超声波振动设备的制作方法
【专利摘要】实现尺寸减小的同时确保在所有径向上大致均等的刚性。本发明提供了一种超声波外科手术设备，其包括：由弹性体形成的并且具有大致规则的多边形截面的多边形柱状弹性体（11）；被固定到多边形柱状弹性体（11）的相反侧面并且在板厚度方向上被极化的板状的压电元件（12）；被固定到该多边形柱状弹性体（11）的端部并且具有比该多边形柱状弹性体（11）的直径小的直径的棒状接触器（13）；以及驱动脉冲发生电路，该驱动脉冲发生电路通过如下方式使棒状接触器（13）超声波振动：通过将交流电压在板厚度方向上施加到压电元件（12）产生使多边形柱状弹性体（11）在长度方向上伸缩的纵向振动。
【专利说明】超声波振动设备
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种超声波振动设备。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，已知用于移除脂肪的装置是超声波振动设备，专利文献I和2中公开了超声波振动设备的不例。专利文献I所公开的超声波振动设备设置有用作振子的螺杆紧固兰杰文型振子(a bolt-clamped Langevin transducer)。此外,专利文献2所公开的超声波外科手术设备设置有多个层叠在一起的振子，其中压电元件仅被安装到包括诸如切断/凝固刀等终端操控器的板状弹性体的一个侧面。
[0003]引用列表
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开平6-20462号公报
[0006]专利文献2:日本特开2009-136700号公报
【发明内容】
_7] 发明要解决的问题
[0008]然而，在专利文献I中所公开的超声波振动设备存在如下问题:如果减小了该设备的振子的直径，圆环状压电元件的宽度(内径和外径之间的差)变得非常小，使得归因于压电元件的制造困难而不能形成螺杆紧固兰杰文型振子。此外，在专利文献2中所公开的超声波外科手术设备存在如下问 题:利用上述构造，弹性体在厚度方向(即，在振子被层叠的方向)上的刚性低，取决于终端操控器和脂肪接触的角度，这可能使得有效治疗变得困难。
[0009]鉴于上述情况构思了本发明，并且本发明的目的是提供一种超声波振动设备，其能够在实现尺寸减小的同时确保所有径向上大致均等的刚性。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]为了实现上述目的，本发明提供了如下方案。
[0012]本发明的方面是如下的超声波振动设备，其包括:柱状构件，所述柱状构件由弹性体形成，并且所述柱状构件具有大致圆形截面或大致规则的多边形截面；板状的压电元件，所述压电元件被固定到所述柱状构件的相反侧面上并且在板厚度方向上被极化；棒状构件，所述棒状构件被固定到所述柱状构件的端部，并且所述棒状构件具有比所述柱状构件的直径小的直径；以及电压施加部，所述电压施加部通过如下方式使所述棒状构件超声波振动:通过将交流电压在板厚度方向上施加到所述压电元件而产生使所述柱状构件在长度方向上伸缩的纵向振动。
[0013]利用该方面，当电压施加部将交流电压在板厚度方向上施加到压电元件时，压电元件在与其极化方向正交的方向(即，与板厚度方向正交的方向)上伸缩，这由此使由弹性体形成的柱状构件产生纵向振动。然后，归因于柱状构件的纵向振动在与轴线平行的方向上的振动被传送到棒状构件，使棒状构件在轴向上超声波振动。因此，通过将这种棒状构件插入诸如心包腔(pericardial cavity)等体腔中，并且在棒状构件的顶端和粘附到体腔的内壁的脂肪接触的状态下使棒状构件超声波振动，脂肪可以通过棒状构件的顶端和该脂肪之间的摩擦被熔融(乳化)。
[0014]在这种情况下，通过将振子构造使得板状压电元件被固定到具有大致圆形或大致规则的多边形截面的柱状构件的侧面，可以确保振子在所有径向上大致均等的刚性，同时实现柱状构件的直径减小以及压电元件的尺寸减小。相应地，例如，不管棒状构件的顶端和脂肪接触的角度和方向如何，该脂肪都可以通过均匀发生的摩擦被熔融。
[0015]在上述方面中，所述柱状构件可以是大致多边形柱状构件。
[0016]利用这种构造，平板状压电元件可以被固定到柱状构件的单个侧面。因此，例如，如果柱状构件是矩形柱状构件，则压电元件被固定到该柱状构件的四个侧面上并且使压电元件均等地伸缩，由此有效地产生柱状构件的纵向振动，这能够增强被传送到棒状构件的轴向上的振动。注意，如果一对压电元件被布置在柱状构件的一组的相反的两侧面上，则可以在有效地实现了柱状构件的纵向振动的情况下进一步减小该设备的尺寸。
[0017]此外，在上述方面中，所述柱状构件可以具有大致圆锥形状或大致棱锥形状，其中所述柱状构件的截面积朝向固定所述棒状构件的端部减小。
[0018]利用这种构造，通过使柱状构件在其端部的截面积与棒状构件的截面积相近的方式可以使柱状构件和棒状构件在它们之间的固定位置处的机械阻抗相似。因此，可以实现柱状构件和棒状构件之间的良好的机械阻抗匹配，并且柱状构件的振动能量可以被有效地传送到棒状构件。
[0019]此外，通过将柱状构件形成为大致圆锥形状或大致棱锥形状(geometrical-pyramid shape),可以增大与固定棒状构件所在的端部相反的基部处的截面积。因此，可以增大固定到柱状构件的侧面的基端部的压电元件的表面积，并且可以增加在柱状构件处产生的振动能量。此外，通`过使柱状构件的端部变小，可以通过增强插入体腔的容易性等而改善设备的可用性。
[0020]此外，在上述方面中，一对压电元件被彼此面对地布置并且所述柱状构件布置在所述一对压电元件之间，所述一对压电元件可以以使得其极化方向相对于彼此指向相同的方向的方式被固定到所述柱状构件。
[0021]利用这种构造，通过借助于不同相位的引线来连接彼此面对的一对压电元件，可以使该对压电元件以相同相位伸缩，这可以使柱状构件产生纵向振动。因此，不需要接地的引线，这能够减少线的数量。
[0022]此外，在上述方面中，一对压电元件被彼此面对地布置并且所述柱状构件布置在所述一对压电元件之间，所述一对压电元件可以以使得其极化方向相对于彼此指向相反的方向的方式被固定到所述柱状构件。
[0023]利用这种构造，通过借助于相同相位的引线来连接彼此面对的一对压电元件，可以使该对压电元件以相同相位伸缩，这可以使柱状构件产生纵向振动。
[0024]此外，上述方面可以设置有:壳体，所述壳体容纳所述柱状构件；以及保持构件，所述保持构件被设置在所述壳体和所述柱状构件之间，并且所述保持构件在所述竖直振动纵向振动的节点处保持所述柱状构件。[0025]利用这种构造，柱状构件可以经由保持构件被保持在壳体中。通过这种方式将柱状构件保持在屈曲振动的节点处，可以防止在柱状构件处产生的振动能量逃逸到壳体的外部。因此,可以在棒状构件处高效地产生超声波振动。
[0026]此外，在上述方面中，所述柱状构件和所述棒状构件可以具有抽吸路径，能够通过所述抽吸路径抽吸组织。
[0027]利用这种构造，通过棒状构件的超声波振动熔融的组织(例如，乳化的脂肪组分)可以经由抽吸路径排到外部。
[0028]此外，在上述方面中，所述柱状构件和所述棒状构件可以设置有液体供给路径，能够通过所述液体供给路径供给液体。
[0029]利用这种构造，诸如盐溶液等的液体可以经由液体供给路径被供给到体腔中，借助于液体能够促进棒状构件的超声波振动传播到生物体，因此，可以提高乳化脂肪的效率。
[0030]此外，上述方面可以设置有:振动检测电极，所述振动检测电极用于检测所述柱状构件的振动；以及频率控制部，所述频率控制部用于改变通过所述电压施加部待施加的交流电压的频率，使得由所述振动检测电极所检测的振动的振幅值与预先设定的振幅值相
坐寸ο
[0031]利用这种构造，当在由振动检测电极检测的柱状构件的纵向振动的振幅值发生载荷波动时，在柱状构件中的纵向振动的振幅值(即，在棒状构件中的纵向振动的振幅值)可以通过频率控制部的操作而保持不变。
[0032]此外，在上述方面中，所述压电元件可以是通过层叠多个压电元件构件形成的。
[0033]利用这种构造，与具有相同外部尺寸的单层压电元件(单板压电元件)的情况相t匕，可以将驱动电压降低到与压电元件构件的层叠层数的倒数大致对应的量。例如，当采用具有三层结构的层叠型压电元件时，与在采用单板压电元件的情况相比，驱动电压降低到1/3。
[0034]发明的有益.效果
[0035]本发明提供能够在实现尺寸减小的同时确保在所有径向上大致均等的刚性的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是根据本发明的第一实施方式的超声波外科手术设备的总体构造图。
[0037]图2是图1中的振子的顶视图。
[0038]图3是图1中的振子的侧视图。
[0039]图4是图2和图3中的压电元件的外形图。
[0040]图5是图1中的超声波外科手术设备的相关部分的顶视图。
[0041]图6是沿着图5中的A-A'截取的截面图。
[0042]图7是示出了当操作图1中的振子时在轴向上的伸缩振动的图。
[0043]图8是用于图1中的超声波外科手术设备的操作效果的说明图。
[0044]图9是用于图1中的超声波外科手术设备的另一操作效果的说明图。
[0045]图10是根据第一变型例的振子的顶视图。
[0046]图11是图10中的振子的侧视图。[0047]图12是根据第二变型例的振子的顶视图。
[0048]图13是根据第二变型例的另一振子的顶视图。
[0049]图14是根据第三变型例的振子的顶视图。
[0050]图15图是图14中的振子的侧视图。
[0051]图16是根据第四变型例的振子的顶视图。
[0052]图17是图16中的振子的侧视图。
[0053]图18是根据第五变型例的振子的顶视图。
[0054]图19是图18中的振子的侧视图。
[0055]图20是根据第五变型例的另一振子的顶视图。
[0056]图21是根据图20中的振子的侧视图。
[0057]图22是根据第六变型例的振子的顶视图。
[0058]图23是根据本发明的第二实施方式的振子的顶视图。
[0059]图24是图23中的振子的侧视图。
[0060]图25是根据本发明的第二实施方式的超声波外科手术设备的相关部分的纵向截面图。
[0061]图26是根据第七变型例的振子的顶视图。
[0062]图27是图26中的振子的侧视图。
[0063]图28是图27中的棒状接触器的局部放大纵向截面图。
[0064]图29是根据本发明的第三实施方式的压电元件的外形图。
[0065]图30是根据本发明的第三实施方式的超声波外科手术设备的总体构造图。
[0066]图31是示出了图30中的超声波外科手术设备的执行过程的流程图。
[0067]图32是图30中的超声波外科手术设备的操作效果的说明图。
[0068]图33是根据本发明的第四实施方式的压电元件的外形图。
[0069]图34是图33中的压电元件的分解图。
[0070]图35是图33中的压电元件的沿着A-A'截取的截面图。
【具体实施方式】
[0071]第一实施方式
[0072]下面将通过使用图1至图22说明本发明的第一实施方式。在下文中，将说明在用于移除体腔中的脂肪的超声波外科手术设备中采用了根据本发明的超声波振动设备的示例。
[0073]如图1所示，根据本实施方式的超声波外科手术设备I设置有:振子10，该振子10被插入体腔中；驱动脉冲发生电路(电压施加部)21，该驱动脉冲发生电路21产生驱动脉冲；以及驱动IC23，该驱动IC23放大驱动脉冲并且将它们输出到振子10。 [0074]如图2和图3所示，振子10设置有:柱状构件(多边形柱构件，下文中，称为多边形柱状弹性体)11，该柱状构件11是由弹性体形成的矩形柱；板状压电元件12，该板状压电元件12被固定到多边形柱状弹性体11的四个侧面，这些压电元件中的每一个均在板厚度方向上被极化；以及棒状接触器(棒状构件)13，该棒状接触器13被固定到多边形柱状弹性体11的端部，并且该棒状接触器13具有比多边形柱状弹性体11的直径小的直径。[0075]用于多边形柱状弹性体11的材料是由具有大Q值的诸如钛合金、不锈钢等的组分形成的。压电元件12通过使用环氧树脂被粘合到多边形柱状弹性体11的四个侧面。孔被设置在多边形柱状弹性体11的顶端，棒状接触器13借助于压力配合或粘合被插入固定到该孔中。
[0076]用于压电元件12的原料是锆钛酸铅(PZT)。如图4所示，压电元件12具有在其正面和背面上设置有电极的矩形板状并且在板厚度方向上被极化。如图4所示，极化方向由极化矢量P示出，而极化矢量P是从正表面(正面)指向负表面(背面)的矢量。如图2所示，这些压电元件12被安装到四个侧面，关注极化方向使得各极化矢量P的方向指向多边形柱状弹性体11。
[0077]如图3所示，用于将交流电压施加于压电元件12的引线14A借助于导电粘合剂或焊料被连接到压电元件12的电极表面。这四根引线14A被彼此连接，形成了用作驱动相的A端子。用作共用电极的GND端子由引线14G形成，借助于导电粘合剂或焊料将引线14G连接到多边形柱状弹性体11的底面。 [0078]如图5和图6所示，圆形状的壳体15被设置在振子10的外部以便包围振子10。包围在壳体15中的振子10形成了超声波外科手术设备I的主要部分。橡胶片(保持构件)16在振子10中发生纵向振动的节点附近(下面说明)被设置在壳体15和振子10之间。换句话说，振子10借助于橡胶片16被保持在壳体15中。通过将振子10保持在节点附近，可以防止振动能量逃逸到壳体15等的外部。
[0079]此外，用于引线14A和14G的连接器17被设置在壳体15的底面。保持线18被连接到连接器17。尽管附图中未示出，引线14A和14G被包含在保持线18内。此外，保持线18同时起着保持和操作壳体15 (及其内部的振子10)的作用。
[0080]如图1所示，驱动脉冲发生电路21输出与预定的谐振频率相对应的频率的驱动脉冲。通过输出驱动脉冲，驱动脉冲发生电路21通过经由引线14A将交流电压在板厚度方向上施加到压电元件12而使多边形柱状弹性体11产生纵向振动，因而产生棒状接触器13的超声波振动。下面将说明当在多边形柱状弹性体11产生纵向振动时所涉及的操作细节。
[0081]驱动IC23放大自驱动脉冲发生电路21的驱动脉冲并且将它们输出至振子10。
[0082]如上所述，通过将被驱动IC23放大的各驱动脉冲施加到振子10的A相，可以使振子10 (棒状接触器13)在轴向上伸缩。
[0083]下面将说明具有上述构造的根据本实施方式的超声波外科手术设备I的操作效
果O
[0084]首先，将说明振子10的操作。
[0085]当交流电压被施加在A端子和GND端子之间时，在四个压电元件12中在与极化方向正交的方向(即，在与板厚度方向正交的方向)上产生使伸缩的力，所有的压电兀件12同时伸展或同时收缩。因此，如图7所示，通过施加具有多边形柱状弹性体11的纵向振动(在与轴线L平行的方向上的振动)用的谐振频率的交流电压，能够通过四个压电元件12的伸缩而在多边形柱状弹性体11中激发纵向振动模式。
[0086]如图7所示，尽管存在低阶的纵向振动模式以及高阶的纵向振动模式，但激发在多边形柱状弹性体11的大致中央部的一个位置处存在节点S的纵向振动模式。结果，在与轴线L平行的方向上的振动通过多边形柱状弹性体11的纵向振动被传送到棒状接触器13，这使棒状构件13在轴线L的方向上超声波振动(竖直地振动)。
[0087]下面将说明在这种情况下的驱动电路的控制。
[0088]如图1所示,具有与预定谐振频率相对应的频率的驱动脉冲从驱动脉冲发生电路21输出并且被驱动IC23放大。被驱动IC23放大的信号被施加到A相，使振子10 (棒状接触器13)在轴线L的方向上伸缩。
[0089]将通过使用图8和图9说明设置有执行上述操作的振子10的超声波外科手术设备I的操作效果。
[0090]在图8中，振子10经由鞘等被插入心包腔C中，该心包腔C是心膜(pericardium)B和心外膜Gpicardium)(在心脏的外表面处的膜)A之间的空间。通常，粘附到心肌表面的脂肪D会诱发心肌梗塞等。通过在纵向振动的棒状接触器13的顶端与脂肪D接触的方式，纵向振动的棒状接触器13可以借助于超声波振动使脂肪D熔融(乳化)。注意，如图9所示，可以通过仅将棒状接触器13插入心包腔C中而进行脂肪移除。
[0091]如上所述，利用根据本实施方式的超声波外科手术设备1，通过使四个电压元件12全部在与其板厚度方向正交的方向上同时伸缩而使多边形柱状弹性体11产生纵向振动，纵向振动被传送到棒状接触器13，棒状接触器13在轴线L的方向上超声波振动。因此，通过将这种超声波振动的棒状接触器13插入诸如心包腔等体腔中，使其顶端与粘附在体腔的内壁的脂肪接触，可以通过柱状接触器13的顶端和脂肪之间的摩擦使脂肪熔融(乳化)。
[0092]在这种情况下，通过将板状压电元件12固定到具有大致规则多边形截面的多边形柱状弹性体11的四个侧面的方式构造振子10，可以确保在振子10的所有径向上大致均匀的刚性，同时实现了多边形柱状弹性体11的直径的减小，以及压电元件12的尺寸减小。相应地，例如，不管棒状接触器13的顶端与脂肪接触的角度和方向如何，该脂肪都可以被均匀产生的摩擦熔融。此外， 通过减小振子10的直径，可以从心包腔内侧或心包腔外侧使粘附在心肌表面的脂肪被容易地熔融。
[0093]第一变型例
[0094]下面将说明根据本实施方式的超声波外科手术设备I的第一变型例。
[0095]注意，下文中，关于根据各变型例的超声波外科手术设备，与上述实施方式共同的部件将赋予相同的附图标记，省略了其的说明，并且将主要说明不同之处。
[0096]尽管在上述实施方式中，压电元件12被粘合到多边形柱状弹性体11的四个侧面，但作为第一变型例，如图10和图11所示，一对压电元件12可以仅被安装到多边形柱状弹性体11的相反两侧面上。通过这样，可以实现振子10的进一步的尺寸减小。此外，当采用这种变型例时，也可以通过在多边形柱状弹性体11和棒状接触器13中产生高度对称的纵向振动来进行高效的脂肪移除。
[0097]第二变型例
[0098]尽管在本实施方式中已描述了为四角柱的多边形柱状弹性体11作为柱状构件的示例，具有大致多边形柱状构件是足够的，而不限于角η (η为任意整数)的数量。作为第二变型例，例如，可以采用图12中示出的三角形柱状构件的多边形柱状构件21Α或图13中示出的六边形柱状构件的多边形柱状构件21Β，并且压电元件12可以被固定到其的单个侧面上。当采用这种变型例时，也可以 在多边形柱状弹性体21Α或21Β和棒状接触器13中产生高度对称的纵向振动。
[0099]第三变型例
[0100]尽管在上述实施方式中采用多边形柱状弹性体11作为弹性体(柱状构件)，但作为第三变型例，如图14和图15所示，可以采用横截面积朝向其顶端减小的棱锥形状的弹性体31。在这种情况下，采用具有梯形平面形状的压电元件12。
[0101]利用根据该变型例的超声波外科手术设备，可以使在棒状接触器13和棱锥形状弹性体31之间连接位置的附近处棒状接触器13的机械阻抗和棱锥形状弹性体31的机械阻抗相似。因此，可以实现良好的机械阻抗配合，并且棱锥形状弹性体31的振动能量可以被更有效地传送到棒状接触器13。
[0102]此外，通过采用棱锥形状弹性体31，棱锥形状弹性体31的横截面积可以在其基端部增大。相应地，可以确保用于压电元件12与棱锥形状弹性体31的侧面结合的较大表面积，这能够增加在棱锥形状弹性体31中产生的振动能量。此外，可以使振子10的顶端变小，可以通过增强插入体腔的容易性等而改善设备的可用性。
[0103]第四变型例
[0104]尽管在上述实施方式中各压电元件12被固定成使得对于所有的压电元件12的极化方向(极化矢量P的方向)都是朝向多边形柱状弹性体11，但作为第四变型例，如图16和图17所示，压电元件12被固定到多边形柱状弹性体11的四个侧面使得相反的压电元件12的极化矢量P在相同的方向上。
[0105]此外，关于引线14，消除共享的GND端子，在驱动设备时，在各对相反的压电元件12的一侧用作正极A端子，另一侧用作负极A端子。通过这样，因为所有的压电元件12以彼此相同的相位伸缩，所以可以激发多边形柱状弹性体11的纵向振动。此外，可以将引线14的数量减少与GND端子相对应的数量。`
[0106]第五变型例
[0107]尽管上述实施方式中的棒状接触器13借助于压力配合或粘合被插入且固定到多边形柱状弹性体11的孔，但作为第五变型例，如图18和图19所示，圆锥形喇叭构件35被设置在多边形柱状弹性体11和棒状接触器13之间，其中，圆锥形喇叭构件35的横截面积从多边形柱状弹性体11朝向棒状接触器13逐渐减小。
[0108]通过插入这种喇叭构件35，多边形柱状弹性体11和棒状接触器13之间的机械阻抗可以被匹配，可以增大棒状接触器13的振幅。
[0109]尽管以具有圆锥形状的喇叭构件35的示例已说明了这种变型例，但可选地，可以采用具有棱锥形状的喇叭构件。
[0110]此外，尽管在该变型例中设置了喇叭构件35，但可选地，棒状接触器13本身的形状可以由圆锥型的喇叭形状(或棱锥型)形成。当采用这种变型例时，因为棒状接触器13的截面积朝向其的顶端逐渐减小，所以多边形柱状弹性体11和棒状13之间的机械阻抗可以被匹配，可以增大在棒状接触器13的顶端处的振幅。
[0111]第六变型例
[0112]尽管以采用多边形柱状弹性体11作为柱状构件的示例已说明了上述实施方式，但作为第六变型例，如图22所示，可以采用多边形柱状弹性体11的角部被移除的倒角的多边形柱状弹性体(大致多边形柱状构件)61。通过这样，减少了在多边形柱状弹性体61中的尖锐部的数量，这有助于该多边形柱状弹性体61的把持。
[0113]第二实施方式
[0114]接着，将参照图23至图28说明根据本发明的第二实施方式的超声波外科手术设备2。在下文中，关于根据各实施方式的超声波外科手术设备，与上述实施方式共同的部件将赋予相同的附图标记，省略了其说明，并且将主要说明不同之处。
[0115]如图23和图24所示，在轴向上突出的后端突起37被设置在多边形柱状弹性体11的底端部。此外，棒状接触器13、多边形柱状弹性体11和后端突起37设置有通孔(抽吸路径)36，该通孔36在轴向上不中断地贯通棒状接触器13、多边形柱状弹性体11和后端突起37。此外，与通孔36连通的多个侧孔38被设置在棒状接触器13的侧面。
[0116]如图25所示，后端突起37借助于连接器17被连接到抽吸软管39，并且通孔36与抽吸软管39连通。抽吸软管39和保持线18在成束状态下延伸。注意，尽管未示出，抽吸泵被设置在抽吸软管39的另一端。
[0117]接着，下面将说明根据本实施方式的超声波外科手术设备2的操作。
[0118]首先，与上述实施方式一样，根据本实施方式的超声波外科手术设备2的振子10经由鞘等被插入心包腔C中(见图8)。在这种状态下，通过借助于驱动脉冲发生电路21在板厚度方向上将交流电压施加到压电元件12，在多边形柱状弹性体11产生纵向振动，从而使棒状接触器13产生超声波振动。
[0119]当超声波振动棒状接触器13在其顶端与脂肪D接触时，该超声波振动棒状接触器13可以使脂肪D乳化。被棒状接触器13乳化的脂肪D借助于抽吸软管39从设置在棒状接触器13的顶端面上的通孔36或设置在其侧面上的侧孔38中被抽吸并且被排到外部。
[0120]如上所述，利用根据本实施`方式的超声波外科手术设备2，除了上述实施方式所提供的相同优点以外，还可以将通过棒状接触器13的超声波振动所乳化的脂肪成分排到体外。当通孔36在与作为抽吸路径时不同的时刻被使用时，通孔36可以被用作液体供给孔。注意，尽管在该实施方式中为了图示、侧孔38仅被设置成朝向X方向，但它们可以被设置成朝向Y方向，并且期望侧孔38以放射状的方式被设置朝向多个方向。
[0121]第七变型例
[0122]本实施方式可以被如下地变型。
[0123]尽管在上述实施方式中设置了用于连通棒状接触器13、多边形柱状弹性体11和后端突起37的一个通孔36，但作为第七变型例，如图26和图27所示，液体供给通孔(液体供给路径)36a和抽吸通孔(抽吸路径)36b被设置为独立的通孔。后端液体供给突起37a和后端抽吸突起37b中的每一者均在轴向上突出，该后端液体供给突起37a和该后端抽吸突起37b被设置在多边形柱状弹性体11的底端面。此外，如图28所示，分别与液体供给通孔36a和抽吸通孔36b连通的侧孔38被设置于棒状接触器13的侧面。
[0124]利用根据该变型例的超声波外科手术设备，诸如盐溶液等的液体可以经由液体供给通孔36a被供给到体腔中，并且液体(盐溶液等)可以被可靠地置于脂肪部和棒状接触器13之间。通过这样，可以促进超声波振动传播到脂肪，这能够提高乳化脂肪的效率。尽管该变型例中为了图示、侧孔38仅被设置成朝向X方向，但它们可以被设置成朝向Y方向，并且期望侧孔38以放射状的方式被设置成朝向多个方向。
[0125]第三实施方式[0126]接着，将参照图29至图32说明根据本发明的实施方式的超声波外科手术设备3。
[0127]如图29所示，根据本实施方式的超声波外科手术设备的压电元件40的特征是其电极被绝缘区域43分为两部分。上部用作驱动电极41并且下部用作振动检测电极(振动检测用电极)42。在安装到多边形柱状弹性体11的四个侧面的压电元件12中的一个或多个位置处设置这种压电元件40是足够的。注意，在压电元件40被设置在多个位置的情况下，从这些压电元件的输出应该被并联。
[0128]接着，下面将说明根据本实施方式的超声波外科手术设备3的操作。
[0129]尽管当电压被施加到压电元件40时该压电元件变形(逆压电效应)，但是该变形产生了电压(压电效应)。因此，通过观察振动检测电极32的电压，可以检测到与振动的大小成比例的交流电压。
[0130]图30示出了采用振动检测电极42 (振动检测相)的驱动电路。
[0131]具有初始值频率的交流驱动脉冲从驱动脉冲发生电路21输出并且被驱动IC23放大。放大的驱动脉冲被施加到振子10的A相。
[0132]当使振子10振动时，交流电压从振动检测相输出。其信号由振动检测电路24检测，按预定增益放大该信号，并且被输入到振幅比较电路26。在振幅比较电路26处将来自振动输出电路24的振幅值与预先设定为振幅设定值25的振幅值进行比较，并且将其判断信号输出到频率控制电路(频率控制部)27。此处，确定将要设定的频率，将所设定的频率的结果输出到驱动脉冲发生电路21，并且更新驱动频率。因此，在驱动脉冲发生电路21处产生的驱动脉冲总是被控制在期望的振动振幅值。
[0133]以下将通过使用图31中的流程图说明上述控制。
[0134]如图30所示，将由 振动检测电路24检测的驱动脉冲的振幅值(下文中，称为“检测振幅值”)定义为a，而将预先设定为振幅设定值25的振幅值(下文中，称为“设定振幅值”)定义为b。在振幅比较电路26处比较检测振幅值a和设定振幅值b (步骤SI)。
[0135]如果设定振幅值b比检测振幅值a大，则借助于频率控制电路27减小由驱动脉冲发生电路21所产生的驱动脉冲的驱动频率(步骤S2)。另一方面，如果设定振幅值b比检测振幅值a小，则借助于频率控制电路27增大由驱动脉冲发生电路21所产生的驱动脉冲的驱动频率(步骤S3)。
[0136]此处，如图32所示，棒状接触器13和多边形柱状弹性体11的振动振幅在谐振频率(fr)处达到最大值。当在棒状接触器13上施加载荷时，其振幅特征总体降低。因此，在这种情况下，使驱动频率与谐振频率相近以便实现相同的振幅。注意，频率控制范围被设定成比谐振频率高。
[0137]如上所述，利用根据本实施方式的超声波外科手术设备3，振动检测电极42被设置为压电元件40的电极；振子10的振动被不断地检测；以及频率被不断地控制使得检测值保持不变。通过这样，即使当振动振幅发生载荷波动时，多边形柱状弹性体11的振幅值(即，棒状接触器13的超声波振动的振幅值)可以被保持不变，这使得能够实现脂肪的稳定熔融。
[0138]第四实施方式
[0139]接着，将参照图33至图35说明根据本发明的第四实施方式的超声波外科手术设备。[0140]在本实施方式中所采用的压电元件50是具有层叠结构的压电元件，即层叠型压电元件。如图34所示，通过将具有几十微米的厚度的独立压电片(压电元件构件)51、52、53的表面的一部分设置绝缘部，而在层叠型压电元件50上形成内部电极(银钯)54。这些压电片被如图34所示地层叠，接着被烧制。最终，如图34所示，外部电极(银)55被电镀。
[0141]利用根据本实施方式的超声波外科手术设备，采用如上所述的层叠型压电元件，通过采用层叠型压电元件，可将驱动电压降低到与层叠片的数量的倒数相对应的量。与在采用通常的单板压电元件的情况相比，因为在本实施方式中层叠型压电元件采用三层结构，所以驱动电压降低到1/3。
[0142]在本实施方式中，通过在内部电极54的一部分中设置振动检测区域能够进行与上述第三实施方式中的控制相同的控制，这能够实现脂肪的稳定熔融。
[0143]此外，尽管在本实施方式中采用具有三层结构的层叠型压电元件，但还可以采用具有N层结构(N为整数)的层叠型压电元件。在这种情况下，驱动电压可以被设定为1/N。
[0144]如上所述，尽管参照附图已详细说明了本发明的实施方式，具体的构造不限于这些实施方式，还包括在不背离本发明的精神的范围的情况下的设计变更等。例如，本发明不限于各实施方式及上述变型例的应用，而可以用在这些实施方式和变型例被适当组合的实施方式中，并且没有特别的限制。此外，在上述各实施方式中，以具有大致规则的多边形截面的多边形柱状弹性体11、31和61作为柱状构件的示例进行了描述；然而，只要压电元件12可以以与柱状构件的侧面紧密接触的方式被固定，取代大致规则的多边形截面的柱状构件可以采用具有大致圆形截面的柱状构件。
[0145]附图标记说明
[0146]1、2、3超声波外科手术设备(超声波振动设备)
[0147]11、31、61多边形柱状弹性体(柱状构件)
[0148]12压电元件
[0149]13棒状接触器(棒状构件)
[0150]15 壳体
[0151]16橡胶片(保持构件)
[0152]21驱动脉冲发生电路(电压施加部)
[0153]27频率控制电路(频率控制部)
[0154]35通孔(抽吸路径)
[0155]36a液体供给通孔(液体供给路径)
[0156]36b抽吸通孔(抽吸路径)
[0157]42振动检测电极(振动检测用电极)
[0158]51、52、53压电片(压电元件构件)
【权利要求】
1.一种超声波振动设备,其包括: 柱状构件，所述柱状构件由弹性体形成，并且所述柱状构件具有大致圆形截面或大致规则的多边形截面； 板状的压电元件，所述压电元件被固定到所述柱状构件的相反侧面上并且在板厚度方向上被极化； 棒状构件，所述棒状构件被固定到所述柱状构件的端部，并且所述棒状构件具有比所述柱状构件的直径小的直径；以及 电压施加部，所述电压施加部通过如下方式使所述棒状构件超声波振动:通过将交流电压在板厚度方向上施加到所述压电元件而产生使所述柱状构件在长度方向上伸缩的纵向振动。
2.根据权利要求1所述的超声波振动设备，其特征在于，所述柱状构件是大致多边形柱状构件。
3.根据权利要求1所述的超声波振动设备，其特征在于，所述柱状构件具有大致圆锥形状或大致棱锥形状，其中所述柱状构件的截面积朝向固定所述棒状构件的端部减小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波振动设备，其特征在于，一对压电元件被彼此面对地布置并且所述柱状构件 布置在所述一对压电元件之间，所述一对压电元件以使得其极化方向相对于彼此指向相同的方向的方式被固定到所述柱状构件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波振动设备，其特征在于，一对压电元件被彼此面对地布置并且所述柱状构件布置在所述一对压电元件之间，所述一对压电元件以使得其极化方向相对于彼此指向相反的方向的方式被固定到所述柱状构件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声波振动设备，所述超声波振动设备进一步包括: 壳体，所述壳体容纳所述柱状构件；以及 保持构件，所述保持构件被设置在所述壳体和所述柱状构件之间，并且所述保持构件在所述纵向振动的节点处保持所述柱状构件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声波振动设备，其特征在于，所述柱状构件和所述棒状构件具有抽吸路径，能够通过所述抽吸路径抽吸组织。
8.根据权利要求7所述的超声波振动设备，所述柱状构件和所述棒状构件设置有液体供给路径，能够通过所述液体供给路径供给液体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声波振动设备，所述超声波振动设备进一步包括: 振动检测电极，所述振动检测电极用于检测所述柱状构件的振动；以及 频率控制部，所述频率控制部用于改变通过所述电压施加部待施加的交流电压的频率，使得由所述振动检测电极所检测的振动的振幅值与预先设定的振幅值相等。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的超声波振动设备，其特征在于，所述压电元件是通过层叠多个压电元件构件形成的。
【文档编号】A61B18/00GK103889354SQ201280051731
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2011年10月24日
【发明者】舟窪朋树, 鹤田博士 申请人:奥林巴斯株式会社