JP2005168910A - 能動チューブおよび能動チューブシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ワーキングチャネル用チューブ21aの外側に沿ってSMAコイル21eを配線して屈曲機構21を構成する。複数の錘22を内蔵した外皮用チューブ25内に屈曲機構21を挿入する。そして、屈曲機構21の先端側に先端チップ23を装着して能動チューブ1の先端部2とする。また、先端部2に、ワーキングチャネル用チューブ21aに本体チューブ4を連通させる。SMAコイル21eに配線21gを接続する。この配線21gは、本体チューブ4の配線用チャネル4Bで本体チューブの後端部41まで挿通されており、屈曲機構21を外部から駆動可能にする。
【選択図】 図2
Description
例えば、医療用現場においては、開腹手術を行わない、所謂非手術的な腸閉塞治療には、幽門や小腸内にチューブを通過させることができるように、様々な方法が提案されている。その例として、内視鏡にチューブの先端部を把持させた医療器具や、芯となるガイドワイヤーを挿入したチューブや、予め挿入留置するロングオーバーチューブなどがある。また、先端に錘を組み込んだチューブが広く用いられている。
べき方向を判断し、カテーテル100を押し進める。カテーテル100を挿入する際は、カテーテル100の先端部における錘102に作用する重力を利用する。すなわち、患者の体位を様々に変えることでカテーテル100の先端部の方向付けをする。場合によっては、術者が体外から手で押すことでカテーテル100の先端部の方向付けをすることもある。また、患者の呼吸に合わせて挿入する方法もある。
また、カテーテル100の先端付近の臓器をX線透視下で観察するので、患者や術者は長時間X線に晒されることになり、体にも好ましくない。さらには、カテーテルの挿入箇所を術者が直視できないので、カテーテルの挿入は容易ではない、という課題もある。
また、屈曲機構内およびその周辺を放熱し易い構成としたことから、屈曲機構のSMAコイルへの通電により熱が生じるが容易に放熱でき、能動チューブの先端の温度上昇を抑えることができる。
また、本体チューブに装着したバルーンを膨らませ、ワーキングチャネルに内視鏡を挿入することで、例えば腸内観察の医療器具としても用いることができる。さらに、本発明の能動チューブシステムによれば、コントローラを介して能動チューブの屈曲機構を容易に駆動させることができる。
図1は、本発明を実施するための最良の形態である能動チューブシステムの全体の構成図である。能動チューブシステム1は、屈曲機構21を内蔵した先端部2を備えた能動チューブ3と、能動チューブ3の屈曲機構21を制御するコントロールボックス10とからなる。コントロールボックス10には、手指で操作可能なコントロールスティックなどの制御入力部10aを外部に接続している。
能動チューブ3は、屈曲機構21を内蔵して複数のリング状の錘22を装着した先端部2と、先端部2の後端に接合する本体チューブ4とからなる。
本体チューブ4の後端部41には、本体チューブ4の中心軸から後方に傾斜して、小腸などの腸に溜まった内容物を吸引するために腸内容吸引管として用いられるワーキングチャネル4Aと、配線用チャネル4Bと、本体チューブ4の先端に装着しているバルーンに空気や液体を送り込むためのバルーン膨らまし用チャネル4Cと、本体チューブ4の先端付近の通気孔に導通するベント用チャネル4Dとが接続している。
図2は能動チューブの構造を示す図であり、(a)は能動チューブ3の先端部2の分解斜視図であり、(b)は能動チューブ3の先端の断面図である。能動チューブ3の先端側には、チューブの長手方向に屈曲機構21を内蔵した先端部2を備えている。図2(a)に示すように、能動チューブ3の先端部2は、屈曲機構21を、複数のくびれ部分にリング状の錘22を内蔵した外皮用チューブ25の後方から挿入し、前方から先端チップ23が装着される構成を有している。
先端部2の先端側には、ワーキングチャネル用チューブ21aを延設して先端接合フランジ2aを形成する。先端接合フランジ2aの外周は、先端チップ23の後端接合フランジ23aに接合する。この先端チップ23は、円筒状の後端接合フランジ23aと同一径の貫通穴を形成し、先端側が滑らかな形状になっている。
図3において、(a)は屈曲機構21の一部斜視図であり、(b)は屈曲機構21の断面図である。図3(a)に示すように、前リンク21bおよび後リンク21cで、ワーキングチャネル用チューブ21aが支持されている。すなわち、ワーキングチャネル用チューブ21aの先端側は、前リンク21bの大径孔21dに挿通され、挿通された前端部分で先端接合フランジ2aを形成する。また、ワーキングチャネル用チューブ21aの後端側は、後リンク21cの大径孔21dに挿通され、挿通された後端部分は後端接合フランジ2bを形成し、ジョイント用チューブ24と接合する。
さらには、複数本のSMAコイル21eを対称的に配線してもよい。すなわち、屈曲機構21の前後方向を法線方向とする断面(図3(b)のA−A線の断面)において、各SMAコイル21e同士が、屈曲機構21の中心軸に対して互いに対称的になるように配線してもよい。例えば3本のSMAコイル21eを配線する場合には、各SMAコイル21e同士が屈曲機構21の中心軸に対して120度をなすように配線してもよい。この場合には、各SMAコイル21eによる各屈曲方向を相互に連関させて先端部2をあらゆる方向に屈曲させることができる。このとき各SMAコイル21eは前リンク21bおよび後リンク21c間で一回の折り返しでもよいし、複数回折り返してもよい。
図7は本体チューブ4の先端側に装着されているバルーンの構造の箇所の概略断面図であり、図8はそのバルーンの側面図である。本体チューブ4の先端側の所定の位置には、例えば弾性の薄膜からなるバルーン42が装着されている。バルーン42の前後部分は、本体チューブ4の外周に接着剤42aなどで固着されている。本体チューブ4において、バルーン42で被覆されている箇所には、例えば3つの注入口42bが穿設されている(図8参照)。これにより、バルーン膨らまし用チャネル4Cに通された空気などの気体や水などの液体は、図7に矢印で示すように、注入口42bを通過してバルーン42を膨張させる。なおバルーン42に使用する円筒の薄膜には、例えばシリコーンゴムを用いることができる。
先ず、先端部2の屈曲機構21を組み立てる。すなわち、図3(a)に示すように、ワーキングチャネル用チューブ21aの先端側を延設するように前リンク21bの大径孔21dに挿通する。また、ワーキングチャネル用チューブ21aの後端側を延設するように後リンク21cを大孔径21dに挿通する。必要に応じて、前リンク21bおよび後リンク21cとワーキングチャネル用チューブ21aの外周面とは接着剤などで仮止めする。また、SMAでSMAコイル21eを作製する。SMAコイル21eは、例えば、素線径50〜100μm、外径200〜300μmのものを用いる。そして、後リンク21cの第一の小径孔21fにSMAコイル21eの一端を挿通し、前リンク21bの第一の小径孔21fに挿通する。その後、前リンク21bの第一の小径孔21fに挿通したSMAコイル21eの先端を折り返して、前リンク21bの第二の小径孔21fに挿通し、後リンク21cの第二の小径孔21fに挿通する。SMAコイル21eの両端、すなわち、後リンク21c側の両端を、必要に応じて別の配線と接続する。
続いて、屈曲機構21の後端接合フランジ2bの外側に、ジョイント用チューブ24を接続して、後端接合フランジ2bとジョイント用チューブ24の前側の内周面とを絶縁性の接着剤で固定し、これで屈曲機構21が組み立てられる。
そして、能動チューブ3の先端部2のSMAコイル21eの両端を、本体チューブ4の配線用チャネル4Bに挿通されている配線21gと半田などで結合させる。なお、SMAコイル21eの両端に別の配線を必要に応じて接続した場合には、この別の配線を配線21gと結合させる。本体チューブ4と先端部2とを連通させて、ジョイント用チューブ24の後端端面と本体チューブ4の前側の内周面とを絶縁性の接着剤で接着することにより能動チューブ3が完成する。
図9はコントロールボックス10の機能ブロック図である。コントロールボックス10は、能動チューブ3の先端部2に内蔵されている屈曲機構21を制御する。この制御により先端部2を屈曲させる。例えば、図9に示すように、コントロールボックス10は、ポテンショメータを内蔵したコントロールスティックなどからなる制御入力部10aと、制御入力部10aからの入力信号を受けて屈曲機構21に対して制御信号を出力する制御部10bと、制御部10bに対して電源供給を行う電源部10cとを有する。ここで、制御入力部10aは、例えば、手のひらで容易に掴めるようにグリップを形成してあるスティック10Aに、手指でレバー10Bを移動することで入力可能なスライド式操作機構を備えたコントロールスティックである。また、制御部10bはマイクロコンピュータなどで構成され、電源部10cは乾電池などで構成される。
なお、コントロールボックス10の制御入力部10aの代わりに、コントロールボックス10に内蔵された入力部10fを用いてもよい。
特に、屈曲機構21に対する制御方式として、パルス幅変調(PWM:pulse Width Modulation)方式を用いることができる。PWM方式を採用することにより、SMAコイル21eへの通電時間と通電していない時間とを繰り返して、SMAコイル21eへの通電による加熱時と放熱時とを繰り返す。これにより、SMAコイル21eの温度を抑制し、屈曲機構21、ひいては先端部2そのものの温度を抑制できる。また、通電の時間サイクルのデューティ比を変えることで、一サイクルでの通電量を変化させて屈曲機構21の屈曲角を制御することができる。
図10は、コントロールボックス10の制御入力部10aとしてのコントロールスティックのレバー10Bを操作して、能動チューブ3の先端部2の屈曲状態を示した断面図である。コントロールスティックのレバー10Bを操作して、コントロールボックス10の制御部10bに入力し、その入力に応じて制御素子10eを制御する。制御素子10eは、SMAコイル21eへの一サイクルでの通電量を変化させる。これにより、SMAコイル21eの通電量に対応して、屈曲機構21が作用し先端部21の屈曲角が一定に保たれる。
次に、本発明の第二の実施形態に係る能動チューブシステムについて説明する。
図11は、第二の形態に係る能動チューブシステムの概略図である。第二の形態に係る能動チューブシステム1aは、能動チューブ3aと表示装置3Aからなる。能動チューブ3aは、第一の形態に係る能動チューブ3のワーキングチャネル用チューブ21aに、内視鏡5を、本体チューブ4のワーキングチャネル4Aから挿入したものである。この第二の形態においては、内視鏡5の先端側は能動チューブ3aの先端部2に固着されない。すなわち、内視鏡5は、本体チューブ4を介して先端部2に挿脱できるようにしたものである。
これにより、内視鏡5を本体チューブ4を介して先端部2に挿入し、必要に応じて内視鏡5のみを抜き取り、薬剤を挿入したり先端部2から内容物を吸い出したりすることができる。また、内視鏡5を必要に応じて洗浄などの処理を行い再利用することができる。
次に、本発明の第三の実施形態に係る能動チューブシステムについて説明する。
図13は、第三の形態に係る能動チューブの概略図である。第三の形態に係る能動チューブ3bは、第一の形態に係る能動チューブ3のワーキングチャネル用チューブ21aに,内視鏡6を挿通し、内視鏡6の先端を能動チューブ3bの先端チップ23Aに固着したものである。先端チップ23Aの内周には、内視鏡6と係合する係合部を有する。この係合部は、例えば、先端チップ23Aの先端を軸側に鍔23Bを延設して成形される。先端チップ23Aの係合部は、内視鏡6の係合部、例えば凹部61と係合して、内視鏡6を先端チップ23Aから脱離できないようにする。
以上の第二の形態および第三の形態における内視鏡としては、例えば、直径3〜10mmの径のものや、それより細い、例えば2.5mmの極細のものが挙げられる。
図15は、能動チューブシステムの第一の使用形態を示す概念図である。図では、鼻腔または口腔から能動チューブ3a,3bを挿入して体内に推し進められて胃11の出口である幽門部11aを通過させる場合を示している。この幽門部11aは、非常に小さく挿入困難な場所である。内視鏡を挿入した能動チューブ3a,3bの場合には、術者が内視鏡5, 51, 6の先端の画像入力部5a,6aからの画像を表示装置3Aなどで観察しながら、コントロールボックス10の制御入力部10aを操作する。制御入力部10aの操作により、能動チューブ3の先端部2が屈曲する。
例えば、コントロールスティックのレバー10Bを移動させることで、図に矢印で示すように、能動チューブ3の先端部2の屈曲角を自由に変えることができる。そして、能動チューブ3の先端部2を屈曲させて、先端部2を幽門部11aに向けて能動チューブ3a,3bを押し進め、十二指腸12内に挿入することが容易になる。
この状態で、第一の使用形態で説明したように、術者が内視鏡5, 51, 6の先端の画像入力部5a,6aからの画像を表示装置3Aなどで観察しながら、コントロールボックス10の制御入力部10aを操作する。このため、制御入力部10aの操作により、能動チューブ3a,3bの先端部2が屈曲する。例えば、コントロールスティックのレバー10Bを移動させることで、矢印で示すように、能動チューブ3の先端部2の屈曲角を自由に変えることができる。これで、術者は腸壁13aを意のままに観察できる。また、腸のぜん動運動により、バルーン42を腸内の前方側に進ませることができる。
このように、能動チューブ3a,3bは、バルーン42を装着した本体チューブ4と、屈曲機構21を内蔵した先端部2とを接合するとともに、光ファイバーやCCDなどの撮像素子からなる画像入力部5a,6aを先端部2に内蔵しているので、腸内観察用の内視鏡として用いることができる。
次に、第四の形態について図16を参照して説明する。
第四の形態は、第二の形態における能動チューブ3aや第三の形態における能動チューブ3bの先端部2に複数の錘22を設けないものである。すなわち、能動チューブ3は、屈曲機構21を内蔵した先端部2と、先端部2の後端に接合する本体チューブ4とからなっており、内視鏡5,51,6を、本体チューブ4のワーキングチャネル4Aおよび先端部2のワーキングチャネル用チューブ21aに挿入してあるものである。屈曲機構21や本体チューブ4の構成は、他の形態と同様である。
素線径50〜100μmのニッケル・チタン系SMAを用いて、外径200〜300μmのSMAコイル21eを作製して屈曲機構21を組み立て、先端部2を作製した。このとき、先端部2の長さは約40mm、外径6mmであった。そして、本体チューブ4に先端部2を接合した。屈曲機構21は、ピーク電圧16.5V、パルス周期86.2Hzのパルス電圧で駆動して、デューティ比を変化させて先端部2を屈曲させた。
図17から分かるように、デューティ比が40%で、最大110°まで屈曲できた。このとき曲率半径は約20mmであった。また、本体チューブ4およびワーキングチャネル用チューブ21aに、直径1.14mmのガイドワイヤーを通したままでも、先端部2を屈曲できることを確認した。
図19〜図21は、水温38℃の水に浸した状態で、先端部2の屈曲角として、それぞれ、30°、45°、60°に屈曲させたときの先端部2の表面温度の経過時間を示す図である。これらの図から判るように、屈曲角30°では表面温度は約41℃で一定し、屈曲角45°では表面温度は約42℃で一定する。また、屈曲角60°では、一分以上屈曲状態を保っても約44℃まで上昇しない。これは、能動チューブ3の先端部2の最表面には、大気より熱伝導性の良い水が存在することで、熱効率が向上したためと考えられる。これにより、屈曲角30°においては、表面温度は、約41℃以下となり、十分に治療用に使用可能であることが分かった。
2 先端部
2A,2B 空間
2a 先端接合フランジ
2b,23a 後端接合フランジ
3, 3a,3b 能動チューブ
3A 表示装置
4 本体チューブ
4A ワーキングチャネル
4B 配線用チャネル
4C バルーン膨らまし用チャネル
4D ベント用チャネル
4B1, 4C1, 4D1 コネクター
5, 51, 6 内視鏡
5a,6a 画像入力部
5b 照明用ライトガイド
5c チャネル
5d,6d 噴射口
6b LED
10 コントロールボックス
10A スティック
10B レバー
10a 制御入力部
10b 制御部
10c 電源部
10d 直流電源
10e 制御素子
10f 入力部
11 胃
11a 幽門部
12 十二指腸
13a 腸壁
21 屈曲機構
21a ワーキングチャネル用チューブ
21b 前リンク
21c 後リンク
21d 大径孔
21e SMAコイル
21f 小径孔
21g 配線
21h,21i 接着剤
21j 外皮
22 錘
23,23A 先端チップ
23B 鍔
24 ジョイント用チューブ
25 外皮用チューブ
41 後端部
42 バルーン
42a 接着剤
42b 注入口
61 凹部
Claims (14)
- 内部をワーキングチャネルとして使用するワーキングチャネル用チューブと、
上記ワーキングチャネル用チューブに沿って配設したSMAコイルと、
上記ワーキングチャネル用チューブと上記SMAコイルとを一体としてその外周に装着した一以上の錘と、
上記ワーキングチャネル用チューブと上記SMAコイルとを含んで上記錘の外周を被覆した外皮用チューブと、を備えたことを特徴とする能動チューブ。 - 先端部と、該先端部に接合される本体チューブとからなる能動チューブにおいて、
上記本体チューブに連通するワーキングチャネル用チューブと、
該ワーキングチャネル用チューブを支持して該ワーキングチャネル用チューブを屈曲させる屈曲機構と、
上記屈曲機構の外周に装着される一または複数の錘と、
上記錘とともに上記屈曲機構の外周を被覆する外皮用チューブと、を上記先端部に備えており、
上記屈曲機構は、上記ワーキングチャネル用チューブの長手方向に沿って配設したSMAコイルを含むことを特徴とする能動チューブ。 - 前記本体チューブの先端側には、前記本体チューブの外周に円筒の薄膜が膨張可能に被覆されており、
前記本体チューブには、該本体チューブの軸に沿って、本体チューブと上記薄膜との空間に気体または液体を送るためのバルーン膨らまし用チャネルが設けられて、上記薄膜が膨張してバルーンを構成することを特徴とする、請求項2に記載の能動チューブ。 - 前記先端部の前記ワーキングチャネル用チューブに、内視鏡が挿入されることを特徴とする、請求項2または3に記載の能動チューブ。
- 前記内視鏡は前記先端部に内蔵されていることを特徴とする、請求項4に記載の能動チューブ。
- 先端部と、該先端部に接合される本体チューブとからなる能動チューブにおいて、
内視鏡を備えており、
上記先端部は、上記本体チューブに連通するワーキングチャネル用チューブと、該ワーキングチャネル用チューブを支持して該ワーキングチャネル用チューブを屈曲させる屈曲機構と、該屈曲機構の外周を被覆する外皮用チューブと、を備え、
上記屈曲機構は、上記ワーキングチャネル用チューブの長手方向に沿って配設したSMAコイルを備え、
上記本体チューブの先端には、上記本体チューブの外周に円筒薄膜が膨張可能に被覆されており、上記本体チューブには、該本体チューブの軸に沿って、前記本体チューブと上記薄膜との空間に空気または液体を送るためのバルーン膨らまし用チャネルが設けられて、上記薄膜が膨張してバルーンを構成することを特徴とする能動チューブ。 - 前記内視鏡の先端には、光ファイバーまたは撮像素子からなる画像入力部と、該画像入力部の前方を照らすための照明用ライトガイドまたはLEDとを備えることを特徴とする、請求項4〜6の何れかに記載の能動チューブ。
- 前記屈曲機構は、
前記ワーキングチャネル用チューブに間隔を開けて装着される一対のリンクと、
該一対のリンクに接合して前記ワーキングチャネル用チューブを被覆する外皮と、を有しており、
前記一対のリンクと前記ワーキングチャネル用チューブの外周面とで空気層を画成して、前記SMAコイルが、前記一対のリンクの各小径孔に挿通されて、上記空気層に架線されていることを特徴とする、請求項2〜7の何れかに記載の能動チューブ。 - 前記SMAコイルは、後リンクの第一の小径孔および前リンクの第一の小径孔に挿通され、上記前リンクの前端で折り返して、上記前リンクの第二の小径孔および上記後リンクの第二の小径孔に挿通して架線されていることを特徴とする、請求項8に記載の能動チューブ。
- 前記SMAコイルは、前記一対のリンク間において、後リンクの各小径孔および前リンクの各小径孔に挿通して、複数回折り返されて配線されていることを特徴とする、請求項8に記載の能動チューブ。
- 前記SMAコイルは、前記一対のリンク間において、前記ワーキングチャネル用チューブの中心軸に対して、等間隔に複数併設されていることを特徴とする、請求項8に記載の能動チューブ。
- 前記本体チューブは、前記ワーキングチャネル用チューブに連通するワーキングチャネルと、前記屈曲機構のSMAコイルに接続される配線を挿通させる配線用チャネルとを、前記本体チューブの軸に沿って備えることを特徴とする、請求項2〜11の何れかに記載の能動チューブ。
- 請求項2〜12の何れかに記載の能動チューブと、
該能動チューブの屈曲機構を制御するコントロールボックスと、
該コントロールボックスに対して上記屈曲機構への制御情報を入力する制御入力部とからなることを特徴とする能動チューブシステム。 - 前記制御入力部は、グリップを形成してあるスティックに、手指で操作できるスライド式操作機構を備えたコントロールスティックであることを特徴とする、請求項13に記載の能動チューブシステム。
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