JP2007289700A

JP2007289700A - 水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースの制御方法

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Publication number: JP2007289700A
Application number: JP2007112993A
Authority: JP
Inventors: Ajay Nagarkar; ナガルカールアジャイ; Ahmed Salehi; サレヒアーマッド
Original assignee: Alcon Inc
Current assignee: Alcon Inc
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-11-08
Also published as: EP1849443A1; AU2007201775A1; CA2585593A1; US20070249941A1; AU2007201775B2

Abstract

【課題】種々のモードで、より効率よく、発熱がより低く、電力消費がより少なく、より可撓性のある超音波ハンドピースを可能とするカッタ先端部の駆動方法を提供する。
【解決手段】水晶体超音波乳化吸引術システムのような眼科手術システムの超音波ハンドピースの制御方法において、第１および第２信号源は第１および第２駆動信号を発生する。第１信号は第１周波数においてハンドピースのカッタ先端部を第１型式の動作で駆動するために使用される。第２信号は第２周波数においてハンドピースのカッタ先端部を第２型式の動作で駆動するために使用される。異なる動作が異なる第１および第２周波数で発生される。第１および第２信号は加算すなわち結合でき、クラスＤ増幅器に供給される。クラスＤ増幅器の出力は同時に異なる方向、例えば長手方向動作および捩れ動作で同時にカッタ先端部を駆動するマルチ周波数成分すなわち異なる周波数のマルチ信号を含む。
【選択図】図１０

Description

本発明は、概して眼科手術の分野に関し、特に、クラスＤ増幅器を用いた超音波ハンドピースのカッタ先端部の異なる種々の動作を制御するシステムおよび方法に関する。

人間の眼は角膜と呼ばれる透明な外側部分を介して光を通過させ、網膜上に像を焦点づけることにより像を提供するように機能する。焦点づけられた像の品質は眼のサイズ、形状および網膜や水晶体の透明度を含む多くのファクタに依存する。年令または病気により水晶体の透明度が低下したとき、網膜に伝達され得る光が減少するので像は悪化する。この欠陥は、白内障として医学的に知られている。認可されている白内障治療は外科的に白内障の水晶体を取除き水晶体を人口水晶体（眼内レンズ：ＩＯＬ）に置換えることである。米国において、たいていの白内障の水晶体は水晶体超音波吸引術と呼ばれる外科的手法を用いて取除かれる。この手順中、薄いカッタ先端部または針が病気の水晶体に挿入され超音波振動する。この振動カッタ先端部は眼から吸引される水晶体を液化または乳化する。病気の水晶体は一度取除かれるとＩＯＬにより置換えられる。

眼科手術に適した典型的な超音波外科装置は、超音波で駆動されるハンドピース、取りつけられたカッタ先端部、注水スリーブまたは他の適切な注水装置および電子制御コンソールを含む。ハンドピースアセンブリは電気ケーブルまたはコネクタおよび可撓管により制御コンソールに取りつけられている。外科医は足踏みペダルを押すことでカッタ先端部に送られ組織に加えられた超音波エネルギ量を制御する。管は注水流体を供給しハンドピースアセンブリを介して眼から吸引流体を吸引する。

ハンドピースの操作部分は、中央に配置された、中空の共鳴バーまたは圧電性結晶に取付けられたホーンである。圧電性結晶は、コンソールによって制御され、水晶体超音波乳化吸引術中に、取付られたホーンとカッタ先端部の両方を駆動する超音波振動を与える。圧電性結晶／ホーンアセンブリは可撓性封入物（flexible mountings）により中空部本体内またはシェル内で宙吊りになっている。ハンドピース本体は直径が小さくなった部分またはハンドピース本体の末端部における円錐頂部（ノーズコーン）で終結している。ノーズコーンは注入スリーブを受容するように外面的にねじ込まれている。同様に、ホーンの穴はカッタ先端部の外面的ねじ込み部を受容するように内面的にねじ込まれている。注入スリーブはまたノーズコーンの外面的ねじ込み部上でねじ込まれた内面的にねじ込まれた穴を有する。カッタ先端部は先端部が注水スリーブの開口端を越えて所定量のみ突き出るように調整されている。

コンソール内の減少された圧力または真空源は乳状にされた組織をカッタ先端部の開口端、ホーンの穴および吸引ラインを通って回収装置に引き抜くかまたは吸引する。乳状化された組織の吸引は、吸引スリーブの内側表面とカッタ先端部との間の小さな環状間隙を通って手術部位に注入される生理食塩水または他の洗浄剤により補助される。

１つの公知な技術は乱視が誘発されることを減少するために前方のチャンバにできるだけ小さい眼の切開部を作ることである。カッタ先端部および注水スリーブの端部は眼球の角膜、強膜または他の位置における小さい切開部に挿入される。これらの小さい切開部は振動先端部に対して注水スリーブを堅く締め付ける非常に堅い傷となる。注水スリーブと振動先端部との間の摩擦は熱を発生する。先端部の過熱と組織の熱傷の危険は先端部の内側を流れる吸引された流体の冷却効果により減少される。１つの公知のカッタ先端部は結晶駆動ホーンにより注水スリーブ内の縦軸に沿って超音波振動され、これにより本来の場所で選択された組織を乳状化する。他の公知のカッタ先端部は長手動作と捩れ動作の結合動作を生成する圧電素子を用いる。しかしながら、公知の装置および関連するカッタ先端部の長手方向動作および／または捩れ動作は改善できる。

図１を参照すると、例えば公知のカッタ先端部は典型的にはスイッチング増幅器により駆動される。この増幅器は異なる信号と対応する異なる型式の動作との間をスイッチングする。図１は概して、異なる周波数でまたは異なる時刻での異なる動作型式でカッタ先端部を交互に駆動するスイッチング増幅器１１を用いる公知のシステム１０を示す。スイッチング増幅器１１は第１入力１１および第２入力１３を受ける。典型的なスイッチング増幅器１１では入力１２と入力１３の両方は典型的にはスイッチング増幅器１１のトランジスタを駆動するのに必要なデジタルハイおよびデジタルローを供給する方形波である。スイッチング増幅器１１は図１に「１または２」と示されるように、第１入力１２または第２入力１３の何れかに対応する出力１４を発生する。換言すれば、ハンドピース１５のカッタ先端部は、図２に示されるように長手方向または捩れ方向に移動するが、同時には長手方向および捩れ方向に移動しない。これらのスイッチングシステムは、カッタ先端部が所定の時間に１つの型式の動作で移動するので一般的に「単一モード」システムと呼ばれる。

公知の単一モードシステムは、いくつかの理由により望ましくない。第１に、これらのシステムは同時に異なる型式のカッタ先端部動作、すなわち一般的に「マルチモード」と呼ばれる動作で患者を治療できない。マルチモード治療法は望ましい。何故ならば、例えば長手方向の動作より低い周波数であることにより低い熱を発生する間捩れ動作が同様なカッタ結果を達成できるからである。さらに、公知のスイッチング増幅器は典型的には非常に効率が悪く、たった５０％以下の効率であるに過ぎない。公知のスイッチング増幅器は実質的に熱を発生し得る。このことがハンドピースとその構成要素が熱を放散するよう特別な方式で設計されることを要求する。したがって、ハンドピースの設計が限定される。公知のスイッチングシステムはまたかなりの電力を消費する。このことは、コンデンサのような構成要素が高周波数でさらなる電流を出力する（さらなる熱を放散する）から高周波数でさらに問題である。公知のスイッチングシステムはまた寸法が比較的大きい構成要素を含む。したがって、設計を制限し、ハンドピースを利用者により親しみにくいものとする。

他のシステムは、長手方向動作および捩れ動作を組合せたものを提供するが、改善の余地がある。例えば特許文献１は超音波振動器および回転モータを含むハンドピースを記載している。このモータは、先端部を移動させるチューブに対する回転および超音波往復長手方向動作の組合せを与えるように吸引チューブに結合された振動器に結合している。これらの公知のシステムは、しかしながら、回転運動を発生させるため、超音波振動器とは分離された、モータとモータに関連するモータ結合構成要素が要求されるので望ましくない。例えば、これらの型式のモータ駆動システムは、モータ自身同様、欠陥となり得るＯリングまたは他の封止材または結合部を要求する。このモータ構成要素は、ハンドピースの複雑さ、寸法、重量を増加し、ハンドピースの制御をより困難にする。

米国特許第５，７２２，９４５号

それゆえ、種々のモードで、かつより効率よく、発熱がより低く、電力消費がより少なく、より可撓性のあるハンドピース設計を可能とする、超音波ハンドピースのカッタ先端部を駆動する方法の提供が要求されている。本発明の実施例はこれらの要求を満たすことを目的とする。

本発明の実施例によれば、水晶体超音波乳化吸引術の外科システムの超音波ハンドピース制御方法は、クラスＤ増幅器への入力として第１周波数を有する第１信号と第２周波数を有する第２信号を供給するステップと、クラスＤ増幅器の出力を用いて超音波ハンドピースを駆動するステップとを備える。クラスＤ増幅器の出力は同時に異なる方向に超音波ハンドピースのカッタ先端部を駆動する少なくとも２つの周波数成分を有する。

他の実施例によれば、水晶体超音波乳化吸引術の外科システムの超音波ハンドピース制御方法は、クラスＤ増幅器にそれぞれ第１および第２周波数を有する第１信号と第２信号を供給するステップと、超音波ハンドピースのカッタ先端部が長手方向動作と捩れ動作の結合動作で移動するようにクラスＤ増幅器の出力で超音波ハンドピースを駆動するステップとを備える。第１信号はカッタ先端部の長手方向の動作を制御し、第２信号はカッタ先端部の捩れ動作を制御する。

さらに別の実施例によれば、水晶体超音波乳化吸引術の外科システムの超音波ハンドピース制御方法は、クラスＤ増幅器への入力として第１および第２正弦波信号を供給するステップと、正弦波入力を増幅し、超音波ハンドピースのカッタ先端部が長手方向動作と捩れ動作で同時に移動するようにクラスＤ増幅器の出力で超音波ハンドピースを駆動するステップとを備える。第１正弦波信号は、約４０ｋＨｚから約４５ｋＨｚの周波数を有し、カッタ先端部の長手方向の動作を制御する。第２正弦波信号は、約３０ｋＨｚから３４ｋＨｚの周波数を有し、カッタ先端部の捩れ動作を制御する。

さらに他の実施例によれば、水晶体超音波乳化吸引術の外科システムの超音波ハンドピース制御方法は、クラスＤ増幅器への入力として異なる周波数を有する第１および第２信号を供給するステップと、クラスＤ増幅器の出力で超音波ハンドピースを駆動するステップとを備える。クラスＤ増幅器は、第１入力に対応する第１周波数を有する第１出力と第２入力に対応する第２周波数を有する第２出力との間で異なるタイミングで異なる方向にカッタ先端部を移動するためスイッチングするステップを備える。

種々の実施例において、第１および第２信号、すなわちクラスＤ増幅器への入力は、クラスＤ増幅器への入力として供給される第３信号として結合される。さらに、第１および第２信号は、正弦波信号とすることができ、種々の型式の、例えば長手方向および捩れ方向の先端部の動作を制御できる。異なる型式の動作は異なる周波数の信号を用いて遂行できる。カッタ先端部を長手方向に移動するため、例えば、約４０ｋＨｚから約４５ｋＨｚの周波数の信号を用いることができ、カッタ先端部を捩れ方向に移動するため、例えば、約３０−３４ｋＨｚの周波数の信号を用いることができる。それゆえ、種々の型式の動作がカッタ先端部を異なる方向に移動できる。

以下、添付図面を参照しつつ発明の詳細を説明する。添付図面のおいて同一のものは同一参照番号を付して示す。
本発明の実施例は、一度に一つの駆動信号がハンドピースに供給される単一モード動作およびカッタ先端部の長手方向と捩れ方向の両方向に移動するか回転移動するマルチモード動作の両方に用いられる超音波ハンドピースを駆動する。実施例は、公知のシステムで通常使用されるスイッチング増幅器に対する要求を有利に除去する。実施例はまた実施例が圧電素子で構成され制御し、個々のモータに対する要求なしに長手方向および捩れ方向の両方の移動を発生させるため、ハンドピースの圧電素子およびホーンコンポーネントを制御するので、個々のモータおよび回転動作を発生するための関連コンポーネントを有利に除去する。実施例は、クラスＤ増幅器またはクラスＴ増幅器のような同様な能力を有する他の増幅器を用いることにより公知のシステムの欠陥を克服する。クラスＤ増幅器は通常オーディオの用途に使用されるが、発明者等はクラスＤ増幅器を眼科手術用の超音波ハンドピースに合体することで、駆動信号間でスイッチングしようが、カッタ先端部を長手方向動作および捩れ動作の両方で移動させようが、ハンドピースの動作が改善することを発見した。実施例はハンドピースの効率を上げ熱の発生と電力の消費を減少する他の利点とともにこれらの能力を提供し、融通性が増加しユーザフレンドリなハンドピースのデザインを可能とする。

図３〜図５Ｃは実施例で使用できる眼の外科システム、特に水晶体超音波吸引術外科システムの具体例を示す図である。図３は本発明の実施例に使用可能な水晶体超音波乳化吸引外科システムの適切な例を示す図であり、Alcon Laboratories, Inc., 6201 South Freeway, Q-148, Fort Worth, Texas 76134 から調達可能なINFINIT（登録商標）ビジョンシステムを示す図である。当業者は、実施例が同様にAlcon Laboratories, Inc.から調達可能なRAUREATE （登録商標）システムを含むがこれに限定されないINFINIT（登録商標）システムに基づくかまたは関連するシステムを含む他の超音波外科システムにも実施できることを評価すべきである。

図４を参照すると、超音波ハンドピースを操作するために使用される１つの適切なシステム４００は、制御モジュールすなわちＣＰＵ、吸引器、真空または蠕動ポンプ４１８、ハンドピース電源４２０、洗浄フローまたは圧力センサ４２２およびバルブ４２４を有する制御コンソール４１４を含む。制御コンソール４１４は、市場で調達可能な外科制御コンソールでもよい。

ＣＰＵ４１６は、適切なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、コンピュータまたはデジタル論理コントローラでよい。ポンプ４１８は蠕動ポンプ、隔膜ポンプまたはベンチュリポンプでよい。電源４２０は、適切な超音波ドライバ、例えばINFINIT（登録商標）およびRAUREATE （登録商標）外科システムと一体化されたものでよい。洗浄圧力センサ４２２は種々の市場で調達可能なセンサでよい。バルブ４２４は、ソレノイド差動のピンチ弁等の何れかの適切なバルブでよい。サリンのような洗浄液の注入は、ボトルまたはバッグ入りで市場で調達できる洗浄溶液でよいサリン源４２６により供給できる。

使用上、洗浄圧力センサ４２２は、ハンドピース４１２と、洗浄ライン４３０、４３２および４３４を介した注入液源４２６とに接続される。洗浄圧力センサ４２２は、注入液源４２６からハンドピース４１２への洗浄液のフローまたは圧力を測定し、その測定結果の情報をケーブル４３６を介してＣＰＵ４１６に供給する。洗浄液フローデータは、ＣＰＵ４１６によりソフトウェア命令を用いてコンソール４１４の操作パラメータを制御するため使用される。例えば、ＣＰＵ４１６は、ケーブル４４０を介し、電力ケーブル４４２を介してハンドピース４１２およびその先端４１３に送られる電力供給４２０の出力を変化させる。ＣＰＵ４１６はまた、ケーブル４４４を介してポンプ４１８および／またはバルブの動作を変えるため洗浄圧力センサ４２２により供給されたデータを使用できる。ポンプ４１８は、ライン４４６を介してハンドピース４１２からライン４４８を介して収集コンテナ４２８に液を吸引する。ＣＰＵ４１６は、ケーブル４４４を介してポンプ４１８および／またはバルブの動作を変更するため洗浄圧力センサ４２２により供給されたデータを用いることができる。ポンプ４１８は、ライン４４６を介してハンドピース４１２からライン４４８を介して収集コンテナ４２８に液を吸引する。ＣＰＵ４１６はまた、洗浄圧力センサ４２２により供給され、ユーザに可聴音を供給するため電力供給４２０に出力を加えるデータを用いることができる。典型的な外科システムの他の点は、参考として内容が本明細書に組込まれる米国特許第６，２６１，２８３号（モーガン等）から知ることができる。

図４および図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、種々の超音波ハンドピース４１２およびカッタ先端部が利用できる。典型的なハンドピース４１２は、またAlcon Laboratories, Inc.から調達可能な Ozil（登録商標）および Ozil8（登録商標）の超音波ハンドピースを含み、本発明の実施例で使用できる。図５を参照すると、図１から最もよく判るように、本発明のハンドピース５００は、一般に典型的にはチタニウム合金から作られる超音波ホーン５１０を有する。ホーン５１０は、複数のヘリカルスリット５１２を有する。複数の（典型的には１又は２対の）リング形状の圧電素子５１４は圧縮ナット５１６によりホーン５１０に対し保持される。吸引チューブすなわちシャフト５１８は、ホーン５２０、圧電素子５１４、ナット５１６を介し、かつハンドピースの遠端部におけるプラグ５２０を介してハンドピース５００の長さ方向に伸びる。吸引チューブ５１８はホーン５１０に取付られ、かつハンドピース５００を貫通する空洞先端部５２２を介して物質を吸引可能にする。プラグ５２０は、ハンドピース５００の外側シェル部を封止し、圧電素子５１４に不利益をもたらすことなくハンドピース５００を加圧滅菌可能とする。Ｏリングガスケットを封止する他の溝がホーン５２０に設けられる。

図５Ｃを参照すると、特に、ホーン５１０は複数の螺旋状のスリット５１２を有する。好ましくは、スリット５１２の幅はホーン５１０の外径の２％から６５％の間である。これは、当然ホーン５１０にいくつのスリット５１２を作ることができるかに影響を及ぼす（例えばスリット２４がホーンの直径の６５％であれば、１つのスリットのみをホーンに切込むことができる）。スリット５１２の幅は捩れによる移動の所望の周囲に依存する。スリット５１２の深さは好ましくはホーン５１０の外径の約４％から４５％の間である。スリット５１２は平なまたは直角切断された底を有する。代わりに、スリット５１２は丸いかまたはとうこつ状の底を有する。スリット５１２の長さは好ましくはホーン５１０の直径より長い長さの約８％から７５％の間である。スリット５１２のピッチは好ましくはホーン５１０の直径より長い約１２５％から５００％の間である。例えば、外径１２．０７ミリメートル（０．４７５インチ）のホーン５１０は、１．０２ミリメートル（０．０４インチ）の幅、３．５６ミリメートル（０．１４０インチ）の深さ（全半径底面を有する）、１７．７８ミリメートル（０．７インチ）の長さおよび３４．２９ミリメートル（１．３５インチ）のピッチを有する８つのスリットをもつことができる。この構成はホーン５１０の長手方向の移動に妥協することなくホーン５１０の適切な捩れ動作を提供する。

長手方向および捩れ方向のノード点（各モードの０速度での点）の位置はハンドピース５００の固有の機能に対し重要である。捩れノード５３０は好ましくは長手方向の近位ノード５３２に配置され、それゆえ捩れノード５３０および長手方向ノード５３２は、例えばプラグ５２０上に配置され、完全に一致する。ハンドピース５００はまた、ホーン５１０の細くなった直径部５３６に配置される先端長手方向ノード５３４を有する。適切なハンドピース５００の他の点は米国特許出願文献第２００６／００４１２２０Ａ１に記載されており、その内容は本明細書に組み込まれるものとする。

図６を参照すると、クラスＤ増幅器を用いた異なる駆動信号間のスイッチングによる単一モード操作における（図５Ａ〜Ｃに示すハンドピース５００のような）超音波ハンドピースの駆動方法６００の一実施例が記載されている。ステップ６１０において、第１入力または駆動信号、例えばクラスＤ増幅器への入力が受信される。ステップ６２０において、第２入力または駆動信号が受信される。ステップ６３０において、クラスＤ増幅器は超音波ハンドピースを駆動する第１増幅信号を出力する。ステップ６４０において、第１信号が所定時間アクティブの後、クラスＤの増幅器は、ステップ６５０において第２増幅信号が超音波ハンドピースを駆動するように、第１出力から第２出力にスイッチングする。第２信号が所定時間アクティブの後、クラスＤ増幅器はステップ６６０において、第２出力から第１出力に戻るようスイッチングする。クラスＤ増幅器の第１出力は、次にハンドピースを駆動し、ステップ６３０−６６０は必要に応じて繰り返される。

当業者は、これらの方法ステップは、種々の順番で実行可能であることを評価すべきである。例えば、ステップ６１０と６２０は、異なる順でまたは同時に発生し得る。さらに、当業者はクラスＤ増幅器が２つの信号間のスイッチング、あるいはクラスＤ増幅器の能力に依存して３つ以上の信号間のスイッチングに使用できることを評価すべきである。

図７および図８は、超音波ハンドピース（例えば図５Ａ〜Ｃにおいて示されるハンドピース５００）を駆動するクラスＤ増幅器を用いた異なる駆動信号間をスイッチングするシステム７００を示す。一実施例によれば、システム７００は、第１信号源７１０、第２信号源７２０およびクラスＤ増幅器７３０を含む。実施例は、クラスＤ増幅器、クラスＤ増幅器から導かれる増幅器またはそれと同一能力を有する増幅器を用いて満たされる。例えば、クラスＴ増幅器を利用できる。この明細書は、説明と例示の便宜上クラスＤ増幅器を参照するが、クラスＤ増幅器はクラスＴ増幅器および同様な能力を有する他の関連増幅器を含むよう定義される。

２つの信号源７１０（信号源１）および７２０（信号源２）（一般に７１０）が図７に示されている。当業者は実施例が信号源Ｎと識別された種々の番号の信号源７２５の中でスイッチングに使用できることは評価すべきことである。説明と例示のため、この明細書は２つの信号源を引用する。例示した実施例において、信号源は第１正弦波駆動信号または入力、入力７２２（通常７１２）を発生する発振器または他の信号源である。用語「駆動信号」および「入力」は、本明細書において超音波ハンドピースに動力を供給するために使用される信号、ハンドピースを調整するかまたは校正するために使用される信号および動力信号と調整または校正の信号の組合せ信号を含むものとして使用される。駆動信号７１２および７２２は、クラスＤ増幅器７３０に供給され、それゆえこれらの駆動信号の１つのみがハンドピース４１２に図８に示すような所定時間に供給される。

単一モード動作用のクラスＤ増幅器を用いた実施例は、スイッチング増幅器を使用する公知のシステムに対し多数の改善点を提供する。例えば、システム７００は、約５０％どころか約９０％の改善された効率で動作する。システム７００はまた、公知のシステムに対し比較的低い熱を発生し、それゆえコンポーネントや装置の設計、サイズ、重量および熱消散の点でさらなる融通性を提供する。システム７００はまた、公知のシステムより低い電力を消費し、それゆえこの電力の優位性が特に高周波数で顕著である。

図９を参照すると、他の実施例、マルチモード動作の超音波ハンドピース（例えば図５Ａ−Ｃに示すハンドピース）の駆動方法９００が示されている。このマルチモード動作は、クラスＤ増幅器からマルチ駆動信号を提供することでハンドピースのカッタ先端部を多方向に同時に移動させる。ステップ９１０において、第１入力すなわち駆動信号が受信され、ステップ９２０において、第２入力信号すなわち駆動信号が受信される。ステップ９３０において、例えば加算増幅器を用いて結合され、加算増幅器の出力はステップ９４０においてクラスＤに供給される。ステップ９５０において、結合された信号は増幅され、クラスＤ増幅器の出力はステップ９６０においてハンドピースを駆動するために使用される。クラスＤ増幅器によりハンドピースに供給された信号はマルチ高調波を含む。このように、ハンドピースのカッタ先端部は異なる方向または同時に異なる型式の動作で移動する。当業者は、図９に示す所定のステップが省略または他の順で実行されることを評価すべきである。例えば、ステップ９３０における信号を組合わせることは必要でない。むしろ、個々の信号は図１０および１１に示されるように、加算増幅器を用いることなく、クラスＤ増幅器に提供できる。

図１０は同時に種々の動作を行う型式を有する超音波ハンドピース（例えば図５Ａ〜Ｃに示すハンドピース５００）の駆動システム１０００を示す図である。駆動信号７１２は出力１０３２を発生するクラスＤ増幅器７３０に供給される。出力１０３２は単に一つの高調波すなわち周波数を有する出力７３２（図７）と対比してマルチ高調波すなわち周波数成分を含む。したがって、ハンドピースは異なる信号で駆動され、カッタ先端部は同時に異なる型式の動作で移動する。

図１０に示す実施例において、駆動信号７１２は個々に増幅器７３０に供給される。しかしながら、図１１に示されるような他の実施例において、第１および第２駆動信号７１２は加算ユニット１１１０により共に加算すなわち結合できる。加算ユニット１１１０はクラスＤ増幅器７３０に送られる第３すなわち結合信号１１１２である出力を発生する。

図１１に示される実施例において、加算コンポーネント１１１０の出力１１１２は入力信号を結合するものである。出力１１１２は典型的には約０から５ボルトの電圧レベルである。出力１１１２は２つ以上の周波数すなわち高調波の成分を有する信号であり、出力１０３２を発生するクラスＤ増幅器７３０に供給される。出力１０３２は、図１２に示すように入力７１２に対応するマルチ周波数成分すなわち高調波を含む。

図１１はまた変圧器１１２０に供給されるクラスＤ増幅器７３０の出力１０３２を示す。変圧器１１２０はクラスＤ増幅器の出力１０３２の電圧レベルをハンドピース４１２に適切なレベルに調節するために使用される。例えば、出力１０３２は約０から３０ボルトの間の電圧レベルでよい。変圧器１１２０は０−３０ボルトから０−２７０ボルトあるいはハンドピース４１２を駆動するために適切な他の電圧のレベルに昇圧する。変圧器１１２０はまた他の回路コンポーネントをハンドピース４１２から孤立または絶縁する。適切な電圧および電流がハンドピース４１２に供給されることを確実にするように電流および電圧フィードバックが設けられる。ハンドピース４１２は図１２に示されるように変圧器１１２０から出力１０２２の制御下で同時に種々の動作型式で移動する。当業者は回路内の電圧レベルが必要に応じて調節できる点を評価すべきである。さらに、上述した特別な電圧レベルを説明の便宜上記したが、他の装置が異なる電圧で動作可能な実施例で使用できるので電圧レベルはこれに限定されるものではない。

図１３を参照すると、長手方向の振動動作と長手方向の動作の両方を生じさせるクラスＤ増幅器を用いたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９７／１５９５２に記載された超音波ハンドピース、例えば図５Ａ〜Ｃに示されたハンドピース５００を駆動する方法１３００に関する本発明の一実施例が示されている。ホーン５１０における長手方向の振動動作は圧電性結晶が励起されるとき発生する。スリット５１２は結晶の長手方向の動作を捩れ動作すなわちホーン５１０の遠端における発振動作に変換する。

一実施例によれば、ステップ１３１０において、第１入力信号がクラスＤ増幅器への入力として受信される。第１入力信号は約３０ｋＨｚから３４ｋＨｚの間の周波数を有し、捩れ動作用に使用される。ステップ１３２０において、役４０ｋＨｚおよび４５ｋＨｚの周波数を有する第２信号が受信される。第２信号は長手方向の動作に使用される。ステップ１３３０において、第１および第２信号は（必要であれば）結合され、ステップ１３４０において、結合された信号はクラスＤ増幅器に供給される。ステップ１３５０において、クラスＤ増幅器は結合された信号を増幅し、ステップ１３６０において、クラスＤ増幅器の出力は、ハンドピースの先端部が長手方向動作と捩れ動作の結合動作で同時に移動するようにハンドピース５００のカッタ先端部を駆動する。図１０と図１１について上述したように、第１および第２駆動信号は結合しクラスＤ増幅器に供給することができる。

図１４は水晶体超音波乳化吸引術中ホーンおよび取付けられたカッタ先端部の両方を駆動する超音波振動を供給するハンドピースに使用可能な典型的な結晶１４００を示す図である。典型的な結晶１４００は空洞シリンダに似た通常リング形状の結晶であり、長手方向動作と捩れ動作を同時に発生する異なる周波数を有する信号を発生できる複数の結晶セグメント１４１０から構成される。セグメント１４１０の上部１４２０は時計方向の動作を発生させるため分極化され、一方セグメント１４１０の下部１４３０は反時計方向の動作を発生させるため分極化される。これらの時計方向または反時計方向の動作は上下で逆でもよい。セグメント１４１０の分極化は励起されたとき結晶１４００に捩れを起こさせる。さらに、結晶１４００の捩れ動作は長手方向の動作を発生するが、このような長手方向の動作は捩れ動作とは異なる共鳴周波数で共鳴する。

図１５を参照すると、長手方向の振動動作と長手方向の動作の両方を発生するクラスＤ増幅器を用い、超音波ハンドピース、例えば Boukhny に付与されたＵＳ特許第６，４０２，７６９号に記載された結晶１５００を有するハンドピースを駆動する方法１５００が示されている。この方法は、例えばクラスＤ増幅器への入力として、ステップ１５１０において第１入力信号を受信する。第１信号は、約１８ｋＨｚから２５ｋＨｚの間の周波数を有し、捩れ動作に使用される。ステップ１５２０において、第２信号が受信される。第２信号は、約３３ｋＨｚから４３ｋＨｚの間の周波数を有し、長手方向の動作に使用される。ステップ１５３０において、第１および第２信号は（必要であれば）結合され、ステップ１５４０において、結合された信号はクラスＤ増幅器に供給される。ステップ１５５０において、クラスＤ増幅器は結合された信号を増幅し、ステップ１５５０において、クラスＤ増幅器の出力はハンドピースのカッタ先端部を長手方向動作と捩れ動作の同時組合せ動作で駆動する。図１０と図１１について上述したように、第１および第２駆動信号は結合されて、または直接に増幅器に供給される。

このように、ハンドピースのカッタ先端部の異なる型式の動作が動作の異なる面を規定する。第１型式の動作は第１面を規定し、第２の異なる型式の動作は第２面を規定する。第１動作が長手方向の動作で第２動作が捩れ動作のとき、２つの面は実質的に互いに垂直である。結晶のデザイン、ホーン構成および高調波の他の型式は、結果として、垂直であるまたは垂直でない角度配置において規定または配置される動作の面をもたらす。

当業者は、異なる周波数が圧電性結晶およびハンドピースの構成に依存して使用できることを評価すべきである。したがって、捩れ動作および長手方向動作に対する典型的な周波数および周波数範囲は説明の便宜上示すがこれに限定されるものではない。さらに、種々の結晶およびハンドピースの構成が、クラスＤ増幅器で駆動されたとき、長手方向動作および捩れ動作を同時に提供するため同一または異なる周波数で使用できる。

本発明に好適なクラスＤ増幅器は公知でありオーディオの用途に使用される。本明細書にその内容が組み込まれる K. Agbossou 等および応用ノート (Application Note) AN-1071 による「パワ圧電付加用クラスＤ増幅器」および International Rectifier 233, Kansas Street, El Segundo, Californiaの Honda 等による「クラスＤ増幅器ベーシック」に記載されたクラスＤ増幅器を含む種々の公知のクラスＤ増幅器は本発明の実施例による超音波ハンドピースを駆動するため他の眼科手術用システムに組込むことができる。参考に、図１６Ａ−Ｃは典型的なクラスＤ増幅器のコンポーネントと動作を示す。図示されるように、クラスＤ増幅器は一般に入力信号および高周波三角波信号を誤差増幅器に供給することにより動作する。誤差増幅器はコントローラに供給されるパルス幅変調された（ＰＷＭ）信号を発生する。コントローラは、オンまたはオフの出力電力（Ｏ／Ｐ）スイッチを駆動し、これにより電力損失を減少し効率を増加する。ローパスフィルタはオリジナル信号を再構成し、高周波ＰＷＭ搬送周波数を除去する。

当業者は、クラスＴ増幅器のような増幅器が本発明の実施例で使用できることを評価すべきである。実施例は、システムの操作パラメータを改善する一方、カッタ先端部を一度に一周波数で駆動するより同時に種々の型式の動作でカッタ先端部を駆動するためにクラスＤ増幅器または他の適した増幅器を有利に使用できる。実施例は、より効率のよいものを提供し、発熱がより少なく、種々の周波数におよんで一定電力を消散するシステムを提供する。他の実施例は、直径がより小さく重量がより軽いシステムを提供する。さらに、発熱がより少ないので、エアフローと電力システムの要求は緩和される。したがって、本発明の実施例は公知の超音波ハンドピースおよび高率の低い、異なる周波数間をスイッチングし、より多くの熱を発生し、スイッチング増幅器のようなより大きな追加のコンポーネントおよび回転動作を起こす個々のモータを使用する制御システムを著しく改善する。

種々の実施例について参考例を上に述べたが、当業者は実施例の範囲を逸脱することなく実質的でない修正、代替および置換を上述した実施例に対しなすことができる。

一度に一方向にカッタ先端部を駆動するスイッチング増幅器を含む公知の単一モードシステムのブロック図である。図１に示すスイッチング増幅器により出力された信号のタイミングを示す図である。本発明の実施例を遂行する眼科手術システムの具体例を示す全体図である。本発明の実施例に使用できる外科システムのコンポーネントの具体例を示す図である。本発明の実施例に使用できる具体例の超音波ハンドピースの全体図である。具体例の超音波ハンドピースの部分を示す図である。図５Ｂの超音波ハンドピースの部分をさらに詳細に示す図である。本発明の一実施例によるクラスＤ増幅器を用いた超音波ハンドピースの単一モード動作の方法を示すフローチャートである。本発明の一実施例による超音波ハンドピースの単一モード動作のクラスＤ増幅器を含むシステムのブロック図である。図７に示すクラスＤ増幅器により出力される信号のタイミングを示す図である。本発明の他の実施例によるクラスＤ増幅器を用いた超音波ハンドピースのマルチモード動作の方法を示すフローチャートである。本発明の一実施例による超音波ハンドピースのマルチモード動作用のクラスＤ増幅器を含むシステムのブロック図である。本発明の他の実施例による超音波ハンドピースのマルチモード動作用の加算増幅器およびクラスＤ増幅器を含むシステムのブロック図である。図１０および図１１に示すクラスＤ増幅器により出力される信号のタイミングを示す図である。図５に示すハンドピースを用いて長手方向動作と捩れ動作で超音波ハンドピースを駆動する方法を示すフローチャートである。本発明の他の実施例によるクラスＤ増幅器により駆動できる超音波ハンドピースの圧電結晶の斜視図である。図１４に示す結晶を有するハンドピースを用いた長手方向動作と捩れ動作を結合した超音波ハンドピースの駆動方法を示すフローチャートである。種々の実施例による超音波ハンドピースを駆動するために使用できるクラスＤ増幅器の具体例のブロック図である。図１７Ａに示すクラスＤ増幅器のさらなる詳細ブロック図である。図１７Ａおよび図１６Ｂに示すクラスＤ増幅器の各段階における信号を示す図である。

Claims

水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースを制御する方法であって、
クラスＤ増幅器への入力として第１周波数を有する第１信号と第２周波数を有する第２信号とを供給するステップと、
前記超音波ハンドピースのカッタ先端部を異なる方向に同時に移動する少なくとも２つの周波数成分を有する前記クラスＤ増幅器の出力を用いて前記超音波ハンドピースを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１および第２信号を前記クラスＤ増幅器への入力として供給される第３信号に結合する、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１および第２信号のうちの一つが前記カッタ先端部の長手方向の動作を制御する、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１および第２信号のうちの一つが前記カッタ先端部の捩れ動作を制御する、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記クラスＤ増幅器に前記第１信号を供給するステップは、約４０ｋＨｚから約４５ｋＨｚの周波数を有する第１信号を供給するステップを備える、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１信号が前記カッタ先端部の長手方向の動作を制御する、
請求項５に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記クラスＤ増幅器に前記第２信号を供給するステップは、約３０ｋＨｚから約３４ｋＨｚの周波数を有する第２信号を供給するステップを備える、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第２信号が前記カッタ先端部の捩れ動作を制御する、
請求項７に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１信号は前記カッタ先端部の第１動作であって第１面を規定する第１動作を制御し、前記第２信号は前記カッタ先端部の第２動作であって第２面を規定する第２動作を制御し、前記第１および第２動作は互いに異なり、前記第１および第２面は互いに異なる、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１動作は長手方向の動作であり、前記第１面は長手方向の動作に対応するラインにより規定され、前記第２動作は捩れ動作であり、前記第２面は捩れ動作に対応するラインにより規定される、
請求項９に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１および第２平面は実質的に互いに垂直である、
請求項９に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
増幅された前記第１および第２信号間でスイッチングすることなく遂行される、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１信号を供給し、前記第２信号を供給するステップは、前記クラスＤ増幅器への入力として第１および第２正弦波信号を供給するステップを備える、
請求項１に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースを制御する方法であって、
第１周波数を有し、前記超音波ハンドピースのカッタ先端部の長手方向の動作を制御する第１信号をクラスＤ増幅器に供給するステップと、
第２周波数を有し、前記超音波ハンドピースのカッタ先端部の捩れ動作を制御する第２信号をクラスＤ増幅器に供給するステップと、
長手方向動作と捩れ動作とを結合した動作で前記ハンドピースのカッタ先端部を移動させるように、前記クラスＤ増幅器の出力で前記超音波ハンドピースを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１信号と前記第２信号とを前記クラスＤ増幅器への入力として供給される第３信号に結合するステップを備える、
請求項１４に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記クラスＤ増幅器への前記第１信号を供給するステップは、前記カッタ先端部の長手方向の動作を制御する約４０ｋＨｚから約４５ｋＨｚの周波数を有する第１信号を供給するステップを備える、
請求項１４に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記クラスＤ増幅器への前記第２信号を供給するステップは、前記カッタ先端部の捩れ動作を制御する約３０ｋＨｚから約３４ｋＨｚの周波数を有する第２信号を供給するステップを備える、
請求項１４に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
増幅された前記第１および第２信号間でスイッチングすることなく遂行される、
請求項１４に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１信号を供給し、前記第２信号を供給するステップは、前記クラスＤ増幅器への入力として第１および第２正弦波信号を供給するステップを備える、
請求項１４に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースを制御する方法であって、
クラスＤ増幅器への入力として約４０ｋＨｚから約４５ｋＨｚの周波数を有する第１正弦波信号を供給し、前記超音波ハンドピースのカッタ先端部の長手方向の動作を制御するステップと、
前記クラスＤ増幅器への入力として約３０ｋＨｚから約３４ｋＨｚの周波数を有する第２正弦波信号を供給し、前記超音波ハンドピースのカッタ先端部の捩れ動作を制御するステップと、
前記クラスＤ増幅器で前記第１および第２正弦波信号を増幅するステップと、
前記カッタ先端部が長手方向動作と捩れ動作とを同時に行って移動するよう前記クラスＤ増幅器の出力で前記超音波ハンドピースを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースの制御方法。
前記第１および第２信号を前記クラスＤ増幅器への入力として供給される第３信号に結合する、
請求項２０に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
増幅された前記第１および第２信号間でスイッチングすることなく遂行される、
請求項２０に記載の超音波ハンドピースの制御方法。
水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースの制御方法であって、
異なる周波数を有する第１および第２信号をクラスＤ増幅器への入力として供給するステップと、
前記カッタ先端部を異なるタイミングで異なる方向に移動させるため前記第１入力に対応する第１周波数を有する第１出力と前記第２入力に対応する第２周波数を有する第２出力との間でスイッチングする前記クラスＤ増幅器の出力で前記ハンドピースを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする水晶体超音波乳化吸引外科装置の超音波ハンドピースの制御方法。