液体喷射装置及医疗设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种液体喷射装置及医疗设备。解决了切除深度根据液体喷射装置的喷射口的移动速度的变化而不稳定的问题。上述液体喷射装置包括：根据驱动信号改变液体室中的压力的变动部；具有从液体室喷射液体的喷射口的喷射管；对液体室供给液体的液体供给部；通过控制变动部和液体供给部而调整液体室中的压力的控制部。控制部根据喷射口的移动速度改变作为驱动信号从第一规定电压达到第二规定电压的时间的上升时间。
【专利说明】液体喷射装置及医疗设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及液体的喷射。
【背景技术】
[0002]在用作医疗设备的液体喷射装置中，已知一种测量喷射口的加速度，并基于该加速度选择液体喷射的模式的技术(例如专利文献1)。
[0003]上述现有技术具有的问题在于对由于喷射口的移动速度的变化而导致的切除深度不稳定的问题未加以考虑。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开第2012-143374号公报
【发明内容】
[0007]本发明是为了解决上述问题中的至少一个而进行的，通过如下方式实现。
[0008]根据本发明的一方面，提供一种液体喷射装置。该液体喷射装置包括:变动部，其根据驱动信号改变液体室内的压力；喷射管，其具有从上述液体室喷射液体的喷射口 ；液体供给部，其向上述液体室供给液体；以及控制部，其通过控制上述变动部和上述液体供给部来调整上述液体室内的压力，其中，上述控制部根据上述喷射口的移动速度改变上述驱动信号从第一规定电压达到第二规定电压的时间。按照该方式，可根据移动速度改变上升时间(驱动信号从第一规定电压达到第二规定电压的时间)，因此，切除深度是稳定的。这是因为上升时间是与切除深度相关的参数。
[0009]在上述方式的液体喷射装置中，当上述移动速度为第一速度时，上述控制部将上述上升时间设定为第一时间，而当上述移动速度为比上述第一速度更快的第二速度时，则将上述上升时间设定为比上述第一时间更短的第二时间。前述的方式例如可以这样的方式来实现。
[0010]在上述方式的液体喷射装置中，当上述移动速度为上述第二速度时，上述控制部将上述驱动电压的最大电压设定为第一电压，而当上述移动速度为比上述第二速度更快的第三速度时，则将上述驱动信号的最大电压设定为比上述第一电压更高的第二电压。按照该方式，可根据移动速度改变驱动信号的最大电压，因此，切除深度是稳定的。这是因为驱动信号的最大电压是与切除深度相关的参数。
[0011]在上述方式的液体喷射装置中，当上述移动速度为上述第二速度时，上述控制部将上述液体的流量设定为第一流量，而当上述移动速度为上述第三速度时，则将上述液体的流量设定为比上述第一流量更多的第二流量。由于根据该方式，当驱动信号的最大电压为第一电压时设定为第一流量，当驱动信号的最大电压为第二电压时设定为第二流量，因此，可根据最大电压改变流量。
[0012]在上述方式的液体喷射装置中，当上述移动速度为比上述第三速度更快的第四速度时，上述控制部将上述上升时间设定为比上述第二时间更短的第三时间，将上述驱动信号的最大电压设定为比上述第二电压更高的第三电压。根据该方式，即使是在移动速度增至第四速度的情况下，也可容易地使切除深度稳定。
[0013]在上述方式的液体喷射装置中，当上述移动速度为上述第四速度时，上述控制部将上述液体的流量设定为第三流量。根据该方式，在移动速度为第四速度的情况下，可设定为不同于第三速度以下的情况的流量。
[0014]在上述方式的液体喷射装置中，上述控制部在上述移动速度为比上述第一速度慢的第一规定速度时、以及在上述移动速度为比上述第一规定速度慢的第二规定速度时，均分别将上述上升时间和上述驱动信号的最大电压和上述液体的流量设定为规定值。根据该方式，当移动速度为标准值以下时，可将上升时间和最大电压和液体的流量均设定为规定值。
[0015]本发明可以以上述以外的各种方式实现。例如，可通过液体喷射方法、手术方法、用于实现这些方法的程序、存储了这些程序的存储介质等方式实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是液体喷射装置的构成图。
[0017]图2是液体喷射机构的内部构造图。
[0018]图3是表示喷射处理的流程图。
[0019]图4是表示驱动波形的一个周期的波形的图。
[0020]图5是表不上升时间与喷射口的速度之间的关系的图。
[0021]图6是表示峰值电压与喷射口的速度之间的关系的图。
[0022]图7是表示流量的确定方法的图。
[0023]图8是表示对上升时间的变化导致的影响进行调查的实验结果的表。
[0024]符号说明
[0025]10、液体喷射装置20、液体喷射机构
[0026]22、后端部24、前端部
[0027]30、脉动发生部31、第一壳体
[0028]32、第二壳体33、第三壳体
[0029]34、螺栓35、压电元件
[0030]36、加固板37、隔膜
[0031]38、填料39、液体室
[0032]40、入口流路41、出口流路
[0033]50、液体供给机构51、连接管
[0034]52、液体供给流路54、连接管
[0035]55、喷射管58、喷射口
[0036]60、吸引装置62、吸引流路
[0037]64、吸引口65、吸引力调整机构
[0038]66、操作部67、孔
[0039]69、加速度传感器70、控制部
[0040]71、控制电缆72、信号电缆
[0041]74、电极线75、脚踏开关
[0042]80、液体容器。
【具体实施方式】
[0043]图1示出液体喷射装置10的构成。液体喷射装置10是在医疗机构中使用的医疗设备，通过对患者喷射液体，而具有切开或切除患部的功能。
[0044]液体喷射装置10包括:液体喷射机构20、液体供给机构50、吸引装置60、控制部70、液体容器80。液体供给机构50和液体容器80通过连接管51彼此连接。液体供给机构50和液体喷射机构20通过液体供给流路52彼此连接。连接管51和液体供给流路52由树脂形成。连接管51和液体供给流路52也可以由树脂以外(例如金属)的材料形成。
[0045]液体容器80存储生理盐水。也可以用纯水或药液代替生理盐水。液体供给机构50将通过连接管51从液体容器80吸入的液体通过液体供给流路52供给液体喷射机构20。
[0046]液体喷射机构20是由液体喷射装置10的使用者手持操作的仪器。使用者通过将从喷射口 58间歇地喷出的液体对准患部喷射，进行患部的切开或切除。
[0047]控制部70通过信号电缆72将驱动信号发送至脉动发生部30。控制部70通过控制电缆71控制液体供给机构50，从而对供给脉动发生部30的液体流量进行控制。控制部70上连接有脚踏开关75。当使用者接通脚踏开关75时，控制部70即控制液体供给机构50，并在对脉动发生部30进行液体供给的同时，将驱动信号发送至脉动发生部30，使供给至脉动发生部30的液体压力产生脉动。
[0048]吸引装置60用于吸引喷射口 58周围的液体和切除物。吸引装置60和液体喷射机构20通过吸引流路62互相连接。吸引装置60在开关导通时，始终对吸引流路62的内部进行吸引。吸引流路62贯穿于液体喷射机构20中，并在喷射管55的前端附近开口。
[0049]吸引流路62通过在液体喷射机构20中包覆喷射管55，如图1的A向视图所示，喷射管55的管壁和吸引流路62的管壁形成为大致同心的圆筒。在喷射管55的外壁与吸引流路62的内壁之间形成作为吸引流路62的前端的吸引口 64吸入的吸引物流经的流道。吸引物通过吸引流路62被吸入吸引装置60。另外，该吸引通过结合图2的后述调整机构调難
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[0050]图2示出液体喷射机构20的内部构造。液体喷射机构20除了内置脉动发生部30、入口流路40、出口流路41、连接管54、加速度传感器69，还具备吸引力调整机构65。[0051 ] 脉动发生部30使通过液体供给流路52从液体供给机构50供给至液体喷射机构20的液体的压力产生脉动。发生了压力的脉动的液体供给至喷射管55。供给至喷射管55的液体间歇地从喷射口 58喷射出。喷射管55由不锈钢形成。喷射管55也可以由黄铜等其它金属和强化塑料等具有规定以上的刚度的其它材料形成。
[0052]如图2的下部所示，脉动发生部30具有:第一壳体31、第二壳体32、第三壳体33、螺栓34、压电元件35、加固板36、隔膜37、填料38、入口流路40及出口流路41。第一壳体31和第二壳体32彼此对置地接合。第一壳体31是筒状部件。第一壳体31的一方的端部通过由螺栓34固定第三壳体33而被密封。在第一壳体31的内部形成的空间中配置有压电元件35。
[0053]压电元件35是层叠型压电元件。压电元件35的一端通过加固板36固定在隔膜37上。压电元件35的另一端固定住第三壳体33上。隔膜37由金属薄膜制作，周缘部粘合于第一壳体31上。隔膜37与第二壳体32之间形成液体室39。液体室39通过压电兀件35的驱动改变容积。
[0054]信号电缆72从液体喷射机构20的后端部22插入。2根电极线74容纳在信号电缆72中，并连接到脉动发生部30中的压电元件35。从控制部70发出的驱动信号通过信号电缆72中的电极线74被发送至压电元件35。压电元件35根据驱动信号伸缩。
[0055]第二壳体32上连接有液体流入的入口流路40。入口流路40呈U字形弯曲，并向液体喷射机构20的后端部22延伸。入口流路40上连接有液体供给流路52。由液体供给机构50供给的液体通过液体供给流路52供给至液体室39。
[0056]若压电元件35以规定的频率伸缩，隔膜37即会振动。隔膜37 —振动，液体室39的容积即发生变化，液体室中的液体的压力即产生脉动。通过了液体室39的液体从出口流路41流出。
[0057]出口流路41连接至第二壳体32。出口流路41上通过金属制连接管54连接有喷射管55。流出至出口流路41的液体通过连接管54、喷射管55从喷射口 58喷射出。
[0058]吸引力调整机构65是用于调整吸引流路62从吸引口 64吸引液体等的力的机构。吸引力调整机构65具有操作部66和孔67。孔67是连接吸引流路62和操作部66的贯通?L。若使用者用把持液体喷射机构20的手的手指开闭孔67，则根据其开闭程度，通过孔67流入吸引流路62中的空气的量可得到调整，进而吸引口 64的吸引力也得到调整。吸引力的调整也可以通过吸引装置60的控制来实现。
[0059]液体喷射机构20具有加速度传感器69。加速度传感器69是压阻式三轴加速度传感器。该三轴是如图2所示的XYZ各轴。X轴与孔67的贯通方向平行，向上为正方向。Z轴与喷射管55的长轴方向平行，将液体喷射方向作为负方向。Y轴以X轴和Z轴为标准，由右手坐标系来定义。
[0060]如图2所示，加速度传感器69配置在前端部24附近。测量结果通过信号线(未图示出)及信号电缆72输入控制部70。
[0061]图3是示出喷射处理的流程图。喷射处理是在脚踏开关75被踩下时由控制部70反复进行的。首先，算出喷射口 58的速度S (步骤S100)。这里言及的速度S，是在XY平面上的速度的绝对值。也就是说，是一个忽略了 Z轴方向的速度的速度绝对值。速度S基于由加速度传感器69测量的三轴的加速度而计算出。
[0062]算出速度S作为影响患部的切除深度的参数。因为每单位时间作用于患部的每一局部区域的切除能力，会受到喷射口 58与患部之间的相对速度的影响。在本实施方式中，考虑到患部随患者的呼吸等而移动的情况，可以将速度S视为患部与喷射口 58的相对速度，并假定患部保持规定的移动量以下的状态进行说明。
[0063]接下来，根据算出的速度S，确定驱动信号的波形(以下也称“驱动波形”)的上升时间(步骤S200)。图4是示出驱动波形的一个周期的波形的图。纵轴表示电压，横轴表示时间。
[0064]本实施方式的驱动波形被描述为正弦曲线的组合。在电压从0至峰值之间，由下面的公式描述。
[0065]V ⑴=Vp {1-cos (3i T/Tr} /2 (其中，0 彡 T 彡 Tr)
[0066]V为电压，Vp为电压的峰值(峰值电压)，T为时间，Tr为上升时间。Vp是设定在Vmin < Vp < Vmax范围内的可变值。Tr是设定在Tmin ^ Tr ^ Tmax范围内的可变值。Vmax、Tmin分别是以压电元件35等的负荷不变得过大等为条件时的预定值。Vmin、Tmax分别是以液体间歇地喷射等为条件时的预定值。此外，峰值电压是表示喷射液体时所用的驱动波形的一个周期的最大电压。
[0067]在电压从峰值电压至0之间，由下面的公式描述。
[0068]V (T) = Vp [1+cos { π (T_Tr) / (Tc-Tr)} ] /2 (其中，Tr 彡 T 彡 Tc)
[0069]Tc为驱动波形的一个周期的时间，在本实施方式中为固定值。由上述二个公式可以看出，上升时间Tr是从驱动波长的一个周期的规定电压值达到电压的峰值的时间。
[0070]若驱动信号的电压上升，则压电元件35会变形，以使液体室39的容积收缩。若上升时间Tr变短，则液体室39的收缩会在短时间内进行。其结果是，由于液体会强劲喷射，因此，切除能力增强，切除深度变深。
[0071]图5是示出本实施方式的上升时间Tr和速度S之间的关系的图。如图5所示，当S彡Sa时，上升时间Tr固定为Tmax。当Sa彡S彡Sb时，上升时间Tr随着速度S的上升而线性减少。当S > Sb时，上升时间Tr固定为Tmin。在步骤S200中，根据该关系确定上升时间Tr。
[0072]接下来，判定是否已将上升时间Tr确定为下限值(Tmin)(步骤S300)。当确定了上升时间Tr为下限值以外的值时(步骤S300，否)，将峰值电压Vp和供给流量定为最小值(Vmin)(步骤 S400)。
[0073]另一方面，当确定了上升时间Tr为下限值时(步骤S300，是)，根据速度S确定驱动信号的峰值电压Vp (步骤S500)。
[0074]图6是示出本实施方式的峰值电压Vp与速度S之间的关系的图。如图6所示，当S彡Sb时，峰值电压Vp固定为Vmin。如上所述，为了实现这样的关系，当上升时间Tr是非下限值时，需将峰值电压Vp固定为Vmin。
[0075]当Sb彡S彡Sc时，随着速度S的上升，峰值电压Vp线性上升。当S > Sc时，峰值电压Vp固定为Vmax。在实施步骤S500时，由于S彡Sb，因此，根据与该速度区域中的峰值电压Vp的关系来确定峰值电压Vp。
[0076]另外，由于上升时间Tr和峰值电压Vp被如上所述地确定，因此，驱动波形的峰值如图4所示地绘出L字形的轨迹。
[0077]接下来，根据峰值电压Vp确定供给流量(步骤S600)。图7是示出确定流量的方法的图。纵轴表示峰值电压Vp和供给流量，横轴表示时间。供给流量的变化率也可以与峰值电压的变化率一致。但当峰值电压改变时，会暂时增大供给流量。
[0078]例如，当从峰值电压为Vp 1、供给流量为F1的状态改变为峰值电压为2 X Vp 1时，将供给流量暂时改变为3XF1，而后，逐渐地收敛至2XF1。或者，当从峰值电压为Vpl、供给流量为F1的状态改变为峰值电压为0.5XVpl时，将供给流量暂时改变为0.75XF1，而后，逐渐地收敛至0.5XF1。
[0079]如此地，通过在峰值电压改变时暂时增大供给流量，可避免由于供给流量不足而无法正常地进行液体的喷射。
[0080]最后，根据已定参数(上升时间Tr、峰值电压Vp、供给流量)进行控制(步骤S700)。其结果，液体根据喷射口 58的速度，间歇地从喷射口 58喷射出。
[0081]图8是示出对上升时间、喷射液体的最大压力以及切除深度的变化之际的关系进行调查的实验结果的表。切除深度以上升时间为0.375毫秒的情况为标准。除上升时间以夕卜，切除深度的测量均在相同条件下实施。进行该实验时，没有移动喷射口 58。
[0082]如图8所示，随着上升时间变短，液体的最大压力将上升，切除深度会变深。而另一方面，若速度S增大，则作用于患部每一局部区域的切除能力将会降低。因此，当速度S增大时，通过使上升时间缩短，可使切除深度稳定。
[0083]而且，根据本实施方式，由于当速度S为Sb以下时，峰值电压Vp恒定，排除体积不会改变，因此，无需改变供给流量，从而容易控制。
[0084]实施方式中的压电元件35和隔膜37是权利要求书的变动部的一个例子。图5和图6所示的S1?S4为第一至第四速度、T1?T3为第一至第三时间、VI?V3为第一至第三电压、S1’和S2’为第一和第二规定时间、ΤΓ为规定值的一个例子。
[0085]本发明不仅限于本说明书的实施方式和实施例、变形例，只要在不脱离其宗旨的范围内，可实现各种构成。例如，为了解决上述问题中的一部分或全部，或者，为了达到上述效果的一部分或全部，
【发明内容】
栏中记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征可进行适当的替代和组合。若该技术特征非本说明书中的必要特征，则可适当删除。例如，可以举出以下示例。
[0086]上升时间和峰值电压可以运用函数来确定，也可以预先图形化(mapping)，再将速度S代入该图形来确定。利用图形控制，可减轻处理负荷。
[0087]改变上升时间的速度区域与改变峰值电压的速度区域也可以重叠。
[0088]驱动波形可以是正弦曲线的组合，也可以不是，例如，也可以逐步增加或减少。
[0089]上升时间与喷射口的速度之间的关系，可以定义为曲线，也可以定义为阶梯式。
[0090]上升时间的定义，可以不是驱动信号由0达到峰值的时间，例如，可以是由比0稍大的值达到比峰值稍小的值所需的时间。
[0091]只要是当驱动信号的电压下降时液体室的体积会收缩的构成，上升时间也可以定义为由某个电压值达到比该电压值更小的值所需的时间。
[0092]喷射口的速度可以通过例如设置于喷射口前端的加速度传感器算出。这种情况下，计算结果更准确。
[0093]或者，也可以利用图像处理计算出喷射口的速度。例如，在喷射口的前端设置标识器，通过利用相机捕捉标识器的移动来计算喷射口的速度。
[0094]当机器人操作液体喷射装置时，由于机器人能够掌握喷射口的速度，因此，可以无需计算而使用该掌握的值。
[0095]也可以参考患部的移动速度来计算喷射口的移动速度。患部的移动速度的测量，也可以通过预测或测量呼吸和脉搏的变化来实现。
[0096]而且，也可以根据喷射口的速度调整赋予液体室中的液体的能量，以使从液体喷射机构喷射出的液体在喷射对象的每单位面积被赋予相同的能量。
[0097]在实施方式中，说明的是使用者手持液体喷射机构20进行操作的仪器，也可以是作为用于腹腔镜等内窥镜的液体喷射机构而插入生物体内进行操作的仪器。
[0098]加速度传感器的类型，可以是静电电容式，也可以是热感应式。而且，也可以是不限于加速度，而可以书能够直接或间接地检测速度的传感器。
[0099]液体喷射装置也可以在医疗设备以外的行业使用。
[0100]例如，液体喷射装置也可用于通过喷射的液体去除污垢的清洁装置。
[0101]液体喷射装置也可用于通过喷射的液体描绘线条等的绘图装置。
【权利要求】
1.一种液体喷射装置，其特征在于，包括: 变动部，其根据驱动信号改变液体室内的压力； 喷射管，其具有从液体室喷射液体的喷射口； 液体供给部，其对所述液体室供给液体；以及 控制部，其通过控制所述变动部和所述液体供给部而调整所述液体室内的压力， 其中，所述控制部根据所述喷射口的移动速度，改变所述驱动信号由第一规定电压达到第二规定电压的时间。
2.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于， 所述控制部在所述移动速度是第一速度时，把作为所述驱动信号从所述第一规定电压达到所述第二规定电压的时间的上升时间设定为第一时间，在所述移动速度是比所述第一速度快的第二速度时，把所述上升时间设定为比所述第一时间短的第二时间。
3.根据权利要求2所述的液体喷射装置，其特征在于， 所述控制部在所述移动速度是所述第二速度时，把所述驱动信号的最大电压设定为第一电压，在所述移动速度是比所述第二速度快的第三速度时，把所述驱动信号的最大电压设定为比所述第一电压高的第二电压。
4.根据权利要求3所述的液体喷射装置，其特征在于， 所述控制部在所述移动速度是所述第二速度时，把所述液体的流量设定为第一流量，在所述移动速度是所述第三速度时，把所述液体的流量设定为比所述第一流量多的第二流量。
5.根据权利要求4所述的液体喷射装置，其特征在于， 所述控制部在所述移动速度是比所述第三速度快的第四速度时，把所述上升时间设定为比所述第二时间短的第三时间，并把所述驱动信号的最大电压设定为比所述第二电压高的第三电压。
6.根据权利要求5所述的液体喷射装置，其特征在于， 所述控制部在所述移动速度是所述第四速度时，把所述液体的流量设定为第三流量。
7.根据权利要求2至权利要求6中任一项所述的液体喷射装置，其特征在于， 所述控制部在所述移动速度是比所述第一速度慢的第一规定速度时以及是比所述第一规定速度慢的第二规定速度时，把所述上升时间、所述驱动信号的最大电压和所述液体的流量设定为各自的规定值。
8.—种医疗设备，其特征在于，使用了权利要求1至权利要求7中任一项所述的液体喷射装置。
【文档编号】A61B17/3203GK104414711SQ201410459576
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】关野博一, 小岛英挥, 内田和见 申请人:精工爱普生株式会社