液体喷射控制装置、液体喷射系统以及控制方法与流程

本发明涉及对使用压电元件将液体以脉冲状喷射的液体喷射装置进行控制的液体喷射控制装置、液体喷射系统以及控制方法。

背景技术：

已知有将液体以脉冲状喷射而将切削对象物进行切削的技术。脉冲状的液体的喷射是从喷嘴脉动地喷射的液体的射流，在本说明书中，适当称为“脉冲液体射流(pulsedliquidjet)”。

脉冲液体射流的用途多种多样，例如，在专利文献1中，提出有作为医疗领域中的外科手术用进行利用的技术。在该情况下，切削对象物是生物体组织，液体是生理盐水。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2005-152127号公报

在生成脉冲液体射流的机构之一中，已知有使用压电元件的机构。其是通过将脉冲波状的驱动电压施加于压电元件，从而压电元件在动作流体(液体)内产生瞬间的压力而将液体以脉冲状喷射的机构。因此，在变更脉冲液体射流的强度的情况下，控制施加于压电元件的驱动电压。因此，考虑到通过利用操作旋钮或操作按钮等操作部来指示施加于压电元件的驱动电压的特性值例如驱动电压波形的振幅(电压振幅，也称为驱动电压的大小)，从而变更脉冲液体射流的强度的方法。

但是，存在即使使由操作部指示的驱动电压的特性值变化，也不能使切削对象物的切削深度和切削体积这样的切削样态像使用者所想的那样变化的情况。详细情况后述，但是例如即使使用者将电压振幅改变成两倍或四倍、或者1/2、1/4，切削深度和切削体积也不一定按照那样发生变化。在将脉冲液体射流用于外科手术用途的情况下，不能得到符合手术者的操作感觉的作用，从而成为问题。

另一方面，如果脉冲液体射流的喷射周期可变，则能够增减每个单位时间的切削深度、切削体积，能够调整切削对象物的速度。但是，如果改变喷射周期，则驱动电压波形的形状改变，从而一个脉冲的液体射流的强度等得以改变。因此，在改变喷射周期的前后，一个脉冲的脉冲液体射流产生的切削深度、切削体积发生变化，存在即使缩短喷射周期，换而言之，即使提高喷射频率，也不能得到符合使用者的意图的喷射频率成比例的切削速度。

技术实现要素：

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供按照使用者的意图设定脉冲液体射流的强度，提高使用便利性的液体喷射控制装置、液体喷射系统以及控制方法。

为了解决上述技术问题，第一方面涉及的液体喷射控制装置将赋予的驱动电压波形施加于压电元件并控制来自液体喷射装置的脉冲液体射流的重复的喷射，所述液体喷射装置使用该压电元件将液体以脉冲状喷射，所述液体喷射控制装置具备：第一操作部，用于输入所述脉冲液体射流的运动能量涉及的第一指示值；控制部，控制所述驱动电压波形，所述控制部变更该驱动电压波形的上升涉及的波形形状(以下称为“上升波形形状”)，使得所述运动能量成为所述第一指示值。

并且，作为另一方面，控制方法将赋予的驱动电压波形施加于压电元件并控制来自液体喷射装置的脉冲液体射流的重复的喷射，所述液体喷射装置使用该压电元件将液体以脉冲状喷射，所述控制方法包括：输入所述脉冲液体射流的运动能量涉及的第一指示值；以及变更所述驱动电压波形的上升涉及的波形形状，使得所述运动能量成为所述第一指示值。

根据该第一方面等，如果输入脉冲液体射流的运动能量涉及的第一指示值，则变更驱动电压波形的上升涉及的波形形状，使得运动能量成为第一指示值。如后所述，切削深度和切削体积与脉冲液体射流的运动能量的相关性高。因此，通过直接指示脉冲液体射流的运动能量，能够实现符合使用者的意图和操作感觉的切削深度和切削体积，能够提高使用便利性。

并且，根据第一方面的液体喷射控制装置，在第二方面中，所述液体喷射控制装置还具备第二操作部，所述第二操作部用于输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数涉及的第二指示值，所述控制部控制所述驱动电压波形，使得所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数成为第二指示值。

根据该第二方面，能够指示脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数。由此，例如，能够在维持第一指示值的状态下增减喷射次数。当然，即使变更喷射次数，也能够控制驱动电压波形的上升涉及的波形形状，使得运动能量成为第一指示值。因此，在改变喷射次数的前后，能够在不改变一个脉冲的脉冲液体射流产生的切削深度和切削体积的情况下调整切削速度，实现使用便利性的提高。

并且，根据第一或第二方面的液体喷射控制装置，在第三方面中，所述液体喷射控制装置还具备第三操作部，所述第三操作部用于输入所述驱动电压波形的电压振幅涉及的第三指示值，所述控制部基于所述第三指示值，控制所述驱动电压波形的电压振幅。

根据该第三方面，能够指示驱动电压波形的电压振幅。

并且，根据第一至第三方面中任一方面的液体喷射控制装置，在第四方面中，所述液体喷射控制装置还具备第四操作部，所述第四操作部用于输入所述驱动电压波形的上升时间涉及的第四指示值，所述控制部基于所述第四指示值，控制所述驱动电压波形的上升时间。

根据该第四方面，能够指示驱动电压波形的上升时间。

并且，根据第一至第四方面中任一方面的液体喷射控制装置，在第五方面中，所述液体喷射控制装置还具备显示控制部，所述显示控制部进行显示所述第一指示值的控制。

根据该第五方面，能够显示脉冲液体射流的运动能量涉及的第一指示值。由此，能够在视觉上确认使用者所指示的当前的脉冲液体射流的运动量。因此，能够进一步提高使用便利性。

并且，根据第一至第五方面中任一方面的液体喷射控制装置，在第六方面中，控制所述脉冲液体射流的运动量为2[nns(纳米牛顿秒)]以上2[mns(毫米牛顿秒)]以下、或者运动能量为2[nj(纳米焦耳)]以上200[mj(毫米焦耳)]以下的所述液体喷射装置。

根据该第六方面，脉冲液体射流的运动量为2[nns]以上2[mns]以下，或者运动能量为2[nj]以上200[mj]以下，能够在该范围内控制液体喷射装置。因此，优选切削例如生物体组织或食品、凝胶材料、橡胶或塑料等树脂材料等柔软材料。

并且，根据第一至第六方面中任一方面的液体喷射控制装置，在第七方面中，控制用于通过所述脉冲液体射流来切削生物体组织的所述液体喷射装置。

根据该第七方面，能够控制适合外科手术用途的脉冲液体射流的强度。

并且，第八方面涉及的液体喷射系统具备第一至第七方面中任一方面的液体喷射控制装置；液体喷射装置；以及送液泵装置。

根据该第八方面，能够实现取得第一至第七方面的作用效果的液体喷射系统。

附图说明

图1是示出液体喷射系统的全体构成例的图。

图2是示出液体喷射装置的内部构造的图。

图3的(a)、(b)是示出压电元件的一周期的驱动电压波形以及液体喷射开口部中的液体的流速波形的图。

图4的(a)～(c)是示出质量流束、运动量流束、以及能量流束的图。

图5的(a)～(c)是示出关于切削对象物的切削样态的模拟使用的主射流的流速波形的图。

图6的(a)～(f)是示出模拟结果(切削深度)的图。

图7的(a)～(f)是示出模拟结果(切削体积)的图。

图8的(a)、(b)是示出赋予上升频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。

图9的(a)、(b)是示出提供电压振幅不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。

图10的(a)、(b)是示出提供重复频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。

图11是示出规定的重复频率下的能量和上升频率以及电压振幅的对应关系的图。

图12是驱动电压波形的上升部分的放大图。

图13是示出相对于上升波形形状的变化，主射流的流速波形的变化的图。

图14的(a)～(c)是示出变更流速波形的半宽度的情况下的切削深度和切削体积的模拟结果的图。

图15的(a)～(c)是示出变更了流速波形的半宽度的情况下的运动量和能量的模拟结果的图。

图16是示出实施例一中的液体喷射控制装置的操作面板的图。

图17是示出实施例一中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。

图18是示出实施例一中的能量变换表的数据构成例的图。

图19是示出实施例一中脉冲液体射流的喷射时控制部所进行的处理的流程的流程图。

图20是示出实施例二中的液体喷射控制装置的操作面板的图。

图21是示出实施例二中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。

图22是示出实施例二中的能量变换表的数据构成例的图。

图23是示出实施例二中脉冲液体射流的喷射时控制部所进行的处理的流程的流程图。

图24是示出实施例三中的液体喷射控制装置的操作面板的图。

图25是示出实施例三中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。

图26是示出实施例三中的能量变换表的数据构成例的图。

图27是示出实施例三中脉冲液体射流的喷射时控制部所进行的处理的流程的流程图。

符号说明

1液体喷射系统；30液体喷射装置；70、70-1、70-2液体喷射控制装置；811能量旋钮；813重复频率旋钮；815a电压振幅旋钮；816a上升频率旋钮；73显示部；75、75a、75b控制部；751、751a、751b压电元件控制部；752能量设定部；753重复频率设定部；754、754a电压振幅设定部；755、755b上升频率设定部；756、756a、756b上升波形形状设定部；771、771a、771b能量变换表。

具体实施方式

以下，对本发明的液体喷射控制装置、液体喷射系统以及用于实施控制方法的一方式进行说明。并且，本发明并不被以下说明的实施方式限定，能够适用本发明的实施方式也不限定于以下的实施方式。并且，在附图的记载中，对同一部分赋予相同的符号。

[全体构成]

图1是示出本实施方式中的液体喷射系统1的全体构成例的图。该液体喷射系统1用于将柔软材料例如生物体组织作为切削对象物的外科手术用、将食品作为切削对象物的食品加工用、凝胶材料的加工用、橡胶或塑料这样的树脂材料的切削加工用等的用途，喷射运动量为2[nns(纳米牛顿秒)]以上2[mns(毫米牛顿秒)]以下、或者运动能量为2[nj(纳米焦耳)]以上200[mj(毫米焦耳)]以下的脉冲液体射流而将切削对象物切削。以下，例示出将液体喷射系统1用于外科手术用的用途，进行患部(生物体组织)的切开、切除、或者破碎(将这些包括起来称为“切削”)的情况。并且，本实施方式中的运动量流束以及运动量是指仅考虑脉冲液体射流的喷射方向成分的标量即大小而进行说明。

如图1所示，液体喷射系统1具有收容液体的容器10、送液泵装置20、用于向切削对象物(在本实施方式中为生物体组织)将液体以脉冲状喷射的液体喷射装置30、液体喷射控制装置70。

在该液体喷射系统1中，液体喷射控制装置70具备手术者在手术时所操作的操作面板80。操作面板80用于输入运动能量的增减操作等各种操作。并且，液体喷射控制装置70具有通过用脚踩而切换液体射流的喷射开始以及喷射停止的喷射踏板83。

容器10收容水或生理盐水、药液等液体。送液泵装置20将收容于容器10的液体经由连接管91、93以通常规定的压力或者规定的流量供应至液体喷射装置30的脉冲产生部40。

液体喷射装置30是在手术时手术者手持操作的部分(手持件)，且具备：将脉动赋予从送液泵装置20供应的液体而产生脉冲流的脉冲流产生部40、管状的喷射管50。该液体喷射装置30将脉冲流产生部40所产生的脉冲流通过喷射管50最终从设置于喷嘴60的液体喷射开口部61(参照图2)作为脉冲液体射流进行喷射。

在此，所谓脉冲流是指液体的流速或压力在时间上较大且急剧变化的液体的脉动的流动。同样，所谓将液体以脉冲状喷射是指通过喷嘴的液体的流速在时间上较大变化的液体的脉动的喷射。在本实施方式中，例示出喷射通过对稳定流赋予周期的脉动而产生的脉冲液体射流的情况，但是，重复液体的喷射和非喷射的间歇的、断续的脉冲液体射流的喷射也同样能够适用于本发明。

图2是示出沿着液体的喷射方向截断液体喷射装置30的截断面的图。并且，图2中示出的部件或部分的纵横的比例尺为了图示方便与实际的不同。如图2所示，脉冲流产生部40通过在由第一壳体41、第二壳体42、第三壳体43形成的圆筒状的内部空间配设用于使压力室44的容积变化的压电元件45以及隔板46而构成。各壳体41、42、43在相互对向的面上接合而被一体化。

隔板46是圆盘状的金属薄板，其外周部分夹在第一壳体41和第二壳体42之间而被固定。压电元件45例如是层叠型压电元件，在隔板46和第三壳体43之间，一端固定于隔板46，另一端固定于第三壳体。

压力室44是由隔板46、和形成于第一壳体41的与隔板46对向的面上的凹部411包围而成的空间。在第一壳体41上，形成有与压力室44分别连通的入口流路413和出口流路415。入口流路413与连接管93连接，将从送液泵装置20供应的液体导入压力室44。在出口流路415连接有喷射管50的一端，将在压力室44内流动的液体导入喷射管50。在喷射管50的另一端(前端)插装有喷嘴60，该喷嘴60具有内径比喷射管50的内径小的液体喷射开口部61。

在如上构成的液体喷射系统1中，收容于容器10的液体基于液体喷射控制装置70的控制，通过送液泵装置20以规定的压力或者规定的流量经由连接管93供应至脉冲流产生部40。另一方面，如果基于液体喷射控制装置70的控制对压电元件45施加驱动信号，则压电元件45进行伸长/收缩(图2的箭头a)。施加于压电元件45的驱动信号以规定的重复频率(例如数十[hz]～几百[hz])重复施加，因此，在每个周期重复进行压电元件45的伸长和收缩。由此，对在压力室44内流动的稳定流的液体赋予脉动，从液体喷射开口部61重复喷射脉冲液体射流。

图3的(a)是示出施加于压电元件45的一周期的驱动信号的驱动电压波形l11的一例的图，同时示出液体喷射开口部61中的液体的流速波形l13。并且，图3的(b)是示出如图3的(a)所示的提取流速波形l13的波峰中最高波峰的流速波形(主波峰部分)即主射流3的图。

图3的(a)中示出的tp是重复周期(驱动电压波形的一周期的时间)，其倒数是上述重复频率。并且，重复周期tp是1[ms(毫秒)]～100[ms]左右，驱动电压波形上升到最大电压所需要的时间(上升时间)tpr是10[μs(微秒)]～1000[μs]左右。重复周期tp被设定为比上升时间tpr长的时间。并且，当上升时间tpr的倒数为上升频率时，重复频率被设定为比上升频率低的频率。上升频率以及上升时间都是与驱动电压的上升时间有关的上升时间指标值之一。以下，将上升频率作为与上升时间有关的指标值的代表例进行说明。

例如，压电元件45如果被施加正电压则应当伸长，在上升时间tpr急剧伸长，隔板46被压电元件45按压而向压力室44侧弯曲。如果隔板46向压力室44侧弯曲，则压力室44的容积变小，压力室44内的液体从压力室44被压出。在此，由于出口流路415的内径比入口流路413的内径大，因此出口流路415的流体惯性以及流体阻力比入口流路413的流体阻力小。因此，通过压电元件45急剧伸长，从压力室44被压出的液体的大部分通过出口流路415导入喷射管50，通过比其内径小的小径的液体喷射开口61，成为脉冲状的液滴，即成为脉冲液体射流且被高速喷射。

在上升到最大电压之后，驱动电压缓慢下降，此时，压电元件45花费比上升时间tpr长的时间进行收缩，隔板46被压电元件45吸引而向第三壳体43侧弯曲。如果隔板46向第三壳体43侧弯曲，则压力室44的容积变大，液体从入口流路413被导入压力室44内。

并且，由于送液泵装置20以规定圧力或者规定流量将液体供应至脉冲产生部40，因此，如果压电元件45不进行伸缩动作，在压力室44流动的液体(稳定流)经由出口流路415被导入喷射管50，从液体喷射开口部61喷射。由于该喷射是定速且低速的液流，因此称为稳定流。

参照图3的(b)，对于主射流3的流速波形说明特征值，首先，主射流3的持续时间t是流速波形l13从稳定流的流速ubg增加到达波峰之后返回到原来的流速ubg的时间。持续时间t是流速到达波峰所需要的流速上升时间tr与流速从波峰返回到原来所需要的流速下降时间tf之和。并且，主射流3的最大流速um是稳定流的速度ubg与流速最大振幅△um之和。

[原理之一]

作为赋予脉冲液体射流特征的值而成为基础的是图3的(a)中与驱动电压波形l11同时示出的一个脉冲的射流的液体喷射开口部61中的流速波形l13。其中，应当注意的，是在图3的(b)中提取示出的驱动电压的上升之后产生的最大流速的主波峰部分(顶头波的射流)即主射流3。其他的低波峰是在压电元件45伸长时压力室44内产生的压力变动的波在喷射管50内反复反射而附带喷射的射流所引起的，但是，决定切削对象物的切削深度和切削体积这样的切削样态的是流速最大的主射流3。

并且，在想要改变脉冲液体射流的强度而使切削对象物的切削深度、切削体积变化的情况下，控制压电元件45的驱动电压波形。该驱动电压波形的控制，考虑到通过手术者指示驱动电压波形的上升频率、驱动电压波形的振幅(电压振幅)作为其电压特性值而进行的方法。例如，考虑到在电压振幅固定的状态下手术者指示上升频率(也可以是上升时间tpr)，或者在上升频率固定的状态下指示电压振幅的方法。这是因为电压振幅和其上升频率(上升时间tpr)对主射流3的流速波形影响大。驱动电压上升到最大电压之后缓慢下降期间的驱动电压不怎么影响主射流3的流速波形。因此，如果增高上升频率或者增大电压振幅，则以与其成比例的方式，切削深度变深，切削体积变大。并且，电压振幅是驱动电压波形l11的最大值。

但是，明确了存在实际达成的切削对象物的切削深度、切削体积不一定根据电压特性值的增减而变化的情况，从而存在使用便利性劣化的情况。例如，能够产生手术者即使将电压振幅设为二倍，切削深度、切削体积也不会像期待那样增加，或者即使将电压振幅设为二分之一，切削深度、切削体积也不会像所想的那样减少。因此，产生手术者所期望的切削深度、切削体积未被达成的情况。这是有可能导致手术时间长期化的问题。

并且，就脉冲液体射流的强度而言，还存在想要调整切削速度的情况。为此，作为方法，考虑到手术者指示驱动电压波形的重复频率的方法。例如，提高重复频率是增多脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数，改变最终达成的切削深度、切削体积。

但是，如果改变重复频率，则驱动电压波形改变，因此，即使改变重复频率，每单位时间的切削深度和切削体积也不会成比例地变化，对于手术者来说，存在使用便利性差的情况。具体来说，例如，考虑到通过将驱动电压波形全体单纯地在时间轴方向上进行扩大/收缩来改变重复频率的方法。但是，在该方法中，由于对主射流3的流速波形影响大的上升频率发生变动，因此，如上所述，导致脉冲液体射流的强度改变。因此，不能得到与重复频率成比例且符合意图的切削速度。

因此，着眼于主射流3的流速波形，关于由于该主射流3的流速波形决定的几个参数，研究与切削深度以及切削体积的相关性。如果发现与切削深度以及切削体积的相关性高的参数，则能够以达成符合手术者的操作感觉的切削深度和切削体积的最适合的驱动电压波形来控制压电元件45。

为此，首先，基于液体喷射开口部61中的主射流3的流速波形v[m/s]，研究通过液体喷射开口部61的主射流3的质量流束[kg/s]、运动量流束[n]、以及能量流束[w]。质量流束是通过液体喷射开口部61的液体每单位时间的质量[kg/s]。运动量流束是通过液体喷射开口部61的液体每单位时间的运动量[n]。能量流束是通过液体喷射开口部61的液体每单位时间的能量[w]。并且，能量是指运动能量，以下简称为“能量”。

在液体喷射开口部61，由于液体被释放在自由空间，因此，将压力基本视为“0”。并且，与液体的射流喷射方向正交方向(液体喷射开口部61的径向)的速度也基本视为“0”。如果假定在液体喷射开口部61的径向上没有液体的速度分布，则通过液体喷射开口部61的质量流束jm[kg/s]、运动量流束jp[n]、以及能量流束je[w]能够通过以下公式(1)、(2)、(3)求出。s[m²]表示喷嘴截面积，ρ[kg/m³]表示动作流体密度。

jm＝s·ρ·v…(1)

jp＝s·ρ·v²…(2)

je＝1/2·ρ·s·v³…(3)

图4是示出由图3的(b)中示出的主射流3的流速波形求出的质量流束jm(a)、运动量流束jp(b)、以及能量流束je[c]的图。如果将这些质量流束jm、运动量流束jp、以及能量流束je分别在从主射流3的流速波形的上升至下降的时间(持续时间)t内进行积分，则能够求出作为主射流3从液体喷射开口部61喷射的液体的质量、运动量、以及能量。

由上述要领算出的质量流束jm、运动量流束jp、能量流束je、质量、运动量、以及能量的各值能够决定一个脉冲的射流所产生的切削深度以及切削体积。其中，都是包含稳定流部分的物理量，重要的是减去稳定流的赋予部分后而得的值。

因此，关于图4的(a)的质量流束jm，定义了从质量流束jm的波峰值(最大值)减去稳定流的质量流束jm_bg[kg/s]后的最大质量流束jm_max[kg/s]、从作为主射流3从液体喷射开口部61流出的液体的质量除以稳定流部分后的图4的(a)中赋予影线示出的流出质量m[kg]这两个参数。流出质量m由以下公式(4)表示。

【数1】

m＝∫(jm-jm_bg)dt...(4)

关于图4的(b)的运动量流束jp，定义了从运动量流束jp的波峰值(最大值)减去稳定流的运动量流束jp_bg[n]而得的最大运动量流束jp_max[n]、从作为主射流3而从液体喷射开口部61流出的液体的运动量除以稳定流分而得的图4的(b)中赋予影线示出的运动量p[ns]这两个参数。运动量p由以下公式(5)表示。

【数2】

p＝∫(jp-jp_bg)dt…(5)

关于图4的(c)的能量流束je，定义了从能量流束je的波峰值(最大值)减去稳定流的能量流束je_bg[w]而得的最大能量流束je_max[w]、从作为主射流3而从液体喷射开口部61流出的液体的能量除以稳定流分后的图4的(c)中赋予影线示出的能量e[j]这两个参数。能量e由以下公式(6)表示。

【数3】

e＝∫(je-je_bg)dt…(6)

其中，上述公式(4)、(5)、(6)中的积分区间是在各流速波形中从主射流3的上升到下降的时间(持续时间)t。

并且，利用数值模拟，研究最大质量流束jm_max、流出质量m、最大运动量流束jp_max、运动量p、最大能量流束je_max、以及能量e这六个参数分别与切削深度以及切削体积有怎么样程度的关联。

在此，脉冲液体射流是流体，切削对象物是柔软的弹性体。因此，为了进行脉冲液体射流对切削对象物的破坏举动的模拟，在柔软弹性体侧设定适当的破坏阈值之后，必须进行所谓的流体和构造体(此处为柔软弹性体)的耦合解析(流固耦合解析(fsi))。作为模拟的计算方法，例如，列举出使用有限单元法(fem：finiteelementmethod)的方法、使用以光滑粒子流体动力学(sph：smoothedparticlehydrodynamics)等为代表的粒子法的方法、有限单元法和粒子法的组合的方法等。适用的方法没有特别的限定，因此不再详述，但是，考虑到解析结果的稳定性和计算时间等，选择最适合的方法进行模拟。

模拟时，设定为流体密度＝1[g/cm³]、液体喷射开口部61的直径＝0.15[mm]、基准距离(standoffdistance)(从液体喷射开口部61到切削对象物表面的距离)＝0.5[mm]。并且，将切削对象物假定为表面平坦的柔软弹性体，作为其物理模型，使用密度＝1[g/cm³]、具有以杨氏模量换算为9[kpa]左右(以切变模量换算为3[kpa]左右)的弹性率的mooney-rivlin超弹性体。在破坏阈值中，使用偏差相当应变(equivalentdeviationstrain)＝0.7。

关于主射流3的流速波形，设想有各种主射流3的流速波形，关于正弦波、三角波、以及矩形波这三种波形，准备振幅(流速的最大值)在12[m/s]～76[m/s]的范围内、持续时间在63[μs]～200[μs]的范围内三种变更后的波形合计27种。并且，稳定流的流速为1[m/s]。

图5是模拟示出提供作为主射流3的流速波形的正弦波(a)、矩形波(b)、以及三角波(c)的图，分别准备以实线示出的持续时间为63[μs]、以一点划线示出的持续时间为125[μs]、以双点划线示出的持续时间为200[μs]的波形。并且，将准备的波形提供作为主射流3的流速波形而生成脉冲液体射流，对射入上述柔软弹性体时的柔软弹性体的破坏举动进行模拟，从而进行切削深度和切削体积的研究。

图6是将纵轴作为切削对象物的切削深度，将横轴作为最大质量流束jm_max(a)、流出质量m(b)、最大运动量流束jp_max(c)、运动量p(d)、最大能量流束je_max(e)、以及能量e(f)的模拟结果符号化的图。图6中，作为主射流3的流速波形，提供持续时间为63[μs]的正弦波时的模拟结果以“＊”符号示出，提供125[μs]的正弦波时的模拟结果以“◆”符号示出，提供200[μs]的正弦波时的模拟结果以“-”符号示出。并且，作为主射流3的流速波形，提供持续时间为63[μs]的三角波时的模拟结果以“+”符号示出，提供125[μs]的三角波时的模拟结果以“×”符号示出，提供200[μs]的三角波时的模拟结果以“■”符号示出。并且，作为主射流3的流速波形，提供持续时间为63[μs]的矩形波时的模拟结果以“●”符号示出，提供125[μs]的矩形波时的模拟结果以涂成黑色的三角形符号示出，提供200[μs]的矩形波时的模拟结果以“－”符号示出。

如图6上半部的(a)、(c)、(e)所示，可知最大质量流束jm_max、最大运动量流束jp_max、以及最大能量流束je_max这三个参数与切削深度的关系由于提供作为主射流3的流速波形的波形形状而差别很大，两者的相关性低。特别是质量流束，由于是与流速成比例的值，因此，给出了切削深度不只由主射流3的最大流速所决定的启示。

接着，从图6下半部的(b)、(d)、(f)中示出的流出质量m、运动量p、以及能量e这三个参数与切削深度的关系来看，流出质量m与切削深度的关系由于提供作为主射流3的流速波形的波形形状而差别很大，相关性低。与此相对，在运动量p和能量e的关系中，提供的波形形状产生的差别小，各符号大致分布在同一曲线上。在运动量p和能量e中，运动量p差别更小。因此，切削深度与运动量p和能量e的相关性高，特别是与运动量p具有良好的相关性。

并且，在此对液体喷射开口部的直径为0.15[mm]、基准距离为0.5[mm]的情况进行模拟，但是，在其他液体喷射开口部直径、其他基准距离也进行模拟，确认了切削深度与运动量p和能量e的相关性高，这种定性的倾向不会较大改变。

图7是将纵轴作为切削对象物的切削体积，将横轴作为最大质量流束jm_max(a)、流出质量m(b)、最大运动量流束jp_max(c)、运动量p(d)、最大能量流束je_max(e)、以及能量e(f)的模拟结果符号化的图。提供作为主射流3的流速波形的波形与符号种类的关系与图6相同。

如图7上半部的(a)、(c)、(e)所示，可知最大质量流束jm_max、最大运动量流束jp_max、以及最大能量流束je_max这三个参数与切削体积的关系没有达到与切削深度的关系的程度，但是，由于提供作为主射流3的流速波形的波形形状而有差别，两者的相关性低。

接着，从图7下半部的(b)、(d)、(f)中示出的流出质量m、运动量p、以及能量e这三个参数与切削体积的关系来看，流出质量m与切削体积的关系与切削深度同样，由于提供作为主射流3的流速波形的波形形状而差别很大，相关性低。另一方面，在运动量p和能量e的关系中，与切削深度同样，提供的波形形状产生的差别小，各符号大致分布在同一曲线上。并且，与运动量p相比，能量e差别更小。因此，切削体积与运动量p和能量e的相关性高，特别是与能量e具有良好的相关性。

并且，在此对液体喷射开口部的直径为0.15[mm]、基准距离为0.5[mm]的情况进行模拟，但是，在其他液体喷射开口部直径和其他基准距离也进行模拟，确认了切削体积与运动量p和能量e的相关性高，这种定性的倾向不会较大改变。

基于以上的研究结果，本实施方式着眼于能量e。并且，对作为实际施加于压电元件45的驱动电压波形的代表性的波形事先进行模拟，取得能量e与定义驱动电压波形的控制参数的对应关系。

控制参数有各种考虑，作为“原理之一”，此处控制参数为上升频率、电压振幅、以及重复频率这三个。可变地设定这些参数，通过模拟求出主射流3的流速波形。模拟例如能够基于将液体喷射装置的流路系统置换为流体(流路)阻力、流体惯性、流体柔量等的模型，利用等效电路的数值模拟而容易地进行。或者，如果进一步追求精度，也可以利用使用有限单元法(fem)或有限体积法(fvm)等的流体模拟。

第一，固定电压振幅以及重复频率，提供阶段性改变上升周期的驱动电压波形，通过模拟求出主射流3的流速波形。图8的(a)是示出提供的驱动电压波形的一例的图。在各驱动电压波形中，设电压振幅为v2，设重复周期tp为t2，设在t21～t25阶段性地增长上升时间tpr(阶段性地降低上升频率)。

图8的(b)是示出提供图8的(a)中示出的上升频率不同的各驱动电压波形的情况下的主射流3的流速波形的模拟结果的图。如图8的(b)所示，如果降低上升频率(增长上升时间tpr)，在主射流3的流速波形中，上升的开始时刻不变，上升期间的持续时间变长，流速振幅(流速的最大值)也变小。

第二，固定上升频率以及重复频率，提供阶段性改变电压振幅的驱动电压波形，通过模拟求出主射流3的流速波形。图9的(a)是示出提供的驱动电压波形的一例的图。在各驱动电压波形中，上升时间tpr为t31，重复周期tp为t33，在v31～v35阶段性地减小电压振幅。

图9的(b)是示出提供图9的(a)中示出的电压振幅不同的各驱动电压波形的情况下的主射流3的流速波形的模拟结果的图。如图9的(b)所示，如果减小电压振幅，则在主射流3的流速波形中，在维持与降低上升频率的情况不同的上升期间的持续时间的情况下，流速振幅(流速的最大值)变小。

第三，固定上升频率以及电压振幅，提供阶段性改变重复频率的驱动电压波形，通过模拟求出主射流3的流速波形。图10的(a)是示出提供的驱动电压波形的一例的图。在各驱动电压波形中，设上升时间tpr为t4，设电压振幅为v4，通过将驱动电压上升到最大电压之后的下降形状在时间轴方向展开，在t41～t45阶段性地增长重复周期tp(阶段性地降低重复频率)。

图10的(b)是示出提供图10的(a)中示出的重复频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流3的流速波形的模拟结果的图。如图10的(b)所示，如果降低重复频率(增长重复周期tp)，在主射流3的流速波形中，虽然与降低上升频率的情况相比程度小，但是持续时间变长。维持流速振幅(流速的最大值)。

接着，对于得到的主射流3的流速波形的每一个求出能量e。详细而言，以参照图10说明的要领改变重复频率，同时，在各个重复频率的每一个，进行以参照图8说明的要领固定电压振幅而改变上升频率的情况下的模拟、以参照图9说明的要领固定上升频率而改变电压振幅的情况下的模拟。并且，求出通过各模拟得到的主射流3的流速波形的能量e。

图11是示出以规定的重复频率(例如标记为“f51”)的能量e和上升频率以及电压振幅的对应关系的图。该图11通过在纵轴为上升频率、横轴为电压振幅的坐标空间中描绘与能量e有关的等高线而得到。各等高线的能量e51、e52、…在图11的左下变低，朝向右上每次增大规定量。并且，虽然未图示，但是，如果将由其他重复频率得到的能量e在同样的坐标空间符号化而描绘等高线的话，得到与该重复频率下的能量e、和上升频率以及电压振幅的对应关系相对应的等高线图。

此处，应当注意的是，相对于各坐标轴方向的参数，能量e没有线性地变化。例如，在图11中示出的能量e和上升频率以及电压振幅的对应关系中，考虑固定电压振幅(例如v5)使上升频率可变而控制压电元件45的驱动电压波形的情况。在想要使能量e的变化量一定的情况下，在能量e52～e53之间需要上升频率f52～f53之间的频率变化，在能量e53～e54之间需要上升频率f52～f53之间的频率变化。但是，上升频率f52～f53的频率间隔与上升频率f53～f54的频率间隔不同。能量e越大该现象越明显。因此，在进行固定电压振幅并使上升频率每次变化一定量的操作的情况下，能量e没有像所想的那样变化，因此，能够引起切削深度、切削体积不会符合手术者的意图/符合手术者的感觉地变化的情形。在进行固定上升频率并使电压振幅每次变化一定量的操作的情况下也同样。

[原理之二]

接着，除了定义上述驱动电压波形的三个控制参数以外，导入更进一步的控制参数。是称为驱动电压波形的上升所涉及的波形形状(以下称为“上升波形形状”)的参数。

首先，图12示出驱动电压波形的上升部分的放大图。

当着眼于波形曲线的拐点r来观察上升部分时，可知由如下两个曲线部分成立：沿着从驱动电压“0”向下凸起的曲线一边增加一边到达拐点r的过程；沿着从拐点r向上凸起的曲线到达电压振幅vm的过程。压电元件45相对于驱动电压v大致线性伸长，因此，可以说拐点r相当于主射流3的流速波形l13中的波峰。因此，通过调整从驱动电压“0”到达拐点r的波形形状(以下称为“上升前半波形形状”)、从拐点r到达电压振幅vm的波形形状(以下称为“上升后半波形形状”)，能够在不使流速波峰时刻变化的情况下使主射流3的流速波形变化。

具体来说，为了验证使上升波形形状变化的效果，考虑固定电压振幅、重复频率、以及上升频率这三个控制参数。即，考虑固定驱动电压波形的“上升开始点r0(驱动电压＝0的点)”、“上升结束点r1(驱动电压＝电压振幅)”、拐点r的位置(时刻以及驱动电压)，如缓慢上升或急剧上升这样改变电压增加的倾向，而使上升波形形状变化。

并且，“急剧上升”是指可以从开始点r0到结束点r1之间的电压的变化率比“缓慢上升”的情况大。并且，拐点附近的电压的变化率可以比“缓慢上升”的情况大。并且，关于拐点附近的驱动电压波形的倾斜度，可以与“缓慢上升”的情况相比，“急剧上升”的情况接近90°。

例如，考虑拐点r位于驱动电压波形与连接驱动电压波形的上升开始点r0和上升结束点r1的线段的交点的情况。作为一例，图12示出n为变数的基准波形v(t)的、n的值与上升波形形状的对应关系。并且，波形形状基于后述的公式(7)。如果以从图12中的n＝3.0的波形接近n＝0.3的波形的方式使上升波形形状渐进成直线形状，则主射流3的流速波形成为更加缓慢增加的波形。另一方面，如果以从图12中的n＝0.3的波形接近n＝3.0的波形的方式使上升波形形状渐进成在拐点r急剧增加驱动电压的波形(例如，阶段形状(也称为台阶形状)的波形)，则主射流3的流速波形成为在对应于拐点r的时刻流速急剧增加的流速波形。

图13是纵观相对于上升波形形状的变化，主射流3的流速波形的变化的图。图13示出两个流速波形，实线的流速波形是上升波形形状的增加倾向缓慢的情况，虚线的流速波形是上升波形形状的增加倾向急剧的情况。无论哪一种，流出质量m(参照图4的(a))都相同，流速的波峰时刻也相同。但是，最大流速um不同，并且，流速波形的全体形状也不同。因此，作为示出流速波形的特征的值采用半宽度。图13中示出相对于虚线的流速波形的半宽度fwhm的算出过程的各变数。流速波形的半宽度fwhm是从流速的上升途中到达稳定流的流速ubg加上流速最大振幅△um的一半的值(△um/2)的值(以下称为“半值”)的时刻，到流速的下降途中到达半值的时刻的时间。

半宽度fwhm小表示流速波形全体是陡峭的形状，相反，半宽度fwhm大表示流速波形全体是平缓的形状。

接着，进行变更流速波形的半宽度fwhm情况下的切削深度和切削体积的模拟，并说明其结果。

模拟通过与上述流速波形的模拟同样的计算方法进行。即，脉冲液体射流是流体，切削对象物是柔软的弹性体。因此，进行脉冲液体射流对切削对象物的破坏举动的模拟。在本实施方式中，模拟的计算方法在柔软弹性体侧设定适当的破坏阈值的基础上，采用流体和构造体(此处为柔软弹性体)的耦合解析(流固耦合解析(fsi：fluidstructureinteraction))，但是，也可以使用例如使用有限单元法(fem：finiteelementmethod)的方法、使用以光滑粒子流体动力学(sph：smoothedparticlehydrodynamics)等为代表的粒子法的方法、有限单元法和粒子法的组合的方法等。

模拟时，设定为液体喷射开口部61的直径＝0.15[mm]、基准距离(从液体喷射开口部61到切削对象物表面的距离)＝1.0[mm]。并且，将切削对象物假定为表面平坦的柔软弹性体，作为其物理模型，使用具有以杨氏模量换算为9[kpa]左右(以切变模量换算为3[kpa]左右)的弹性率的mooney-rivlin超弹性体。在破坏阈值中，偏差相当应变＝0.7。液体的密度以及柔软弹性体的密度都为1[g/cm³]。

对于射入在喷嘴孔出口强制赋予的切削对象物质的主射流3的流速波形l13，将最大流速um为50[m/s]、持续时间t为125[μs]、半宽度fwhm为61[μs]的流速波形作为“基准流速波形”，使持续时间t以及流出质量m一定，设想成为各种半宽度fwhm的流速波形l13。具体来说，设想流速波形的半宽度fwhm为39[μs]、48[μs]、61[μs]、74[μs]、85[μs]、124[μs]这六个水准。并且，稳定流的流速ubg为1[m/s]。

图14的(a)～(c)示出模拟结果。图14的(a)～(c)只变更横轴，纵轴相同。对横轴进行说明时，图14的(a)是各流速波形的半宽度fwhm相对于基准流速波形的半宽度fwhmref的比rfwhm(＝fwhm/fwhmref)，图14的(b)是各流速波形的半宽度的倒数(1/fwhm)相对于基准流速波形的半宽度的倒数(1/fwhmref)的比ref(＝1/rfwhm)，图14的(c)是各流速波形的流速最大振幅δum和半宽度fwhm的比相对于基准流速波形中的流速最大振幅δumref和半宽度fwhmref的比的比rar(＝(δum/fwhm)/(δumref/fwhmref))。

在图14的(a)～(c)的纵轴中，左轴是切削深度，右轴是切削体积。

并且，在图14的(a)～(c)中，留白的符号点表示基准流速波形的情况。

如图14的(a)所示，伴随比rfwhm的增加，切削深度以及切削体积两者都减少。并且，可知切削体积比切削深度减少的大，其变化幅度大。如图14的(b)、(c)所示，伴随比ref以及比rar的增加，切削深度以及切削体积两者都增加。并且，可知切削体积比切削深度增加的大，其变化幅度大。

即，可知如果使持续时间t以及流出质量m一定，同时增大主射流3的最大流速um而将流速波形全体形成陡峭的形状的话，切削深度以及切削体积变大，如果减小最大流速um而将流速波形全体形成平缓的形状的话，能够减小切削深度以及切削体积。这意味着作为驱动电压波形的上升波形形状，通过以改变增加倾向的缓急的方式进行变更，能够变更切削深度以及切削体积。

接着，关于上述流速波形的六个水准，将算出运动量p以及能量e的结果在图15的(a)～(c)中示出。图15的(a)～(c)的横轴分别对应于图14的(a)～(c)，图15的(a)是比rfwhm，图15的(b)是比ref，图15(c)是比rar。在纵轴中，左轴是运动量p，右轴是能量e。并且，在图15的(a)～(c)中，留白的符号点表示基准流速波形的情况。

如图15的(a)所示，伴随比rfwhm的增加，运动量p以及能量e两者都减少。并且，可知能量e比运动量p减少的大，其变化幅度大。如图15的(b)、(c)所示，伴随比ref以及比rar的增加，运动量p以及能量e两者都增加。并且，可知能量e比运动量p增加的大，其变化幅度大。

运动量p以及能量e相对于图15的(a)～(c)的比rfwhm、比ref、比rar变化的样子、与切削深度以及切削体积相对于图14的(a)～(c)中示出的比rfwhm、比ref、比rar变化的样子非常好地对应。切削深度以及切削体积与运动量p和能量e良好的相关性如前所述。

如上所述，作为定义驱动电压波形的控制参数，通过使用驱动电压波形的上升波形形状，更具体地说，通过使用缓慢上升或急剧上升这样的驱动电压的增加倾向的变化(缓急)，从而能够有效地控制切削深度以及切削体积。

如果时刻t为变数，某个基准波形为v(t)，则驱动电压波形l11的上升波形形状能够由例如以下公式(7)确定。

【数4】

在此，vp是驱动电压，vm是电压振幅，tpr是上升时间，vc是拐点处的驱动电压，tprc是拐点r处的时刻(参照图12)。并且，n是比“0(零)”大的正数。

图12中的n是公式(7)的n。通过使n＝1，能够使驱动电压波形l11的上升波形形状成为基准波形。n越比1大，驱动电压波形与基准波形相比越急剧地上升。相反，n比1小越接近0(零)，驱动电压波形与基准波形相比越缓慢地上升，渐进成连结上升开始点r0和上升结束点r1的直线。

根据公式(7)可知，通过变更变数n，能够控制驱动电压波形l11的上升波形形状。但是，这是一例，也可以使用其他的函数。

并且，作为变数n的变更方法，也可以不将变数n自身作为控制对象值，而是确定与变数n相关的其他的值，并将其他的值作为控制对象值。例如，考虑基于上述的比rfwhm、比ref、比rar变更变数n的方法。并且，在驱动电压波形l11的上升波形中，作为从电压振幅vm的10％到达90％所需要的时间，决定实效的上升时间tpr10_90，可以是以下任意一种：1)期望的驱动电压波形的实效的上升时间tpr10_90相对于基准驱动电压波形的实效的上升时间tpr10_90ref的比rtpr10_90；2)作为1)的比rtpr10_90的倒数的实效的上升频率ref10_90；3)期望的驱动电压波形的实效的转换率(slewrate)(＝vm10_90/tpr10_90)相对于基准驱动电压波形的实效的转换率(＝vm10_90/tpr10_90ref)的比，即实效的转换率比rsr10_90。vm10_90是从电压振幅vm的10％到90％的电压。

接着，对原理进行说明，本实施方式中，作为手术中手术者进行的操作，至少收到能量e的增减操作、重复频率的增减操作，以指定的重复频率决定成为指定的能量e的上升波形形状，控制压电元件45的驱动。因此，将能量e、重复频率、上升波形形状的对应关系预先数据表格化。储存于数据表格的上升波形形状可以是形状本身的数据，例如，能够使公式(7)的n的值等成为上升波形形状的指标值。并且，如果可以使重复频率一定，则不用重复频率的增减操作，也可以仅收到能量e的增减操作而决定上升波形形状。

并且，作为储存于数据表的上升波形形状的指标值，可以是例如比rfwhm、比ref、比rar或比rtpr10_90、实效上升频率比ref10_90、实效的转换率比rsr10_90中的任意一种。

(实施例一)

首先，对实施例一进行说明。图16是示出实施例一中的液体喷射控制装置70-1所具备的操作面板80-1的图。如图16所示，在操作面板80-1上配设有作为第一操作部的能量旋钮811、作为第二操作部的重复频率旋钮813、电源按钮82、喷射按钮84、泵驱动按钮85、液晶监视器87。

能量旋钮811用于输入作为第一指示值的能量e的指示值(能量指示值)，被构成为能够选择附有例如“1”～“5”刻度这五个阶段的旋钮位置。手术者通过切换能量旋钮811的旋钮位置，在五个阶段对能量e进行增减操作。在旋钮的各位置，例如，以与对应的刻度的数值成比例地每次增大一定量的方式预先分配能量指示值。并且，旋钮位置的阶段数并没有限定为五个阶段，可以适当设定“大”、“中”、“小”三个阶段，或者无阶段的调整等。

重复频率旋钮813用于输入作为第二指示值的重复频率的指示值(重复频率指示值)，与能量旋钮811同样，被构成为能够选择例如“1”～“5”这五个阶段的旋钮位置。并且，重复频率旋钮813也可以构成为具有设想手术者主要进行能量e的增减操作而用于切换对重复频率旋钮813的操作有效/无效的激活开关。手术者通过切换重复频率旋钮813的旋钮位置，在五个阶段对重复施加于压电元件45驱动电压波形的重复频率(例如数十[hz]～数百[hz])进行增减操作。在旋钮的各位置，例如，以与对应的刻度的数值成比例地每次增大一定量的方式预先分配重复频率指示值。并且，旋钮位置的阶段数并没有限定为五个阶段，段数可以适当设定。并且，也可以是与能量旋钮811不同的段数。并且，如果重复频率为规定值而不需要重复频率的增减操作，则不需要设置重复频率旋钮813。

这样，在实施例一中，手术中手术者进行的操作成为使用能量旋钮811的能量e的增减操作、使用重复频率旋钮813的重复频率的增减操作。并且，电压振幅以及上升频率固定，将以指定的重复频率成为指定的能量e的驱动电压的上升波形形状预先数据表格化。数据表格化的上升波形形状可以是波形形状自身，也可以是表示上升波形形状的指标值(例如公式(7)的n的值等)。

电源按钮82用于切换电源的接通(on)/断开(off)。喷射按钮84用于切换脉冲液体射流的喷射开始以及喷射停止，提供与图1中示出的喷射踏板83同样的功能。泵驱动按钮85用于切换液体从送液泵装置20箱液体喷射装置30的供应开始以及供应停止。

并且，在操作面板80-1中，在液晶监视器87上显示的显示画面显示有：能量e即一个脉冲的主射流3的能量[μj]851；重复频率[hz]853；将这些相乘的每单位时间的能量即功率[mw]855。各值(以下称为“能量信息”)的当前值被更新显示。在此，主射流能量851中显示的是能量指示值的当前值，重复频率853中显示的是重复频率指示值。在不设置重复频率旋钮813而使重复频率为规定值的情况下，该规定值显示于重复频率853。通过该显示画面，在手术中，手术者能够一边掌握从液体喷射开口部61喷射的脉冲液体射流涉及的能量e、重复频率以及每单位时间的能量(功率)等的当前值一边进行作业。

并且，在手术中的显示画面中，如图16所示不需要将能量e、重复频率、以及每单位时间的能量这三个全部显示，也可以构成为仅显示能量e。并且，除了能量e和重复频率等以外，也可以显示当前的上升频率(或者上升时间tpr)和电压振幅中的至少一个或者同时显示两者。并且，各值的显示并不限于通过图16中示出的数值的显示来进行的情况，可以通过仪表显示来进行，或者也可以将能量e和重复频率等伴随脉冲液体射流的喷射开始之后的增减操作的变化进行图表显示。并且，也可以将通过能量旋钮811的旋钮位置以及重复频率旋钮813的旋钮位置决定的上升波形形状进行图表显示，或者显示表示上升波形形状的指标值。

图17是示出实施例一中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。如图17所示，液体喷射控制装置70-1具备操作部71、显示部73、控制部75、存储部77。

操作部71通过按钮开关或拉杆开关、旋钮开关、踏板开关等各种开关、触摸面板、触控板、鼠标等输入装置来实现，将对应于操作输入的操作信号输出至控制部75。该操作部71具有能量旋钮811、重复频率旋钮813。并且，操作部71虽未图示，但具有图1的喷射踏板、图16中示出的操作面板80-1上的电源按钮82和喷射按钮84、泵驱动按钮85。

显示部73通过lcd(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)或el显示器(electroluminescencedisplay，电致发光显示器)等显示装置来实现，基于从控制部75输入的显示信号来显示图16中示出的显示画面等各种画面。例如，图16的液晶监视器87相当于此。

控制部75通过cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)等微处理器、asic(applicationspecificintegratedcircuit，专用集成电路)、fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)等控制装置以及运算装置来实现，统一控制液体喷射系统1的各部分。该控制部75具备压电元件控制部751、泵控制部761、作为显示控制部的能量显示控制部763。并且，构成控制部75的各部分也可以由专用的模块电路等硬件构成。

压电元件控制部751具备能量设定部752、重复频率设定部753、电压振幅设定部754、上升频率设定部755、上升波形形状设定部756。其中，电压振幅设定部754是将驱动电压波形的电压振幅设定为规定的固定值的功能部。上升频率设定部755是设定上升频率作为驱动电压波形的上升时间tpr所涉及的值的功能部，将上升频率设定为规定的固定值。

能量设定部752设定对应于能量旋钮811的旋钮位置的能量，其成为喷射的主射流3的能量的目标值。重复频率设定部753设定对应于重复频率旋钮813的旋钮位置的重复频率。根据该重复频率决定重复周期tp。

上升波形形状设定部756是以脉冲液体射流的能量成为由能量设定部752设定的能量的方式设定上升波形形状的功能部。更详细地说，为如下方式的驱动电压波形：电压振幅设定部754设定的电压振幅为最大驱动电压，上升时间tpr为与上升频率设定部755设定的上升频率对应的值，上升时间tpr为与由重复频率设定部753设定的重复频率对应的值，并且，以主射流3的能量成为由能量设定部752设定的能量的方式设定驱动电压波形的上升波形形状。

该压电元件控制部751根据各部分753、754、755、756设定的重复频率、电压振幅、上升频率、以及上升波形形状来设定驱动电压波形，进行将设定的波形的驱动信号施加于压电元件45的控制。此时，压电元件控制部751以重复频率成为由重复频率设定部753设定的频率的方式，以图10的(a)中示出的要领可变地设定驱动电压波形的下降部分的波形形状(下降波形)。

泵控制部761将驱动信号输出至送液泵装置20而驱动送液泵装置20。能量显示控制部763进行如下控制：将分配在选择中的能量旋钮811的旋钮位置的能量指示值(即，能量e的当前值)、分配在选择中的重复频率旋钮813的旋钮位置的重复频率指示值(即，重复频率的当前值)、将其相乘求出的每单位时间的能量显示于显示部73。

存储部77通过rom(readonlymemory，只读存储器)或闪存rom、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)等各种ic(integratedcircuit，集成电路)存储器或硬盘等储存介质来实现。在存储部77中，预先储存有用于使液体喷射系统1动作而实现该液体喷射系统1所具备的各种功能的程序或在该程序的实行中使用的数据等，或者每次处理都临时储存。

并且，在存储部77中存储有能量变换表771。该能量变换表771是决定成为所给能量的每重复频率的上升波形形状的数据表格。

图18是示出能量变换表771的数据构成例的图。如图18所示，能量变换表771是对应于能量旋钮811的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的能量指示值、重复频率旋钮813的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的重复频率指示值、上升波形形状的数据表格，作为预定电压振幅以及上升频率的值，设定成为所指示的能量的每重复频率的上升波形形状。储存于能量变换表771的上升波形形状的数据可以是形状自身的数据，也可以是表示形状的指标值(例如公式(7)的n的值等)。

参照该能量变换表771，在上升波形形状设定部756从能量变换表771读出与选择中的能量旋钮811以及重复频率旋钮813的各旋钮位置的组合对应的上升波形形状并进行设定，同时，操作能量旋钮811以及重复频率旋钮813中的任一个的情况下，从能量变换表771读出与各旋钮811、813的旋钮位置的组合对应的上升波形形状并更新其设定。

[处理的流程]

图19是示出脉冲液体射流的喷射时控制部所进行的处理的流程的流程图。首先，泵控制部761驱动送液泵装置20，压电元件控制部751驱动压电元件45开始脉冲液体射流的喷射(步骤s111)。此时，上升波形形状设定部756取得选择中的能量旋钮811以及重复频率旋钮813的旋钮位置，从能量变换表771读出与其组合对应的上升波形形状并进行设定。并且，电压振幅设定部754将预定的值设定为电压振幅，上升频率设定部755将预定的值设定为上升频率。此外，能量设定部752从能量变换表771读出分配在选择中的能量旋钮811的旋钮位置的能量指示值来设定能量。并且，重复频率设定部753从能量变换表771读出分配在选择中的重复频率旋钮813的旋钮位置的重复频率指示值来设定重复频率。并且，压电元件控制部751根据设定的重复频率、电压振幅、上升频率、以及上升波形形状来设定驱动电压波形，将设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45。

并且，能量显示控制部763进行使能量信息显示于显示部73的控制(步骤s113)。例如，能量显示控制部763从能量变换表771读出分配在能量旋钮811的旋钮位置的能量指示值，算出与在步骤s111读出的重复频率指示值的积，即每单位时间的能量。并且，能量显示控制部763将这些能量指示值、重复频率指示值、以及每单位时间的能量作为能量信息显示的显示画面在显示部73进行显示处理。并且，关于每单位时间的能量，并不限于能量信息的显示控制时算出的构成，也可以是预先设定于能量变换表771等而将其读出的构成。

之后，控制部75在直到通过喷射踏板83或喷射按钮84的操作判断脉冲液体射流的喷射结束的期间(步骤s301：否)，在步骤s115中监视能量旋钮811的操作，同时，在步骤s123中监视重复频率旋钮813的操作。

并且，在操作能量旋钮811的情况下(步骤s115：是)，上升波形形状设定部756从能量变换表771读出与选择的旋钮位置和选择中的重复频率旋钮813的旋钮位置的组合对应的上升波形形状，更新上升波形形状的设定(步骤s117)。之后，压电元件控制部751根据设定的重复频率、电压振幅、上升频率、以及上升波形形状来再设定驱动电压波形，将再设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤s119)。

并且，能量显示控制部763从能量变换表771读出分配在选择的旋钮位置的能量指示值，进行更新显示部73的显示的控制(步骤s121)。

另一方面，在操作重复频率旋钮813的情况下(步骤s123：是)，重复频率设定部753从能量变换表771读出分配在选择的旋钮位置的重复频率指示值，更新重复频率的设定(步骤s125)。接着，上升波形形状设定部756从能量变换表771读出与选择的旋钮位置和选择中的能量旋钮811的旋钮位置的组合对应的上升波形形状，更新上升波形形状的设定(步骤s127)。之后，压电元件控制部751根据设定的重复频率、电压振幅、上升频率、以及上升波形形状来再设定驱动电压波形，将再设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤s129)。

并且，能量显示控制部763从能量变换表771读出分配在选择的旋钮位置的重复频率，进行更新显示部73的显示的控制(步骤s131)。

根据该实施例一，预先设定与各能量对应的上升波形形状，基于该对应关系，设定达成符合操作感觉的切削深度以及切削体积的最适合的上升波形形状，能够控制压电元件45的驱动电压波形。例如，如果转动能量旋钮811一个刻度，则相当于刻度间隔的量的能量e发生变化，因此，能够实现符合使用者的意图和操作感觉的切削深度和切削体积，能够提高使用便利性。

并且，能够以能量e成为能量指示值的方式使重复频率增减。因此，例如，如果不转动能量旋钮811的刻度而仅转动重复频率旋钮813的刻度，则能够在将一个脉冲的脉冲液体射流产生的切削深度和切削体积保持一定的状态下，调整为与重复频率成比例的符合意图的切削速度，实现使用便利性的提高。

(实施例二)

接着，对实施例二进行说明。对与实施例一同样的部分赋予相同的符号，以与实施例一不同的点为中心进行说明。图20是示出实施例二中的液体喷射控制装置70-2所具有的操作面板80-2的图。如图20所示，在操作面板80-2上配设有能量旋钮811、重复频率旋钮813、作为第三操作部的电压振幅旋钮815a、电源按钮82、喷射按钮84、泵驱动按钮85、液晶监视器87。

电压振幅旋钮815a用于输入作为第三指示值的电压振幅的指示值(电压振幅指示值)，被构成为能够选择附有例如“1”～“5”的刻度的五个阶段的旋钮位置。并且，该电压振幅旋钮815a也可以与重复频率旋钮813同样构成为具备激活开关。手术者通过切换电压振幅旋钮815a的旋钮位置，在五个阶段对电压振幅进行增减操作。在旋钮的各位置，以与对应的刻度的数值成比例地每次增大一定量的方式预先分配电压振幅指示值。并且，旋钮位置的阶段数并没有限定为五个阶段，段数可以适当设定。并且，也可以是与能量旋钮811和重复频率旋钮813不同的段数。

这样，在实施例二中，手术中手术者进行的操作成为使用能量旋钮811的能量e的增减操作、使用重复频率旋钮813的重复频率的增减操作、使用电压振幅旋钮815a的电压振幅的增减操作这三个，将与能量e、重复频率、电压振幅、上升波形形状的对应关系预先数据表格化。

图21是示出实施例二中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。如图21所示，液体喷射控制装置70-2相对于实施例一的液体喷射控制装置70-1，在操作部71具有电压振幅旋钮815a、压电元件控制部751a具有的电压振幅设定部754a以及上升波形形状设定部756a、存储部77具有的能量变换表771a这些点不同。

电压振幅设定部754a从能量变换表771a读出与电压振幅旋钮815a的旋钮位置对应的电压振幅并进行设定。

上升波形形状设定部756a在以脉冲液体射流的能量成为能量设定部752设定的能量的方式设定上升波形形状这点与实施例一相同，但是，在参照能量变换表771a进行设定这点不同。

图22是示出实施例二中的能量变换表771a的数据构成例的图。如图22所示，能量变换表771a是对应于能量旋钮811的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的能量指示值、重复频率旋钮813的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的重复频率指示值、电压振幅旋钮815a的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的电压振幅指示值、上升波形形状的数据表格。作为预定上升频率的值，是通过成为指示的能量e的上升波形形状与重复频率以及电压振幅的组合对应而设定的数据表。

参照该能量变换表771a，在上升波形形状设定部756a从能量变换表771a读出与选择中的能量旋钮811、重复频率旋钮813、以及电压振幅旋钮815a的各旋钮位置的组合对应的上升波形形状并进行设定，同时，操作能量旋钮811、重复频率旋钮813、以及电压振幅旋钮815a中的任一个的情况下，从能量变换表771a读出与各旋钮811、813、815a的旋钮位置的组合对应的上升波形形状并更新其设定。

[处理的流程]

图23是示出实施例二中脉冲液体射流的喷射时控制部75a所进行的处理的流程的流程图。并且，对与图19同样的处理工序赋予相同的符号。

在实施例二中，在步骤s111中，电压振幅设定部754a从能量变换表771a读出与分配在选择中的电压振幅旋钮815a的旋钮位置的电压振幅指示值，并设定电压振幅。

并且，在步骤s233中，监视电压振幅旋钮815a的操作。并且，在操作电压振幅旋钮815a的情况下(步骤s233：是)，电压振幅设定部754a从能量变换表771a读出分配在选择的旋钮位置的电压振幅指示值，更新电压振幅的设定(步骤s235)。接着，上升波形形状设定部756a从能量变换表771a读出与选择的旋钮位置的组合对应的上升波形形状，更新上升波形形状的设定(步骤s237)。之后，压电元件控制部751a根据设定的重复频率、电压振幅以及上升波形形状来再设定驱动电压波形，将设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤s239)。

根据该实施例二，预先设定与能量e、重复频率、电压振幅、上升波形形状的对应关系，即使增减电压振幅，也能够以能量e成为能量指示值的方式控制压电元件45的驱动电压波形。

(实施例三)

接着，对实施例三进行说明。对与实施例二同样的部分赋予相同的符号，以与实施例二不同的点为中心进行说明。图24是示出实施例三中的液体喷射控制装置70-3所具备的操作面板80-3的图。如图24所示，在操作面板80-3上配设有能量旋钮811、重复频率旋钮813、电压振幅旋钮815a、作为第四操作部的上升频率旋钮816b、电源按钮82、喷射按钮84、泵驱动按钮85、液晶监视器87。

上升频率旋钮816b用于输入作为第四指示值的上升频率的指示值(上升频率指示值)，被构成为能够选择附有例如“1”～“5”的刻度的五个阶段的旋钮位置。并且，该上升频率旋钮816b也可以与重复频率旋钮813同样构成为具备激活开关。手术者通过切换上升频率旋钮816b的旋钮位置，在五个阶段对上升频率进行增减操作。在旋钮的各位置，以与对应的刻度的数值成比例地每次增大一定量的方式预先分配上升频率指示值。并且，旋钮位置的阶段数并没有限定为五个阶段，段数可以适当设定。并且，也可以是与能量旋钮811和重复频率旋钮813、电压振幅旋钮815a不同的段数。

这样，在实施例三中，手术中手术者进行的操作成为使用能量旋钮811的能量e的增减操作、使用重复频率旋钮813的重复频率的增减操作、使用电压振幅旋钮815a的电压振幅的增减操作、使用上升频率旋钮816b的上升频率的增减操作这四个，将与能量e、重复频率、电压振幅、上升频率、上升波形形状的对应关系预先数据表格化。

图25是示出实施例三中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。如图25所示，液体喷射控制装置70-3相对于实施例二的液体喷射控制装置70-2，在操作部71具有上升频率旋钮816b、压电元件控制部751b具有的上升频率设定部755b以及上升波形形状设定部756a、存储部77具有的能量变换表771b这些点不同。

上升频率设定部755b从能量变换表771b读出与上升频率旋钮816b的旋钮位置对应的上升频率并进行设定。

上升波形形状设定部756b在以脉冲液体射流的能量成为能量设定部752设定的能量的方式设定上升波形形状这点与实施例一、二相同，但是，在参照能量变换表771b进行设定这点不同。

图26是示出实施例三中的能量变换表771b的数据构成例的图。如图26所示，能量变换表771b是对应于能量旋钮811的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的能量指示值、重复频率旋钮813的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的重复频率指示值、电压振幅旋钮815a的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的电压振幅指示值、上升频率旋钮816b的旋钮位置(刻度)、分配在该旋钮位置的上升频率指示值、上升波形形状的数据表格。是成为指定的能量e的上升波形形状与重复频率、电压振幅以及上升频率的组合对应而设定的数据表。

参照该能量变换表771b，上升波形形状设定部756b从能量变换表771b读出与选择中的能量旋钮811、重复频率旋钮813、电压振幅旋钮815a、以及上升频率旋钮816b的各旋钮位置的组合对应的上升波形形状并进行设定。并且，在操作能量旋钮811、重复频率旋钮813、电压振幅旋钮815a、以及上升频率旋钮816b中的任一个的情况下，从能量变换表771b读出与各旋钮811、813、815a、816b的旋钮位置的组合对应的上升波形形状并更新其设定。

[处理的流程]

图27是示出实施例三中脉冲液体射流的喷射时控制部75b所进行的处理的流程的流程图。并且，对与图23同样的处理工序赋予相同的符号。

在实施例三中，在步骤s111中，上升频率设定部755b从能量变换表771b读出与分配在选择中的上升频率旋钮816b的旋钮位置的上升频率指示值，并设定上升频率。

并且，在步骤s243中，监视上升频率旋钮816b的操作。并且，在操作上升频率旋钮816b的情况下(步骤s243：是)，上升频率设定部755b从能量变换表771b读出分配在选择的旋钮位置的上升频率指示值，更新上升频率的设定(步骤s245)。接着，上升波形形状设定部756b从能量变换表771b读出与选择的旋钮位置的组合对应的上升波形形状，更新上升波形形状的设定(步骤s247)。之后，压电元件控制部751b根据设定的重复频率、电压振幅以及上升波形形状来再设定驱动电压波形，将设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤s249)。

根据该实施例三，预先设定与能量e、重复频率、电压振幅、上升频率、上升波形形状的对应关系，即使增减上升频率，也能够以能量e成为能量指示值的方式控制压电元件45的驱动电压波形。

(变形例)

并且，在上述实施方式中，说明了通过能量旋钮811对能量e进行阶段性地增减操作的情况、通过重复频率旋钮813对重复频率进行阶段性地增减操作的情况、通过电压振幅旋钮815a对电压振幅进行阶段性地增减操作的情况、通过上升频率旋钮816b对上升频率进行阶段性地增减操作的情况。对此，各旋钮811、813、815a、816b也可以构成为在附有刻度的旋钮位置间(中间的位置)能够无阶段地调整能量指示值、重复频率指示值、电压振幅指示值、上升频率指示值。

并且，在上述实施方式中，如参照图10的(a)的说明，为了增减重复频率，可变地设定下降形状。与此相对，也可以通过将驱动电压波形全体在时间轴方向上单纯地缩短或拉开来增减重复频率。

并且，在上述实施方式中，作为上升时间指标值例示了上升频率。与此相对，代替上升频率，也可以使用上升时间tpr。

并且，能量旋钮811、重复频率旋钮813、电压振幅旋钮815a、上升频率旋钮816b并不限定于通过旋钮开关来实现的情况，例如，也可以通过拉杆开关或按钮开关等来实现。并且，也可以使显示部73为触摸面板，通过利用软件形成的按键开关等来实现。在该情况下，使用者操作作为显示部73的触摸面板，输入能量指示值、重复频率指示值、电压振幅指示值。

并且，在上述实施例二中，除了能量以及重复频率以外，对能够通过旋钮操作对电压振幅进行可变设定的例子进行了说明，但是，也可以是重复频率为预定的值而不进行可变设定的构成。

同样，在上述实施例三中，除了重复频率以及电压振幅以外，对能够通过旋钮操作对上升频率进行可变设定的例子进行了说明，但是，也可以是重复频率以及电压振幅中的一个或者两者为预定的值而不进行可变设定的构成。

并且，在上述实施方式中，公开了喷射运动量为2[nns]以上2[mns]以下、或者运动能量为2[nj]以上200[mj]以下的脉冲液体射流的构成，但是，优选喷射运动量为20[nns]以上200[μns]以下、或者运动能量为40[nj]以上10[mj]以下的脉冲液体射流的构成。这样的话，能够适合切削生物体组织或凝胶材料。

并且，在上述实施方式中，对开始点r0的驱动电压为0(零)进行说明，但是，也可以不为0(零)。例如，如果是在一定电压的偏压下生成/施加驱动电压的方式，其偏压电压为开始点r0的电压。