがねじ込まれる。 しかし、別個のトルクレンチを使用する場合は、無菌の場で作業用部材を取付 け用装置に着脱することは使用者にとって極めて困難である。更に、手術中に、 何かの作業用部材を交換するとき或いは作業用部材を取付け用装置に締め付ける ためにトルクレンチを使うことは面倒でありまた時間のかかることでもある。加 えて、トルクレンチは、置き違い又は紛失をする可能性があり、正確を確保する ためにしばしば検査又は置換えをする必要がある。 従って、超音波伝送用構成要素を接続する改良された装置及び方法についての 要求がある。別個のトルクレンチ限定用装置なしで伝送用構成要素を容易に着脱 し得るならば、かかる装置は更に使い良くなるであろ う。発明の概要 以上に鑑み、別個のトルク制限装置を使用することなく作動し得る配列におい て超音波伝送用構成要素を一緒に取り付ける装置及び方法が提供される。この装 置は、伝送用構成要素が、比較的小さい連結力で、比較的小さい接触域を通して 一緒に結合されることを許す。この装置は、更に、比較的小さい直径を有する複 数の伝送用構成要素が一緒に組み合わせられることを許す。一般に、本発明は、 非振動部材により担持される超音波伝送用構成要素を複数個連結するための１個 又は複数個の非振動部材の使用を意図する。 本発明による超音波装置は、第１の伝送用部材及び第２の伝送用部材を備える 。非振動構造は、第１の伝送用部材の端部を第２の部材の端部に接触させて保持 するための予備荷重力を提供する。 本発明の原理を具体化する方法は、第１の端部と第２の端部とを有する第１の 伝送用部材を担持している第１の非振動構造を設け、更に第１の端部と第２の端 部とを有する第２の伝送用部材を担持している第２の非振動構造を設ける諸段階 を包含する。この方法は、第１の伝送用部材と第２の伝送用部材との間にネジ連 結を使うことなく第１の伝送用部材の一方の端部を第２の伝送用部材の端部と接 触状態に保持するために予備荷重力を提供するように、第１の非振動構造を第２ の非振動構造に取り付ける段階も包含する。 以上の一般的説明及び以下の詳細な説明は例示用かつ説明用であり、これらは 請求される本発明の更なる説明を与えることを意図したものであることを理解す べきである。 本発明は、付随する利点とともに、付属図面に関連して得られる本発明の好ま しい実施例の以下の詳細な説明により最もよく理解されるであろう。図面の簡単な説明 図１は従来技術の超音波装置のハンドピース組立体の側面図である。 図２は本発明による外科用システムの第１の実施例の分解されかつ部分的に断 面にされた図面である。 図３は図２に示された外科用システムの伝送用構成要素間の界面の部分断面図 である。 図４は２個の超音波伝送用構成要素間の連結用配置の第２の実施例の部分的断 面図である。 図５は２個の超音波伝送用構成要素間の連結用配置の別の実施例の部分的断面 図である。 図６は関節運動型超音波振動案内路の断面図である。好ましい実施例の説明 詳細に本発明を説明する前に、本発明の図示実施例はその他の実施例、変化例 及び変更例において実行又は組込み可能であるため、本発明は、その応用又は使 用が、付属図面及び説明に示された構造及び部品の配置には限定されないことに 注意すべきである。更に、ここに使用される用語及び表現は、読者の便利のため の本発明の図示実施例の説明用として選択されものであり、本発明を限定する目 的のためのものではない。 図１は、従来技術のハンドピース組立体Ｈの側面図を示す。作業用部材ＷＭは 取付け用装置Ｍにネジ止めされる。トルクレンチＷは作業用部材ＷＭ上を滑って 、作業用部材ＷＭを希望のトルクで取付け用装置Ｍに 締め付ける。 さて、図２を参照すれば、外科用システムの実施例１０が示される。外科用シ ステム１０は、一般に、発振器３０、ハンドピース組立体５０、音響又は送信組 立体８０、及び外科用の器具又は器械１２０を備える。発振器３０は、発振器３ ０の制御システムにより決定された選定された振幅、周波数、及び位相の電気信 号を、ケーブル３２を経て送る。更に説明されるであろうように、信号は音響組 立体８０の１個又は複数個の圧電素子を膨張・収縮させ、これにより電気的エネ ルギーを機械運動に変換する。機械運動は超音波エネルギーの縦波を生じ、これ が音響定常波の状態で音響組立体８０を通って伝搬し、音響組立体８０を選定さ れた周波数及び振幅で振動させる。音響組立体８０の末端部のエンドエフェクタ ー８８が患者の組織と接触して置かれ、組織に超音波エネルギーを伝える。音響 組立体８０のエンドエフェクター８８と接触している組織の細胞はエンドエフェ クター８８とともに動き振動するであろう。 エンドエフェクター８８は組織と組み合っているので、組織内の内部細胞摩擦 の結果として熱エネルギー又は熱が発生する。この熱は蛋白質の水素結合を破壊 するに十分であり高度に構造化された蛋白質（即ち、コラーゲン及び筋肉蛋白質 ）を変質させる（即ち、有機の程度(organized)が小さくなる）。蛋白質が変質 されると、粘性のある凝塊が１００℃以下のときは、この凝塊が小さい血管を塞 ぎ又は凝固させる。この影響が長期化すると大きい血管の深い凝固が生ずる。 組織への超音波の伝搬は、機械的な断裂、切断、空洞形成による細胞破壊、及 び乳化を含んだその他の影響を生ずる。得られる切断の大きさ並びに凝固の程度 は、エンドエフェクター８８の振動の振幅、使用者に より加えられる圧力の大きさ、及びエンドエフェクター８８の鋭さにより変動す る。外科システム１０の音響組立体８０のエンドエフェクター８８は、エンドエ フェクター８８と接触している組織上にシステム１０の振動エネルギーの焦点を 合わせて、熱エネルギー及び機械エネルギーの供給を強化し局所化しようとする 。 図２に示されるように、発振器３０は、電源スイッチ３４、及び引金機構３６ を発振器３０と一体化した制御システムを備える。電源スイッチ３４は、発振器 ３０への電力を制御し、発振器３０は、引金機構３６により作動させられたとき 、予定の周波数で外科システム１０の音響組立体８０を駆動し、そして予定の振 動振幅レベルでエンドエフェクター８８を駆動するようにエネルギーを供給する 。発振器３０は、音響組立体８０の適宜適切な共鳴周波数で音響組立体８０を駆 動し、又は励振することができる。 引金機構３６を介して発振器３０が作動させられると、発振器３０により電気 エネルギーが音響組立体８０の変換器組立体８２に連続的に加えられる。発振器 ３０の制御システムの位相同期ループが音響組立体８０からのフィードバックを 監視する。位相同期ループは、発振器３０から送られる電気エネルギーの周波数 を、組立体８０の予め選定された調和周波数に適合するように調節する。更に、 音響組立体８０のエンドエフェクター８８における振動の振幅を実質的に一定に するために、制御システムの第２のフィードバックループが、音響システム８０ に加えられる電流を予定の一定レベルに維持する。音響組立体８０に加えられる 電気信号は末端部を、例えばほぼ２０kHzないし１００kHzの範囲、好ましくは５ ４kHzないし５６kHzの範囲、そしてもっとも好ましくは約５５． ５kHzで長手方向に振動させるであろう。エンドエフェクター８８における音響 振動の振幅は、例えば、発振器３０により音響組立体８０の変換器部分９０に加 えられる電気信号の振幅を制御することにより制御されるであろう。 上述のように、発振器３０の引金機構３６は、電気エネルギーが音響組立体８ ０に連続的に加えられるように、使用者が発振器３０を作動させることを許す。 １実施例においては、引金機構３６は、好ましくは、ケーブル又はコードにより 発振器３０に着脱可能に組み合わせられ又は取り付けられた足踏み式スイッチを 備える。別の実施例においては、使用者が発振器３０を作動させることができる ようにハンドピース組立体５０に手元スイッチを組み込むことができる。 発振器３０は、電気外科ユニット又は通常の電気コンセントに差し込む電源用 電線３８も持つ。発振器３０は、電池のような直流電源によっても駆動されるこ とが考えられる。発振器３０は、エチコンエンドサージェリー・インク（Ethico n Endo-Surgery，Inc.）より入手可能なモデルNo．GENO１のような適宜適切な発 振器とすることができる。 更に図２を参照すれば、ハンドピース組立体５０は、手術者を音響組立体８０ の振動から絶縁するようにされた多片型ハウジング又は外部ケーシング５２を備 える。ハウジング５２は円筒状であって使用者により通常の方法で保持されるよ うにされることが好ましいが、使用者が握ることのできる適宜適切な形状とする ことができる。多片型ハウジング５２が図示されたが、ハウジング５２は１個又 は一体式の構成要素を備えることができ。 ハンドピース組立体５０のハウジング５２は、好ましくは、ウルテム （Ultem、商標名）のような耐久性のあるプラスチックより構成することも考え られる。ハウジング５２を、その他のプラスチック（即ち、高衝撃ポリスチレン 又はポリプロピレン）を含んだ種々の材料から作ることもできる。適切なハウジ ング組立体５０は、エチコンエンドサージェリー・インク(Ethicon Endo-Surger y,Inc.)より入手可能なモデルNo.ＨＰ０５０である。 なお図２を参照すれば、ハンドピース組立体５０は、一般に、手前側端部５４ 、末端部５６、及び長手方向に伸びていて中央に配置された軸方向開口部又は空 洞部５８を備える。ハンドピース組立体５０の末端部５６は、外科用器械１２０ と組み合わせられ、かつ外科システム１０の音響組立体８０が通過し得るような 形状にされた開口６０を持つ。ハンドピース組立体５０の手元側端部５４は、ケ ーブル３２により発振器３０と連結される。ケーブル３２は、音響組立体８０の 変換器組立体８２を冷却するために、ハンドピース組立体５０内への空気の導入 を許すダクト又は通気穴６２を備えることができる。 外科システム１０の外科器械１２０は、ハンドピース組立体５０の末端部５６ と連結可能であることが好ましい。外科器械１２０は、一般に、ハウジング又は アダプター１２２、柔軟な支持体１２４、及びシース又は筒状部材１２８を備え る。外科器械１２０のハウジング１２２の手前側端部１２１は、ハンドピース組 立体５０の末端部５６上にネジ止めされる。また、本発明の精神及び範囲から離 れることなく、外科器械１２０をスナップ式継手又は同等品のような適宜適切な 手段によりハンドピース組立体５０と組み合わせることも考えられる。 外科器械１２０のハウジング１２２は、好ましくは、円筒状であって、 その末端部１２６に開口１２３を持ち、音響組立体８０がこれを通過して伸びる ことを許す。ハウジング１２２はウルテム（Ultem、商標名）より構成すること ができる。本発明の精神及び範囲から離れることなく、ハウジング１２２を適宜 適切な材料から形成することができる。 外科器械１２０のシース１２８がハウジング１２２の末端部１２６に取り付け られる。シース１２８は、これを通って長手方向に伸びている開口を持つ。シー ス１２８は、ステンレス鋼又はその他の適切な材料から作ることができる。或い は、伝送用ロッド８６を外側の接触から隔離するようにその周りをポリマー材料 で囲むことができる。 更に図２を参照すれば、音響組立体８０は、一般に、変換器スタック又は組立 体８２、取付け用装置８４、伝送用ロッド又は振動案内路８６、及びエンドエフ ェクター又はアプリケーター８８を備える。変換器組立体８２、取付け用装置８ ４、伝送用ロッド８６、及びエンドエフェクター８８は、各構成要素の長さがシ ステム波長λの半分の整数倍（Ｎλ／２）であるように音響的に整調される。こ こに、システム波長λは、選定された波長又は音響組立体８０の作動している縦 波の周波数ｆの波長である。音響組立体８０は、音響要素の適宜適切な配列を組 み入れることができる。例えば、音響組立体８０は、変換器組立体及びエンドエ フェクターを備えることができる（即ち、音響組立体８０を取付け用装置及び伝 送用ロッドなしで構成することができる）。１実施例においては、変換器８２及 び取付け用装置８４をハンドピース組立体５０に支持させ、伝送用ロッド８６及 びエンドエフェクター８８を外科器械１２０に支持させることが考えられる。 音響組立体８０の変換器組立体８２は、発振器３０からの電気信号を、 超音波周波数のエンドエフェクター８８の長手方向振動を生ずる機械エネルギー に変換する。音響組立体８０が励振されると、音響組立体８０により振動運動の 定常波が作られる。音響組立体８０に沿ったいかなる点の振動運動の振幅も、音 響組立体８０に沿った振動運動測定位置に依存する。例えば、振動運動の定常波 において最小又はゼロの交差は一般に節（即ち、軸方向運動が通常最小でありか つ半径方向運動が通常最小である場所）と呼ばれ、更に定常波において絶対値が 最大又はピークである場所は一般に腹と呼ばれる。腹とその最寄りの節との間の 距離は１／４波長（λ／４）である。 図２に示されるように、ランジュバンスタック（Langevin stack）として知ら れる音響組立体８０の変換器組立体８２は、一般に変換部分９０、第１の共鳴器 ９２、及び第２の共鳴器９４を備える。変換器組立体８２は、長さが１／２波長 の整数倍（Ｎλ／２）のシステムであることが好ましい。本発明は、これに代わ って磁気歪み式、電磁式、又は静電式の変換器を備えるように構成するできるこ とに注意すべきである。 第１の共鳴器９２の末端部は変換部分９０の手前側端部に接続され、第２の共 鳴器９４の手前側端部は変換部分９０の末端部に接続される。第１の共鳴器９２ 及び第２の共鳴器９４は、好ましくはチタン、アルミニウム、鋼、又はその他の 適切な金属より作られる。第１の共鳴器９２及び第２の共鳴器９４は、変換部分 ９０の厚さ、共鳴器９２と９４に使用される材料の密度と弾性係数、及び変換器 組立体８２の基本周波数を含んだ所定数の変数により決定される長さを持つ。第 ２の共鳴器９４は、超音波振動の振幅を増幅するために、その手前側端部から末 端部に向かって内向きにテーパーにすることができる。 変換器組立体８２の変換部分９０は、好ましくは、正の電極９６と負の電極９ ８とが交互になっていて両電極９６と９８との間に一つおきに圧電素子１００の ある圧電部分を備える。圧電素子１００はジルコン酸鉛、チタン酸鉛、又はセラ ミック結晶材料のような適宜適切な材料から作られる。圧電素子１００、負の電 極９８、及び正の電極９６の各は、中心を通って伸びる穴を持つことができる。 正の電極９６及び負の電極９８は、それぞれ電線１０２及び１０４に電気的に接 続される。電線１０２及び１０４は、発振器３０から電極９６及び９８に電気信 号を伝送する。 図２に示されるように、圧電素子１００は、ボルト１０６によって第１の共鳴 器９２と第２の共鳴器９４との間で圧縮され保持される。ボルト１０６は、ヘッ ド、シャンク及びネジ端部を有することが好ましい。ボルト１０６は、第１の共 鳴器９２の手前側端部から第１の共鳴器９２、電極９６と９８、及び圧電素子１ ００の穴を通して差し込まれる。ボルト１０６のネジ端部は第２の共鳴器９４の 手前側端部のネジ穴にねじ込まれる。 圧電素子１００は発振器３０から与えられる電子信号に応じて励振され、音響 組立体８０における音響定常波を作る。電気信号は、繰返し小振幅の形で圧電素 子１００を撹乱させ、材料内に大きい圧縮力を生ずる。この繰返し小変位は、圧 電素子１００を膨張させてこれを電圧勾配(grantient)の軸に沿って連続して接 触させ、超音波エネルギーの高周波定常波を作る。超音波エネルギーは音響組立 体８０を通ってエンドエフェクター８８に伝送される。 音響組立体８０の取付け用装置８４は手前側端部と末端部とを有し、 かつシステム波長の１／２波長の整数倍と実質的に等しい長さを持つことができ る。取付け用装置８４の手前側端部は、腹の近くの内ネジ接続により、第２の共 鳴器９４の末端部と軸方向で揃えられて連結される。取付け用装置８４を適宜適 切な手段により第２の共鳴器９４に取り付けること、及び第２の共鳴器９４と取 付け用装置８４とを１個又は単体の構成要素として形成することも考えられる。 取付け用装置８４は節の近くでハンドピース組立体５０のハウジング５２に組 み合わせられる。（この開示の目的については、用語「近く」は「正確にその場 所に」又は「その場所のごく近くに」を意味すると定義される。）取付け用装置 ８４は、その周囲をまわって配置された一体のリング１０８も備えることができ る。一体のリング１０８は、好ましくはハンドピース組立体５０のハウジング５ ２に形成され環状の溝１１０内に配置され、取付け用装置８４をハウジング５８ に組み合わせる。離れて取り付けられた１対のシリコンＯリングのような柔軟な 部材又は材料１１２が、ハウジング５２の環状の溝１１０と取付け用装置８４の 一体のリング１０８との間に置かれ、取付け用装置８４からハウジング５２への 超音波振動の伝送を減らし又は防止する。 取付け用装置８４は複数の、好ましくは４個のピン１１４により予定の軸方向 位置に確保される。ピン１１４は、取付け用装置８４の外周のまわりに互いに９ ０°間隔で長手方向に配置される。ピン１１４は、ハンドピース組立体５０のハ ウジング５２と組み合わせられ、取付け用装置８４の一体のリング１０８のノッ チを通して配置される。ピン１１４は、好ましくはステンレス鋼より作られる。 取付け用装置８４は、音響組立体８０を通ってエンドエフェクター８ ８の末端に伝送される超音波振動の振幅を増幅するように形成されることが好ま しい。好ましい一つの実施例においては、取付け用装置８４は中実のテーパー付 きホーンを備える。超音波エネルギーが取付け用装置８４を経て伝送されると、 取付け用装置８４を通って伝送される音響波の速度は増強される。取付け用装置 ８４は、段付きのホーン、円錐状のホーン、指数関数状のホーンのような適宜適 切な形状となし得ることが考えられる。 取付け用装置８４の末端部は、伝送用ロッド８６の手前側端部と界面で接し又 は組み合うような形状にされる。図３に示されるように、取付け用装置８４の末 端部は、伝送用ロッド８６の手前側端部の組合面又は連結面９５と軸方向で揃え られた組合面又は連結面９３を有することが好ましい。取付け用装置８４の組合 面９３は、実質的に円錐状又はクサビ型であってネジなしの凹所又は穴を持つ。 取付け用装置８４の組合面９３を、凸面又は部分的に曲げられた面のように形成 することも考えられる。 伝送用ロッド８６の組合面９５はネジなしで軸方向に伸びている部材又は突起 を持つ。組合面９５は実質的に球状であることが好ましい。面９３、９５を互い に入れ替えることも考えられる。例えば、取付け用装置８４がその末端部にネジ なしの突起を有し、そして伝送用ロッド８６がその手前側端部にネジなしの凹所 を持つようにすることができる。本発明の精神及び範囲から離れることなく、異 なったネジなしの面を持った別の適切な組合面を使うことができる。取付け用装 置８４の組合面９３及び伝送用ロッド８６の組合面９５は、摩耗寿命を改善する ために窒化チタン（TiN）で被覆することもできる。 取付け用装置８４の組合面９３及び伝送用ロッド８６の組合面９５は、連結部 又は接触点が好ましくは腹の近くにあるように一緒に軸方向で強制される。最小 接触域が組合面９３、９５の間にあることが好ましい。組合面９３、９５間の組 合力は、ハンドピース組立体５０が外科器械１２０と組み合わせられたときに作 られる。振動の腹は最小応力の点であり従って所要の予備荷重力が最小であるた め、ハンドピース組立体５０及び外科器械１２０は振動の腹の近くで組み合わせ られることが好ましい。 伝送用ロッド８４の組合面９３及び取付け用装置８６の組合面９５は、自己整 列しかつ自己心合わせをするソケット状の配列を提供する。ソケット状の配列は 、伝送用ロッド８６と取付け用装置８４との軸方向の僅かの不一致を許す。組合 面９３、９５間の接触域又は区域は両者間の連結を跨いで機械的振動又は超音波 振動を十分に伝送する。組合面９３、９５間の接触域は比較的小面積である。そ の結果、中等程度又は比較的小さい予備荷重力で伝送用ロッド８６と取付け用装 置８４とを一緒に保持することができる。例えば、相互作用している面９３、９ ５のこの形のため、取付け用装置８４と伝送用ロッド８６とを一緒に保持するた めには２.２７から１１.３４kg（５から２５ポンド）の軸方向予備荷重力で十分 である。これはネジ付きの超音波部材を確実に一緒に保持するために要する力よ り小さい力である。 再び図２を参照すれば、伝送用ロッド８６は支持部材又は保持部材を備える。 保持部材は、そのまわりに配置された一体のリング又はフランジ１３０を備える ことが好ましい。保持部材が、伝送用ロッド８８の溝又は周囲に固定して取り付 けられたＯリングのような所定数の適切な部 品を備えるようにすることも考えられる。 伝送用ロッド８６の一体のリング１３０と外科器械１２０のハウジング１２２ の末端部１２６との間に柔軟な部材１２４を置くことが好ましい。柔軟な部材１ ２４は、好ましくは、外科器械１２０のハウジング１２２を伝送用ロッド８６の 超音波振動から絶縁する。柔軟な部材１２４は、好ましくはシリコン又はポリテ トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作られ小さいバネ定数（即ち、ｋ定数（ ｋ））を有するＯリングである。別の実施例では、柔軟な部材１２４は、好まし くは、通常の金属又はプラスチックのコイルバネ又はディスクバネの大きなｋ定 数又は小さなｋ定数を有する柔軟な材料の薄層より構成することができる。 柔軟な部材１２４は、好ましくは伝送用ロッド８６の軸線に直角な平面におい て伝送用ロッド８６と接触し、節の近く又は節において半径方向運動に直角な圧 縮力を与え、柔軟な部材１２４の振動により生ずる超音波の損失を最小にする。 この配備により、ハンドピース組立体５０を外すことなく、或いはハンドピース 組立体５０と外科器械１２０との間の接続を緩めることなく、伝達用ロッド８６ をハンドピース組立体に関して回転させることができる。 外科器械１２０をハンドピース組立体５０に連結するために、外科器械１２０ は、伝送用ロッド８６の取付け面９５を取付け用装置８４の取付け面９３に連絡 させ又は接触させるハンドピース組立体５０の末端部５６上にネジが切られるこ とが好ましい。捩り固定式の取付けのような別の配列も本発明の精神及び範囲内 である。 外科器械１２０がハンドピース組立体５０に取り付けられると、柔軟な部材１ ２４が圧縮されて取付け力又は予備荷重力が発生する。柔軟な 部材１２４は、好ましくは取付け用装置８４と伝送用ロッド８６との間の接触の 予備荷重力を提供するように低バネ定数（ｋ）を持つ。これは、構成要素の許容 差又は外科器械１２０をハンドピース組立体５０に取り付ける方法とは実質的に 無関係である。予備荷重力を発生させるために、例えばバネ、Ｏリング及び同等 品のような柔軟な部材を圧縮するように、例えばネジ又はスナップ式の接続のよ うな適宜適切な手段により外科器械１２０をハンドピース組立体５０に取り付け 得ることが考えられる。 再び図２を参照すれば、音響組立体８０の伝送用ロッド８６は、システム波長 の１／２波長の整数倍（Ｎλ／２）と実質的に等しい長さを持つ。伝送用ロッド ８６は、好ましくは、チタン合金（即ち、Ti-6Al-4V）又はアルミニウム合金の ような超音波エネルギーを効果的に伝搬させる材料で構成された中実軸より作ら れる。熟練技術者がよく認めるであろうように、伝送用ロッド８６はその他の適 切な材料から作ることができる。本技術においてよく知られいるように、伝送用 ロッド８６も伝送用ロッド８６を通りエンドエフェクター８８に伝送される機械 的振動を増幅する。 伝送用ロッド８６は多くの節に置かれた安定用のシリコンリング又は柔軟な支 持体１１６（１個を図示）を備える。シリコンリング１１６は望ましくない振動 を減衰させ、外科機械１２０のシース１２８からの超音波エネルギーを絶縁し、 エンドエフェクター８８の末端部に超音波エネルギーが最大効率で長手方向に流 れることを保証する。 伝送用ロッド８６の末端部は、一体のネジ接続により、好ましくは腹の近くに おいて、エンドエフェクター８８の手前側端部に組み合わせられる。エンドエフ ェクター８８は、溶接又は同様な適宜適切な手段によ り伝送用ロッド８６に取り付けることができる。エンドエフェクター８８は伝送 用ロッド８６から取外し可能であるが、エンドエフェクター８８と伝送用ロッド ８６とを一体に形成できることも考えられる。 エンドエフェクター８８は、その手前側の部分８８ａより小さい断面積を持っ た末端部８８ｂを有し、これにより振動振幅をステップアップさせる継手を形成 する。ステップアップ継手は本技術において公知の速度変換装置として作用し、 エンドエフェクター８８の手前側端部８８ａから末端部８８ｂに伝送される超音 波振動の大きさを増加させる。 エンドエフェクター８８は、システム波長の１／２の整数倍（Ｎλ／２）と実 質的に等しい長さを持つ。エンドエフェクター８８の末端は、最大の長手方向変 位の生ずる腹に配置される。変換器組立体８２が励振されると、エンドエフェク ター８８の末端は、予定の振動周波数において、ピークツーピークで１０から５ ００ミクロンの範囲、好ましくは３０から１００ミクロン、そして最も好ましく は約９０ミクロンで長手方向に動くように形成される。 エンドエフェクター８８は、好ましくは、チタン合金（即ち、Ti-6Al-4V）又 はアルミニウム合金のような超音波エネルギーを伝搬させる材料で構成された中 実軸より作られる。熟練技術者に認められるであろうように、エンドエフェクタ ー８８は、その他の適切な材料からこれを作ることができる。エンドエフェクタ ー８８の末端は超音波エネルギーを患者の組織に伝送するために適宜適切な形状 にすることができる。また、エンドエフェクター８８は、エネルギーの輸送と希 望の組織効果を改良するために表面処理を行うことができる。例えば、組織の凝 固を強化するために、エンドエフェクター８８を微細仕上げ、塗装、メッキ、エ ッ チング、砂ブラスト、荒らし、又はスコーリングすることができる。更に、エン ドエフェクターは、そのエネルギー伝送特性を強化するような形状にすることが できる。例えば、エンドエフェクター８８をブレード状、フック状又は球状にす ることができる。 さて、図４を参照すれば、第１の超音波装置２００と第２の超音波装置２２０ との間の連結用配列の別の実施例が示される。第１の超音波装置２００は、一般 に、ハウジング又はシース２０２、伝送用構成要素又は部材２０４、及び弾性的 又は柔軟な材料２０６を備える。第１の超音波装置２００のハウジング２０２は 、好ましくは内向きに突き出ているリング２０８及び連結用部材２１０を備える 。ハウジング２０２は、好ましくは伝送用部材２０４を囲んで、伝送用構成要素 ２０４を使用者による接触から隔離する。 第１の超音波装置２００のハウジング２０２は好ましくは円筒状の形である。 ハウジング２０２は、本発明の精神及び範囲から離れることなく適宜適切な形状 となし得ることが考えられる。ハウジング２０２は適宜適切な材料、好ましくは ウルテム（Ultem、商標名）より構成することができる。 第２の超音波装置２２０は、一般に、ハウジング又はシース２２２、伝送用の 構成要素又は部材２２４、解除機構２２６、及び弾性的又は柔軟な材料２２８を 備える。第２の超音波装置２２０のハウジング２２２は、好ましくは内向きに突 き出ているリング２３０及び連結用部材２３２を備える。ハウジング２２２は、 好ましくは伝送用構成要素２２４を囲んで、伝送用構成要素２２４を使用者によ る接触から隔離する。 第２の超音波装置２２０のハウジング２２２は好ましくは円筒状の形 である。ハウジング２２２は、本発明の精神及び範囲から離れることなく適宜適 切な形状となし得ることが考えられる。ハウジングは、適宜適切な材料、好まし くはウルテム（Ultem、商標名）より構成することができる。 第１及び第２の超音波装置２００、２２０のハウジング２０２、２２２は、連 結用部材２１０、２３２により互いに連結可能である。連結用部材２１０、２３ ２は、好ましくは、ハウジング２０２、２２２を固定するために相互固定用部材 を備える。好ましくは、連結用部材２１０、２３２は、ハウジング２０２、２２ ２を軸方向で滑らせたときに一緒にスナップ適合する。ハウジング２０２、２２ ２は、適宜適切な解除可能なラッチ機構又は固定用機構により取り付け得ること が考えられる。ハウジング２０２、２２２は、ハウジング２０２、２２２を離す ように引きながら解除機構２２６を押すことにより連結が解除される。解除機構 ２２２が矢印２２１ａの方向に押されると、解除機構２２２が連結用部材２０２ 、２２２の連結を外す。 第１及び第２の超音波装置２００、２２０の伝送用部材２０４、２２４は、好 ましくは組合面又は組合域２３１、２３３を有し、これらは、好ましくは腹の近 くで、互いに繋がり又は接触するするようにさせられる。組合面又は組合域２３ １、２３３は、実質的に上述の伝送用ロッド８６及び取付け用装置８４の組合面 と同様である。そこで、この実施例の完全な理解のための、伝送用部材２０４、 ２２４の組合面２３１、２３３の更なる説明は不必要である。 柔軟な部材２０６、２２８の各は、各伝送用部材２０４、２２４の周囲を囲ん で配置された溝２１２、２４１内に置かれたＯリングを備える。 柔軟な部材２０６、２２８は、機械式のインターフェース又は接着剤により溝２ １２、２４１に取り付けられる。好ましい一実施例においては、柔軟な部材２０ ６、２２８は、本技術において公知の成型方法により作られたシリコンの接着に より伝送用構成要素２０６、２２８に固定される。柔軟な部材２０６、２２８は 、ハウジング２０２、２３２内への振動の伝達を減らしかつ熱又は騒音によるエ ネルギー損失を最小にするように、ハウジング２０２、２３２内で伝送用部材２ ０４、２４１を位置決めしかつ支持する。 超音波装置２００、２２０が互いに組み合わせられると、弾性的に圧縮され又 は引っ張られる柔軟な部材２０６、２２８により、伝送用部材２０４、２２４間 に予備荷重力が作られる。支持構造が図示され説明されたが、伝送用部材２０４ 、２２４内の穴の中に置き得ることも考えられる。例えば、伝送用部材２０４を 伝送用部材２２４の穴の中に差し込み、圧入又は浮動ピンにより一緒に保持する ことができる。 さて、図５を参照すれば、超音波伝送用構成要素を連結する連結用装置２５０ の別の実施例が図示される。連結用装置２５０は、一般に、非振動構造の支持体 （一般に２５１で示される）、第１の伝送用構成要素又は部材２５６、及び第２ の伝送用構成要素又は部材２５８を備える。非振動構造２５１は好ましくは、第 １の部分２５２、第２の部分２５３、及び予備荷重力を作る連結用機構２５４を 備える。非振動構造の第１の部分２５２は、好ましくは節の近くで第１の伝送用 構成要素２５６に弾性的に組み合わせられ、非振動構造の第２の部分２５３は節 の近くで第２の伝送用構成要素２５８に弾性的に組み合わせられる。第１の部分 ２５２及び第２の部分２５３は、柔軟な支持材料により伝送用構成部品２ ５６、２５８から隔離される。 第１及び第２の伝送用構成要素２５６、２５８は、これらを一緒に保持するた めに要する予備荷重力を最小にするために、腹の近くで互いに連結され又は一緒 に保持される。連結用部材２５４は、伝送用構成要素２５６、２５８を一緒に組 み合わせるに十分な予備荷重力を発生する。連結用機構２５４は、これを、バネ 、リビングスナップ（living snap）、空気圧式、磁石式、手術室からの吸引／ 真空、機械式中心越えトグル、１／４回転ネジ止め、及び同等品のような適宜適 切な機構により設けることができる。 さて、図６を参照すれば、関節運動型又は可撓性の超音波伝送組立体又は振動 案内路組立体２７０が図示される。振動案内路組立体２７０は、複数の伝送用構 成要素又は部材２７２、張力ワイヤー２７４、バネ又は調整式テンショナー２７ ５、伝送用構成要素２７４を囲む筒状のシース又は張力ワイヤーガイド２７６、 及び弾性アタッチメント２７７を備える。 隣接した伝送用構成要素２７２は振動の腹の近くで連結され又は一緒に保持さ れる。伝送用構成要素２７２の各は、前述の伝送用部材２０４、２２４の組合面 と実質的に同様な組合面又は組合域２７８ａ及び２７８ｂを持つ。そこで、この 実施例の完全な理解のための伝送用構成要素２７２の組合面２７８の更なる説明 は不要である。 振動案内路組立体２７０の張力ワイヤー２７５は張力ワイヤーガイドを通って 伸びる。張力ワイヤー２７５は、張られたとき、伝送用構成要素２７２の組合面 ２７８ａと２７８ｂとの間に実質的に均一な接触を作る力を提供する。伝送用構 成要素２７４間の角度を変えて振動案内路組 立体２７０を希望の形状にするために、調整式テンショナー２７５により張力ワ イヤー２７５を張り又は緩めることができる。伝送用構成要素２７２は、広範囲 の相互の連結角度に位置決めすることができる。振動案内路組立体２７０は、こ れを別の伝送用構成要素２８０に取り付け又は組み合わせることができる。 本発明の方法及び装置は、外部的なトルク限定装置を使うことなしに伝送用構 成要素の連結を許す。隣接した伝送用構成要素は、節又は腹の近くで互いに連結 される。伝送用構成要素は、非振動構造により作られる予備荷重力により接触状 態に維持される。伝送用構成要素間の接触面積は比較的小さく、更に伝送用構成 要素を比較的小さい直径にすることができる、 本発明は図解及び説明の方法により説明されたが、本発明の精神及び範囲から 離れることなく上述の好ましい実施例に広範囲の変化及び変更をなし得ることを 理解すべきである。従って、説明された実施例は、総ての態様において、例証的 なものであり本発明を限定するものではないと考えるべきであり、従って本発明 の範囲は以上の説明ではなく以下の特許請求項により示される。請求項の相当事 項の趣意及び範囲内の総ての変更は請求項の範囲内に包含されるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気的エネルギーに応答して超音波周波数で振動するようにされた変換器 組立体、 第１の端部と第２の端部とを有する取付け用装置であって、超音波周波数の半 波長の整数倍と実質的に等しい長さを有し、変換器組立体から超音波振動を受け この超音波振動を取付け用装置の第１の端部から第２の端部に伝送するようにさ れ、取付け用装置の第１の端部が腹の近くで変換器組立体に組み合わせられるて いる前記取付け用装置、 第１の端部と第２の端部とを有する伝送用ロッドであって、超音波周波数の半 波長の整数倍と実質的に等しい長さを有し、取付け用装置から超音波振動を受け この超音波振動を伝送用ロッドの第１の端部から第２の端部に伝送するようにさ れ、伝送用ロッドの第１の端部が腹の近くでネジなしの界面により取付け用装置 の第２の端部に組み合わせられるている前記伝送用ロッド、及び 第１の端部と第２の端部とを有するエンドエフェクターであって、伝送用ロッ ドから超音波振動を受けこの超音波振動をエンドエフェクターの第１の端部から 第２の端部に伝送するようにされ、エンドエフェクターの第１の端部が伝送用ロ ッドの第２の端部にに組み合わせられ、そしてエンドエフェクターの第２の端部 が腹の近くに配置されている前記エンドエフェクター を具備した超音波外科装置。 ２．取付け用装置の第２の端部がネジなしの凹所を有する上記１の装置。 ３．伝送用ロッドの第１の端部がネジなしの突起を有する上記１の装 置。 ４．振動の節の近くで取付け用装置に組み合わせられたハンドピース組立体を 更に備える上記１の装置。 ５．振動の腹の近くで伝送用ロッドに組み合わせられたアダプターを更に備え る上記１の装置。 ６．変換器組立体を励振するために発振器を更に備える上記１の装置。 ７．電気的エネルギーに応答して超音波周波数で振動するようにされた変換器 組立体、及び 第１の端部と第２の端部とを有する取付け用装置であって、変換器組立体から 超音波振動を受けこの超音波振動を取付け用装置の第１の端部から第２の端部に 伝送するようにされ、取付け用装置の第２の端部がネジなしの端部を有する前記 取付け用装置 を具備した超音波外科装置。 ８．ネジなしの端部が中低の凹所を有する上記７の装置。 ９．第１の端部と第２の端部とを有する伝送用ロッドであって、超音波振動を 第１の端部から第２の端部に伝送するようにされ、伝送用ロッドの第１の端部が これから伸びているネジなしの突起を有する前記伝送用ロッド、及び 第１の端部と第２の端部とを有するエンドエフェクターであって、伝送用ロッ ドから超音波振動を受けこの超音波振動をエンドエフェクターの第１の端部から 第２の端部に伝送するようにされ、エンドエフェクターの第１の端部が伝送用ロ ッドの第２の端部にに組み合わせられる前記エンドエフェクター を具備した外科器械。 １０．伝送用ロッドが柔軟な部材を圧縮するようにされたフランジを有する上 記９の外科器械。 １１．ハンドピース組立体、 ハンドピース組立体により担持された音響組立体であって、第１の端部と第２ の端部とを有し、音響組立体の第２の端部がネジなしの組合域を有する前記音響 組立体、 第１と第２の端部を有し、第２の端部がネジなしの組合域を有する伝送用構成 要素、及び 伝送用構成要素を担持しているアダプターであって、音響組立体のネジなしの 組合域をアダプターの伝送用構成要素の組合域に保持するようにハンドピース組 立体と組み合わせるような形状にされている前記アダプター を具備した外科装置。 １２．伝送用構成要素が振動の腹の近くで音響組立体に取り付けられる上記１ １の装置。 １３．第１の伝送用ロッドを励振するために発振器を更に備える上記１１の装 置。 １４．第１の端部と第２の端部とを有する第１の伝送用構成要素であって、第 １の伝送用構成要素の第１の端部は超音波振動を受けるようにされ、第１の伝送 用構成要素の第２の端部がネジなしの組合域を有する前記第１の伝送用構成要素 、及び 第１の端部と第２の端部とを有する第２の伝送用構成要素であって、第２の伝 送用構成要素の第１の端部は第１の伝送用構成要素の第２の端部のネジなしの組 合域と接するように形成されたネジなしの組合域を有 し、第２の伝送用構成要素の組合域が連結用手段により第１の伝送用構成要素の 組合域と機能可能な配列に保持される前記第２の伝送用構成要素 を具備する超音波装置。 １５．振動の節の近くで第１の伝送用構成要素に組み合わせられたハウジング を更に備える上記１４の装置。 １６．第１の伝送用構成要素が振動の節の近くで第２の伝送用構成要素と組み 合わせられる上記１４の装置。 １７．第１の伝送用構成要素が変換器を備える上記１４の装置。 １８．第２の伝送用構成要素がエンドエフェクターを備える上記１４の装置。 １９．第１の部分と第２の部分とを有する非振動構造であって、非振動構造の 第１の部分が第１の超音波構成要素と組み合わせられ、非振動構造の第２の部分 が第２の超音波構成要素と組み合わせられた前記非振動構造、及び 第１の部分と第２の部分とに組み合わせられた連結用機構であって、第１の構 成要素を第２の構成要素と接触して保持するように予備荷重力を発生している前 記連結用機構 を具備した超音波装置。 ２０．シース、 シースにより担持された第１の伝送用部材であって、第１の端部と第２の端部 とを有し、第１の伝送用部材の第２の端部がネジなしの組合面を有している前記 第１の伝送用部材、 シースにより担持された第２の伝送用部材であって、第１の端部と第 ２の端部とを有し、第２の伝送用部材の第１の端部がネジなしの組合面を有して いる前記第２の伝送用部材、及び 第２の伝送用部材の第１の端部と接触している第１の伝送用部材の第２の端部 、前記シースにより第２の伝送用部材に関して予定の角度に位置決めされるよう に形成された第１の伝送用部材 を具備した可撓性の振動案内路。 ２１．シースが張力ワイヤーを備える上記２０の振動案内路。 ２２．第１の端部と第２の端部とを有する第３の伝送用構成要素であって、第 ３の伝送用構成要素の第１の端部がネジなしの組合面を有している前記第３の伝 送用構成要素、 ネジなしの組合面を有する第２の伝送用構成要素の第２の端部、及び 第２の伝送用部材の第２の端部と接触している第３の伝送用部材の第１の端部 を更に具備し、 第２の伝送用部材は第３の伝送用部材に関して予定された位置において位置決 めされるように形成される 上記２０の振動案内路。 ２３．第１の端部と第２の端部とを有する第１の伝送用部材、 第１の端部と第２の端部とを有する第２の伝送用部材、及び 第１の伝送用部材の第２の端部を第２の伝送用部材の第１の端部と接触させて 保持するように予備荷重力を発生させるための非振動構造 を具備した超音波装置。 ２４．第２の伝送用部材が、保持部材及び保持部材に隣接して配置された柔軟 な部材 を有する上記２３の装置。 ２５．保持部材が第２の伝送用部材の周囲のまわりに配置された一体のリング を備える上記２４の装置。 ２６．第１の伝送用部材が取付け用装置を備える上記２３の装置。 ２７．第２の伝送用部材が振動案内路を備える上記２３の装置。 ２８．第１の伝送用ロッドを第２の伝送用ロッドに連結する方法であって、 第１の端部と第２の端部とを有する第１の伝送用部材を担持している第１の非 振動構造を設け、 第１の端部と第２の端部とを有する第２の伝送用部材を担持している第２の非 振動構造を設け、 第１の伝送用部材と第２の伝送用部材との間にネジ連結を使うことなく第１の 伝送用部材の第２の端部を第２の伝送用部材の第１の端部との接触状態に保持す るように第１の非振動構造を第２の非振動構造に取り付ける ことを含んだ前記方法。 ２９．第１の非振動構造がハンドピース組立体のハウジングを備える接触２８ の方法。 ３０．第２の非振動構造が外科器械のハウジングを備える接触２８の方法。 ３１．第１の伝送用部材がその第２の端部にネジなしの凹所を有する上記２８ の方法。 ３２．第２の伝送用ロッドがその第１の端部にネジなしのスタッドを有する上 記２８の方法。 ３３．第１の伝送用ロッドを第２の伝送用ロッドに連結する装置であって、 第１の端部と第２の端部とを持った第１の伝送用部材を有する第１の非振動構 造、 第１の端部と第２の端部とを持った第２の伝送用部材を有する第２の非振動構 造、 第１の伝送用部材と第２の伝送用部材との間にネジ連結を使うことなく第１の 伝送用部材の第２の端部を第２の伝送用部材の第１の端部との接触状態に保持す るように第２の非振動構造に取り付けられた第１の非振動構造 を具備した前記装置。 ３４．第１の非振動構造と第２の非振動構造との間に予備荷重フリーを与える ための手段を更に備えた上記３３の装置。 ３５．超音波で駆動される一つの部材を他の部材に組み合わせるためのネジな しのシステムであって、 互いに解除可能に組み合うようにされた第１の支持構造と第２の支持構造、 第１の構造により担持された第１の部材であって、第１のネジなしの連結端部 を有しかつ超音波で駆動されたときに軸方向で振動するようにされた前記第１の 部材、 第２の構造により担持された第２の部材であって、第２のネジなしの連結端部 を有しかつ支持構造が組み合わせられたとき連結用の端部が予定された接触域に おいて互いに当たり、これにより第１の部材の振動が第２の部材に伝送される前 記第２の部材 を具備した前記システム。 ３６．連結用端部の一方が実質的に凹の連結面を有し、他方の連結用端部が実 質的に凸の連結面を有する上記３５のようなシステム。 ３７．予定された接触域が環状の接触域である上記３５のようなシステム。