———————————————————————-Page10910-1810/09/\100/頁/JCOPY発振器を装着したハンドピースにリユーズの灌流・吸引チューブを用いる仕様であった.電磁式の問題点は発熱が多く,冷却が十分でないと創口に熱傷が生じるシビアな問題が発生していた.このため,第3世代以降のすべてのPEA装置には発熱の少ないピエゾエレクトリック方式の超音波発振器を装着したハンドピースが採用された.II超音波発振の変更が可能になった第3世代PEA装置超音波発振によって生じる振動は縦振動(チップの軸に沿った振動)で,第3世代以降のPEA装置からは連続モードかパルスモードを選択できるようになった.パルスモードは発振時間が固定された仕様(100ms前後)のもので,1秒間に発振するパルス数を変えることができた.1回の発振時間が固定されているため発振回数を上げると,冷却に必要な時間がなくなり,連続モードと同じように発熱が生じるためパルスモードによって発熱を抑えるには,発振回数を抑えた設定が必要であった.19ゲージの超音波チップに対し,吸引システムは設定された3段階の変更しかできず,実際は吸引流量15~25ml/分,吸引圧80~100mmHg程度で行っていたため,少し硬い核をパルスモードで破砕するとチャタリング現象(吸引口で核が弾かれる)で破砕効率が逆に悪くなることがあった.この現象を抑えるため吸引圧を上げて吸引口から核が弾かれないよう保持力を強くし,さらはじめに超音波水晶体乳化吸引(PEA)装置はピエゾエレクトリック方式による超音波発振,ペリスタルティックやベンチュリ方式による吸引制御など,さまざまな技術を駆使して破砕効率を向上させ,超音波発振による発熱や吸引中のサージ現象を抑えるハイテクノロジーを応用したさまざまな技術が登場し,核処理の安全性は飛躍的に向上している.本稿ではこの10年間を振り返り,臨床や実験の結果に基づいて行われてきたPEA装置の技術革新について述べる.I20年前のPEA装置最近10年のPEA装置の変遷を述べるためには,それ以前の白内障手術の変遷も知っておく必要がある.PEA装置は1990年から1995年の間に大きく変化したが,その背景にはシリコーン製のフォルダブル眼内レンズ(IOL)が開発され,点眼麻酔による切開幅約3mmからの角膜小切開手術ができるようになったことが発端になっている.当時は球後麻酔,外手術(11mmの強角膜切開)が主流で手術時間も1件40分はかかっていたが,この革命的変化によって手術はPEAに大きく流れが変わっていった.それまでのPEA手術の適応は軟らかい核が対象になっていたが,出血がない綺麗な手術の結果に適応範囲が硬い核へ広がっていったことは言うまでもない.1990年頃の第2世代とよばれたPEA装置は,電磁式またはピエゾエレクトリック方式の超音波(11)1017MiyuiNgh1138655731特集●白内障手術の進化―ここ10年余りの変遷あたらしい眼科26(8):1017~1023,2009白内障手術装置の進化PhacoemulsicationSystemAdvances永原幸*———————————————————————-Page21018あたらしい眼科Vol.26,No.8,2009(12)のカニューラをそれぞれのサイドポートから挿入して行う手術手技をbi-manualphacoとよび分けた.Bi-man-ualphacoの大きな問題は,超音波チップが直接創口に接触しているため熱傷が生じることである.当時,世界的にブームが生じさまざまな器具が開発されたが,学会で眼内炎やサーマルバーンの報告が増えてからは,ほとんどの術者がcoaxialphacoに戻った.第5世代のPEA装置は熱傷対策に重点が置かれている.発熱の少ないピエゾエレクトリック装置の開発と,発熱の少ない発振方式が開発された.初期の代表的な仕様はAMO社のソブリンRに採用されたdutycycleというコンセプトである.発熱の根源は超音波パワー(振幅)であり,振幅を変えずに発振のパターンを1msec単位でコントロールすることで破砕力を変え,さらに冷却するための休止時間を入れて発熱を抑えるというものである.フットスイッチとリニアに連動し踏み具合で4段階にパターンを変えられる.Coolingphacoという代名詞でよばれ発熱は極力抑えられたが,非常に硬い核は振幅を増やさないと十分な破砕力は得られなかった.AMO社はさらにWHITESTARRICE(IncreaseCon-に流量を増やして核を引き寄せやすくすることで,核の処理効率を上げる高流量高吸引圧時代へ入っていった.1993年に発表されたMMP(multi-modulatedphacoe-mulsication)1)は核処理の局面に応じて設定を変え,安全かつ効率よく手術を行うことが目的で生まれたコンセプトだが,今のPEA装置では標準的に設定ができるようになっている.IIIコンピュータ制御の吸引システムが付加された第4世代PEA装置流量と吸引圧の制御システムに用いられる吸引ポンプは,ペリスタルティック方式かベンチュリ方式が採用されている.ベンチュリ方式はベンチュリ管の原理で陰圧を発生させるものであるが,吸引圧が瞬時に立ち上がり,吸引圧によって変化する流量のコントロールがむずかしいため,おもに流量の変化が少ない硝子体手術装置に採用されている.硝子体手術装置に付加されているベンチュリ方式PEA装置はサージ現象(流量の急激な変化で前房容積が変動する現象)が生じやすく注意が必要になる.ペリスタルティック方式はほとんどの第4世代PEA装置に採用されている.上述したようにPEA手術は高流量高吸引圧の時代へ突入し,コンピュータ制御の吸引システムが付加されたPEA装置を第4世代とよんだ.代表的なPEA装置として,20000レガシーR(アルコン社),プレステージR(AMO社)がある.吸引圧の変化を捉えるセンサーを備え,変化に応じてペリスタルティックポンプの回転速度を変え流量をコントロールしサージ現象を抑える制御システムである.サージ現象がさらに少なくなるよう灌流・吸引チューブの仕様(灌流チューブは太く,吸引チューブは細く硬く)が変更された.IV発熱を抑える第5世代のPEA装置欧米では2005年頃から1.45mmの創口から入るプレート型IOL(ThinOptX社)が開発され,極小切開への可能性を追求するようになった.手術手技としては,従来のスリーブを取り付けて行う手術手技をcoaxialphaco,スリーブを外して超音波チップと灌流分割併用時間(msec)出力(%)45403530252015105図1ICEPulsetechnology(AMO社)AMO社はWHITESTARRICE(IncreaseControlandEciency)technologyとして,超音波発振の際にチップ先端で発生するキャビテーションによる核破砕力を増強させるため,発振開始の1msecにパワー設定値(青)より0~12%強い振幅(赤)を入れることができるICEPulsetechnologyを開発した.Dutycycleに始まった発振のパターンを数msec単位でコントロールして破砕力を変えるコンセプトは,発熱を抑えるだけでなく,硬い核にも対応できる破砕力を発生できるまでに至った.———————————————————————-Page3あたらしい眼科Vol.26,No.8,20091019(13)軽量化され発熱を抑える仕様に改良された.超音波発振も改良され,WHITESTARRと同様に高頻回パルス発振が可能となり,超音波エネルギー量の減少,発熱作用の抑制が実現され,超音波発振に関しても頻回モニタリング(1,000回/秒,ソブリンRの50倍)し,安定かつ滑らかな超音波発振と,低パワー超音波発振でも抜群の安定性を実現している.さらにアクアレースという温熱で水晶体を破砕できるハンドピースを同時に開発した.チップの先端から温熱を噴き出しながら水晶体を破砕して吸引するというコンセプトであるが,グレード3までの軟らかい核に限られる.灌流・吸引系のカセットパックはペリスタルティックポンプのチューブを廃止,カセット本体を剛性の高いプラスチックで構成することでチューブのたわみによるサージを抑えることに成功した.吸引系圧センサーは10,000回/秒で吸引圧の変化をモニタリング(ソブリンRの200倍,レガシーRアドバンテックの25倍)し,吸引流量は60ml/分(最大設定値)から状況に応じて自動的に100ml/分へ変わり,大きなサージ現象を抑える場合はポンプが逆回転することにより前房を保つ,非常に精密なコンピュータ制御でPEA手術の安全性が格段に向上した.さらにダイナミックドライブポンプ(ペリスタルティック+ベンチュリポンプ)機能を搭載,吸引圧と吸引流量の両方を別々に制御することでベンチュリと同等の早い吸引圧の立ち上がりが可能になり,吸引圧を完全にリニアコントロールすることを実現した.灌流系にも圧モニターを導入し,将来的にはボトル残量減少時あるいは灌流系異常時に警告を発生することや,灌流圧もコンピュータ制御することが可能になりそうである.インフィニティRでは,非生理的な超高灌流圧(100mmHg以上),超高吸引流量(50ml/分以上),超高吸引圧(500mmHg以上)の設定で手術を行うことが可能で,それにより核処理を早く行うことができる.これだけの設定を行えるPEA装置の性能にも驚かされたが,しかし,このような超高灌流・超高吸引設定では角膜内皮や眼循環に悪影響があることは必至であり,時間を争う手術に危険を感じる術者がほとんどであった.trolandEciency)technologyとして,超音波発振の際にチップ先端で発生するキャビテーションによる核破砕力を増強させるため,発振開始の1msecにパワー設定値より0~12%強い振幅を入れることができる,ICEPulsetechnologyを開発した(図1).この頃,アルコン社はレガシーRアドバンテック(最終バージョンはエベレスト)にNeoSonixRtechnologyを追加した.従来の40kHzの縦振動に100Hzのねじれ(トーショナル)の振動(±2°)を加えたもので,2001年から発売されている.ハンドピースが130gと従来のレガシーRのものと比べ40gも重く操作性に難はある(図2)が,機能的に硬い核には縦振動のみの発振よりも有効である.ただし,非常に硬い核の場合は縦振動の振幅を増やさないと十分な破砕力は得られなかった.アルコン社はレガシーRの次期PEA装置としてインフィニティRを発売した.インフィニティRは発売当初から現在まで数々の改良が加えられ,第5世代のPEA装置から第6世代へ進化する.まず,インフィニティRに採用された標準のハンドピースは,レガシーRよりも図2ハンドピースの変遷(アルコン社)アルコン社はレガシーRアドバンテックにNeoSonixRtechnol-ogyを追加した.従来の40kHzの縦振動に100Hzのねじれ(トーショナル)の振動(±2°)を加えたもので,2001年から発売されている.ハンドピースが130gと従来のレガシーRのものに比べ40gも重く操作性に難はあるが,機能的に硬い核には縦振動のみの発振よりも有効である.OZilTMのハンドピースはインフィニティR標準より少し重いが60gに軽量化され,NeoSonixRのハンドピースより操作性が飛躍的に改善されている.———————————————————————-Page41020あたらしい眼科Vol.26,No.8,2009(14)障害が生じる(図3).超音波チップの縦振動はチップの反対方向へ流れが生じるだけでなく(図4左),チップが核を弾くため核の破砕効率が悪く,当時,この状況を打開するため,高い灌流圧,流量,吸引圧に設定する傾向にあった.一方,横振動によって生じる水流の変化はチップの吸引口に向かうもので(図4右),実際の手術では,硬い核でもチップが核を弾くことはなく,安定した状態で効率よく核を破砕できる(図5).OZilTMは最大90μmの縦振動40kHzとねじれの振幅が交互に発振され,超音波チップを振動させる.縦振動のパターンは従来のバーストモード,ハイパーパルスモードの設定がさらに細かく変更できるカスタムパルス,本発振の前に20%出力で前打ちが入るスマートパルスV第6世代PEA装置(インフィニティRの進化),超音波破砕力に革命を起こした横(ねじれ)振動アルコン社はNeoSonixRの進化版といえるOZilTMtorsionaltechnologyを開発し,核の破砕力(効率)に革命が起きた.OZilTMのハンドピースは60gでNeoSonixRのハンドピースより軽量化され,操作性が飛躍的に改善されている(図2).ねじれの振動によって破砕効率が上がることは(特に硬い核)経験的にわかっていたが,100Hzの振動では限界があり従来の縦振動の振幅を大きくして対処していた.縦振動の振幅が大きくなると超音波チップが核を弾く現象が大きくなり,硬い核になると核の散乱が生じ,飛散した核の接触で角膜内皮図3NeoSonixR(アルコン社)を用いた硬い核の処理(核の飛散)ねじれの振動は100Hzであるため,硬い核のときは縦振動を100%(90μm)入れないと破砕できない.縦振動の振幅が大きくなると吸引口に入った核が角膜に向けて飛び散る現象が生じ,角膜内皮障害が生じる.左上:分割した硬い核片で吸引口が完全に閉塞している.右上:つぎの瞬間,超音波チップの縦振動の発振で核は角膜に向かって飛散している.左下:分割した硬い核片で吸引口が,半分閉塞している.右下:つぎの瞬間,超音波チップの縦振動の発振で核は角膜に向かって飛散している.———————————————————————-Page5あたらしい眼科Vol.26,No.8,20091021(15)できるようになっている.ねじれ発振のみも設定可能で,ねじれの振動によって破砕力を向上させるにはKelmanチップとの組み合わせが設定できるようになっており,ねじれの振動は発振時間(最長20msec)と最大振幅をパネルで設定し,設定した発振時間と振幅を100として術者がコントロール図5OZilTM(アルコン社)を用いた硬い核の処理左上→右上→左下→右下:ねじれの振動だけで毎秒64,000カットが可能になる.核片は吸引口の先端で回りながら飛散することなく吸い込まれていく.図4縦振動とねじれ振動による流れの変化超音波チップの周囲の水流がわかるように青色の色素を滴下して観察した実験.縦振動はチップの反対方向へ水流が生じる(図左).一方,横振動はチップの吸引口へ向かう水流が生じることがわかった(図右).———————————————————————-Page61022あたらしい眼科Vol.26,No.8,2009(16)versal(横断)の振動,ねじれと異なるところは,Kelmanチップのようなベント角が必要ないことで,従来のストレートチップでも横振動による破砕ができる(図7).OZilTMでは,横と縦振動が交互に発振する仕様であるが,EllipsTMは同時に発振できるため,チップ先端の動きが3次元的に楕円(ellipse)を描き,さらにソブリンRに採用されているICEPulsetechnologyによって発熱を極力抑えて核を破砕することができる.上述したように超音波チップのねじれによる横振動で生じる水流は,縦振動と正反対の流れが生じる.恐らくElli-psTMも同様の流れが生じていると思われるが,この実験に基づいて言えることは,横振動のみで破砕を行う場合は必要以上に吸引圧や吸引流量を上げる必要がなく,安定した状態で核破砕ができることである.FusionTMは同じカセット内にペリスタルティック方式とベンチュリ方式のポンプを搭載している.現在の仕様としては,超音波操作の際はペリスタルティック方式,I/Aと硝子体カッター(2,500rpm仕様)ではベンチュリ方式というように使い分けられる.ソブリンRに採用されているWHITESTARRICECASE(ChamberStabilizationEnvironment)はサージ現象を抑えるシステムであるが,FusionTMはCASEに加え,閾値を超えた閉塞時間をモニターしており,一定の時間を過ぎるとサージ現象を抑えるため吸引圧が下がるようになっていが必須となる.Kelmanチップは先端手前の3mmの位置で下方へ20°屈曲(ベント角)しており,ねじれの振動をベベル30°で最大91μm,ベベル45°で最大120μmの振幅に変える.縦振動は前進のときのみに核が破砕されるのに対して,ねじれの振動は往復時,常に核が破砕されているため破砕効率は飛躍的に向上すること(図6),チップの種類によっても手術侵襲が異なることが報告されている2).IV追従する第6世代PEA装置は付加価値を重視した仕様第6世代に進化したインフィニティRに追従するように,吸引系の性能の向上,超音波発振方式の変更,硝子体カッターの性能向上など,各メーカは付加価値を重視した仕様で発売した.2007年,Bausch&Lomb社は新しいPEA装置StellarisTMを発売した.ペリスタルティック方式とベンチュリ方式を選択できる仕様になっている.両方式を混在して使用することはできないが,標準で装備されている硝子体切除システムは2,500rpm仕様であることと,吸引制御システムについては高い評価が報告されている3).同年,AMO社ではOZilTMに対抗する横振動のコンセプトであるEllipsTMと,流体力学に基づいた吸引制御システムのコンセプトであるFusionTMを同時開発し,SignatureTMという名称で発表した.EllipsTMはtrans-図6縦振動とねじれ横振動の破砕効率の比較従来の縦振動は1方向しか破砕しないため毎秒40,000カットになる.破砕する際には核を突き放し,吸引する際には核を逆方向へ放してしまうため,核の保持力が悪く,核処理中の前房の挙動も大きくなる.ねじれの振動は両方向で破砕が可能になるため,毎秒64,000カット(32kHz×2)が可能になる.吸引と破砕の方向が異なるため核の保持力に優れ,核処理中の前房が安定する.従来の縦の振動横の振動回転軸ベント角20°図7ねじれ横振動と横断横振動の比較OZilTM(アルコン社)ではねじれ横振動と縦振動が交互に発振する仕様(図左)だが,EllipsTM(AMO社)は横断横振動と縦振動が同時に発振できるため,チップ先端の動きが3次元的に楕円(Ellipse)を描き(図右),さらにソブリンR(AMO社)に採用されているICEPulsetechnologyによって発熱を極力抑える仕様になっている.———————————————————————-Page7あたらしい眼科Vol.26,No.8,20091023る(図8).おわりにこのようにPEA装置は白内障手術の進歩を担っており,現時点における開発の視点は核の破砕効率,熱対策,流体制御にある.PEA手術がいつまで続くのか,代替のさまざまなアイデアが出されては消えるなかで,第7世代のPEA装置はさらに安全性を上げる仕様が準備されているに違いない.文献1)清水公也,杉田元太郎,谷口重雄:Multi-modulatedphacoemulsication(MMP).IOL7:86-94,19932)BerdahlJP,JunB,DeStafenoJJetal:Comparisonofatorsionalhandpiecethroughmicroincisionversusstandardclearcornealcataractwounds.JCataractRefractSurg34:2091-2095,20083)GeorgescuD,KuoAF,KinardKI,OlsonRJ:AuidicscomparisonofAlconInniti,Bausch&LombStellaris,andAdvancedMedicalOpticsSignaturephacoemulsicationmachines.AmJOphthalmol145:1014-1017,2008(17)図8PEA装置のFluidics(流体工学)の向上FusionTM(AMO社)は同じカセット内にペリスタルティック方式とベンチュリ方式のポンプを搭載している.ソブリンR(AMO社)に採用されているWHITESTARRICECASE(ChamberStabilizationEnvironment)はサージ現象を抑えるシステムで,吸引圧の変動に対し,ペリスタルティックポンプの速度を変化させ,サージを極力抑える(図左).FusionTMはCASEに加え,吸引圧の上の閾値(upthreshold)を超えた閉塞時間(uptime)をモニターしており,一定の時間を過ぎるとサージ現象を抑えるためポンプが逆転(pumpreversal)して吸引圧が下がるようになっている(図右).706050403020100500mmHg45cc/minFullOcclusionOcclusionBreakNoCASECASE0.00.5Time(Seconds)IntraocularPreessure(mmHg)1.0PumpReversal‘UpThreshold’‘UpTime’TimeMaximumVacuumVacuumVacuumComfort???????????