JP6099021B2 - ソノトロード - Google Patents

Description

本発明は、超音波外科器具用のソノトロードに関する。このソノトロードは、長手方向に延在する切断装置を備える器具ヘッドを備える。

超音波外科器具は、外科手術において患者の組織を切断するために使用される。超音波トランスデューサが、高周波機械振動を生成する。ソノトロードは、超音波トランスデューサに接続され、超音波トランスデューサにより振動させられる。ソノトロードの切断装置が組織と接触状態になると、組織は、高周波振動により切断される。

このタイプの超音波外科器具は、軟組織を切断するために長い間順調に使用されてきた。骨の処理及び切断の際にも、超音波外科器具の利点を用いることが望ましい。この器具ヘッドの高周波振動は、実際に、骨材料の構造の破壊に適する。しかし、破壊された骨材料により、器具ヘッドは、骨内へのさらなる貫入及びさらに深い切開部の形成を妨げられる。したがって、公知のソノトロードは、骨材料の処理及び切断にはあまり適さない。

本発明は、骨材料の処理及び切断に非常に適したソノトロードを提示するという目的に基づく。冒頭で述べた先行技術に端を発しつつ、この目的は、請求項１に記載の特徴により達成される。有利な実施形態は、従属請求項において確認できる。

本発明によれば、器具ヘッドは、器具ヘッドを貫通して横方向に延在する複数の貫通穴を備える。断面に関して、これらの貫通穴は、細長形状を有し、貫通穴の断面の長手方向（the largest cross-sectional extent）と器具ヘッドの長手方向とは、それらの間に３０°〜８０°の間の角度を有する。

器具ヘッドの機械特性には、本発明による貫通穴により、設定目標通りの影響が及ぼされる。低周波力に関しては、器具ヘッドは、従来のソノトロードと同様の剛性を有する。したがって、外科医は、熟知した様式で作業領域に圧力を加えるか、又は手動のこ引き運動を実施することが可能である。対照的に、超音波トランスデューサの高周波振動に関しては、弾性的な固有可動性が、貫通穴を有する器具ヘッドに与えられる。貫通穴が、器具ヘッドの長手方向に対して横方向に配列されることにより、器具ヘッドは、超音波トランスデューサによって駆動される高周波振動に重ね合わされた固有運動を受ける。この組み合わされた運動は、第１に、新たな骨材料がその構造に関して継続的に破壊されることをもたらし、第２に、破壊された骨材料が作業領域から除去されることをもたらす。破壊された骨材料が除去される結果として、さらなる骨材料を破壊するために器具ヘッドが貫入し得る空間が形成される。その結果、器具ヘッドは、骨内のさらに奥へと貫入し、切開部を形成することが可能となる。さらに、破壊された骨材料が迅速に除去される結果として、温度上昇が抑制される。

断面において（すなわち貫通穴の中心軸に対して垂直に配列された平面内において）見た場合に、貫通穴は、細長形状を有する。この場合に、長手方向の断面長が、短手方向の断面長の少なくとも２倍であることが好ましく、少なくとも３倍であることがより好ましい。長手方向の断面長は、器具ヘッドの高さの少なくとも５０％に及び得る長さであることが好ましい。

貫通穴の断面の長手方向は、器具ヘッドの長手方向との間に角度を有する。この１つの利点は、器具ヘッドにおける力が逸らされ、それにより弾性運動が高周波振動とは異なる方向性を獲得する点である。この場合には、破壊された骨材料は、特に効果的に除去される。貫通穴の断面の長手方向と器具ヘッドの長手方向との間の角度は、３０°〜８０°の間であり、５０°〜７０°の間であることが好ましい。

貫通穴は、器具ヘッドの弾性的な固有可動性が際立つように配置されるべきである。このため、貫通穴の中心軸同士は、互いに平行に配列されると有利である。さらに、貫通穴は、器具ヘッドの長手方向に一列に配置され得る。貫通穴の中心軸同士が互いに平行に設置される場合には、このことは、中心軸が器具ヘッドの長手方向及び横方向に延びる平面内に位置することを意味する。

細長断面を有する貫通穴の切断面（cutting surface：切断を行う面）側の端部は、反対側の端部よりも、器具ヘッドの後方（近位）端部により近く位置することが好ましい。この場合には、器具ヘッドの弾性的可動性により、首振り運動がもたらされ、この首振り運動により、破壊された骨材料が特に効果的に除去される。

貫通穴同士が共に近くに位置することが、器具ヘッドの弾性的可動性にとっては有利となる。例として、貫通穴は、隣り合う２つの貫通穴の中心軸同士の距離が当該方向における貫通穴の断面長の最大でも２倍になるように配置され得る。貫通穴が細長断面を有する場合には、１つの材料ウェブが、２つの貫通穴の間にそれぞれ残される。この材料ウェブは、その幅の少なくとも２倍の長さを有することが好ましい。本発明による貫通穴により得られる器具ヘッドの弾性的可動性は、本質的に剛性のソノトロードに比べて軋み騒音が軽減されるという点において、さらに有利である。

器具ヘッドの切断装置は、面的広がりを有することが好ましい。かかる切断面の場合には、組織に誤って傷害を与える危険性が、鋭利な切断刃先の場合よりも低下する。有利な一実施形態においては、切断面は、貫通穴の中心軸同士を含む平面に対して実質的に平行に整列される。高周波振動の振幅及び周波数は、骨への単なる接触時には切断効果がごく小さくなるように設定されることが好ましい。切断効果は、手動のこ引き動作が外科医により実施される状態での高周波振動の重ね合わせによってのみ最大化される。

切断面は、器具ヘッドの横方向に延在する複数の切欠部を備えることが可能である。これらの切欠部の中の複数が、器具ヘッドの長手方向に一列に配置され得る。ソノトロードの高周波振動が器具ヘッドの長手方向における運動である場合には、切欠部は、その運動方向に対して横方向に整列される。例としては、切欠部は、ほぼ半円形の断面を有することが可能である。骨材料は、切欠部により形成された構造によって効果的に処理され得る。

切欠部は、有利な一実施形態においては、切欠部が砂時計状の形状を有するように、切断面の縁部から中心方向にテーパ状をなす。この場合には、器具ヘッドの長手方向においてみた場合に、隣り合う２つの切欠部同士の間の距離は、切断面の縁部よりも中心においてより大きくなる。したがって、２つの切欠部間の切断面の中心には、菱形状の面セクションが存在し、この面セクションは、実質的に平面状であることが好ましい。この面セクションは、処理対象の骨に対して面的に載置される接触面として機能する。切断面の縁部においては、器具ヘッドの長手方向においてみた場合に、切欠部同士が互いに直に隣接することが好ましい。

切欠部のこのデザインは、接触表面と切欠部との間の移行部に位置する刃先により骨が効果的に処理され得るという点で、有利である。このプロセスにおいて、破壊された骨材料は、斜めに整列された刃先によって外部へと運ばれる。第２に、ソノトロードと誤って接触状態になる軟組織に対する損傷がない。これは、高周波振動の周波数及び振幅が適切に選択された場合に、軟組織自体が切断されるのではなく、面的に載置された接触面によって振動させられることによるものである。ソノトロードが軟組織に当接して静置されると、器具の振動特性がさらに変化し、それにより、外科医は、作業が骨に対してもはや実施されていないかどうかに関する直接的なフィードバックを獲得する。この理由により、本発明による器具を使用して、例えば神経又は血管などの直近における作業を行うこともまた可能となる。切欠部のこの実施形態は、器具ヘッドが貫通穴を備えない場合でも、独立した発明内容を有する。

このソノトロードは、通常は、器具ヘッドに連結されたシャフトを備える。超音波トランスデューサへの連結は、シャフトの他方の端部を介して確立され得る。シャフトは、器具ヘッドの長手方向に整列されることが好ましい。シャフトは、ソノトロードの近位端部を形成し、遠位端部は、その反対側に位置する。器具ヘッドに関しては、近位及び遠位という用語は、これに対応して使用される。

長手方向における器具ヘッドの長さは、５ｍｍ〜１５ｍｍの間であることが可能であり、８ｍｍ〜１０ｍｍの間であることが好ましい。例えば、横方向における器具ヘッドの長さは、１ｍｍ〜５ｍｍの間であることが可能である。長手方向における長さは、横方向における長さよりも通常は大きい。長手方向及び横方向に対して垂直な高さは、同様に１ｍｍ〜５ｍｍの間であることが可能である。

さらに、本発明は、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに接続された、本発明によるソノトロードとを有する、外科器具に関する。超音波トランスデューサは、高周波ＡＣ電圧を対応する機械振動へと変換するための圧電素子を備えてもよい。例としては、振動周波数は、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの間であることが可能である。

超音波外科器具は、通常は、手術野に水洗用液体を供給し得るようにするためのラインを備える。ソノトロードの運動により器具ヘッドの周囲において水洗用液体の渦が形成され、これはさらに貫通穴に進入し、結果的に器具ヘッドの効果的な冷却をもたらす。

以下のテキストにおいては、添付の図面を参照としつつ、有利な実施形態の基本に基づき例示的に本発明を説明する。

本発明による超音波外科器具の側面図である。 本発明によるソノトロードの側面図である。 図２のソノトロードの器具ヘッドの拡大図である。 図２の器具ヘッドの底面図である。

図１の超音波外科器具は、その後方端部にハンドル１４を備え、外科医は、このハンドルによりこの器具を誘導し得る。器具の内部には、超音波トランスデューサ（図１には図示せず）が配置されており、この超音波トランスデューサは、信号発生器（同様に図１には図示せず）から入力信号としての電気的なＡＣ電圧信号を獲得する。例としては、ＡＣ周波数は、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの間であることが可能である。超音波トランスデューサは、電気信号を器具の長手方向に調整された機械振動へと変換するための圧電素子を備える。この機械振動は、前方端部に器具ヘッド１７を備えるシャフト１９を備えるソノトロード１６へと伝達される。器具ヘッド１７のうち図１において下方向に向かって図示される面は、切断面１８として機能する。振動する器具ヘッド１７の振動切断面１８が骨に到達すると、骨材料が切断される。さらに、超音波外科器具は、手術野に水洗用液体を供給し得るようにするためのライン１２（図１に図示）を備える。

図１のソノトロード１６の器具ヘッド１７は、図２においては拡大図で示される。それによれば、器具ヘッド１７は、器具ヘッド１７を貫通して横方向（図２の図面平面に対して垂直）に延在する６つの貫通穴２０を備える。これらの貫通穴２０は、器具ヘッドを完全に貫通するチャネルである。断面（図２の図面平面において）で見た場合に、これらの貫通穴２０は、細長形状を有し、断面の長手方向は、左下から右上へと斜めに延びる。この断面の長手方向は、ソノトロードの長手方向との間に約６０°の角度αを有する。

貫通穴２０の中心軸は、互いに平行に配置され、いずれもソノトロード１６の長手方向軸線及び横方向が延びる平面内に位置する。これらの中心軸同士の距離は、２つの貫通穴２０間にそれぞれ残されたウェブ２１が、貫通穴２０の断面の長手方向の部分よりも細くなるような距離である。

器具ヘッド１７は、貫通穴２０によって固有の弾性を有し、そのためソノトロード１６の高周波振動に対してばね要素のように作用する。ソノトロード１６が長手方向に振動する場合には、器具ヘッド１７では、首振り動作の形態で弾性的な固有運動が存在する。この首振り動作は、実質的には図１の図面平面内において行われる。

図４は、図３の器具ヘッド１７の底面図を、したがって器具ヘッド１７の切断面１８の平面図を示す。複数の切欠部２４が、切断面１８に形成される。切欠部２４は、両側部から中心方向へと縁部からテーパ状をなし、そのため砂時計状の形状を有する。切欠部２４は、ほぼ半円形の断面を有する。隣り合う２つの切欠部は、縁部において互いに直に隣接する。中心においては、これらの切欠部２４は、平面状の接触面２５が占める距離だけ互いに離間される。接触表面２５は、図４においては菱形の形状を有する。

本発明による超音波外科器具が使用される場合には、外科医は、初めに超音波トランスデューサを作動させ、それによりソノトロード１６を長手方向に振動させる。次いで、外科医は、器具ヘッド１７が切断対象の骨に切断面１８を接触させた状態において手動のこ引き動作を行うように、器具を動かす。骨材料は、手動のこ引き動作と高周波振動との重ね合わせによって切断される。この場合には、約１００ｇの軽度の圧力を器具に加えることで十分となる。切断効果は、特に接触面２５と切欠部２４との間の刃先の結果として現れる。骨材料の構造が破壊され、それにより器具ヘッド１７は、骨材料を貫通することが可能となる。切断部が形成され、その幅は、器具ヘッドの幅に一致する。

構造を破壊された骨材料は、ソノトロード１６が振動する間に器具ヘッド１７が首振り運動を本質的に行う結果として、作業領域から除去される。したがって、器具ヘッド１７は、骨材料内にさらに深く貫入することを妨げられない。破壊された骨材料の除去は、斜め方向に外方に面した面を備える切欠部２４のデザインによってさらに促進される。

器具ヘッドが骨材料ではなく軟組織と接触状態になる場合には、小さな切断効果のみが得られる。切欠部２４同士の間の接触面２５が大きいことにより、切断面１８は、軟組織上に実質的に面的に載置される。したがって、軟組織は、切断されずに、単に振動させられるに過ぎない。したがって、本発明による器具は、器具が不注意な誘導の結果として骨ではなく軟組織を誤って切断してしまうのを防止する。

Claims (10)

1. 長手方向に延在する切断装置（１８）を備える器具ヘッド（１７）を備える、超音波外科器具用のソノトロードにおいて、前記器具ヘッド（１７）が、前記器具ヘッド（１７）を貫通して横方向に延在する複数の貫通穴（２０）を備え、前記貫通穴（２０）が、断面に関して細長形状を有し、前記貫通穴（２０）の断面の長手方向と前記器具ヘッド（１７）の前記長手方向とが、それらの間に３０°〜８０°の間の角度を有することを特徴とする、ソノトロード。
2. 前記貫通穴（２０）の中心軸同士が、互いに平行に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のソノトロード。
3. 前記貫通穴（２０）が、前記器具ヘッド（１７）の前記長手方向に一列に配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のソノトロード。
4. 前記貫通穴（２０）の断面の前記長手方向と前記器具ヘッド（１７）の前記長手方向との間の前記角度が、５０°〜７０°の間であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のソノトロード。
5. 前記貫通穴（２０）において前記切断装置に面する端部が、前記貫通穴（２０）において前記切断装置から遠い端部よりも、前記器具ヘッド（１７）の近位端部により近いことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のソノトロード。
6. 前記切断装置は、切断面（１８）として具現化されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のソノトロード。
7. 前記切断面（１８）は、前記貫通穴（２０）の前記中心軸同士を含む平面に対して実質的に平行に整列されることを特徴とする、請求項２を直接または間接的に引用する請求項６に記載のソノトロード。
8. 前記切断面は、前記器具ヘッド（１７）の横方向に延在する複数の切欠部（２４）を備えることを特徴とする、請求項６または７に記載のソノトロード。
9. 前記切欠部（２４）は、前記器具ヘッド（１７）の縁部から中心方向へとテーパ状をなすことを特徴とする、請求項８に記載のソノトロード。
10. 超音波トランスデューサと前記超音波トランスデューサに接続されたソノトロードとを備える外科器具において、前記ソノトロードが、請求項１〜９のいずれか一項にしたがって具現化されることを特徴とする、外科器具。

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