JP2014132979A - トロカールおよび手術支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比べ、安全性が向上した格納式カメラを有するトロカールを提供する。
【解決手段】パイプ部１１の確実に体内に挿入される位置に開口部１３が設けられている。パイプ部の軸方向であって、かつ、開口部１３一端部に沿って、シャフト１４が配置される。パイプ部１１内壁には複数の軸受１５が固定されており、軸受１５はシャフト１４を回動可能に固定している。シャフト１４端部はトロカール外に延長している。シャフト１４端部には、切替つまみ１６が設けられている。切替つまみ１６は、格納位置と展開位置に切替可能であり、各位置で固定される。シャフト１４には開口部１３に対応する位置に、カメラ１７が一体として剛接合されている。カメラ１７にはケーブル１８が接続されており、ケーブル１８はトロカール１内を挿通して、外部の画像処理装置６と接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は、トロカールおよびトロカールをもちいた手術支援システムに関し、特に、格納式カメラを有するトロカールに関する。

近年、患者のQOL（quality of life）維持・向上のために腹腔鏡下手術などの低侵襲外科手術が求められている。腹腔鏡下手術は腹腔内に炭酸ガスを注入して腹壁を膨らませ、手技のための空間と視野を確保する。そして腹壁に小さい孔を設け、トロカールと呼ばれる器具を挿入する．そこから腹腔鏡(CCDカメラ)や外科器具である鉗子を患者の体内に挿入し、腹腔鏡によってモニタに表示される映像を観察しながら手術を行うのが一般的である。

ところで、この手術は腹腔鏡から得られる映像のみを頼りに行われるため視野が狭く、術者に負担がかかる。視野を拡大すべく別のカメラを挿入するように新たに腹壁に孔をあけると、低侵襲性を損なう。

そこで、発明者は、トロカールが常に腹壁に固定されることに注目し、カメラが格納・展開する機構を有するトロカールを提案した（非特許文献１）。鉗子用トロカールを用いることで、新たに腹壁に孔をあけることなく、低侵襲性を損なうことがない。一方、腹腔鏡から得られる映像に加え、格納式カメラから得られる映像を用いることにより、視野の狭さを解消できる。

大久保卓也，中口俊哉他，"格納式カメラによる腹腔鏡手術支援システム"，生体医工学シンポジウム2011CDROM予稿集，講演番号2-5-2

従来技術に係る格納式カメラを有するトロカールの構成について説明する。トロカールはパイプ部とヘッド部を有する。パイプ部の体内に挿入される位置に開口部が設けられる。パイプ部軸方向の開口部一端部に回動可能なヒンジ機構が設けられており、ヒンジ機構を介してカメラはパイプ部材に連結される。ヒンジ機構にはねじりバネが設けられており、通常、ねじりバネの弾性力はカメラを展開するように作用する。一方、カメラにはトロカール外まで延長しているケーブルが連結されており、ケーブルを引くと、ねじりバネの弾性力に対抗して、カメラが開口部に格納される。すなわち、カメラは、格納位置と展開位置とに切り替わる。

パイプ部を腹壁の孔に挿入する際は、ケーブルを引きカメラを格納位置とし、パイプ部挿入後、ケーブル引張を解除し、カメラを展開位置とする。この状態で撮影をおこない、手術後パイプ部を抜き取る際は、ケーブルを引きカメラを再び格納位置とする。

発明者は、格納式カメラを有するトロカールを試作し、動物実験やマネキンを用いた実証実験を行い、有用性を確認した。しかし、術者となる医師の見解を訊ねたところ、安全性に係る懸念を指摘された。すなわち、手術器具(例えば、鉗子)の挿入・抜き取りの際、ケーブルを切断する危険性がある。その結果、カメラを格納できなくなり、体外へ取り出すことが困難となる。最悪の場合は、腹部を切開して取り除く必要があり、本来の低侵襲性を損なうだけでなく、患者に高いリスクを与えることにもなる。

本発明は上記課題を解決するものであり、従来技術と同等の機能を維持しながら、安全性が向上した格納式カメラを有するトロカールおよびトロカールをもちいた手術支援システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、医療器具を体内に挿入するためのパイプ部を有し、該パイプ部を介して腹壁に設けられるトロカールであって、前記パイプ部の体内に挿入される位置に設けられる開口部と、前記パイプ部の軸方向に、前記開口部一端部に沿って回動可能に固定され、かつ、端部がトロカール外に延長されるシャフトと、前記シャフトに剛接合されるカメラとを有し、前記カメラは、前記シャフト端部の回動により、トロカール内に格納される格納位置とトロカール外に撮影可能に展開される展開位置とに切り替わる。

更に好ましくは、前記医療器具は鉗子である。

従来技術に係る格納式カメラを有するトロカールは、ねじりバネの弾性力によりカメラを展開し、ケーブルを引っ張るとカメラを格納するものであり、鉗子によりケーブルを切断するとカメラを格納できなくなる危険性がある。

本願に係る格納式カメラを有するトロカールは、シャフトの回動により格納位置と展開位置とに切替えるものであり、ケーブル切断の危険性はない。さらに、カメラとシャフトとは剛接合されており、耐久性が高い。また簡素な構成であり故障のおそれがほぼない。その結果、安全性が向上する。

上記課題を解決する本発明に係る手術支援システムは、腹腔鏡と、シャフトの回動により格納位置と展開位置とに切替可能な格納式カメラを有する鉗子用トロカールと、前記腹腔鏡から得られた画像と前記格納式カメラから得られた画像とを合成処理する画像処理装置とを備える。

これにより、安全に視野を広げることができる。

上記課題を解決する本発明に係る手術支援システムは、シャフトの回動により格納位置と展開位置とに切替可能な格納式カメラを有する、複数の鉗子用トロカールと、前記複数の格納式カメラから得られた画像を合成処理する画像処理装置とを備える。

これにより、安全に視野を広げることができる。更に、腹腔鏡が不要となるため、低侵襲性が向上する。

更に好ましくは、前記手術支援システムは、手術台の上方に設けられ、前記合成画像を患者の腹部に投影するプロジェクタをさらに備える。

これにより、術者の視線と術野の方向は一致し、開腹手術と同様な現実感を表現できる。

本発明によれば、従来技術に係るトロカールに比べ、安全性が向上する。

格納式カメラを有するトロカールの斜視図 トロカールの断面図 状態図（格納位置・展開位置） トロカールの斜視図(従来技術) （格納位置・展開位置） 手術支援システム（実施例１） 手術支援システム（実施例２） 手術支援システム（実施例３）

＜格納式カメラを有するトロカール＞
〜構成〜
格納式カメラを有するトロカールの構成について説明する。図１は、格納式カメラを有するトロカールの斜視図である。図１（ａ）と図１（ｂ）とは、視点が異なる。図２は断面図である。

トロカール１は、パイプ部１１とヘッド部１２から構成される。パイプ部１１は、その大部分が腹壁の孔に挿入される。ヘッド部１２はパイプ部１１の上部に連続して設けられる。ヘッド部１２は中空であり、その上部から鉗子が挿入可能になっている。また、詳細は省略するが、ヘッド部１２は鉗子の挿抜時に空気の漏れを防止する密封機構と腹腔内に空気を送り込む送気機構とを備える。

本発明の特徴的な構成について説明する。パイプ部１１の確実に体内に挿入される位置に開口部１３が設けられている。パイプ部の軸方向であって、かつ、開口部１３一端部に沿って、シャフト１４が配置される。パイプ部１１内壁には複数の軸受１５が固定されており、軸受１５はシャフト１４を回動可能に固定している。シャフト１４端部はトロカール外に延長している。シャフト１４端部には、切替つまみ１６が設けられている。切替つまみ１６は、格納位置と展開位置に切替可能であり、各位置で固定される。

シャフト１４には開口部１３に対応する位置に、カメラ１７が一体として剛接合されている。カメラ１７にはケーブル１８が接続されており、ケーブル１８はトロカール１内を挿通して、外部の画像処理装置６(後述)と接続している。

なお、ケーブル１８をシャフト１４に沿って配置するか、シャフト１４を中空にし、シャフト１４内にケーブル１８を配置すれば、鉗子挿入時にケーブル１８を切断する危険性が無くなるため、更に好ましい。

〜動作〜
格納式カメラを有するトロカールの動作について説明する。図３（ａ）は、カメラ１７を格納位置に格納した状態図であり、図３（ｂ）は、カメラ１７を展開位置に展開した状態図である。ともに、開口部１３相当位置におけるパイプ部１１の断面図である。

カメラ１７は、切替つまみ１６の回動（すなわちシャフト１４の回動）により、トロカール内に格納される格納位置とトロカール外に撮影可能に展開される展開位置とに切り替わる。

パイプ部１１を腹壁の孔に挿入する際は、切替つまみ１６を格納位置に固定にし、シャフト１４を介してカメラ１７を格納位置とする（図３（ａ））。これにより、カメラ１７が障害となることなく、パイプ部１１を腹壁の孔に挿入できる。パイプ部１１挿入後、切替つまみ１６を展開位置に固定にし、シャフト１４を介してカメラ１７を展開位置とする（図３（ｂ））。この状態で撮影をおこない、手術後パイプ部１１を抜き取る際は、切替つまみ１６を再び格納位置に固定にし、シャフト１４を介してカメラ１７を格納位置とする（図３（ａ））。これにより、カメラ１７が障害となることなく、パイプ部１１を腹壁より抜き取ることができる。

〜効果〜
従来技術と比較することにより本実施形態の効果を説明する。図４は、従来技術にかかるトロカールの斜視図である。図４（ａ）は、カメラ１７を展開位置に展開した状態図であり、図４（ｂ）は、カメラ１７を格納位置に格納した状態図である。本実施形態と共通の構成には同じ符号を付している。トロカール２はパイプ部１１とヘッド部１２を有する。パイプ部１１の体内に挿入される位置に開口部１３が設けられる。パイプ部軸方向の開口部一端部に回動可能なヒンジ機構２１が設けられており、ヒンジ機構２１を介してカメラ１７はパイプ部材１１に連結される。ヒンジ機構２１にはねじりバネ２２が設けられており、通常、ねじりバネ２２の弾性力はカメラ１７を展開するように作用する。一方、カメラ１７にはトロカール外まで延長している引張ケーブル２３が連結されており、引張ケーブル２３を引くと、ねじりバネ２２の弾性力に対抗して、カメラ１７が開口部１３に格納される。カメラ１７にはケーブル１８が接続されている。

パイプ部１１を腹壁の孔に挿入する際は、引張ケーブル２３を引きカメラ１７を格納位置とし、パイプ部１１挿入後、引張ケーブル２３の引張を解除し、カメラ１７を展開位置とする。この状態で撮影をおこない、手術後パイプ部１１を抜き取る際は、引張ケーブル２３を引きカメラ１７を再び格納位置とする。

しかしながら、鉗子をトロカール２に挿入または引き抜く際に引張ケーブル２３を切断する危険性がある。ねじりバネ２２の弾性力により、カメラ１７の展開状態が維持され、カメラ１７が障害となって、トロカール２を体外へ取り出すことが困難となる。

これに対し、本実施形態は、切替つまみ１６の回動（すなわちシャフト１４の回動）により、カメラ１７が格納位置と展開位置とに切り替わる。すなわち、従来技術の様な、引張ケーブル２３切断の危険性はない。本実施形態の切替機構は簡単な構成であり故障のおそれがほぼなく、かつ、カメラ１７とシャフト１３との剛接合により耐久性があり、これにより安全性が向上する。

＜手術支援システム＞
格納式カメラを有するトロカールを用いた手術支援システムについて説明する。下記実施例１〜３に示す。各構成およその効果については後述するが、いずれの実施例も、従来の一般的な腹腔鏡下手術を基礎とするものであり、手術方式の大きな変更がないため、術者はこれまでの手術に関する知識と経験をそのまま生かすことができる。

また、改良したトロカールを用いた簡素な構成であり、従来の手術支援システムを簡単な改良で再利用することができる。

〜実施例１〜
図５は手術支援システム１０１の概略構成図である。手術支援システム１０１は、格納式カメラ１７ａ，１７ｂを有する鉗子用トロカール１ａ，１ｂと、腹腔鏡用トロカール３と、鉗子４ａ，４ｂと、腹腔鏡５と、格納式カメラ１７ａ，１７ｂから得られた画像と腹腔鏡５から得られた画像を入力し、これらの画像を合成処理する画像処理装置６と、画像処理装置６により合成処理された合成画像を出力するモニタ７とを備えている。

鉗子４ａ，４ｂは、手術器具の一種であり、血管や臓器等を、掴んだり、抑えたり、引っ張ったり、切断したりするのに用いられる。一般的に鋏形状をしており、持手部の回動により、支点を介して先端部が作動する。持手部を閉状態にし、鉗子用トロカール１ａ，１ｂに挿通させる。なお、腹腔鏡下手術において、複数の鉗子を用いることが一般的であるが、本システムにおいて、鉗子および鉗子用トロカールは少なくとも１以上あればよい。

腹腔鏡５は、内視鏡器具の一種であり、カメラと光源を有している。腹腔鏡５は腹腔鏡用トロカール３を挿通して体内に挿入される。

ところで、従来の一般的な腹腔鏡下手術では、腹腔鏡から得られる映像のみを頼りに行われるため視野が狭かった。視野を拡大すべく別のカメラを挿入するように新たに腹壁に孔をあけると、低侵襲性を損なう。

本実施形態では、格納式カメラ１７ａ，１７ｂを有するトロカール１ａ，１ｂを用いることにより、腹腔内に複数のカメラを挿入することができる。これにより、視野を広げることができる。さらに、格納式カメラ１７ａ，１７ｂは、鉗子４ａ，４ｂの先端部を確実に撮影するため、切断箇所など重要な画像を確実に得ることができる。

また、鉗子用トロカールを用いるため、新たに腹壁に孔をあける必要はなく、低侵襲性を維持できる。

トロカール１ａ，１ｂの格納式カメラ１７ａ，１７ｂから得られた画像と腹腔鏡５から得られた画像とをそれぞれ別々のモニタに出力してもよいが、複数のモニタを見ながらの手術では、術者の注意力が散漫になるおそれがある。

本実施形態では、画像処理装置６が複数の画像の合成処理をおこない、モニタ７に合成画像を出力する。術者はモニタ７を見ることで、広い視野を得ることができる。これにより、術者の負担を軽減できる。

〜実施例２〜
図６は手術支援システム１０２の概略構成図である。手術支援システム１０２は、格納式カメラ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有する鉗子用トロカール１ａ，１ｂ，１ｃと、鉗子４ａ，４ｂ，４ｃと、格納式カメラ１７ａ，１７ｂ，１７ｃから得られた画像を入力し、これらの画像を合成処理する画像処理装置６と、画像処理装置６により合成処理された合成画像を出力するモニタ７とを備えている。

すなわち、実施例１の手術支援システム１０１における腹腔鏡用トロカール３と腹腔鏡５がなく、格納式カメラ１７ｃを有する鉗子用トロカール１ｃと、鉗子４ｃとが追加されている。

なお、腹腔鏡下手術において、複数の鉗子を用いることが一般的であるが、本システムにおいて、鉗子および鉗子用トロカールは少なくとも２以上あればよい。

実施例１の様に腹腔鏡５を用いる場合、術者が腹腔鏡５の向きを操作し切断箇所などを探す必要があるのに対し、格納式カメラ１７は、鉗子４ａの先端部を確実に撮影するため、切断箇所など重要な画像を確実に得ることができる。したがって、格納式カメラ１７の性能が高いこと前提に、腹腔鏡５より高品質な画像を確実に得ることができる。

一方、腹腔鏡用トロカール３と腹腔鏡５が不要となることで、これらのための孔を腹壁にあける必要はなく、低侵襲性が向上する。

ただし、腹腔鏡５の光源に代替する光源をトロカール１（またはカメラ１７）に設ける必要がある。

〜実施例３〜
実施例３は実施例１・２の変形例である。実施例１・２では、術者はモニタ７を見ながら鉗子４や腹腔鏡５を操作し手術を行うが、術者の視線と実際の術野とに方向の不一致が生じ、術者に違和感を与え、負担になる。特に、開腹手術の経験豊富な術者は、腹腔鏡下手術に慣れないこともある。

図７は手術支援システム１０３の概略構成図である。実施例１・２と共通する構成は適宜省略している。手術支援システム１０３は、モニタ７に替えて、プロジェクタ８を備えている。プロジェクタ８は、手術台の上方に設けられ、画像処理装置６により合成処理された合成画像を患者の腹部に直接投影する。

これにより、術者の視線と術野の方向は一致し、開腹手術と同様な現実感を表現できる。すなわち、術者の負担を軽減できる。

１ トロカール
２ トロカール(従来技術)
３ トロカール（腹腔鏡用）
４ 鉗子
５ 腹腔鏡
６ 画像処理装置
７ モニタ
８ プロジェクタ
９ 光学センサ
１１ パイプ部
１２ ヘッド部
１３ 開口部
１４ シャフト
１５ 軸受
１６切替つまみ
１７ カメラ
１８ ケーブル
１９ マーカー
２１ ヒンジ機構
２２ ねじりバネ
２３ 引張ケーブル

Claims (5)

1. 医療器具を体内に挿入するためのパイプ部を有し、該パイプ部を介して腹壁に設けられるトロカールであって、
   前記パイプ部の体内に挿入される位置に設けられる開口部と、
   前記パイプ部の軸方向に、前記開口部一端部に沿って回動可能に固定され、かつ、端部がトロカール外に延長されるシャフトと、
   前記シャフトに剛接合されるカメラと
   を有し、
   前記カメラは、前記シャフト端部の回動により、トロカール内に格納される格納位置とトロカール外に撮影可能に展開される展開位置とに切り替わる
   ことを特徴とするトロカール。
2. 前記医療器具は鉗子である
   ことを特徴とする請求項１記載のトロカール。
3. 腹腔鏡と、
   シャフトの回動により格納位置と展開位置とに切替可能な格納式カメラを有する鉗子用トロカールと、
   前記腹腔鏡から得られた画像と前記格納式カメラから得られた画像とを合成処理する画像処理装置と
   を備えることを特徴とする手術支援システム。
4. シャフトの回動により格納位置と展開位置とに切替可能な格納式カメラを有する、複数の鉗子用トロカールと、
   前記複数の格納式カメラから得られた画像を合成処理する画像処理装置と
   を備えることを特徴とする手術支援システム。
5. 手術台の上方に設けられ、前記合成画像を患者の腹部に投影するプロジェクタ
   をさらに備えることを特徴とする請求項３および４記載の手術支援システム。

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