JP5659322B2 - 処置具 - Google Patents

Description

本発明は、処置具に関する。

例えば腹腔鏡が使用される内視鏡下外科手術において、処置対象である生体組織等を把持する鉗子が知られている。内視鏡下外科手術において、鉗子は金属製のクリップを把持部基端側で強く把持することがある。また、把持部の先端よりも支点に近い基端の方が、テコ比により把持力量が上がる。

また、超音波振動を伝達するプローブと把持部材とで生体組織を把持し、プローブの超音波振動により、把持した生体組織を凝固させたり切開したりするための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、例えば日本国特開平１１−１１３９２２号公報に開示されている。プローブにおける超音波振動の速度分布は、先端で最大となり、先端から１／４波長の箇所ではゼロになる。プローブの基端の振動速度は、プローブ先端の振動速度よりも小さい。このため、プローブの基端部において先端部よりも、生体組織を凝固させたり切開したりする能力が劣る。そこで、日本国特開２００５−２８８０２４号公報には、プローブの基端部において生体組織を凝固させたり切開したりする能力を向上させるために、プローブの基端部において把持力量を上げることについて開示されている。さらに、日本国特開平１１−１１３９２２号公報には、プローブの強度を向上させるため、プローブの断面係数の値を先端側部分よりも基端側部分で大きくすることが開示されている。

上述のとおり、鉗子は、基端側において強く把持することがあり、また、基端側で把持力量が上がる。このため、鉗子の強度は、把持部先端よりも基端側でより高いことが望ましい。一方で、内視鏡下外科手術における細かい作業や視認性のため、鉗子は細いことも要求される。また、上記の超音波処置具において、プローブの基端部の強度を向上させるため、基端部の外径を大きくすることが考えられる。しかしながら、内視鏡下外科手術における細かい作業や視認性のため、プローブは細いことが要求される。また、超音波振動の振動速度を拡大させるには、処置部においてプローブの断面積を減少させる必要がある。

そこで本発明は、細い形状を有しながら十分な強度が確保された処置具を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、処置具は、細長形状をした第１の把持部材と、把持対象である生体組織と接する把持部を含み、前記第１の把持部材との間に前記生体組織を把持するように前記第１の把持部材に対して変位する第２の把持部材であって、前記把持部における前記第１の把持部材と接続している側の端を基端とし、前記把持部における自由端側の端を先端とし、前記把持部の長手軸と垂直な断面における、前記第１の把持部材の重心と当該第２の把持部材の重心とを通る直線と垂直な軸を基準として計算した断面２次モーメントをＩ、断面係数をＺ、断面積をＡとしたときに、前記把持部のＩ／Ａ^２は前記基端が最も大きい、及び／又は、前記把持部のＺ／Ａ^３／２は前記基端が最も大きい第２の把持部材と、を具備し、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが前記生体組織を把持しているとき、前記第２の把持部材は超音波振動するように構成されており、前記把持部の前記基端を含む第１の領域に残留応力が付与されている。

本発明によれば、細い形状を有しながら十分な強度が確保された処置具を提供できる。

図１は、第１の実施形態に係る鉗子の構成例の概略を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る鉗子の先端部の構成例の概略を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る第１のジョーの構成例の概略を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る第１のジョーの構成例の概略を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る第１のジョーの構成例の概略を示す図である。 図６は、定義された座標軸について説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係る第１のジョーの先端からの距離と断面２次モーメントを断面積の２乗で除した値との関係の一例を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係る第１のジョーの先端からの距離と断面係数を断面積の３／２乗で除した値との関係の一例を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係る処置装置の構成例の概略を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るプローブの構成例の概略を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係るプローブの構成例の概略を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る処置部の構成例の概略を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係る処置部の構成例の概略を示す図である。 図１４Ａは、第２の実施形態に係るプローブの構成例の概略を説明するための図である。 図１４Ｂは、第２の実施形態に係るプローブの構成例の概略を説明するための図である。 図１５は、第２の実施形態に係るプローブ処置部の断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１６は、第２の実施形態に係るプローブ伝達部の断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ａは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から１ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｂは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から２ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｃは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から６ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｄは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から９ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｅは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から１１ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｆは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から１５ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｇは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から１８ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｈは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から２０ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１７Ｉは、第２の実施形態に係るプローブ処置部の、先端から２１ｍｍの位置における断面形状の一例の概略を説明するための図である。 図１８は、第２の実施形態に係るプローブ処置部の先端からの距離と断面２次モーメントを断面積の２乗で除した値との関係の一例を示す図である。 図１９は、第２の実施形態に係るプローブ処置部の先端からの距離と断面係数を断面積の３／２乗で除した値との関係の一例を示す図である。 図２０は、第２の実施形態に係るプローブ処置部の変形例について説明するための図である。 図２１は、第２の実施形態に係るプローブ処置部の変形例について説明するための図である。 図２２は、第２の実施形態に係るプローブ処置部の変形例について説明するための図である。 図２３は、第３の実施形態に係る処置部の構成例の概略を示す図である。 図２４は、第３の実施形態に係る先端処置部の構成例の概略を示す図である。 図２５は、第３の実施形態に係る超音波振動子の構成例の概略を示す図である。 図２６は、第３の実施形態に係る電極部材の構成例の概略を示す図である。 図２７は、第３の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例の概略を示す図である。 図２８は、第３の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例の概略を示す図である。 図２９は、第３の実施形態に係る超音波伝達部材の構成例の概略を示す図である。 図３０は、第３の実施形態に係るプローブ処置部の先端からの距離と断面２次モーメントを断面積の２乗で除した値との関係の一例を示す図である。 図３１は、第３の実施形態に係るプローブ処置部の先端からの距離と断面係数を断面積の３／２乗で除した値との関係の一例を示す図である。 図３２は、第３の実施形態の変形例に係る超音波伝達部材の構成例を示す図である。 図３３は、第３の実施形態の変形例に係るプローブ処置部の構成例を示す図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る鉗子１０の概略図を図１に示す。この図に示されるように、鉗子１０は、先端部１１０と、シャフト１６０と、操作部１７０とを備える。以降説明のため、先端部１１０側を先端側、操作部１７０側を基端側と称することにする。

先端部１１０の側面図を図２に示す。この図に示されるように、先端部１１０は、第１のジョー１２０と第２のジョー１３０とを含む。第１のジョー１２０と第２のジョー１３０とは、支点ピン１４０を軸として回動し、開閉動作を行う。先端部１１０は、第１のジョー１２０と第２のジョー１３０とによって、生体組織を把持する。

鉗子１０は、例えば内視鏡下外科手術に用いられる。先端部１１０及びシャフト１６０は、例えば、被処置者の腹壁に開けられた小さな孔を通して腹腔内に挿入される。術者は、被処置者の体外で操作部１７０を操作して、先端部１１０を動作させる。このため、図１に示されるように、シャフト１６０は細長形状をしている。

操作部１７０は、固定ハンドル１７２と可動ハンドル１７４とを含む。可動ハンドル１７４は、固定ハンドル１７２に対して変位する。可動ハンドル１７４と先端部１１０の第１のジョー１２０及び第２のジョー１３０とは、シャフト１６０内を挿通するワイヤ又はロッドによって接続されており、可動ハンドル１７４の動作に応じて、先端部１１０は開閉する。

本実施形態に係る鉗子１０の動作について説明する。術者は、先端部１１０及びシャフト１９０を、例えば、腹壁を通して腹腔内に挿入する。術者は、先端部１１０を処置対象である生体組織に近づける。術者は、可動ハンドル１７４を操作して先端部１１０を開閉させ、第１のジョー１２０と第２のジョー１３０とによって把持対象である生体組織を把持する。このように先端部１１０が生体組織を把持するとき、先端部１１０の第１のジョー１２０及び第２のジョー１３０には、把持荷重が掛かる。

本実施形態では、第１のジョー１２０と第２のジョー１３０とは、同様の形状をしている。第１のジョー１２０の形状について、図３乃至図５を参照して説明する。図３は、部品としての第１のジョー１２０の側面図である。第１のジョー１２０には、支点ピン１４０が通される支点孔１２８と、第１のジョー１２０に加える力が作用する作用ピンが通される作用孔１２９とが設けられている。第１のジョー１２０において、生体組織と接する把持面１２２は、平面となっている。第１のジョー１２０は、先端程細くなり、その高さは、先端程低くなっている。したがって、把持面１２２と反対側の面である裏面１２４は、把持面１２２に対して傾いている。第１のジョー１２０の高さは、例えば先端で０．５ｍｍ、基端で２．５ｍｍとなっている。

図４は、第１のジョー１２０を把持面１２２側から見た上面図である。この図に示されるように、第１のジョー１２０の幅も、先端程細くなっている。第１のジョー１２０の幅は、例えば先端で１ｍｍ、基端で３ｍｍとなっている。第１のジョー１２０は、主に幅が徐々に細くなっている部分で生体組織と接触する。この幅が徐々に細くなっている部分を把持部１２５と称することにする。幅一定である部分を基端部１２６と称することにする。また、基端部１２６の基端側には、凸部１２７が設けられている。図４に示されるように、把持部１２５の長さは、例えば１５ｍｍである。また、把持部１２５と基端部１２６とを含む先端から凸部１２７までの長さは、例えば１８ｍｍである。

図５は、第１のジョー１２０を先端側から見た正面図である。この図に示されるように、第１のジョー１２０の把持部１２５の長手軸と垂直な断面の形状は、何れの位置においても長方形となっている。

第１のジョー１２０の把持部１２５における断面２次モーメントと断面係数について説明する。第１のジョー１２０の先端からの距離をｘとしたときに、第１のジョー１２０の長手軸に垂直な断面を考える。図６に示されるように、第１のジョー１２０の先端からの距離ｘにおける断面の重心を原点とする座標系を考える。ここで、図６に白抜き矢印で示されるように、把持面１２２に垂直に把持荷重が掛かるとする。把持荷重が掛かる方向にｙ軸を、把持荷重に対して垂直な方向にｚ軸を設ける。このとき、先端からの距離ｘにおけるｚ軸を基準として計算した断面２次モーメントＩ_ｘは、

で与えられる。ここで、Ａ_ｘは、先端からの距離ｘにおける断面の断面積である。

また、第１のジョー１２０の高さの半分を表す長さＹｗを用いると、先端からの距離ｘにおけるｚ軸を基準として計算した断面係数Ｚ_ｘは、

で与えられる。

断面２次モーメントＩ_ｘを無次元化するために断面２次モーメントＩ_ｘを断面積Ａ_ｘの２乗で除した値Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２について考える。この値は、単位面積当たりの剛性、すなわち撓みにくさを表す。第１のジョー１２０の把持部１２５における、先端からの距離ｘとＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２との関係を図７に示す。この図に示されるように、Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２は、先端側から基端側に向けて徐々に大きくなっている。すなわち、本実施形態に係る第１のジョー１２０は、先端側よりも基端側の方が、単位面積当たりの剛性が高くなっている。

また、断面係数Ｚ_ｘを無次元化するために断面係数Ｚ_ｘを断面積Ａ_ｘの３／２乗で除した値Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２について考える。断面係数Ｚ_ｘは最大応力が掛かる把持面１２２における応力に係る値、すなわち曲げに対する強度を表すので、Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は、単位面積当たりの第１のジョー１２０の折れにくさを表す。第１のジョー１２０の把持部１２５における、先端からの距離ｘとＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２との関係を図８に示す。この図に示されるように、Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は、先端側から基端側に向けて徐々に大きくなっている。すなわち、本実施形態に係る第１のジョー１２０は、先端側よりも基端側の方が、単位面積当たりの曲げに対する強度が高くなっている。ここでは、第１のジョー１２０について、Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２及びＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２について説明したが、第２のジョー１３０についても同様である。

腹腔鏡下鉗子は、金属製のクリップを把持部１２５の基端で強く把持することがある。また、把持部１２５の先端側よりも、支点ピン１４０に近い把持部１２５の基端側の方が、テコ比により把持力量が上がる傾向がある。このため、把持部１２５は、先端側よりも基端側の方がより高い強度が要求される。一方で、把持部１２５は、剥離等の処置の行いやすさのため、より細い形状が望まれる。また、把持部１２５が撓むと、処置を正確に行えなくなったり、処置対象周辺の視認性が低下したりする。このため、把持部１２５は撓まないことが要求される。

本実施形態の第１のジョー１２０及び第２のジョー１３０のように、断面２次モーメントＩ_ｘを断面積Ａ_ｘの２乗で除した値Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２が先端側よりも基端側の方が大きくなるように設計されることによって、第１のジョー１２０及び第２のジョー１３０について、より高い強度が要求される基端側において十分な強度が確保され得る。また、断面係数Ｚ_ｘを断面積Ａ_ｘの３／２乗で除した値Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２が先端側よりも基端側の方が大きくなるように設計されることによって、第１のジョー１２０及び第２のジョー１３０について、より高い剛性が要求される基端側において十分な剛性が確保され得る。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る処置装置２０の概略図を図９に示す。この図に示されるように、処置装置２０は、処置部２１０と、シャフト２６０と、操作部２７０と、電源ユニット２９０とを備える。以降説明のため、処置部２１０側を先端側、操作部２７０側を基端側と称することにする。処置装置２０は、処置部２１０で処置対象である例えば血管といった生体組織を把持し、把持した生体組織に高周波電圧を印加して、この生体組織を封止したり凝固させたりする。また、処置装置２０は、超音波振動を用いて、処置部２１０で把持した生体組織を封止等しながら切断する。

シャフト２６０は、中空のシースを含む。このシース内には、超音波を伝達して長手方向に振動するプローブ２１５が配置されている。プローブ２１５の基端は、操作部２７０に位置している。プローブ２１５の先端側はプローブ処置部２２０を構成する。プローブ処置部２２０は、シースから突出して処置部２１０に位置している。

処置部２１０には、ジョー２５０が設けられている。ジョー２５０は、プローブ２１５の先端部に対して開閉動作する。この開閉動作によって、プローブ処置部２２０及びジョー２５０は、処置対象である生体組織は把持する。なお、プローブ処置部２２０の一部とジョー２５０の一部とは、把持された生体組織に高周波電圧を印加するバイポーラ電極として機能する。プローブ処置部２２０の一部又はジョー２５０の一部が、モノポーラ電極として機能してもよい。

操作部２７０には、操作部本体２７２と、固定ハンドル２７４と、可動ハンドル２７６と、回転ノブ２７８と、出力スイッチ２８０とが設けられている。操作部本体２７２には、超音波振動子ユニットが設けられている。この超音波振動子ユニットには、プローブ２１５の基端側が接続されている。超音波振動子ユニットには、超音波振動子が設けられており、超音波振動子が発生した超音波振動は、プローブ２１５によって伝達される。その結果、プローブ処置部２２０は、その長手方向に振動し、処置部２１０で把持された生体組織は切断される。

固定ハンドル２７４は、操作部本体２７２に対して固定されており、可動ハンドル２７６は、操作部本体２７２に対して変位する。可動ハンドル２７６は、シャフト２６０内を挿通してジョー２５０に接続されたワイヤやロッドに接続されている。このワイヤやロッドを介して、可動ハンドル２７６の動作はジョー２５０に伝達される。ジョー２５０は、可動ハンドル２７６の動作に応じて、プローブ処置部２２０に対して変位する。回転ノブ２７８は、回転ノブ２７８より先端側を回転させるためのノブである。回転ノブ２７８の回転に応じて処置部２１０及びシャフト２６０は回転し、処置部２１０の角度が調整される。

出力スイッチ２８０は、例えば２つのボタンを含む。一方のボタンが押圧されたとき、出力スイッチ２８０は、処置部２１０によって高周波電圧の印加と超音波振動子の駆動とが行われるための信号を出力する。その結果、処置部２１０で把持された生体組織は、封止や凝固され、切断される。また、他方のボタンが押圧されたとき、出力スイッチ２８０は、処置部２１０によって高周波電圧の印加のみが行われて超音波振動子の駆動が行われないための信号を出力する。その結果、処置部２１０で把持された生体組織は、切断されずに、封止や凝固される。

操作部２７０の基端側には、ケーブル２８６の一端が接続されている。ケーブル２８６の他端は、電源ユニット２９０に接続されている。電源ユニット２９０は、制御部２９２と、超音波駆動部２９４と、高周波駆動部２９６とを含む。制御部２９２は、処置装置２０の各部の制御を行う。例えば制御部２９２は、出力スイッチ２８０からの入力に応じて、超音波駆動部２９４や高周波駆動部２９６の動作を制御する。超音波駆動部２９４は、制御部２９２の制御下で、超音波振動子を駆動させる。高周波駆動部２９６は、制御部２９２の制御下で、処置部２１０に高周波電流を供給する。

本実施形態に係る処置装置２０の動作について説明する。術者は、電源ユニット２９０の入力部を操作して、処置装置の出力条件、例えば、高周波エネルギの出力の設定電力、超音波エネルギの出力の設定電力等を設定しておく。処置装置２０は、それぞれの値が個別に設定されるようになっていてもよいし、術式に応じた設定値のセットが選択されるようになっていてもよい。

処置部２１０及びシャフト２６０は、例えば、腹壁を通して腹腔内に挿入される。術者は、可動ハンドル２７６を操作して処置部２１０を開閉させ、プローブ処置部２２０とジョー２５０とによって処置対象である生体組織を把持する。術者は、処置部２１０で生体組織を把持したら、出力スイッチ２８０を操作する。２つある出力スイッチ２８０のうち、一方のボタンが押圧されたとき、出力スイッチ２８０は、処置部２１０によって高周波電圧の印加と超音波振動子の駆動とが行われるための信号を出力する。この信号を取得した電源ユニット２９０の制御部２９２は、超音波駆動部２９４及び高周波駆動部２９６に、駆動に係る指示を出力する。

高周波駆動部２９６は、制御部２９２の制御下で、処置部２１０のプローブ処置部２２０及びジョー２５０に高周波電圧を印加し、処置対象である生体組織に高周波電流を流す。高周波電流が流れると、生体組織が電気的な抵抗となるため、生体組織で熱が発生し、生体組織の温度が上昇する。このときの生体組織の温度は、例えば１００℃程度になる。その結果、タンパク質が変成し、生体組織が凝固し封止される。

また、超音波駆動部２９４は、制御部２９２の制御下で、超音波振動子を駆動する。その結果、プローブ処置部２２０は、その長手方向に超音波周波数で振動する。生体組織とプローブ処置部２２０との摩擦熱により、生体組織の温度が上昇する。その結果、タンパク質が変成し、生体組織が凝固し封止される。なお、この超音波振動による生体組織の封止効果は、高周波電圧の印加による封止効果よりも弱い。また、生体組織の温度は、例えば２００℃程度になる。その結果、生体組織は崩壊し、生体組織は切断される。このように、処置部２１０で把持された生体組織は、凝固し及び封止されながら切断される。以上によって生体組織の処置は完了する。

操作部本体２７２内の振動子ユニット２３０について、図１０を参照して説明する。この図に示されるように、振動子ユニット２３０は、振動子ケース２３２を有する。振動子ケース２３２の内部には、圧電逆効果によって超音波振動を発生する超音波振動子２３４が設けられている。超音波振動子２３４には、一対の電気信号線２３５ａ及び電気信号線２３５ｂが接続されている。超音波振動子２３４は、電気信号線２３５ａ及び電気信号線２３５ｂ並びにケーブル２８６を介して電源ユニット２９０の超音波駆動部２９４に接続されている。超音波振動子２３４は、超音波駆動部２９４によって駆動され、超音波振動を起こす。超音波振動子２３４の先端側には、超音波振動の振幅を拡大するために、柱状のホーン２３６が連結されている。ホーン２３６は、振動子ケース２３２によって支持されている。ホーン２３６の先端部には、雌ネジ部２３７が形成されている。

プローブ２１５の構成を図１１に示す。この図に示されるように、プローブ２１５の基端部には、雄ネジ部２３８が設けられている。プローブ２１５の雄ネジ部２３８は、ホーン２３６の雌ネジ部２３７に取り付けられる。ホーン２３６にプローブ２１５が取付けられることにより、超音波振動子２３４で発生した超音波振動は、ホーン２３６を介して、プローブ２１５の先端のプローブ処置部２２０まで伝達される。このように、プローブ２１５は、基端から先端までへ超音波振動を伝達する。プローブ２１５のうちプローブ処置部２２０よりも基端側の部分をプローブ伝達部２４０と称することにする。

処置部２１０の側面図を図１２に示す。シャフト２６０の先端からは、プローブ２１５の先端部であるプローブ処置部２２０が突出している。シャフト２６０の先端部には、第１の回転軸２５１を中心軸として回転可能にジョー２５０の支持部材２５２が設けられている。支持部材２５２の先端付近には、第２の回転軸２５３が設けられており、第２の回転軸２５３を中心軸として回転可能に把持部材２５４が設けられている。把持部材２５４は、支持部材２５２の位置に応じて、支持部材２５２に対して回転できる。その結果、処置部２１０は、先端側と基端側とで把持する生体組織の厚みが異なっても、生体組織を先端側と基端側とで同じ圧力で把持することができる。処置対象である生体組織に均一な圧力を加えることは、生体組織の安定した封止及び凝固、並びに切除に効果を奏する。プローブ処置部２２０の長さ、すなわち、プローブ２１５のうちジョー２５０と対向する部分の長さは約２０ｍｍである。

プローブ２１５の長手軸と垂直な断面における処置部２１０の断面図を図１３に示す。この図において、プローブ２１５とジョー２５０の把持部材２５４とは閉じられている。この図に示されるように、処置部２１０におけるプローブ２１５、すなわちプローブ処置部２２０の断面形状は、八角形である。また、把持部材２５４は、電極部２５６とパッド部材２５７とを有する。パッド部材２５７は、フッ素樹脂等の絶縁性の材料によって形成されている。処置部２１０が閉じられた状態において、プローブ処置部２２０とパッド部材２５７とが当接し、プローブ処置部２２０と電極部２５６との間には、間隙が形成される。処置装置２０の使用時において、処置部２１０が生体組織を把持し高周波電圧を印加するとき、この間隙部分に位置する生体組織内を電流が流れる。その結果、電流が流れた部分の生体組織は封止又は凝固する。また、超音波振動子２３４が振動するとき、プローブ処置部２２０がその長手軸方向に振動し、パッド部材２５７とプローブ処置部２２０とに挟まれた部分において、生体組織はプローブ処置部２２０と摩擦し切断される。

プローブ２１５の側面図を図１４Ａに、プローブ２１５の上面図を図１４Ｂに示す。これらの図において、２点鎖線はプローブ２１５が振動するときの振動速度分布を表す。また、図１４Ａ中の白抜き矢印は、生体組織を把持したときの把持荷重が掛かる方向を示す。図１４Ｂに示されるように、プローブ処置部２２０は、先端側が生体組織を把持する把持面内において湾曲している。プローブ２１５の全長は例えば２４０ｍｍであり、ジョー２５０と対向するプローブ処置部２２０の長さは約２０ｍｍである。

プローブ２１５が伝達する超音波の振動周波数は例えば４７ｋＨｚであり、波長は例えば９５ｍｍである。すなわち、図１４Ａ及び図１４Ｂに示されるように、プローブ２１５の長さは、２．５波長分の長さに設定されている。また、プローブ処置部２２０の長さは、４分の１波長分の長さの約０．８倍に設定されている。

プローブ伝達部２４０の最大外径は、例えば３．５ｍｍである。シャフト２６０の外径は例えば８ｍｍである。プローブ２１５は、基端部より先端部の方が細くなっているため、振動速度は先端部側で拡大される。プローブ２１５における振動速度は、基端部で例えば３ｍ／ｓｐ−ｐであり、先端部で例えば２４ｍ／ｓｐ−ｐである。

図１４Ａ中に示したＸＶ−ＸＶ線、すなわち、プローブ処置部２２０におけるプローブ２１５の断面形状を図１５に示す。この図に示されるように、プローブ処置部２２０の基端側における断面形状は八角形である。ここで、図１５において白抜き矢印で示された面がジョー２５０と対向する面である。このジョー２５０と対向する辺に隣接する２つの辺がなす角は、例えば１００〜１１０°である。プローブ処置部２２０の把持荷重が掛かる方向の長さを高さＨとし、高さ方向と垂直な方向の長さを幅Ｗとしたときに、幅Ｗと高さＨとの比は、例えばＷ：Ｈ＝１〜１．２：１である。なお、図１４Ａ中に示したＸＶＩ−ＸＶＩ線、すなわち、プローブ伝達部２４０におけるプローブ２１５の断面形状を図１６に示す。この図に示されるように、プローブ伝達部２４０の断面形状は円形である。

プローブ処置部２２０は、その把持面と反対側の裏面が削られて、先端程細くなっているため、プローブ処置部２２０の断面形状は、先端からの位置に応じて異なる。先端からの距離ｘにおける本実施形態に係るプローブ処置部２２０の断面形状を図１７Ａ乃至図１７Ｉに示す。ここで、図１７Ａは先端から１ｍｍ、図１７Ｂは先端から２ｍｍ、図１７Ｃは先端から６ｍｍ、図１７Ｄは先端から９ｍｍ、図１７Ｅは先端から１１ｍｍ、図１７Ｆは先端から１５ｍｍ、図１７Ｇは先端から１８ｍｍ、図１７Ｈは先端から２０ｍｍ、図１７Ｉは先端から２１ｍｍの位置における断面をそれぞれ示す。これらの図に示されるように、本実施形態に係るプローブ処置部２２０は、図１５を参照して説明した８角柱を、把持面と反対側の裏面について削った形状をしている。また、先端から３ｍｍ以内の部分が他の部分に比べて幅が細くなっている。

第１の実施形態の説明と同様に、プローブ処置部２２０における、先端からの距離ｘと、断面２次モーメントＩ_ｘを断面積Ａ_ｘの２乗で除した値、すなわちＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２との関係を図１８に示す。この図に示されるように、先端から約３ｍｍまでは、先端側から基端側へ向けて徐々にＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２は小さくなるが、先端から約３ｍｍの位置よりも基端側では、先端側から基端側へ向けて徐々にＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２は大きくなる。そして、最も基端側の位置において、Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２は最も大きくなる。すなわち、本実施形態に係るプローブ処置部２２０は、先端から約３ｍｍの位置よりも基端側では、先端側から基端側に向けて、単位面積当たりの剛性が徐々に高くなり、基端において最も単位面積当たりの剛性が高くなっている。

また、プローブ処置部２２０における、先端からの距離ｘと、断面係数Ｚ_ｘを断面積Ａ_ｘの３／２乗で除した値、すなわちＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２との関係を図１９に示す。この図に示されるように、先端から約３ｍｍまでは、先端側から基端側へ向けて徐々にＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は小さくなるが、先端から約３ｍｍの位置よりも基端側では、先端側から基端側へ向けて徐々にＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は大きくなる。そして、最も基端側の位置において、Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は最も大きくなる。すなわち、本実施形態に係るプローブ処置部２２０は、先端から約３ｍｍの位置よりも基端側では、先端側から基端側に向けて、単位面積当たりの曲げに対する強度が徐々に高くなっており、基端において最も単位面積当たりの曲げに対する強度が高くなっている。

図１４Ａに２点鎖線で示されるように、プローブ２１５における超音波振動速度は、プローブ処置部２２０の先端において最大となり、先端からの距離が１／４波長分の長さとなる位置においてゼロとなる。すなわち、プローブ処置部２２０の振動速度は、先端側より基端側の方が小さい。このため、処置部２１０における超音波振動による生体組織の切開は、先端よりも基端側で切れにくくなる。処置部２１０の基端側で生体組織の切れ残りが生じないように、プローブ処置部２２０とジョー２５０とによる把持力を先端側よりも基端側で高くすることが望まれる。基端側の把持力を高くするとき、プローブ処置部２２０は、基端側において、撓みにくく、また強度が高いことが要求される。一方で、超音波振動の振動速度を拡大させるためには、プローブ処置部２２０は、細いことが要求される。また、プローブ処置部２２０の振動速度が高くなり過ぎると、生体組織の温度が十分に上がらずに凝固が十分に行われずに、切開だけが行われるようになる。したがって、プローブ処置部２２０の先端側と基端側との断面積には、適切な値がある。

プローブ処置部２２０の形状を本実施形態のようにすることで、適切な断面積を維持しながらＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２が先端側よりも基端側の方が大きくなって、基端側において先端側よりも撓みにくくなる。さらに、本実施形態のようにＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２が先端側よりも基端側の方が大きくなって、基端側において先端側よりも強度が高くなる。すなわち、本実施形態によれば、適切な断面積を維持しながら、十分な撓みにくさと、十分な強度とが確保される。

なお、処置部２１０の基端部における凝固・切開能力を向上させるために、本実施形態に加えて、例えば次のような工夫を採用することもできる。

プローブ２１５の太さを先端側と基端側と異ならせることで、伝達する超音波の波長を変化させることができる。すなわち、プローブ２１５の基端と先端とが同じ径の場合、例えば図２０に破線で示されるような速度分布となるが、基端側が先端側よりも太いと、例えば図２０に実線で示されるような速度分布になる。式で表すと次のようになる。基端と先端とが同じ径の場合、波長λは、共振周波数ｆと音速ｃによって、

で与えられる。一方、基端が太く先端が細く、基端と先端とがエクスポネンシャル曲線で形成されている場合、波長λは、

で与えられる。ここで、Ｓ_１は基端の断面積、Ｓ_２は先端の断面積を示す。このように、プローブ２１５の太さを調整することで、節の位置を含めて振動速度分布が調整され得る。

また、プローブ処置部２２０に残留応力を付与すると、プローブ処置部２２０を超音波振動させたときに、この残留応力が付与された位置において、熱が発生する。この熱により、残留応力が付与された部分において、処置部２１０の生体組織を切開する能力や生体組織を凝固させる能力が向上する。処置部２１０の基端側における処置能力を向上させるため、例えば図２１に基端部２２２として斜線を付した部分に残留応力を付与することも有効である。

また、残留応力に限らず、他の部分よりも比重が高い金属が用いられると、その部分で発熱する。したがって、例えばチタン合金で形成されたプローブ処置部２２０において、図２１に基端部２２２として斜線を付した部分にステンレス鋼等といったチタン合金より比重が高い金属が用いられることで、処置部２１０の基端側における処置能力が向上し得る。

また、処置部２１０の基端部２２２おいて切開能力を高めるために、基端部２２２における断面形状を例えば図２２に示されるようにすることができる。すなわち、プローブ処置部２２０のジョー２５０と対向する面を平面とせずに、エッジ２２４が設けられた形状とすることができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第２の実施形態では、操作部２７０に超音波振動子２３４が設けられ、超音波は、シャフト２６０内に挿通されたプローブ２１５によって処置部２１０のプローブ処置部２２０に伝達される。これに対して本実施形態では、シャフト２６０の先端に超音波振動子が設けられている。

本実施形態に係るシャフト２６０の先端部に設けられた処置部３００の構成例を図２３に示す。なお、本実施形態では、超音波振動子がシャフト２６０の先端部にあるため、超音波振動子が操作部２７０に設けられておらず、また、シャフト２６０内に超音波を伝達するプローブ伝達部２４０が設けられていない。これらの点を除き、処置装置２０の構成は、図９を参照して説明した第２の実施形態の場合と同様である。

図２３に示されるように、処置部３００は、超音波振動子３１０と、プローブ処置部３２０と、ジョー３５０とを備える。超音波振動子３１０には、７つの圧電素子３１２が含まれる。これら圧電素子３１２は、環形状をしており、それぞれ環形状の電極３１３に挟まれて積層されている。超音波振動子３１０の両端には、環形状の絶縁板３１４が設けられている。このようにして、環形状の圧電素子３１２、電極３１３、及び絶縁板３１４が積層されることによって、全体として中空の円筒形状をした振動部材３１１が構成される。

処置部３００には、超音波伝達部材３２５が設けられている。超音波伝達部材３２５の先端側は、プローブ処置部３２０を構成する。超音波伝達部材３２５のプローブ処置部３２０の基端には、凸部３２７が設けられている。この凸部３２７には、圧電素子３１２等を含む振動部材３１１が押し付けられている。超音波伝達部材３２５の凸部３２７よりも基端側には、貫通部３２９が設けられている。貫通部３２９は、円筒形状をした振動部材３１１の中心部を貫通する。すなわち、貫通部３２９は、圧電素子３１２、電極３１３、絶縁板３１４等を貫通する。貫通部３２９は、圧電素子３１２及び絶縁板３１４には接触しているが、電極３１３には接触していない。貫通部３２９の基端側には、裏打板３１５が設けられている。裏打板３１５は、超音波振動子３１０を超音波伝達部材３２５の凸部３２７に押し付ける。

振動部材３１１は、シリンダ３１６内に配置されている。このシリンダ３１６は、超音波振動子３１０を覆うカバーとなっている。シリンダ３１６の先端側の端部には、Ｏリング３１７が設けられている。Ｏリング３１７は、超音波伝達部材３２５とシリンダ３１６との隙間を封止することで、シリンダ３１６内部への液体の侵入を防止する。シリンダ３１６の先端側には、連結部材３１８が設けられている。連結部材３１８には、ジョー３５０が接続されている。プローブ処置部３２０とジョー３５０とにより、処置部３６０が構成されている。連結部材３１８には、連結部材３１８に設けられた第１の回転軸３５１を中心軸として回転可能にジョー３５０の支持部材３５２が設けられている。

支持部材３５２の先端付近には、第２の回転軸３５３が設けられており、第２の回転軸３５３を中心軸として回転可能に把持部材３５４が設けられている。把持部材３５４は、支持部材３５２の位置に応じて、支持部材３５２に対して回転できる。その結果、処置部３６０は、先端側と基端側とで把持する生体組織の厚みが異なっても、生体組織を先端側と基端側とで同じ圧力で把持することができる。処置対象である生体組織に均一な圧力を加えることは、生体組織の安定した封止及び凝固、並びに切除に効果を奏する。

処置部３６０が閉じた状態における、先端側から見たプローブ処置部３２０及び把持部材３５４の断面図を図２４に示す。この図に示されるように、プローブ処置部３２０の把持部材３５４と対向する面を把持面としたときに、プローブ処置部３２０の中心軸に対して把持面の裏面となる面に溝が設けられており、プローブ処置部３２０の断面形状は、Ｕ字型をしている。すなわち、プローブ処置部３２０のＵ字型の底部は、把持部材３５４と対向している。

把持部材３５４には、パッド部材３５７が設けられている。パッド部材３５７は、フッ素樹脂等の絶縁性の材料によって形成されている。処置部３６０が閉じられた状態において、プローブ処置部３２０とパッド部材３５７とが当接し、プローブ処置部３２０と把持部材３５４との間には、間隙が形成される。処置装置２０の使用時において、処置部３６０が生体組織を把持し高周波電圧を印加するとき、プローブ処置部３２０と把持部材３５４とが対向する間隙部分に位置する生体組織内を電流が流れる。すなわち、プローブ処置部３２０と把持部材３５４とは、バイポーラ電極として機能する。その結果、電流が流れた部分の生体組織は封止又は凝固する。また、超音波振動子３１０が振動するとき、プローブ処置部３２０がその長手軸方向に振動し、プローブ処置部３２０と把持部材３５４とに挟まれた部分において、生体組織はプローブ処置部３２０と摩擦し切断される。

超音波振動子３１０の振動部材３１１について、図２５及び図２６を参照してさらに説明する。図２６は、超音波振動子３１０の各圧電素子３１２の両端に設けられた電極３１３を構成する電極部材３１９の斜視図である。図２５に示されるように、超音波振動子３１０には、電極部材３１９が２つ互い違いに設けられている。一方の電極部材３１９の端部を＋電極３１９１とし、他方の電極部材３１９の端部を−電極３１９２とする。＋電極３１９１と−電極３１９２との間に電圧を印加すると、各圧電素子３１２の両端には、例えば図２５に示されるような電圧が印加される。このように、各圧電素子３１２の両端に超音波に相当する周波数の交流電圧が印加されることで、各圧電素子３１２は振動し、超音波を発生する。超音波振動子３１０は、７つの圧電素子３１２が積層されていることで、大きな変位を発生する。

また、絶縁板３１４と裏打板３１５との間には、超音波伝達部材３２５と接する高周波電極３２１が設けられている。この高周波電極３２１を介して、超音波伝達部材３２５には、高周波電圧が印加される。図２５に示されるように、絶縁板３１４は、超音波伝達部材３２５と、電極部材３１９とを絶縁している。

超音波伝達部材３２５等の各部の寸法を図２７乃至図２９に示す。図２７は、超音波伝達部材３２５を先端側から見た正面図である。この図に示されるように、プローブ処置部３２０の幅は例えば１．７ｍｍであり、プローブ処置部３２０に設けられた溝の幅は、例えば１．２ｍｍである。

図２８は超音波伝達部材３２５等の側面図であり、図２９は超音波伝達部材３２５等の断面図である。プローブ処置部３２０の先端位置を原点とし、基端側に向けて長さを定義する。プローブ処置部３２０の把持部材３５４と対向する把持部分の長さは１５ｍｍである。先端から絶縁板３１４までの長さは、例えば２７ｍｍである。超音波伝達部材３２５の長さは例えば４１ｍｍである。プローブ処置部３２０は、先端程高さが低くなっている。プローブ処置部３２０の把持部材３５４と対向する把持面は、超音波伝達部材３２５の長手方向の中心軸と平行である。一方、プローブ処置部３２０の把持部材３５４と対向する面と反対側である裏面は、中心軸に対して例えば４°傾いている。先端部におけるプローブ処置部３２０の高さは例えば１．４ｍｍであり、基端部におけるプローブ処置部３２０の高さは３．２ｍｍである。基端部におけるプローブ処置部３２０の溝の深さは、例えば２．５ｍｍである。溝の底部は、中心軸と平行である。圧電素子３１２の外径は、例えば５ｍｍである。

図２８の２点鎖線は超音波振動子３１０によって発生した超音波振動の振動速度を表す。本実施形態では、超音波伝達部材３２５が超音波振動子３１０と接する凸部３２７において、振動の節が生じる。図２８に示されるように、プローブ処置部３２０は、先端程細くなっているので、先端程振動速度が拡大されている。

本実施形態に係るプローブ処置部３２０における、先端からの距離ｘと、断面２次モーメントＩ_ｘを断面積Ａ_ｘの２乗で除した値、すなわちＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２との関係を図３０に示す。この図に示されるように、Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２は、先端側から基端側へ向けて徐々に高くなる。そして、最も基端側の位置において、Ｉ_ｘ／Ａ_ｘ ^２は最も大きくなる。すなわち、本実施形態に係るプローブ処置部３２０は、先端側から基端側に向けて、単位面積当たりの剛性が徐々に高くなり、基端において最も単位面積当たりの剛性が高くなっている。

また、プローブ処置部３２０における、先端からの距離ｘと、断面係数Ｚ_ｘを断面積Ａ_ｘの３／２乗で除した値、すなわちＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２との関係を図３１に示す。この図に示されるように、Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は、先端側から基端側へ向けて徐々に高くなる。そして、最も基端側の位置において、Ｚ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２は最も大きくなる。すなわち、本実施形態に係るプローブ処置部３２０は、先端側から基端側に向けて、単位面積当たりの曲げに対する強度が徐々に高くなっており、基端において最も単位面積当たりの曲げに対する強度が高くなっている。

プローブ処置部３２０の形状を本実施形態のようにすることで、適切な断面積を維持しながらＩ_ｘ／Ａ_ｘ ^２が先端側よりも基端側の方が大きくなって、基端側において先端側よりも撓みにくくなる。さらに、本実施形態のようにＺ_ｘ／Ａ_ｘ ^３／２が先端側よりも基端側の方が大きくなって、基端側において先端側よりも強度が高くなる。すなわち、本実施形態によれば、適切な断面積を維持しながら、十分な撓みにくさと、十分な強度とが確保される。

本実施形態の変形例について図３２及び図３３を参照して説明する。本変形例に係る超音波振動子３１０及び超音波伝達部材３２５の断面図を図３２に、上面図を図３３に示す。この図に示されるように、本変形例に係るプローブ処置部３２０は、第３の実施形態に係るプローブ処置部３２０よりも基端側が太い。また、本変形例に係るプローブ処置部３２０は、基端側でＵ字型の溝の深さが深くなるように、溝底部が中心軸に対して傾いている。

本変形例のような構造を有することで、プローブ処置部３２０の基端側が太くなっているため、把持荷重による応力が分散し、プローブ処置部３２０に掛かる最大応力が低下する。その結果、本変形例に係るプローブ処置部３２０は、把持荷重に対して強くなる。また、Ｕ字型の溝底部が中心軸に対して傾いており、基端側で溝が深くなっているため、プローブ処置部３２０の先端部に向けて徐々に断面積が小さくなっており、プローブ処置部３２０の処置部における振動速度は高められる。

Claims (9)

1. 細長形状をした第１の把持部材と、
   把持対象である生体組織と接する把持部を含み、前記第１の把持部材との間に前記生体組織を把持するように前記第１の把持部材に対して変位する第２の把持部材であって、前記把持部における前記第１の把持部材と接続している側の端を基端とし、前記把持部における自由端側の端を先端とし、前記把持部の長手軸と垂直な断面における、前記第１の把持部材の重心と当該第２の把持部材の重心とを通る直線と垂直な軸を基準として計算した断面２次モーメントをＩ、断面係数をＺ、断面積をＡとしたときに、前記把持部のＩ／Ａ^２は前記基端が最も大きい、及び／又は、前記把持部のＺ／Ａ^３／２は前記基端が最も大きい第２の把持部材と、
   を具備し、
   前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが前記生体組織を把持しているとき、前記第２の把持部材は超音波振動するように構成されており、
   前記把持部の前記基端を含む第１の領域に残留応力が付与されている、
   処置具。
2. 前記把持部のＩ／Ａ^２は、前記先端から前記基端に向けて徐々に大きくなる、及び／又は、
   前記把持部のＺ／Ａ^３／２は、前記先端から前記基端に向けて徐々に大きくなる、
   請求項１に記載の処置具。
3. 前記第１の把持部材及び／又は前記第２の把持部材は、前記生体組織に高周波電圧を印加するように構成されている、請求項１に記載の処置具。
4. 前記把持部の前記断面における断面積は、前記先端よりも前記基端で大きい、請求項１に記載の処置具。
5. 前記把持部の前記基端を含む第１の領域を形成する材料の密度は、前記把持部のうち前記第１の領域以外の第２の領域を形成する材料の密度よりも高い、請求項１に記載の処置具。
6. 前記第１の領域はステンレス鋼で形成されており、前記第２の領域はチタン合金で形成されている、請求項５に記載の処置具。
7. 前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが前記生体組織を把持しているとき、前記第２の把持部材は超音波振動するように構成されており、
   前記把持部の前記断面の断面形状は、
   前記基端を含む第１の領域において前記第１の把持部材と対向する面にエッジが設けられている形状であり、
   前記先端を含む第２の領域において八角形である、
   請求項１に記載の処置具。
8. 前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが前記生体組織を把持しているとき、前記第２の把持部材は超音波振動するように構成されており、
   前記把持部の前記第１の把持部材と対向する面を把持面とし、前記把持部の中心軸に対して前記把持面と反対側の面を裏面としたときに、
   前記把持部の前記断面における断面形状がＵ字型形状となるように、前記把持部は前記裏面に溝を有する形状をしており、
   前記溝の幅は一定であり、
   前記溝の底部は、前記把持部の前記長手軸の方向に伸びる中心軸と平行である、又は前記把持部の先端側よりも前記把持部の基端側の方が前記把持面側に傾いており、
   前記把持部は、前記把持面から前記裏面までの高さが基端側よりも先端側の方が低い、
   請求項１に記載の処置具。
9. 前記第２の把持部材は、超音波振動するように構成されており、前記断面における断面形状は、Ｕ字形状である、
   請求項１に記載の処置具。

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