WO2018016016A1 - エネルギー制御装置及び処置システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an energy control device for an ultrasonic treatment instrument and a treatment system including the same.
- An ultrasonic treatment tool in which a living tissue to be treated is grasped with a pair of grasping pieces, and one of the grasping pieces is ultrasonically vibrated so that the grasped living tissue is coagulated or incised.
- An example of such an ultrasonic treatment tool is disclosed in International Publication No. 2012/044600.
- the resonance frequency of the vibration system including the gripping piece that vibrates ultrasonically decreases as the temperature rises. Therefore, when the resonance frequency of the vibration system is acquired, the status of the treatment being performed can be grasped to some extent.
- the control device detects the resonance frequency of the vibration system that vibrates ultrasonically, and when the resonance frequency falls below a certain threshold, the gripping piece becomes sufficiently hot. The amplitude of ultrasonic vibration is reduced.
- an ultrasonic treatment tool that grasps a living tissue with a pair of grasping pieces and performs treatment of the tissue by ultrasonic vibration, it is preferable to continue the vibration even when the treatment is completed and the tissue is separated. Absent. If the gripping piece vibrates in a state where the pair of gripping pieces are in direct contact with each other, the gripping piece may be damaged.
- the technology for grasping the temperature of the grasping piece by detecting the resonance frequency of the vibration system as disclosed in the above-mentioned document detects the separation of the tissue to be treated, and outputs the output after the separation, for example. It can also be used to stop.
- Treatment status can vary from treatment to treatment. For this reason, in the technique of detecting tissue separation based on the resonance frequency of the vibration system that depends on temperature, the treatment is appropriately performed only by determining that the tissue has been separated when the predetermined resonance frequency is reached. It may not be.
- An object of the present invention is to provide an energy control device for an ultrasonic treatment tool capable of appropriately controlling an output according to a treatment situation, and a treatment system including the energy control device.
- an energy control device for an ultrasonic treatment instrument includes an ultrasonic vibrator that generates ultrasonic vibration when power is supplied thereto, and the ultrasonic wave generated by the ultrasonic vibrator.
- An energy control apparatus that supplies the power to an ultrasonic treatment instrument that includes an end effector that performs treatment using ultrasonic vibration, the energy output source outputting the electric power to the ultrasonic transducer, and the ultrasonic vibration
- a resonance frequency acquisition unit that acquires a resonance frequency of a vibration system including a child, and a difference between the resonance frequency and a predetermined frequency after the resonance frequency detected by the resonance frequency acquisition unit becomes a first threshold value
- An integrated value calculation unit for calculating the integrated value of the power supply, and when the integrated value reaches a second threshold value, the energy output source stops or reduces the output of the power to the ultrasonic transducer.
- an output control unit for performing at least one of when a notice that the integrated value reaches a second threshold.
- a treatment system includes the energy control device described above and the ultrasonic treatment instrument.
- an energy control device for an ultrasonic treatment tool capable of appropriately controlling the output according to the treatment situation, and a treatment system including the energy control device.
- FIG. 2A is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the end effector for the end effector and the tissue to be treated according to an embodiment.
- FIG. 2B is a diagram schematically showing a cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the end effector for the end effector and the tissue to be treated according to an embodiment.
- FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration related to power supply from the energy control apparatus according to the embodiment to the ultrasonic treatment instrument.
- FIG. 4 is a diagram for explaining a frequency change with time and a threshold value for determination.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an outline of an example of the output control process according to the embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a treatment system 1. As shown in FIG. 1, the treatment system 1 includes an ultrasonic treatment tool 2 and an energy control device 3 that supplies electric power to the ultrasonic treatment tool 2.
- the ultrasonic treatment instrument 2 includes a housing 5, a shaft 6 connected to the housing 5, and an end effector 7 provided at an end of the shaft 6.
- the side on which the end effector 7 is provided is referred to as the distal end side, and the side on which the housing 5 is provided is referred to as the proximal end side.
- the housing 5 is provided with a grip 11 for a user to hold the ultrasonic treatment device 2, and a handle 12 is provided so as to open and close the grip 11.
- An ultrasonic transducer unit 8 is provided on the proximal end side of the housing 5.
- the ultrasonic transducer unit 8 has an ultrasonic transducer 13 including at least one piezoelectric element.
- the ultrasonic transducer unit 8 is detachably connected to the energy control device 3 via a cable 9. When AC power is supplied from the energy control device 3 to the ultrasonic transducer 13 of the ultrasonic transducer unit 8, the ultrasonic transducer 13 vibrates.
- a rod member 14 is connected to the ultrasonic transducer 13 of the ultrasonic transducer unit 8.
- the rod member 14 passes through the housing 5 and the shaft 6 and reaches the end effector 7. That is, the distal end portion of the rod member 14 constitutes the first gripping piece 15 of the end effector 7.
- the rod member 14 is formed of a material having high vibration transmission properties such as a titanium alloy.
- the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 13 is transmitted through the rod member 14.
- the first gripping piece 15 vibrates.
- the first gripping piece 15 vibrates at a frequency corresponding to the resonance of the vibration system designed arbitrarily. Although this resonance frequency is not limited to this, it is about several tens kHz, for example, for example, 46 kHz or more and 48 kHz or less (about 47 kHz) may be sufficient.
- the second gripping piece 16 is attached to the tip of the shaft 6 so as to open and close with respect to the first gripping piece 15.
- the second gripping piece 16 and the handle 12 are connected by a movable member 17 that passes through the inside of the shaft 6.
- the movable member 17 moves to the distal end side or the proximal end side, and the second gripping piece 16 rotates with respect to the shaft 6, and the first gripping piece 15.
- the first gripping piece 15 and the second gripping piece 16 of the end effector 7 are opened and closed by the opening / closing operation of the handle 12 with respect to the grip 11.
- the end effector 7 is configured to grip a living tissue as a treatment target by the first gripping piece 15 and the second gripping piece 16.
- the second gripping piece 16 includes a pad member 21 and a holder member 22 to which the pad member 21 is attached.
- the pad member 21 is formed of a resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- FIG. 2A and 2B are views showing a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the first gripping piece 15 and the second gripping piece 16 when the ultrasonic treatment instrument 2 is used.
- FIG. 2A shows a state in which the tissue O1 to be treated is sandwiched between the first grasping piece 15 and the second grasping piece 16.
- the ultrasonic treatment instrument 2 makes an incision while coagulating the tissue O1 by ultrasonically vibrating the first gripping piece 15 while sandwiching the tissue O1 between the first gripping piece 15 and the second gripping piece 16.
- FIG. 2B shows a state in which the tissue is cut into a first tissue piece O2 and a second tissue piece O3. At this time, the pad member 21 is in contact with the first gripping piece 15.
- the housing 5 is provided with an operation button 19.
- the operation button 19 receives an operation for switching on / off the supply of power from the energy control device 3 to the ultrasonic transducer unit 8.
- the treatment system 1 may be provided with a foot switch having the same function as the operation button 19.
- FIG. 3 is a diagram showing an outline of a configuration example of the treatment system 1 related to power supply from the energy control device 3 to the ultrasonic treatment instrument 2.
- the ultrasonic treatment instrument 2 is provided with an ultrasonic transducer 13, a switch 20, and a storage medium 25.
- the ultrasonic transducer 13 is an ultrasonic transducer as a vibration source provided in the ultrasonic transducer unit 8 described above.
- the switch 20 is provided inside the housing 5 of the ultrasonic treatment instrument 2. The switch 20 is switched between an on state and an off state when an operation input is performed with the operation button 19. Further, the storage medium 25 stores information related to the treatment tool.
- the energy control device 3 includes a processor 40 that controls the operation of the treatment system 1 and a storage medium 48.
- the processor 40 operates based on a program stored in the storage medium 48, for example, and controls the operation of each unit of the energy control device 3.
- the storage medium 48 stores processing programs used by the processor 40, parameters and tables used for calculations performed by the processor 40, and the like.
- the energy control device 3 includes an energy output source 50, a current detection circuit 51, a voltage detection circuit 52, and an A / D converter 53.
- the energy output source 50 supplies AC power to the ultrasonic transducer 13 of the ultrasonic treatment instrument 2.
- the energy output source 50 outputs power under the control of the processor 40.
- the current detection circuit 51 detects the current value of the output current I from the energy output source 50 to the ultrasonic transducer 13.
- the voltage detection circuit 52 detects the voltage value of the output voltage V from the energy output source 50 to the ultrasonic transducer 13. Analog signals output from the current detection circuit 51 and the voltage detection circuit 52 are converted into digital signals via the A / D converter 53 and transmitted to the processor 40.
- the energy control device 3 further includes an input unit 62 and a notification unit 64.
- the input unit 62 is a part that receives input from the user to the energy control device 3.
- the input unit 62 includes, for example, a touch panel, a button switch, or a keyboard.
- the notification unit 64 is a part that notifies the user of information.
- the notification unit 64 includes, for example, a display or a speaker.
- the energy control device 3 performs the following operation. That is, when the switch 20 of the ultrasonic treatment instrument 2 is turned on, this is detected, and supply of electric power to the ultrasonic treatment instrument 2 is started. Along with the treatment, the temperature of the first gripping piece 15 of the ultrasonic treatment instrument 2 rises, and the resonance frequency of the vibration system having temperature dependence falls. The energy control device 3 adjusts the output frequency in accordance with the changing resonance frequency. Further, based on the resonance frequency, the progress of the treatment is determined, and the output is stopped. The processor 40 performs a calculation related to the operation of the energy control device 3.
- the processor 40 executes functions as a resonance frequency acquisition unit 41, an integrated value calculation unit 42, and an output control unit 43.
- the resonance frequency acquisition unit 41 acquires the resonance frequency of the vibration system including the ultrasonic transducer 13 and the rod member 14 of the ultrasonic treatment instrument 2.
- the resonance frequency acquisition unit 41 can acquire the resonance frequency based on the output current and output voltage from the energy output source 50 supplied to the ultrasonic transducer 13.
- the integrated value calculation unit 42 calculates the integrated value of the difference between the resonance frequency and the first threshold after the resonance frequency of the vibration system becomes the first threshold.
- the output control unit 43 controls the output of the energy output source 50. This control includes detecting the state of the switch 20 and controlling the output of the energy output source 50 based on the detection result. For example, the output control unit 43 causes the energy output source 50 to stop or reduce the power output to the ultrasonic transducer 13 when the integrated value of the difference between the resonance frequency and the first threshold reaches the second threshold. Or that the integrated value has reached the second threshold value.
- the processor 40 includes an integrated circuit such as Central Processing Unit (CPU), Application Specific Integrated Circuit (ASIC), or Field Programmable Gate Array (FPGA).
- the processor 40 may be configured by one integrated circuit or the like, or may be configured by combining a plurality of integrated circuits. The operation of these integrated circuits is performed according to a program recorded in, for example, the storage medium 48 or a recording area in the integrated circuit.
- the processor 40 detects that the switch 20 is turned on.
- the output control unit 43 of the processor 40 causes the energy output source 50 to start outputting power to the ultrasonic transducer 13.
- ultrasonic vibration is generated in the ultrasonic vibrator 13, and the generated ultrasonic vibration is transmitted to the first gripping piece 15 through the rod member 14.
- Frictional heat is generated between the tissues. By frictional heat, the tissue is coagulated and simultaneously incised.
- the processor 40 detects a state in which the tissue is cut, stops or reduces the supply of power to the ultrasonic transducer 13 by the energy output source 50, and outputs the ultrasonic treatment instrument 2 Is stopped or reduced.
- FIG. 4 schematically shows a change in the resonance frequency of the vibration system including the ultrasonic transducer 13 with respect to the passage of time from the start of output.
- the temperature of the first grip piece 15 gradually increases.
- the resonance frequency of the vibration system including the first gripping piece 15 decreases.
- the processor 40 notifies the user that the output is stopped or reduced based on the decrease in the resonance frequency, or that the resonance frequency is decreasing (temperature is increasing). I do.
- the resonance frequency that was the frequency f1 at the start of treatment decreases with the elapsed time.
- the processor 40 sets a first threshold value at a frequency fth1 as indicated by a broken line 111, for example.
- the processor 40 calculates the integrated value 112 by integrating the difference between the resonance frequency and the first threshold value when the resonance frequency of the vibration system reaches the first threshold value (time t1 in FIG. 4).
- the processor 40 stops or reduces the output, or the integrated value 112 reaches the second threshold.
- the heat generated in the first gripping piece 15 is used for cutting the tissue. Therefore, when the tissue is between the first grasping piece 15 and the second grasping piece 16 before the tissue is separated, the tissue is separated, and the first grasping piece 15 and the second grasping piece are separated.
- the temperature rise is moderate compared to when there is no tissue between the piece 16. Therefore, the increase rate of the integrated value of the difference between the resonance frequency of the vibration system and the first threshold is relatively small before the tissue is cut off, and after the tissue is cut off, the resonance frequency of the vibration system and the first threshold value are reduced.
- the rate of increase in the integrated value of the difference from the threshold value is relatively large. For this reason, the division of the tissue can be detected using the integrated value of the difference between the resonance frequency of the vibration system and the first threshold value.
- the first threshold value is generally preferably a resonance frequency corresponding to the temperature at which the tissue is separated.
- examples of the temperature at which the tissue is cut include 200 ° C. and the like.
- the frequency f1 of the vibration system at the start of the treatment and the frequency fth1 of the first threshold value are values within a range of about 40 kHz to 60 kHz, for example.
- the resonance frequency of the vibration system including the ultrasonic transducer 13 and the rod member 14 is 46 kHz to 48 kHz as described above
- the frequency f1 at the start of treatment and the first threshold frequency fth1 are also 46 kHz to 48 kHz.
- the value is within the range of.
- the time t1 when the resonance frequency of the vibration system reaches the first threshold and the time t2 when the integrated value reaches the second threshold are values within a range of, for example, several seconds to several tens of seconds.
- step S1 the output control unit 43 of the processor 40 causes the energy output source 50 to start outputting ultrasonic waves.
- the energy output source 50 inputs predetermined power to the ultrasonic transducer 13 under the control of the processor 40.
- the first gripping piece 15 vibrates at the ultrasonic frequency, and treatment of the living tissue is performed.
- the processor 40 first causes the energy output source 50 to scan the output frequency, and then starts control using Phase ⁇ ⁇ Locked Loop (PLL) to cause the energy output source 50 to output power. That is, the output control unit 43 of the processor 40 changes the output frequency gradually from, for example, a high frequency to a low frequency in the vicinity of the resonance frequency of the vibration system including the ultrasonic transducer 13, while changing the energy output source 50. To output power.
- the resonance frequency acquisition unit 41 of the processor 40 acquires the current and voltage at this time, and acquires the frequency at which the phases of the current and voltage match, that is, the resonance frequency of the vibration system.
- the processor 40 causes the output frequency to follow the resonance frequency of the vibration system by using the acquired resonance frequency as an initial value and using the PLL thereafter. Thereafter, the first gripping piece 15 is vibrated at a resonance frequency using a PLL. In general, since the temperature of the first gripping piece 15 gradually increases, the resonance frequency of the vibration system gradually decreases as shown in FIG.
- step S2 the processor 40 determines whether or not the resonance frequency of the current vibration system is lower than a predetermined first threshold value. When the resonance frequency is not lower than the first threshold, the process repeats step S2. That is, the processor 40 continues the output control using the PLL and continues the treatment by the ultrasonic treatment instrument 2. When the resonance frequency becomes lower than the first threshold, the process proceeds to step S3.
- the resonance frequency is described as being lower than the first threshold here, the value of the resonance frequency used for comparison is not limited to an instantaneous value, for example, a moving average value or the like to prevent erroneous determination due to noise or the like. There may be.
- step S3 the integrated value calculation unit 42 of the processor 40 integrates the difference between the resonance frequency of the current vibration system and the first threshold value to calculate the integrated value.
- step S4 the processor 40 determines whether or not the integrated value is greater than a predetermined second threshold value. When the integrated value is not larger than the second threshold value, the process returns to step S3. That is, the integration of the difference between the resonance frequency and the first threshold is repeated. As a result, the integrated value gradually increases. When the integrated value becomes larger than the second threshold value, the process proceeds to step S5.
- step S5 the output control unit 43 of the processor 40 performs an output reduction operation.
- the output reduction operation is, for example, an operation that stops the output of electric power from the energy output source 50.
- the output reduction operation may be, for example, an operation for reducing the output power from the energy output source 50.
- the output reduction operation may be an operation of notifying the user that the integrated value has reached the second threshold using the notification unit 64. This operation can be, for example, display on a display, output of notification sound from a speaker, or the like. Further, the output reduction operation may be a combination of stoppage or reduction of output power and notification.
- the first threshold value and the second threshold value may be predetermined values.
- the processor 40 reads and sets the first threshold value and the second threshold value stored in the storage medium 48 at the time of activation.
- the energy control apparatus 3 may be configured such that the first threshold value and the second threshold value can be changed based on an instruction from the user input via the input unit 62.
- the first threshold value and the second threshold value may be different for each model of the ultrasonic treatment instrument 2. Therefore, the first threshold value and the second threshold value may be determined as follows. That is, for example, the storage medium 25 of the ultrasonic treatment instrument 2 stores identification information indicating the model of the ultrasonic treatment instrument 2. Further, the storage medium 48 of the energy control device 3 stores a correspondence relationship between the first threshold value and the second threshold value for the model. The processor 40 reads the model identification information from the storage medium 25 of the ultrasonic treatment instrument 2 and uses the first threshold value and the second threshold value corresponding to the identification information.
- the model information of the ultrasonic treatment instrument 2 is not stored in the storage medium 25, for example, a different resistor is provided in the ultrasonic treatment instrument 2 depending on the model of the ultrasonic treatment instrument 2, and the energy The control device 3 may acquire the resistance value of this resistor when connected to the ultrasonic treatment instrument 2 to determine the model of the ultrasonic treatment instrument 2.
- the first threshold value and the second threshold value are stored in the storage medium 25 of the ultrasonic treatment instrument 2, and the processor 40 reads this information and sets the first threshold value and the second threshold value. Good.
- the energy control device 3 is configured so that the type of the output reduction operation according to the present embodiment or the presence or absence of the output reduction operation is switched based on the user's instruction input via the input unit 62. Good.
- the integrated value is the integrated value of the difference between the first threshold value and the resonance frequency at that time
- the integrated value may be an integrated value of a difference between a predetermined frequency other than the first threshold and the resonance frequency at that time.
- only one second threshold value is set.
- two or more second threshold values may be set. For example, when the integrated value of the difference between the resonance frequency and the first threshold value is larger than the first second threshold value, the output is reduced, and the integrated value of the difference between the resonance frequency and the first threshold value.
- the energy control device 3 may be configured such that the output is stopped when becomes larger than the second second threshold.
- the ultrasonic treatment instrument 2 has been described as an instrument that performs treatment by ultrasonic vibration of the first gripping piece 15, but is not limited thereto.
- the ultrasonic treatment instrument 2 may have a function as a high-frequency treatment instrument that applies a high-frequency voltage between the first gripping piece 15 and the second gripping piece 16.
- the high-frequency treatment tool performs treatment with heat generated by a current flowing through a tissue by flowing a high-frequency current through the tissue to be treated.
- the ultrasonic treatment instrument 2 may be a treatment instrument in which a heater is provided on the first grasping piece 15 or the second grasping piece 16 and treats the tissue to be treated with the heat of the heater together with the ultrasonic vibration. Good.
- the ultrasonic vibration of the first gripping piece 15 is reduced or stopped when the treatment of the biological tissue that is the treatment target is finished and the tissue is separated. Therefore, the first gripping piece 15 is prevented from ultrasonically vibrating while the first gripping piece 15 and the pad member 21 of the second gripping piece 16 are in contact with each other. As a result, the wear and deformation of the pad member 21 are suppressed.
- the determination of whether to reduce or stop the ultrasonic vibration of the first gripping piece 15 is based on the fact that the integrated value of the difference between the resonance frequency and the first threshold value is greater than the second threshold value. It is done.
- the difference between the resonance frequency and the first threshold value that is, the decrease in the resonance frequency when the resonance frequency becomes lower than the first threshold value, the first grip piece 15 and the second grip piece.
- the status of the living tissue between 16 is reflected. Therefore, appropriate output control according to the treatment situation can be realized.
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Abstract
エネルギー制御装置(3)は、超音波振動を発生する超音波振動子(13)と、前記超音波振動を用いて処置を行うエンドエフェクタ(7)とを備える超音波処置具(2)に電力を供給する。エネルギー制御装置(3)は、超音波振動子(13)へ電力を出力するエネルギー出力源(50)と、共振周波数取得部(41)と、積算値算出部(42)と、出力制御部(43)とを備える。共振周波数取得部(41)は、振動系の共振周波数を取得する。積算値算出部(42)は、共振周波数が第1の閾値となった後における共振周波数と第1の閾値との差分の積算値を算出する。出力制御部(43)は、積算値が第2の閾値に達したことに基づいて、動作を制御する。
Description
本発明は、超音波処置具のためのエネルギー制御装置、及びそれを備える処置システムに関する。
一対の把持片で処置対象である生体組織を把持し、把持片の一方が超音波振動することで、把持された生体組織の凝固や切開等が行われる超音波処置具が知られている。このような超音波処置具の一例が、国際公開第2012/044600号に開示されている。超音波振動する把持片を含む振動系の共振周波数は、温度上昇とともに減少する。したがって、振動系の共振周波数を取得すると、行われている処置の状況をある程度把握することができる。上述の文献に開示されている超音波処置具では、制御装置は、超音波振動する振動系の共振周波数を検出し、この共振周波数がある閾値を下回ったとき、把持片が十分に高温になったと判定し、超音波振動の振幅を低減させる。
一対の把持片で生体組織を把持し、超音波振動によって当該組織の処置を行う超音波処置具において、処置が完了し、組織が切り分かれているにもかかわらず、振動を継続することは好ましくない。一対の把持片が互いに直接接触した状態で把持片が振動すると、把持片が損傷するおそれがある。上述の文献に開示されているような、振動系の共振周波数を検出することで把持片の温度を把握する技術は、処置対象の組織の切り分かれを検出して、例えば切り分かれた後に出力を停止させることにも利用されうる。
処置の状況は処置ごとに異なりうる。このため、温度に依存する振動系の共振周波数に基づいて組織の切り分かれを検出する技術において、所定の共振周波数となったときに組織が切り分かれたと判定するのみでは、適切に処置が行われないこともありうる。
本発明は、処置の状況に応じて適切に出力を制御できる超音波処置具のためのエネルギー制御装置、及びそれを備える処置システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、超音波処置具のためのエネルギー制御装置は、電力が供給されることにより超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子で発生した前記超音波振動を用いて処置を行うエンドエフェクタとを備える超音波処置具に前記電力を供給するエネルギー制御装置であって、前記超音波振動子へ前記電力を出力するエネルギー出力源と、前記超音波振動子が含まれる振動系の共振周波数を取得する共振周波数取得部と、前記共振周波数取得部で検出された前記共振周波数が第1の閾値となった後における前記共振周波数と所定の周波数との差分の積算値を算出する積算値算出部と、前記積算値が第2の閾値に達したとき、前記エネルギー出力源に前記超音波振動子への前記電力の出力を停止又は低減させること、及び、前記積算値が第2の閾値に達したことを告知することのうち少なくとも一方を行う出力制御部とを備える。
本発明の一態様によれば、処置システムは、上記のエネルギー制御装置と、前記超音波処置具とを備える。
本発明によれば、処置の状況に応じて適切に出力を制御できる超音波処置具のためのエネルギー制御装置、及びそれを備える処置システムを提供できる。
〈処置システムの構成〉
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、超音波振動を利用して生体組織の処置を行う処置システムに関する。図1は、処置システム1を示す図である。図1に示すように、処置システム1は、超音波処置具2と、超音波処置具2に電力を供給するエネルギー制御装置3とを備える。
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、超音波振動を利用して生体組織の処置を行う処置システムに関する。図1は、処置システム1を示す図である。図1に示すように、処置システム1は、超音波処置具2と、超音波処置具2に電力を供給するエネルギー制御装置3とを備える。
超音波処置具2は、ハウジング5と、ハウジング5に連結されるシャフト6と、シャフト6の端部に設けられたエンドエフェクタ7とを備える。エンドエフェクタ7が設けられている側を先端側と称し、ハウジング5が設けられている側を基端側と称することにする。ハウジング5には、ユーザーが超音波処置具2を保持するグリップ11が設けられており、グリップ11に対して開閉するようにハンドル12が設けられている。
ハウジング5の基端側には、超音波振動子ユニット8が設けられている。超音波振動子ユニット8は、少なくとも1つの圧電素子を含む超音波振動子13を有する。超音波振動子ユニット8は、ケーブル9を介してエネルギー制御装置3に取り外し可能に接続されている。エネルギー制御装置3から超音波振動子ユニット8の超音波振動子13に交流の電力が供給されることで、超音波振動子13は振動する。
超音波振動子ユニット8の超音波振動子13には、ロッド部材14が接続されている。ロッド部材14は、ハウジング5及びシャフト6の内部を通り、エンドエフェクタ7にまで達している。すなわち、ロッド部材14の先端部は、エンドエフェクタ7の第1の把持片15を構成する。ロッド部材14は、例えばチタン合金等の振動伝達性の高い材料から形成される。超音波振動子13で発生した超音波振動は、ロッド部材14を伝わる。その結果、第1の把持片15は振動する。第1の把持片15は、任意に設計された当該振動系の共振に応じた周波数で振動する。この共振周波数は、これに限定されないが、例えば数十kHz程度であり、例えば46kHz以上48kHz以下(47kHz程度)でもよい。
シャフト6の先端部には、第1の把持片15に対して開閉するように第2の把持片16が取付けられる。第2の把持片16とハンドル12とは、シャフト6の内部を通る可動部材17によって連結されている。ハンドル12をグリップ11に対して開く又は閉じることにより、可動部材17が先端側又は基端側へ移動し、第2の把持片16がシャフト6に対して回動して第1の把持片15に対して開いたり閉じたりする。このようにして、ハンドル12のグリップ11に対する開閉動作により、エンドエフェクタ7の第1の把持片15と第2の把持片16とが開閉する。エンドエフェクタ7は、第1の把持片15及び第2の把持片16によって処置対象である生体組織を把持するように構成されている。
第2の把持片16は、パッド部材21と、パッド部材21が取付けられるホルダ部材22とを備える。パッド部材21は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂で形成される。第1の把持片15と第2の把持片16とが閉じた状態では、第2の把持片16のパッド部材21は第1の把持片15に接触し、第2の把持片16のその他の部位は第1の把持片15に接触しない。
図2A及び図2Bは、超音波処置具2の使用時の第1の把持片15及び第2の把持片16のその長手軸と垂直な断面を示す図である。図2Aは、処置対象である組織O1を第1の把持片15及び第2の把持片16で挟んでいる状態を示す。超音波処置具2は、第1の把持片15及び第2の把持片16で組織O1を挟みながら、第1の把持片15が超音波振動することで、組織O1を凝固させながら切開することができる。図2Bは、組織が第1の組織片O2と第2の組織片O3とに切り分かれた状態を示す。このとき、パッド部材21は第1の把持片15に接触している。
ハウジング5には、操作ボタン19が設けられている。操作ボタン19には、エネルギー制御装置3から超音波振動子ユニット8への電力の供給のオン/オフを切り換える操作が入力される。なお、操作ボタン19に代えて、又は操作ボタン19と共に、処置システム1には操作ボタン19と同様の機能を有するフットスイッチが設けられてもよい。
図3は、エネルギー制御装置3から超音波処置具2への電力の供給に関連する処置システム1の構成例の概略を示す図である。
図3に示すように、超音波処置具2には、超音波振動子13と、スイッチ20と、記憶媒体25とが設けられている。超音波振動子13は、上述の超音波振動子ユニット8に設けられた振動源としての超音波振動子である。スイッチ20は、超音波処置具2のハウジング5の内部に設けられている。スイッチ20は、操作ボタン19で操作入力が行われることにより、オン状態とオフ状態とで切り換わる。さらに、記憶媒体25は、当該処置具に関する情報が記憶されている。
エネルギー制御装置3は、処置システム1の動作を制御するプロセッサ40と、記憶媒体48とを備える。プロセッサ40は、例えば記憶媒体48に記憶されたプログラムに基づいて動作し、エネルギー制御装置3の各部の動作を制御する。記憶媒体48には、プロセッサ40で用いられる処理プログラム、プロセッサ40で行われる演算に用いられるパラメータ及びテーブル等が記憶される。
さらに、エネルギー制御装置3は、エネルギー出力源50と、電流検出回路51と、電圧検出回路52と、A/D変換器53とを備える。エネルギー出力源50は、超音波処置具2の超音波振動子13に交流の電力を供給する。エネルギー出力源50は、プロセッサ40の制御下で、電力を出力する。電流検出回路51は、エネルギー出力源50から超音波振動子13への出力電流Iの電流値を検出する。電圧検出回路52は、エネルギー出力源50から超音波振動子13への出力電圧Vの電圧値を検出する。電流検出回路51及び電圧検出回路52から出力されるアナログ信号は、A/D変換器53を介してデジタル信号に変換されプロセッサ40へと伝達される。
エネルギー制御装置3は、さらに入力部62と、告知部64とを備える。入力部62は、ユーザーによるエネルギー制御装置3への入力を受け付ける部位である。入力部62は、例えばタッチパネル、ボタンスイッチ、又はキーボード等を含む。告知部64は、情報をユーザーに告知する部位である。告知部64は、例えばディスプレイ又はスピーカー等を含む。
本実施形態に係るエネルギー制御装置3は、次のような動作を行う。すなわち、超音波処置具2のスイッチ20がオンにされたとき、これを検出して、超音波処置具2への電力の供給を開始する。処置に伴って、超音波処置具2の第1の把持片15の温度は上昇し、温度依存性がある振動系の共振周波数は低下する。エネルギー制御装置3は、変化する共振周波数に合わせて、出力周波数を調整する。さらに、この共振周波数に基づいて、処置の進行具合を判断し、出力の停止等を行う。プロセッサ40は、このようなエネルギー制御装置3の動作に係る演算を行う。
プロセッサ40は、共振周波数取得部41、積算値算出部42、及び出力制御部43としての機能を実行する。共振周波数取得部41は、超音波処置具2の超音波振動子13及びロッド部材14等が含まれる振動系の共振周波数を取得する。共振周波数取得部41は、超音波振動子13へと供給されるエネルギー出力源50からの出力電流及び出力電圧に基づいて、共振周波数を取得することができる。積算値算出部42は、振動系の共振周波数が第1の閾値となった後における、共振周波数と第1の閾値との差分の積算値を算出する。出力制御部43は、エネルギー出力源50の出力を制御する。この制御には、スイッチ20の状態を検出して、検出結果に基づいてエネルギー出力源50の出力を制御することが含まれる。例えば出力制御部43は、共振周波数と第1の閾値との差分の積算値が第2の閾値に達したとき、エネルギー出力源50に超音波振動子13への電力の出力を停止又は低減させること、或いは、積算値が第2の閾値に達したことの告知を行う。
プロセッサ40はCentral Processing Unit(CPU)、Application Specific Integrated Circuit(ASIC)、又はField Programmable Gate Array(FPGA)等の集積回路等を含む。プロセッサ40は、1つの集積回路等で構成されてもよいし、複数の集積回路等が組み合わされて構成されてもよい。これら集積回路の動作は、例えば記憶媒体48や集積回路内の記録領域に記録されたプログラムに従って行われる。
〈処置システムの動作〉
本実施形態に係る処置システム1の動作について説明する。処置システム1を用いて生体組織等の処置対象を処置する際には、ユーザーは、グリップ11及びハンドル12を保持し、エンドエフェクタ7を腹腔等の体腔に挿入する。ユーザーは、第1の把持片15及び第2の把持片16の間に処置対象である生体組織等を配置し、ハンドル12をグリップ11に対して閉じる。その結果、第2の把持片16が第1の把持片15に対して閉じ、第1の把持片15と第2の把持片16との間で生体組織が把持される。
本実施形態に係る処置システム1の動作について説明する。処置システム1を用いて生体組織等の処置対象を処置する際には、ユーザーは、グリップ11及びハンドル12を保持し、エンドエフェクタ7を腹腔等の体腔に挿入する。ユーザーは、第1の把持片15及び第2の把持片16の間に処置対象である生体組織等を配置し、ハンドル12をグリップ11に対して閉じる。その結果、第2の把持片16が第1の把持片15に対して閉じ、第1の把持片15と第2の把持片16との間で生体組織が把持される。
この状態で、ユーザーは、操作ボタン19をオン状態にする。このとき、プロセッサ40は、スイッチ20がオンになったことを検出する。プロセッサ40の出力制御部43は、エネルギー出力源50に、超音波振動子13への電力の出力を開始させる。その結果、超音波振動子13で超音波振動が発生し、発生した超音波振動がロッド部材14を介して第1の把持片15に伝達される。第1の把持片15及び第2の把持片16の間で処置対象である組織が把持された状態において、第1の把持片15が超音波振動すると、第1の把持片15と把持される組織との間に摩擦熱が発生する。摩擦熱によって、組織が凝固されると同時に切開される。
処置対象である組織が切断された状況では、図2Bに示すように、第1の把持片15と第2の把持片16とが接触した状態となる。この状態で第1の把持片15が超音波振動を続けると、第2の把持片16のパッド部材21等が損傷を受ける可能性がある。そこで、本実施形態において、プロセッサ40は、組織が切断された状況を検出し、エネルギー出力源50による超音波振動子13への電力の供給を停止又は低減等させ、超音波処置具2の出力を停止又は低減等させる。
本実施形態に係る出力の停止又は低減等に係る動作について図4に示す模式図を参照して説明する。図4は、出力開始からの時間経過に対する超音波振動子13を含む振動系の共振周波数の変化を模式的に示す。処置時において、第1の把持片15の温度は徐々に上昇する。この温度上昇に伴って、第1の把持片15を含む振動系の共振周波数は低下する。本実施形態では、プロセッサ40は、この共振周波数の低下に基づいて、出力を停止又は低減させること、或いは、共振周波数が低下している(温度が上昇している)こと等のユーザーへの告知を行う。
例えば、図4の実線101に示すように、処置開始時に周波数f1であった共振周波数は、経過時間とともに減少する。プロセッサ40は、例えば破線111で示すような周波数fth1に第1の閾値を設定する。プロセッサ40は、振動系の共振周波数が第1の閾値に達したとき(図4における時間t1)から、共振周波数と第1の閾値との差を積算して、積算値112を算出する。この積算値112が所定の第2の閾値を超えたとき(図4における時間t2)、プロセッサ40は、出力を停止又は低減させること、或いは、積算値112が第2の閾値に達したこと等の告知を行う。
第1の把持片15と第2の把持片16との間に組織が存在し、当該組織を切断しているとき、第1の把持片15で発生する熱は、組織の切断に使われる。したがって、組織が切れ分かれる前であって、第1の把持片15と第2の把持片16との間に組織があるときは、組織が切れ分かれ、第1の把持片15と第2の把持片16との間に組織がないときに比べて温度上昇が緩やかになる。したがって、組織が切れ分かれる前は、振動系の共振周波数と第1の閾値との差の積算値の増加割合は比較的小さく、組織が切れ分かれた後は、振動系の共振周波数と第1の閾値との差の積算値の増加の割合は比較的大きくなる。このため、振動系の共振周波数と第1の閾値との差の積算値を用いて組織の切れ分かれを検出することができる。
なお、第1の閾値の値としては、一般的に組織が切れ分かれるときの温度に相当する共振周波数とすることが好ましい。一般的に組織が切れ分かれるときの温度の例としては、200℃等が挙げられる。
なお、処置開始時の振動系の周波数f1、及び第1の閾値の周波数fth1は、例えば40kHz乃至60kHz程度の範囲内の値となる。一例として上述のように超音波振動子13及びロッド部材14を含む振動系の共振周波数が46kHz乃至48kHzである場合、これらの処置開始時の周波数f1及び第1の閾値の周波数fth1も46kHz乃至48kHzの範囲内の値となる。また、振動系の共振周波数が第1の閾値に達する時間t1、及び積算値が第2の閾値に達する時間t2は、例えば数秒から十数秒程度の範囲内の値となる。
〈出力制御処理〉
プロセッサ40による出力の制御について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。図5に示す出力制御処理は、例えば、ユーザーによって操作ボタン19が押されたときに開始する。
プロセッサ40による出力の制御について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。図5に示す出力制御処理は、例えば、ユーザーによって操作ボタン19が押されたときに開始する。
ステップS1において、プロセッサ40の出力制御部43は、エネルギー出力源50に超音波の出力を開始させる。エネルギー出力源50は、プロセッサ40の制御下で、所定の電力を超音波振動子13に投入する。その結果、第1の把持片15は超音波周波数で振動し、生体組織の処置が行われることになる。
プロセッサ40は、まず、エネルギー出力源50に出力周波数のスキャン動作を行わせ、その後、Phase Locked Loop(PLL)を用いた制御を開始してエネルギー出力源50に電力を出力させる。すなわち、プロセッサ40の出力制御部43は、超音波振動子13を含む振動系の共振周波数近傍で、出力の周波数を例えば高い周波数から低い周波数へと徐々に周波数を変化させながら、エネルギー出力源50に電力の出力を行わせる。プロセッサ40の共振周波数取得部41は、このときの電流及び電圧を取得し、電流及び電圧の位相が一致する周波数、すなわち、当該振動系の共振周波数を取得する。プロセッサ40は、取得した共振周波数を初期値として、その後もPLLを用いて、出力周波数を振動系の共振周波数に追従させる。以降、PLLを用いて第1の把持片15を共振周波数で振動させる。一般に、第1の把持片15の温度は徐々に上昇するので、図4に示したように、振動系の共振周波数は徐々に低下することになる。
ステップS2において、プロセッサ40は、現在の振動系の共振周波数が所定の第1の閾値よりも低いか否かを判定する。共振周波数が第1の閾値よりも低くないとき、処理はステップS2を繰り返す。すなわち、プロセッサ40は、PLLを用いた出力制御を継続して、超音波処置具2による処置を継続させる。共振周波数が第1の閾値よりも低くなったとき、処理はステップS3に進む。
なお、ここでは共振周波数が第1の閾値よりも低いと記載したが、比較に用いる共振周波数の値は、例えばノイズ等による誤判定を防止するため、瞬間値に限らず、移動平均値等であってもよい。
ステップS3において、プロセッサ40の積算値算出部42は、現在の振動系の共振周波数と第1の閾値との差分を積算し、積算値を算出する。ステップS4において、プロセッサ40は、積算値が所定の第2の閾値よりも大きいか否かを判定する。積算値が第2の閾値よりも大きくないとき、処理はステップS3に戻る。すなわち、共振周波数と第1の閾値との差分の積算を繰り返す。その結果、積算値は徐々に大きくなる。積算値が第2の閾値よりも大きくなったとき、処理はステップS5に進む。
ステップS5において、プロセッサ40の出力制御部43は、出力低減動作を行う。出力低減動作は、例えば、エネルギー出力源50による電力の出力を停止させる動作である。また、出力低減動作は、例えば、エネルギー出力源50による出力電力を低下させる動作であってもよい。また、出力低減動作は、告知部64を用いて、ユーザーに積算値が第2の閾値に達したことを告知する動作であってもよい。この動作は、例えば、ディスプレイへの表示、スピーカーからの報知音の出力等でありうる。また、出力低減動作は、出力電力の停止又は低下と、告知との組み合わせであってもよい。ステップS5の処理の後、出力制御処理は終了する。
なお、第1の閾値及び第2の閾値は、予め決められた値であってもよい。例えば、プロセッサ40は、起動時に記憶媒体48に記憶された第1の閾値及び第2の閾値を読み出して設定する。また、第1の閾値及び第2の閾値は、入力部62を介して入力されるユーザーからの指示に基づいて変更されうるように、エネルギー制御装置3は構成されてもよい。
また、第1の閾値及び第2の閾値は、超音波処置具2の機種ごとに異なっていてもよい。そこで、第1の閾値及び第2の閾値は、次のように決定されてもよい。すなわち、例えば超音波処置具2の記憶媒体25には、超音波処置具2の機種を表す識別情報が記憶されている。また、エネルギー制御装置3の記憶媒体48には、機種に対する第1の閾値及び第2の閾値の対応関係が記憶されている。プロセッサ40は、超音波処置具2の記憶媒体25から機種の識別情報を読み出し、当該識別情報に対応する第1の閾値及び第2の閾値を用いる。なお、超音波処置具2の機種情報は、記憶媒体25に記憶されていなくても、例えば超音波処置具2の機種に応じて異なる抵抗器が超音波処置具2に設けられており、エネルギー制御装置3は、超音波処置具2との接続時にこの抵抗器の抵抗値を取得して、超音波処置具2の機種を判別してもよい。また、第1の閾値及び第2の閾値が超音波処置具2の記憶媒体25に記憶されており、プロセッサ40は、この情報を読み出して第1の閾値及び第2の閾値を設定してもよい。
また、本実施形態に係る出力低減動作の種類又は出力低減動作の有無が、入力部62を介して入力されたユーザーの指示に基づいて切り換えられるように、エネルギー制御装置3は構成されていてもよい。
また、上述の例では、積算値は、第1の閾値とその時点での共振周波数との差分の積算値とする場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。積算値は、第1の閾値以外の所定の周波数とその時点での共振周波数との差分の積算値であってもよい。
また、上述の例では、第2の閾値が1つだけ設定される場合を示したが、第2の閾値は2つ以上設定されてもよい。例えば、共振周波数と第1の閾値との差の積算値が1つ目の第2の閾値よりも大きくなったとき、出力が低減させられ、共振周波数と第1の閾値との差の積算値が2つ目の第2の閾値よりも大きくなったとき、出力が停止させられるように、エネルギー制御装置3は構成されていてもよい。
なお、本実施形態では、超音波処置具2は、第1の把持片15の超音波振動によって処置を行う器具として説明したが、これに限らない。超音波処置具2には、超音波振動に加えて、第1の把持片15と第2の把持片16との間に高周波電圧を印加する高周波処置具としての機能が付加されてもよい。高周波処置具は、処置対象の組織に高周波電流を流すことによって、組織を流れる電流により発生する熱で処置を行う。また、超音波処置具2は、第1の把持片15又は第2の把持片16にヒーターが設けられ、超音波振動と共にヒーターの熱によって処置対象の組織の処置を行う処置具であってもよい。
〈処置システムの特長〉
本実施形態に係る処置システム1によれば、処置対象である生体組織の処置が終了し、組織が切り分かれたときに、第1の把持片15の超音波振動は低減又は停止等される。したがって、第1の把持片15と第2の把持片16のパッド部材21とが接触しながら第1の把持片15が超音波振動することが防止される。その結果、パッド部材21の摩耗や変形が抑制される。
本実施形態に係る処置システム1によれば、処置対象である生体組織の処置が終了し、組織が切り分かれたときに、第1の把持片15の超音波振動は低減又は停止等される。したがって、第1の把持片15と第2の把持片16のパッド部材21とが接触しながら第1の把持片15が超音波振動することが防止される。その結果、パッド部材21の摩耗や変形が抑制される。
また、第1の把持片15の超音波振動を低減又は停止させるか否かの判断は、共振周波数と第1の閾値との差の積算値が第2の閾値よりも大きくなったことに基づいてなされる。ここで、共振周波数と第1の閾値との差分、すなわち、共振周波数が第1の閾値よりも低くなったときの共振周波数の下がり具合には、第1の把持片15と第2の把持片16との間の生体組織の状況が反映される。したがって、処置の状況に応じた適切な出力制御が実現されうる。
Claims (9)
- 電力が供給されることにより超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子で発生した前記超音波振動を用いて処置を行うエンドエフェクタとを備える超音波処置具に前記電力を供給するエネルギー制御装置であって、
前記超音波振動子へ前記電力を出力するエネルギー出力源と、
前記超音波振動子が含まれる振動系の共振周波数を取得する共振周波数取得部と、
前記共振周波数取得部で検出された前記共振周波数が第1の閾値となった後における前記共振周波数と所定の周波数との差分の積算値を算出する積算値算出部と、
前記積算値が第2の閾値に達したとき、前記エネルギー出力源に前記超音波振動子への前記電力の出力を停止又は低減させること、及び、前記積算値が第2の閾値に達したことを告知することのうち少なくとも一方を行う出力制御部と
を備える超音波処置具のためのエネルギー制御装置。 - 前記積算値算出部は、前記共振周波数と前記第1の閾値との差分の積算値を前記積算値として算出する、請求項1に記載のエネルギー制御装置。
- 前記積算値算出部は、前記第1の閾値として、処置対象が切断される温度に対応する周波数を用いる、請求項1に記載のエネルギー制御装置。
- ユーザーからの指示を受け取る入力部をさらに備え、
前記積算値算出部は、前記入力部への入力に基づいて、前記第1の閾値と第2の閾値とのうち少なくとも一方を調整する、
請求項1に記載のエネルギー制御装置。 - ユーザーからの指示を受け取る入力部をさらに備え、
前記出力制御部は、前記入力部への入力に基づいて、前記積算値が前記第2の閾値に達したときの動作の種類又は動作の有無を切り換える、
請求項1に記載のエネルギー制御装置。 - 請求項1のエネルギー制御装置と、
前記超音波処置具と
を備える処置システム。 - 前記エンドエフェクタは、前記超音波振動が伝達されるように構成された第1の把持片と、前記第1の把持片に対して開閉するように構成された第2の把持片とを備え、
前記第2の把持片は、前記第1の把持片と前記第2の把持片との間が閉じた状態において前記第1の把持片に接触するパッド部材を備える、
請求項6に記載の処置システム。 - 前記超音波処置具は、前記第1の閾値及び前記第2の閾値が記憶された記憶媒体を備え、
前記超音波処置具が前記エネルギー制御装置に接続されたとき、前記積算値算出部は、前記記憶媒体から前記第1の閾値を読み出して使用し、前記出力制御部は、前記記憶媒体から前記第2の閾値を読み出して使用する、
請求項6に記載の処置システム。 - 前記超音波処置具は、識別情報が記憶されている第1の記憶媒体を備え、
前記エネルギー制御装置は、前記識別情報と第1の閾値との対応関係、及び、前記識別情報と前記第2の閾値との対応関係が記憶されている第2の記憶媒体を備え、
前記超音波処置具が前記エネルギー制御装置に接続されたとき、前記積算値算出部は、前記第1の記憶媒体から前記識別情報を読み出して、前記識別情報に対応した前記第2の記憶媒体に記憶されている前記第1の閾値を読み出して使用し、前記出力制御部は、前記第1の記憶媒体から前記識別情報を読み出して、前記識別情報に対応した前記第2の記憶媒体に記憶されている前記第2の閾値を読み出して使用する、
請求項6に記載の処置システム。
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