JP5345142B2 - 手術装置の吸引経路に流れる流体用のフローリミッタ、および手術装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸引経路に流れる流体用のフローリミッタに関する。また本発明は、手術装置に関し、特に、水晶体の手術のための眼科顕微手術装置に関する。

水晶体超音波乳化吸引術は、眼科において頻繁に使用される技術であり、手術ハンドピースを顕微手術用ツールとして利用するものである。このハンドピースは一般的に、直径が比較的小さい中空の針の形状の先端部を有し、その先端部は、眼の角膜または強膜の切開部に挿入後に組織を乳状分散、断片化、および／または切断するよう設計されることができる。また、ハンドピースのその先端部は、たとえばポンプなどの吸引源に接続される中央チャネルを備えることが可能であり、そのポンプは、断片化された水晶体の組織残物を眼から吸い取る。さらにハンドピースは、処置時に眼を洗浄するために、たとえば塩水（ホウ酸緩衝生理食塩水）などの洗浄用流体を眼に供給するよう設計されうる。眼から洗浄流体と共に吸い取られた除去組織は、たとえば、通常はハンドピースから離れて配置される収集容器内に集められる。ハンドピースは通常、眼の水晶体を断片化するための超音波装置を備える。その超音波装置は、眼の先端部を励起して振動させる。この先端部の振動が、水晶体を小さな破片に断片化する。

手術装置は一般的に、顕微手術器具との通信を可能にするユーザインタフェースも備える。

水晶体超音波乳化吸引装置におけるフルイディクス（流体工学）系は、２つの機能グループに細分される。灌注系は、手術中に洗浄流体を用いて眼に水分を供給する。同時に、ポンプ吸引系が、超音波処理によって乳状分散された水晶体物質を吸い取る。フルイディクスモジュールのこれらの２つの機能は、可撓性を有するチューブシステムを通じて水晶体用ハンドピースに接続されている。手術の段階において、洗浄流体の供給源は、灌注経路において灌注弁によって制御される。吸い取り時の吸引圧を吸引経路で測定し、それを用いてフルイディクス系および超音波系を監視および制御する。

上述の手術装置では、流体の圧力は、構成部品の動作時に変動することがある。それは特に吸引経路で発生しやすく、その結果として、吸い取りが最適未満の状態でしか実施できなくなり手術の手順に悪影響を及ぼす可能性がある。

断片化および乳状分散された白内障物質が吸い取られる際に通過しなければならない、手術器具の水晶体用ハンドピースの最も細い部分、すなわち最小内径部は、中空針の先端部に位置することが多い。この中空針の先端部が、外科的処置の際の水晶体残物の吸い取り時に詰まってしまう可能性がある。そのような目詰まりの発生時には、医療従事者は、ハンドピース先端部の細い領域を通じて小片が吸引されるまで、吸引側の吸引圧を増大しなければならない。特に、詰まっていた小片が吸い出されて目詰まりが解消される時点に、一時的に眼から大量に吸い出されるため、眼圧が比較的大きく低下する。詰まっていた小片の解消時における一時的な圧力パルスは、特に後嚢などの、眼の重要な要素を破損する場合があり、それによって白内障手術の全体的成功に悪影響が及ぶ可能性がある。

米国特許第６，３９８，７５４号には、ハンドピースの中空針の先端部付近に、灌注経路と吸引経路の間のバイパス孔を形成する方法が開示されている。この方法の重大な欠点は、灌注系と吸引系の間のバイパス接続によって、比較的低い吸引圧しか形成できなくなり、その吸引圧が、バイパス孔の無い構成のものに比べてかなり小さくなってしまうことである。このことは、装置全体の基本的な機能を著しく害する。さらに、バイパス孔を設けることによって、小片の目詰まり解消時に眼から一時的に２つのラインを通じて液体が追加で抽出されてしまい、目詰まり解消によって発生する圧力パルスが、眼内の圧力をかなり低下させる。

米国特許出願公開第２００４／００３９３５１号には、吸引ライン内のライン部分によって乱流を発生させてフローを制限しようとするフローリミッタが開示されている。この目的のために、管状のフローリミッタの内側に、溝および凹部が形成される。それにより、チャネルの断面には、外向きにアーチ形を形成するへこみが設けられる。断面におけるこれらの変更では、特にレイノルズ数が比較的小さい場合、比較的小さい圧力低下しか達成できない。その理由は、各凹部がチャネルセグメントの断面を増大させ、乱流抵抗を低減させるからである。

米国特許第６，３９８，７５４号公報 米国特許出願公開第２００４／００３９３５１号公報

本発明は、吸引装置内で小片の目詰まり解消によって発生する圧力パルスまたは圧力振動を制限または低減することが可能な、吸引装置のためのフローリミッタと、手術装置とを提供することを目的とする。

上記目的は、独立請求項に記載のフローリミッタと手術装置によって達成される。

本発明によるフローリミッタは、手術装置の吸引経路に流れる流体のフローを制限するよう設計されている。流体は、外科的流体であり、外科的処置において乳状分散された小片を含む。フローリミッタは、少なくとも１つの主チャネルと少なくとも１つの二次チャネルとから成る少なくとも１つのフローチャネル構造を有するリミッタ素子を含む。二次チャネルは、９０°以上の角度を付けて主チャネルに開口している。それによって、吸引装置で小片の目詰まり解消が発生したという特定の手術状況において、圧力パルスまたは圧力振動を少なくともかなり低減できる。したがって、本発明によるフローリミッタは、上述の特定の手術状況において吸引装置（詳細には、流体が流れる吸引経路）に発生する圧力パルスを制限する流体抵抗素子の提供を可能にする。また、吸引経路における小片の目詰まり解消によって生じる圧力パルスまたは圧力振動に起因する状況も回避することができる。

フローリミッタ（詳細には、上記フローチャネル構造を有するリミッタ素子）は、吸引装置（詳細には、その吸引装置を含む手術装置）の特定の作動状態の関数として、流体の乱流をフローリミッタ内に生成できるよう設計されていることが好ましい。

上記フローチャネル構造の両チャネルとも、流体を吸引輸送できるよう構成されており、詳細には、流体の吸引輸送を同時に実施できるよう構成されている。

フローリミッタ（詳細には、上記フローチャネル構造を有するリミッタ素子）は、２０００未満のレイノルズ数にて流体の乱流を生成できるよう設計されていることが好ましい。所定のシステム寸法を考慮に入れた場合、小片の目詰まり解消時の圧力パルスまたは圧力振動を効果的に制限できるように十分な乱流を生成するのは、特にこのレイノルズ数の範囲では比較的困難である。しかし、本発明によるフローリミッタを用いれば、それを達成することが可能である。

フローリミッタは、フローリミッタのリミッタ素子当たりの圧力損失係数ζが６以上に設計されていることが好ましく、詳細には８以上、さらに詳細には１２以上に設計されると好ましい。フローリミッタは全体的構造において、圧力損失係数ζが７０より大きい値であることが好ましく、詳細には８５より大きい値であると好ましい。フローリミッタ全体でこの圧力損失係数を達成できるように、複数のリミッタ素子を組み合わせる構成にすることが好ましい。そのような複数のリミッタ素子を含むフローリミッタのリミッタ素子の構造的設計によって、省設置スペースでコンパクトな構造も提供可能である。この構造的設計は、フローリミッタの全体構造においてそのような高い値の圧力損失係数ζを、比較的小さな寸法で達成する可能性も提供する。

リミッタ素子は、一体的な構成であることが好ましい。リミッタ素子のフローチャネル構造は、リミッタ素子に完全に埋設されることが可能である。それによって、チャネルの長手方向に沿った全てのチャネル壁は、リミッタ素子の材料で形成される。

また、フローチャネル構造は、長手方向に沿って見たときに少なくともその一部分が外側に向かって覆われていない状態で、リミッタ素子に設けられることもできる。そのような実施形態では、好ましくは板の形状に設計されチャネルを閉鎖するのに使用される追加カバーを設けることが可能である。そのカバーは、リミッタ素子に、脱着可能に固定されることができる。

複数のリミッタ素子を設ける場合には、リミッタ素子の外壁を、他のリミッタ素子に形成され一部開口しているフローチャネルのカバーとして使用するよう構成でき、それに対応する封止アタッチメントを設けることができる。

そして、１つのリミッタ素子の出口が、他の１つのリミッタ素子の入口に開口する。

二次チャネルは、主チャネルの外に配置されることが好ましく、二次チャネルの主チャネルへの合流点にて流体の流れ方向に乱流を生成できる。したがって本発明では、一方のチャネルがもう一方内に延伸する実施形態は無くて、長手方向に沿って見たときに、両チャネルは互いに間隔をあけて離れて配置されている。両チャネルの合流接点は、端部のみに形成されている。したがって各チャネルは、自身の外殻に設けられた自身の壁によって境界が定められていると言える。

主チャネルの外に配置された二次チャネルは、その両端部が主チャネルに開口していることが好ましい。その結果、言わば並行接続されたフローチャネルが形成され、小片の目詰まり解消時に特に効果的なフロー制限が実現される。

フローリミッタは、好ましくは、流体が流れる領域を、特にフローチャネル構造内に備え、その領域は、フローリミッタの吸引経路に接続される手術ハンドピースの中空針の最小内部寸法より大きな最小内部寸法を有するものである。それにより、吸い取られるべき小片がフローリミッタ内で詰まって更なる閉塞が生じることを防止できる。フローリミッタ内の流体が流れる領域の断面は、円形、楕円形、またはその他の角の無い形状を有することが考えられる。ただし、角のある断面形状にすることも可能である。内部寸法とは、フローリミッタ内の流体が流れる領域の断面の縁の２点間を結ぶ直線であって、その直線は断面の幾何学的形状の中心または重心を通過するものであると理解される。

詳細には、流体が流れる領域の最小内部寸法は、中空針の最小内部寸法に比べて、少なくとも１０％、詳細には少なくとも２０％、詳細には少なくとも３０％、詳細には少なくとも４０％、そして詳細には少なくとも５０％大きく形成される。

中空針の最小内径が１ｍｍ未満（詳細には０．８ｍｍ）であると特に好適であることがわかった。フローリミッタ内の流体が流れる領域の最小内部寸法は、１．１ｍｍ〜１．６ｍｍの値であることが好ましく、詳細には１．２ｍｍ〜１．４ｍｍの値であると好ましい。

フローリミッタは、フローレートが毎分１９０ｍｌ以上に設計されることが好適であり、詳細には毎分約２００ｍｌであると好ましい。そのような貫流量は、たとえばミクロシステム技術の分野で見られる量よりかなり多い。それによって、根本的に異なるフロー技術的条件も存在する。また、ミクロシステム技術では超高純度の液体が使用されるが、本願のフローリミッタはそれと異なり、小片が混入している外科的流体を扱う。

フローリミッタは、吸引経路内で、できる限りハンドピースの近くに配置されることが好ましい。詳細には、フローリミッタをハンドピースに直接に設置することができる。また、フローリミッタの少なくとも一部分をハンドピースに設置することも考えられる。フローリミッタの配置を、ハンドピースにより近づけるほど（詳細には、ハンドピースの中空針の先端部により近づけるほど）、小片の目詰まり解消時に、圧力パルスまたは圧力振動をより効果的に防止できる。

フローリミッタ内の流体が流れる領域（詳細には、リミッタ素子のフローチャネル構造）の内部寸法は、全長にわたって実質的に変わらないことが好ましい。ただし、フローリミッタ内の流体が流れるその領域の内部寸法が、全長にわたって少なくとも一度変化するよう構成することも可能である。

フローリミッタ内の流体が流れる領域の内側部を少なくとも部分的に、流体フローによって生じる力作用に対して弾性を示すよう構成することができる。ただし、この内側部を全長にわたって、圧力パルス状の流体フローによって生じる力作用に対して剛直に構成することもできる。

主チャネルおよび二次チャネルは、流れ方向に沿って見た時に、二次チャネルの主チャネルとの合流領域にて乱流が生成できるよう設計および配置されることが好ましい。

フローリミッタは、少なくとも２つのリミッタ素子から成り、それらの素子が、破壊を伴うことなく可逆的に脱着可能に互いに接続および分離できることが好ましい。したがって、各リミッタ素子は、連結可能な個別の部品である。それにより、任意の数のリミッタ素子を用いてフローリミッタを簡単に交換または形成することができる。フローリミッタがモジュラ設計であることによって、異なるシステムでの使用において高い互換性が提供され、迅速かつ平易な設置が保証される。

また、フローリミッタの少なくとも２つのリミッタ素子を互いに、非破壊的に脱着可能に接続するのではなく、固定的に接続するようにも構成できる。そのような一体的構成によって、フローチャネル構造の最適な軌道が確保され、リミッタ素子を脱着可能に接続した場合に生じうる誤差を回避することが可能になる。

上記少なくとも２つのリミッタ素子は、積み重ねて配置されることが好ましく、それによって設置スペースを削減できる。詳細には、それらのリミッタ素子は、塔のように互いの上に配置される。

各リミッタ素子は、少なくとも２つのフローチャネル構造を含むことが好ましい。この構成は、吸引装置または吸引経路における小片の目詰まり解消時に圧力パルスまたは圧力振動を制限するのに、より効果的である。また、コンパクトで省スペースのフローリミッタの構成が得られる。

フローリミッタの長手方向に沿って見たときに、上記少なくとも２つのフローチャネル構造がリミッタ素子の両側に形成され、それらのフローチャネル構造がチャネル接続部によって互いに接続するよう構成することが可能である。好適には、フローリミッタの長手方向に沿って見たときに、複数のリミッタ素子が言わば直列に接続し、各リミッタ素子が、フローリミッタの長さ部分の両側に配置された少なくとも２つのフローチャネル構造を含むように構成される。つまり、いずれの場合にも、フローリミッタの同じ長さ部分の両側にそれぞれ、１つのフローチャネル構造が形成される。

フローリミッタのリミッタ素子（詳細には、リミッタ素子のフローチャネル構造）は、フローリミッタの長手方向に沿って見たときに、カスケード状または階段状に配置されることが好ましい。すなわち、フローリミッタの一方側に配置されたフローチャネル構造は、フローリミッタの他方側に配置されたフローチャネル構造に開口し、後者のフローチャネル構造は、反対側のフローチャネル構造に対して長手方向に沿ってずれて形成される。それにより、吸引経路における小片の目詰まり解消時に圧力パルスまたは圧力振動を制限する効果がさらにかなり向上し、構造を小型化できる。

フローチャネル構造の主チャネルおよび二次チャネルは、フローリミッタに対する吸引経路の吸引ラインの入口および／または出口に対して直交する平面内に配置されるよう構成することが好ましい。この配置によって、比較的小さなスペース内に、フローチャネル構造をできる限り多く形成可能になる。フローチャネル構造が長手方向に対して直交するよう延伸することによって、フローリミッタの外部設計長さが小型化され、かつ、主チャネルおよび二次チャネルの長さを確保できる。

特にフローリミッタをハンドピースに直接に設ける場合、そして、フローリミッタの一部分をハンドピース内に設ける場合にも、上記の１つ以上の好適な実施形態によって、とても効率的なフロー制限をとても短い構造で実現することができ、しかもハンドピースおよびフローリミッタの構造体がとても使い勝手のよいものになる。特に吸引ラインをさらに接続した場合に、この構造体のフレキシブルな操作性と簡単な移動性が確保できる。

フローリミッタは、フローチャネル構造を有するロッド形の内部部品と、その内部部品にスライドして係合できる別個の外部部品とから成ることが好ましく、その外部部品は、内部部品と連結された状態でフローチャネル構造を覆うものである。フローチャネル構造は、好ましくは内部部品の外殻に形成され、したがって、言わば外側に向かって開放されたフローチャネルとして構成される。外部部品は、精密に嵌る構成を有することが好ましく、内部部品が中空の外部部品に取り付けられた時またはその内部へスライドした時に、外部部品の内壁が、開放されたフローチャネル構造の封止カバーを形成する。そのような構成では、フローリミッタは、単純なプラグ接続部または継手として実現される。単純かつ迅速に設置できることに加え、外部部品から内部部品を引っ張り出せば、フローチャネル構造がほぼ全長にわたって覆われておらず目視可能であるために、フローチャネル構造を平易かつ素早く洗浄できる。したがってこのフローチャネル構造は、比較的簡単にアクセス可能でもある。

フローチャネル構造は、ロッド形の内部部品の両側に形成されていることが好ましい。互いに反対側に設けられたフローチャネル構造は、各場合において、チャネル接続部によってペアとして接続可能である。ただし、長手方向に見て内部部品の両側に複数のフローチャネル構造を形成し、内側部品の片側に配置された各フローチャネル構造のみを全長にわたって互いに相互接続する構成にすることもできる。この場合、フローリミッタの全長方向の端部のみにて、内部部品の反対側に配置されたフローチャネル構造とのチャネル接続部が設けられる。

長手方向に沿って見たときに、流れる流体が交互に、片側のフローチャネル構造から反対側に案内されそこに配置されたフローチャネル構造に流れ、つづいて、その反対側から第１の側に戻るよう案内され、そして、フローリミッタの長手方向に見てさらに下流のフローチャネル構造に流れる構成にすることも可能である。

本発明による手術装置は、特に、水晶体の手術用の眼科顕微手術装置として構成される。その手術装置は、吸引経路を有する吸引装置を備え、吸引経路には、その吸引経路に流れる流体のためのフローリミッタが設けられている。流体は、外科的処置において乳状分散された小片を含む外科的流体である。フローリミッタは、少なくとも１つのフローチャネル構造を有する少なくとも１つのリミッタ素子を備える。そのフローチャネル構造は、少なくとも１つの主チャネルと、その主チャネルに９０°以上の角度を付けて開口する少なくとも１つの二次チャネルとを含む。この構成は、水晶体残物を眼から吸い取る場合に特に、吸引経路に詰まった小片の解消時に生じる圧力パルスまたは圧力振動を実質的に制限可能にする。それにより、小片の目詰まり解消時に、眼から比較的大量に吸い出されることを、とても効果的に防止することができる。

詳細には、二次チャネルは、その両端が主チャネルに開口している。

手術装置は、フローリミッタ内で流体の乱流を、手術装置の特定の作動状態の関数として（詳細には、吸引装置内の狭窄を小片が突破した際に）生成できるように設計されていることが好ましい。

本発明による手術装置の有利な改良形態は、従属項に記載されている。

また、本発明によるフローリミッタの有利な改良形態は、手術装置の有利な実施形態でもあると考えるべきである。

本発明による手術装置を示す略図である。 本発明によるフローリミッタの第１の例示的実施形態を示す平面図である。 図２ａのフローリミッタを示す斜視図である。 本発明によるフローリミッタの第２の例示的実施形態を示す平面図である。 図３ａのフローリミッタを示す斜視図である。 本発明によるフローリミッタの第３の例示的実施形態を示す前方側斜視図である。 図４ａのフローリミッタを示す後方側斜視図である。 本発明によるフローリミッタの第４の例示的実施形態を示す前方側斜視図である。 図５ａのフローリミッタを示す後方側斜視図である。 本発明によるフローリミッタの第５の例示的実施形態を示す斜視図である。 本発明によるフローリミッタの第６の例示的実施形態を示す斜視図である。 本発明によるフローリミッタの第７の例示的実施形態を示す斜視図である。 図９ａ〜図９ｐは、フローリミッタ内の様々なフローチャネル構造を示す略図である。 ラインの内部寸法の関数としてレイノルズ数をグラフ化した図である。

以下、添付の略図に基づいて、本発明の例示的実施形態をさらに詳しく説明する。

図において、同一または機能的に同等な要素には、同じ符号を付してある。

図１に、水晶体の手術のための眼科顕微手術装置Ｉを略図で示す。図１の説明図では、本発明の理解のために必要な、装置Ｉの必須構成部品のみを示している。

手術装置Ｉは、機器ユニット１を備える。機器ユニット１は、たとえば台車などとして構成されることができ、電気制御ユニット、駆動ユニット、ユーザインタフェース、および表示ユニットに加えて、ポンプ２を含む。例示的実施形態ではこのポンプ２は、ぜん動ポンプとして構成され、それゆえ、運転オン状態では不連続的に送り出す。ポンプ２は、複数のローラホイール２１を備える。それらのローラホイール２１は、回転方向（矢印）に沿って互いに離間して配置され、各ローラホイール２１は、吸引領域から、密閉された容積チャンバを移動させる。ポンプ２は、手術装置Ｉの吸引経路３に設置されており、吸引経路３の吸引ライン４に収容されている液体を、手術ハンドピース５（例示的実施形態においては、水晶体用ハンドピース）から収集容器６へ運び出す。この構成によってポンプ２は、吸引ライン４に流れる流体にローラホイール２１が直接接触しないような設計になっているため、ローラホイール２１と流体との直接の接点はない。

ハンドピース５は、超音波トランスデューサ５２によって励起されて振動する先端部または中空針５１を備える。一例では、超音波トランスデューサ５２は、圧電型であって電圧によって励起されて振動するものであることが可能である。その電圧は、記号で図示した電圧源５３によって生成される。中空針５１の前側には、内部寸法として内径ｄ１を有する開口部が設けられている。中空針５１は、円形の断面を有し、眼ＩＩに面している。径ｄ１は、中空針５１の他の部分の径より小さく、したがって中空針５１は、この前方開口部がテーパ状の設計になっている。

手術装置Ｉはさらに、灌注経路７を備える。灌注経路７は、洗浄流体７２ａを収容する容器７２とハンドピース５との間に延伸する灌注ライン７１を含む。一例では、洗浄流体７２ａは塩水であることが可能である。図１の説明図では、容器７２がハンドピース５に対して高さレベルｈ１に設置されており、この構成によって、灌注ライン７１中の洗浄流体７２ａの圧力を高さｈ１の関数として変更することができる。また、弁７３が灌注ライン７１中に配置されている。灌注ライン７１は、チューブ接続部によって吸引ライン４に接続されており、そのチューブ接続部中にさらなる弁７４が配置されている。

また、吸引経路３には圧力計４１が設けられている。例示的実施形態ではその圧力計は、吸引ライン４中であって、流体の流れ方向において灌注ライン７１への接続ラインの下流の位置に配置される。

眼ＩＩの手術工程においては、灌注ライン７１を通じて供給された洗浄流体７２ａを、水晶体の破片残物と共に、中空針５１および吸引ライン４を通じてポンプによって吸い取る。したがって、吸引ライン４を通じて吸い取られる流体は、外科的処置において乳状分散された小片を含む外科的流体である。

手術装置Ｉはまた、フローリミッタ８を備える。フローリミッタ８は、吸引経路３内であって、吸引ライン４中の流体の流れ方向（矢印）においてポンプ２の上流に配置される。このフローリミッタは、吸引による流体移動のためだけに設けられる。

フローリミッタ８は、灌注ライン７１には直接的に接続されていない。

図１においてフローリミッタ８は、単に記号的なブロック要素として図示され、ハンドピース５の比較的近くに配置されている。流体は、吸引によってのみ、フローリミッタ８を通って移送される。フローリミッタは、約２００ｍｌ／分のフローレート用に設計されている。図示した実施形態では、フローリミッタ８は、ハンドピース５およびポンプ２の両方から間隔をあけて配置されている。フローリミッタ８を、少なくとも部分的にハンドピース５内に配置する構成にもでき、または、吸引ライン４に開口するハンドピース５の後端部に直接に配置することもできる。

眼ＩＩから水晶体残物を吸い出す際に、水晶体残物によって、中空針５１の前端部に閉塞が生じる場合がある。この詰まった水晶体小片が解消して吸引システムを通じて吸い出される時に、流れる流体中にその解消によって生じる衝撃波を、フローリミッタ８が実質的に制限または抑制する。それによって、小片の目詰まり解消および無制限の衝撃波に起因して眼から一時的に大量に吸い出されるという、手術における危険状態を回避できる。この衝撃波（「サージフロー」または「サージ圧」）がフローリミッタ８によって制限され、眼からの吸い出しおよびそれに伴う眼圧低下を防止できる。

一般論として、流体が内部に流れるたとえばパイプ、ダイヤフラム、流出口などのライン要素の圧力損失を求めることは、水力学の課題の対象である。圧力損失係数ζによって圧力損失を算出する。圧力損失係数ζは乱流の場合には一定であり、圧力損失は平均速度ｖ_mの二乗に比例する。圧力損失は、以下の等式から求めることができる。

ここで、ρ［ｋｇ／ｍ³］は流体密度、Ｑ［ｃｃ／分］はフローレート、ｄ［ｍｍ］はパイプなどの直径、υ［ｍｍ²／秒］は粘度、そしてＲｅはレイノルズ数を表す。

レイノルズ数Ｒｅは乱流の特性であり、以下のように特定することができる。

例示的実施形態では、中空針５１は円形の断面を有し、その場合に内径ｄ１として特定される中空針５１の内部寸法は、１ｍｍ未満の値であり、特にテーパ状の前方先端部は約０．９ｍｍである。例示的実施形態ではさらに、フローリミッタ８の最小内部寸法ｄ２（たとえば図２ａを参照のこと）は、この内径ｄ１に比べてかなり大きい。例示的実施形態では、内部寸法ｄ２は約１．２ｍｍである。内部寸法ｄ２が中空針５１の最小内径ｄ１に比べて大きい（特に、かなり大きい）ことによって、先に中空針５１の狭い断面を通って吸引されてきた乳濁物が、問題なくフローリミッタ８を通って吸引されることが可能になる。これらの構造的条件の下でフローリミッタ８は、Ｒｅが２０００未満のレイノルズ数の範囲になるように設計され、それによって吸引経路３での吸い出しに関して手術の進行が安定したものとなる。

さらに、フローリミッタ８全体は、上述の小片の解消時に乱流がフローリミッタ８内に生成されるように構成される。また、上記のようにレイノルズ数Ｒｅが２０００未満の場合には、例示的実施形態では、フローリミッタ８全体で抵抗が少なくとも５００ｍｍＨｇであって、圧力損失係数ζが８５になるように構成される。

フローリミッタ８の基本的構成は、互いに対向するフロープロファイルによる効果に基づくフロー抵抗素子を設けた構成である。フローリミッタ８において最も多くの乱流が発生するのは、同時発生するそれらのフローが混ざる領域である。

フローリミッタ８の数々の例示的実施形態を、以下でさらに詳述する。

図２ａに、円板状の構成を有する、フローリミッタ８のリミッタ素子８１を示す。図示する実施形態では、フローリミッタ８は、このようなリミッタ素子８１を少なくとも１つ含むことが可能である。このようなリミッタ素子８１を複数備えることも可能であり、その場合にリミッタ素子は、ｚ方向に沿って互いに直接に隣接して重なるように配置される。それらの少なくとも２つのリミッタ素子８１は、非破壊的に脱着可能に相互接続されることが可能であり、可逆的に分離および再結合可能である。

リミッタ素子８１は、ハンドピース５の直径と同じかそれより小さい外径ｄ_sを有する。

図２ａの平面図では、リミッタ素子８１は、主チャネル８１１と二次チャネル８１２とから成る第１のフローチャネル構造９ａを備える。流体のフロー方向（矢印）に沿って、二次チャネル８１２の第１端部が入口８１２ａにて分岐し、二次チャネル８１２の第２端部が合流点８１２ｂにて主チャネル８１１に戻って開口する。ハンドピース５（詳細には、その吸引ライン）によって吸い出され、かつ、水晶体小片を含む流体は、入口８１３にてリミッタ素子８１に流入した後、図示の矢印の方向に沿って流れる。図２ａの実施形態では、主チャネル８１１は、二次チャネル８１２の分岐点と合流点との間において、ほぼ直線の形状を有する。二次チャネル８１２はループ状に構成されており、詳細には、合流点８１２ｂにて主チャネル８１１に開口する端部が曲げられて、二次チャネル８１２から主チャネル８１１に流入する流体のフローが、入口８１３の方向に向かって流入するよう構成されている。したがって、二次チャネル８１２内の流体のフローと、主チャネル８１１内の流体のフローとは、合流点８１２ｂにて９０°より大きい角度で互いに対向するフロープロファイルを生じさせる。

中空針５１の前方開口部にて小片の目詰まりが解消すると、乱流の形成によって、特にこの合流点８１２ｂの領域で大きなフロー抵抗が生じる。したがって、小片の目詰まり解消に起因する衝撃波の発生を防止でき、それによって、そのような小片の目詰まり解消時に一時的に眼ＩＩから大量に吸い出されることも防止できる。

図２ａに図示する実施形態では、リミッタ素子８１は、同様に主チャネル８１４と二次チャネル８１５とから成る第２のフローチャネル構造９ｂを備える。二次チャネル８１５の第１端部が分岐点８１５ａにて分岐し、このチャネルの第２端部が合流点８１５ｂにて主チャネル８１４に戻って開口する。第２の主チャネル８１４に対する第２の二次チャネル８１５の形状および配置は、第１のフローチャネル構造９ａの主チャネル８１１および二次チャネル８１２の構成と相似している。つづいて、リミッタ素子８１内に流れる流体は出口８１６にて排出され、吸引ライン４およびポンプ２を通じて容器６へ運ばれる。

第２のフローチャネル構造９ｂは、第１のフローチャネル構造９ａに対して直列に配置されている。リミッタ素子８１の２つのフローチャネル構造９ａ，９ｂは、軸線Ｓについて鏡像対称性を有する構成になっている。

リミッタ素子８１内で流体が流れて通過する領域（詳細には、割り当てられたチャネルをそれぞれ有するフローチャネル構造９ａおよび９ｂ）の内径ｄ２は、領域全長にわたって実質的に変化しない。

この特徴は、フローリミッタ８のさらなる実施形態にも設けることが好ましく、それらの実施形態は以下でさらに説明する必要がある。

ただし、原理的には、フローリミッタ８で流体が流れる領域の最小内径ｄ２は、長さ方向にわたって変化することが可能である。

図２ａに図示する実施形態では、リミッタ素子８１内で流体が流れる領域を画成する内壁１０は、剛直に形成される。すなわち、流れる流体（特に、その流体の圧力脈動）によって内壁１０にかかる力作用が、内壁１０の弾性変形を生じさせないということである。

ただし、流れる流体によって圧力脈動の際に生じるそのような力作用に対して、フローリミッタ８の内壁１０が少なくとも部分的に弾性を示すよう構成することもできる。

主チャネル８１１，８１４と、それぞれに付随する二次チャネル８１２，８１５とは、合流点８１２ｂおよび８１５ｂにて９０°より大きい角度αを有するよう配置されている（明瞭な図示のために、この角度は、第２のフローチャネル構造９ｂのみで図解している）。さらに、例示的実施形態では、フローリミッタ８１の各チャネルは、同じ水力直径を有するよう構成されている。したがって、主チャネル８１１または８１４と、付随の二次チャネル８１２または８１５とは、異なる断面形状寸法を有しても、流体に作用する抵抗が同じ大きさになる寸法を有するよう構成されることが可能である。

図２ｂは、円板状のリミッタ素子８１を示す斜視図である。

主チャネル８１１，８１４および二次チャネル８１２，８１５は、出口８１６および入口８１３の延伸方向（ｚ方向）に対して直交配置された平面（ｘｙ平面）内に延伸する。

図３ａは、リミッタ素子８１のさらなる例示的実施形態を示す平面図である。この実施形態では、第１のフローチャネル構造９ａの主チャネル８１１と二次チャネル８１２とが、ほとんど同じ設計を有する。両チャネル８１１，８１２はそれぞれ、円弧部分を有し、それが直線のチャネル部分に対して角度を付けて合流する。主チャネル８１１と二次チャネル８１２とは、入口８１３および出口８１６を通過する水平軸について、実質的に対称に形成されている。各チャネル８１１，８１２の直線部分は、流れる流体のフロープロファイルが互いに直接に向き合うよう配列されている。

リミッタ素子８１の第２のフローチャネル構造９ｂのチャネル８１４および８１５は、上記と対応するように配置されている。チャネル８１１，８１２の構造とは異なり、フロー方向に沿って見た場合、チャネル８１４，８１５にはそれぞれ、最初に直線のチャネル部分が設けられ、それが対応の円弧部分に対して角度を付けて合流する。主チャネル８１４および二次チャネル８１５それぞれの円弧部分はその後、合流点８１５ｂにて互いに対して開口し、それらのフロープロファイルはほぼ反対方向から互いに向かう。

図３ｂは、図３ａに図示するリミッタ素子８１を示す斜視図である。ここでも、チャネル８１１，８１２，８１４，および８１５が、入口８１３および出口８１６の向きに対して直交する平面内に形成されていることがわかる。主および二次チャネルを有する各リミッタ素子８１は、リミッタ素子８１当たりの圧力損失係数ζが６以上に設計されていることが好ましく、詳細には８以上、さらに詳細には１２以上に設計されると好ましい。特に、所定の内部寸法ｄ１およびｄ２と、２０００未満のレイノルズ数Ｒｅとを考慮に入れると、このようなリミッタ素子８１の設計（すなわち、フローリミッタ８の設計でもある）によって、小片の目詰まり解消時に発生する圧力パルス（サージフロー）または張力パルスをとても効果的に制限または低減できる。フローリミッタ８は、全体で８５に等しい圧力損失係数ζが得られるだけの数のリミッタ素子８１を備えることが好ましい。

図２ａ，図２ｂ，図３ａ，および図３ｂに示す例示的実施形態では、フローチャネル構造９ａ，９ｂは平面（ｘｙ平面）内に延伸する。リミッタ素子８１は、この平面が吸引ライン４の長手方向（ｚ方向）に対して直交する向きになるように、吸引ライン４内に配置されることが好ましい。その方向（ｚ方向）とは、入口８１３および出口８１６の方向にも一致するものである。

図４ａに、フローリミッタ８のさらなる例示的実施形態を示す。この実施形態では、フローリミッタ８はロッド形に設計され、ロッド形の内部部品８ａと外部部品８ｂとを備える。ノズル形のコネクタ８ｃが内部部品８ａに形成されており、そのノズルによって、ハンドピース５、または、ハンドピース５の内部または外部に位置する吸引ライン４との接続が可能になっている。さらに、外部部品８ｂにおいてポンプ２に面した側に設けられたコネクタ８ｄによって、吸引ライン４との接続が可能になっている。

図示の実施形態では、内部部品８ａは、長手方向（ｘ方向）（すなわち、フローリミッタ８の長手方向Ａでもある）に沿って複数のフローチャネル構造を備える。それらのフローチャネル構造は、図２ａおよび図２ｂに示す改良形態にしたがって設計されている。

このように、内部部品８ａは、カスケード状に配置された複数のフローチャネル構造を含む。それぞれがを主チャネル８１１と二次チャネル８１２と有する３つのフローチャネル構造を、図４ａに示す内部部品８ａの前面にさらに詳細に図示する。内部部品８ａの反対側である後面には、対応のフローチャネル構造が同様に形成されており、それは図４ｂに示している。吸引経路３を通じて吸い取られるべき水晶体残物を含む流体は、コネクタ８ｃを通じてフローリミッタ８に流入した後、つづいてたとえば、リミッタ素子８１ａの第１の入口８１３を通じてチャネル８１１および８１２に流入し、出口８１６から出る。この出口８１６は、反対側のリミッタ素子８１ｅに接続されており、リミッタ素子８１ｅにおいて流体は、図４ｂに示す対応のチャネル８１１および８１２へ入口８１３を通じて流入する。このように、リミッタ素子８１ａ，８１ｂ，および８１ｃ（図４ａ）は、内部部品８ａの反対側（図４ｂ）に配置されたリミッタ素子８１ｄ，８１ｅ，および８１ｆと交互に直列に接続されている。後者の素子群は、リミッタ素子８１ａ〜８１ｃと類似の構成を有し、同様にそれぞれが、主チャネル８１４と二次チャネル８１５とを備える。

図４ａおよび図４ｂの説明図では、フローチャネル構造は、内部部品８ａの外殻に形成されているように図示され、したがって、外側に向かって実質的に開放された設計になっている。これらの開放されたフローチャネルを閉鎖またはカバーするために、内部部品８ａを、中空の外部部品８ｂ内に精密に嵌る状態で挿入する。それにより、外部部品８ｂの内側または内壁は、内部部品８ａの開放されたフローチャネル構造に対して、ぴったりとしたカバーを形成する。フローリミッタ８のこの構成によって、素子間に着脱可能な接続を設けることができ、その接続は簡単な連結またはプラグ接続を構成する。

図４ａおよび図４ｂに示す実施形態では、主チャネル８１１および８１４は、軸線Ａに対して実質的に直交する向きに配置されている。

図５ａに、フローリミッタ８のさらなる例示的実施形態を示す。この例においても、図４ａおよび図４ｂの実施形態に相当する基本概念が体現されている。図４ａおよび図４ｂの実施形態とは異なり、図５ａの実施形態における内部部品８ａは円筒形であり、円形の底面を有する。図４ａの実施形態では内部部品の底面は、楕円形、または、短辺が丸みをおびた長方形である。さらに図５ａの実施形態は、主チャネル８１１が基本的に軸線Ａに対して平行である点で異なる。主チャネル８１１，８１４と二次チャネル８１２，８１５との形状および配置は、図２ａまたは図４ａに示す改良形態と一致する。また、それらのフローチャネル構造は、基本的に互いに隣接して配置され、分離壁８１７によってのみ隔てられている。

図５ｂは、フローリミッタ８のこの実施形態のさらなる斜視図を示す。

図６には、フローリミッタ８のさらなる例示的実施形態を斜視図で示す。ここでも、ロッド形の内部部品８ａが外部部品８ｂとは別個の部品として構成されるという基本概念が体現されている。この実施形態では、主チャネル８１１と二次チャネル８１２とが、長手方向軸Ａについてほぼ対称に配置されており、コネクタ８ｃから離れる方向に傾斜した設計になっている。

図７には、フローリミッタ８のさらなる例示的実施形態を示す。この実施形態は、図６の改良形態とは異なり、互いに対して対称に配置された主チャネル８１１と二次チャネル８１２とが、コネクタ８ｃから離れる傾斜を有しない。

図８には、フローリミッタ８が内部部品８ａと外部部品８ｂとを備えるさらなる実施形態を斜視図で示す。図７の実施形態とは異なり、Ｕ字形に案内された主チャネル８１１とＵ字形に案内された二次チャネル８１２とが、長手方向軸Ａに沿って互いに対してずれて配置されている。また、直列に配置された複数のリミッタ素子は、ここでは互いから完全には分離されておらず、分離壁８１７に切れ目が設けられている。さらに、入口８１３は最初に１つのみ設けられている。

図４ａから図８までの実施形態ではフローチャネル構造は、単に平面内に配置されているのではなく、三次元形状として階段状に延伸している。長手方向（すなわち軸線Ａの方向）に沿って見たとき、フロー技術的に接続された複数のフローチャネル構造は、いずれの場合も、軸線Ａの両側において同じ高さに配置されている。

図９ａ〜図９ｐは、フローチャネル構造９ａ，９ｂについての複数の異なる改良形態を示す略図である。図示のとおり、二次チャネル８１２は、角を成すチャネルプロファイルを有するよう構成でき、または、角を少なくとも部分的に成すチャネルプロファイルを有するよう構成できる。同様に、少なくとも部分的に曲がったチャネルプロファイルを設けることもできる。二次チャネル８１２の主チャネル８１１からの分岐は、９０°の角度で実施可能である。ただし、その分岐が９０°未満または９０°より大きい角度を有するように構成することも可能である。

二次チャネル８１２の主チャネル８１１への合流は、９０°の角度または９０°より大きい角度で実施可能である。たとえば図９ａ〜９ｄに図示するとおり、フローチャネル構造９ａおよび９ｂの直列接続において、複数の二次チャネル８１２は、主チャネル８１１から上方および下方に交互に分岐することが可能である。それと同様の改良形態を、図９ｍ〜図９ｐに示す。図９ｅ〜図９ｌではそれぞれ、１つのフローチャネル構造についての２つの異なる図解を示した実施形態を表す。ここで、一例として、水平対称軸について対称な実施形態を設けることも可能である。

図９ａ〜図９ｐに示す実施形態のいくつかでは、例示として、主チャネルと二次チャネルとの間の角度αを示している。これらは全て、９０°以上の角度である。

図２ａ〜図９ｐに図解した実施形態は、部分的または全体的に、任意で互いに組み合わせることが可能であり、それによってフローリミッタのさらなる実施形態を得られる。

図１０は、内部寸法ｄの関数としてレイノルズ数Ｒｅをグラフ化した図である。図中、中空針５１の内径ｄ１と、フローリミッタ８のフローチャネルの内部寸法ｄ２とを示す。

Claims (15)

1. 手術装置の吸引経路に流れる流体用のフローリミッタであって、前記流体は、外科的流体であって外科的処置において乳状分散された小片を含み、前記フローリミッタは、少なくとも１つのフローチャネル構造を有するリミッタ素子を備え、前記フローチャネル構造は、少なくとも１つの主チャネルと、その主チャネルに９０°以上の角度を付けて開口する少なくとも１つの二次チャネルとを含む、フローリミッタ。
2. ２０００未満のレイノルズ数にて、前記フローリミッタ内に流体の乱流を生成できるように設計されている、請求項１に記載のフローリミッタ。
3. 前記フローリミッタの前記リミッタ素子当たりの圧力損失係数ζが６以上であるように設計されている、請求項１に記載のフローリミッタ。
4. 圧力損失係数ζの値が８５であるように設計されている、請求項１に記載のフローリミッタ。
5. 前記二次チャネルが前記主チャネルの外に配置され、前記二次チャネルの前記主チャネルへの合流点にて流体の流れ方向において乱流を生成できる、請求項１に記載のフローリミッタ。
6. 前記主チャネルの外に配置された前記二次チャネルの両端部が前記主チャネルに開口している、請求項１に記載のフローリミッタ。
7. 流体が流れる領域を有し、その領域の最小内部寸法が、前記吸引経路において前記フローリミッタに接続できる外科ハンドピースの中空針の最小内部寸法よりも大きい、請求項１に記載のフローリミッタ。
8. 前記領域の前記最小内部寸法が、少なくとも１０％前記中空針の最小内部寸法よりも大きい、請求項７に記載のフローリミッタ。
9. 流体が流れる前記領域の前記最小内部寸法が、前記フローリミッタ内の流体が流れる前記領域の全長にわたって実質的に変わらない、請求項７に記載のフローリミッタ。
10. 前記フローリミッタの前記最小内部寸法が１．２ｍｍ以上である、請求項７に記載のフローリミッタ。
11. フローレートが１９０ｍｌ／分より大きい、請求項１に記載のフローリミッタ。
12. 前記主チャネルと前記二次チャネルとが同じ水力直径を有する、請求項１に記載のフローリミッタ。
13. 互いに脱着可能に接続される少なくとも２つのリミッタ素子を備え、前記フローリミッタの長手方向に沿って見たときに、前記リミッタ素子が積み重なって配置されている請求項１に記載のフローリミッタ。
14. 吸引経路を備える手術装置であって、前記吸引経路には、その吸引経路に流れる流体用のフローリミッタが設けられ、前記流体は、外科的流体であって外科的処置において乳状分散された小片を含み、前記フローリミッタは、少なくとも１つのフローチャネル構造を有するリミッタ素子を備え、前記フローチャネル構造は、少なくとも１つの主チャネルと、その主チャネルに９０°以上の角度を付けて開口する少なくとも１つの二次チャネルとを含む、水晶体の手術のための眼科顕微手術装置である、手術装置。
15. 前記フローリミッタの少なくとも一部分がハンドピースに設けられた、請求項１４に記載の手術装置。

Images