JP2015039549A - 手術システム及びトロッカー - Google Patents

Abstract

【課題】 筐体温度が上昇しにくいトロッカー１０を具備する手術システム１を提供する。【解決手段】 手術システム１は、気腹装置４１と、処置具３０が挿入される挿入孔１０Ｈを巻回する送電コイル１１を有し、熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の放熱部材１２と、放熱部材１２の下側に配設された、熱伝導率が０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱部材１３と、を有するトロッカー１０と、送電コイル１１に交流電力を出力する電源２１と、送電コイル１１と誘導結合して交流電力を受電する受電コイル３１と、受電コイル３１が受電する電力により処置が行われる処置部３２と、を有する処置具３０と、を具備する【選択図】図８

Description

本発明は、処置具にワイヤレス給電するトロッカーを具備する手術システム及び前記トロッカーに関する。

トロッカーは、先端に鋭利な穿刺針のある内針と一体的に組み合わせた状態で、内針が患者の体壁に穿刺され腹腔内に挿入される。腹腔内に挿入した後、内針を抜去することによってトロッカーは体壁に留置され、腹腔内で処置を行う処置具の案内管として使用される。

トロッカーに挿入される処置具には処置に必要な電力を供給するためにケーブルが接続されていることがある。このケーブルは、術者が手術するときの邪魔になり操作性を低下させている。

この問題を解決する方法として、特開平１１−１２８２４２号公報には、トロッカーの送電コイルから、トロッカーに挿入された処置具の受電コイルに電力を供給することが開示されている。

しかし、外科手術用のエネルギ処置具、例えば高周波メスや超音波メスは、処置に際して数１０Ｗ〜１００Ｗ程度の比較的大きな電力が必要となるため、送電コイルが発熱し、患者と接触しているトロッカーの筐体温度が上昇するおそれがあった。

特開平１１−１２８２４２号公報

本発明の実施形態は、筐体温度が上昇しにくいトロッカーを具備する手術システム及び筐体温度が上昇しにくいトロッカーを提供することを目的とする。

本発明の一態様の手術システムは、被検体の腹腔内に気体を供給する気腹装置と、処置具が挿入される挿入孔を巻回する送電コイルを有し、前記送電コイルがスパイラル状の溝に挿入されており、複数のスリットにより互いに絶縁された熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の複数の金属部材からなる放熱部材と、前記放熱部材の下側に配設された、熱伝導率が０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱部材と、を有し、前記気腹装置から供給される気体が前記放熱部材と接触する流路があるトロッカーと、前記送電コイルに交流電力を出力する電源と、前記送電コイルの温度に応じて、前記流路に流れる前記気体の流量を調整する調整部と、前記送電コイルと誘導結合して前記交流電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力により処置が行われる処置部と、を有する前記処置具と、を具備する。

また別の実施形態のトロッカーは、処置具が挿入される挿入孔に印加される交流磁界を発生する送電コイルと、前記送電コイルが発生する熱を伝熱する放熱部材と、前記放熱部材の下側に配設された前記放熱部材よりも熱伝導率の低い断熱部材と、を有する。

本発明の実施形態によれば、筐体温度が上昇しにくいトロッカーを具備する手術システム及び筐体温度が上昇しにくいトロッカーを提供できる。

第１実施形態の手術システムの使用状態を説明するための模式図である。 第１実施形態の手術システムの回路構成図である。 第１実施形態のトロッカーの部分断面図である。 第１実施形態のトロッカーの放熱部材と断熱部材の斜視図である。 第１実施形態のトロッカーの放熱部材と送電コイルの断面図である。 第１実施形態のトロッカーの放熱部材と送電コイルの断面図である。 第１実施形態のトロッカーの放熱部材と送電コイルの断面図である。 第１実施形態の変形例の放熱部材の斜視図である。 第１実施形態の変形例の放熱部材の斜視図である。 第１実施形態の変形例の放熱部材の分解図である。 第２実施形態の手術システムの使用状態を説明するための模式図である。 第２実施形態の手術システムの回路構成図である。 第２実施形態の手術システムの気体の流路を説明する構成図である。

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図４を用いて、第１実施形態の手術システム１及びトロッカー１０について説明する。図１に示すように、手術システム１は、トロッカー１０と、電源ユニット２０と、処置具３０と、スイッチ２３と、を具備する。なお、手術システム１では、内視鏡等も別のトロッカーを介して被検体９の腹腔９Ａに挿入されるが、説明等は省略する。

本実施形態のトロッカー１０は、筐体１４と、送電コイル１１と、放熱部材１２と、断熱部材１３と、を有する。筐体１４の下部から延設された細長い挿入管１４Ｈが、被検体９に挿入される。なお、筐体１４と挿入管１４Ｈとは、同じ材料で一体的に構成されている。筐体１４には、中央に処置具３０が挿入される挿入孔１０Ｈがある。挿入孔１０Ｈは、挿入管１４Ｈの先端まで延設されている貫通孔である。

処置具３０は、挿入孔１０Ｈを介して腹腔９Ａに挿入される。本実施形態の処置具３０は、処置部３２に挟持した血管等の被処置部９Ｂに、高周波電力エネルギを印加することで、切開、凝固等の処置を行うバイポーラ電気メスである。処置具３０は、受電部３９（図２参照）が無線受電した電力により処置が行われるため、電力供給のためのケーブルは接続されていないため、操作性がよい。

トロッカー１０の送電コイル１１に交流電力を出力する電源ユニット２０は、電源２１と送電回路２２とを含む。電源２１は、例えば１０Ｗ〜１００Ｗの大電力の高周波電力を出力する。図２に示すように、電源２１から供給される電力から、交流磁界を発生する送電部１９は、送電コイル１１と送電コンデンサ１５と送電回路とを含む。送電コイル１１には、送電コンデンサ１５が直列接続されており、所定の共振周波数ＦＲ１の交流磁界を発生する送電側ＬＣ直列共振回路を構成している。電源２１は共振周波数ＦＲ１の交流電力を出力する。なお、送電コンデンサ１５に替えて送電コイル１１の浮遊容量を利用する構成としてもよい。送電回路２２には電源２１と共振回路とのインピーダンスマッチングを行うインピーダンスマッチング回路（不図示）が含まれる。

なお、図１、図２では、送電コンデンサ１５はトロッカー１０に配設されており、送電回路２２は電源ユニット２０に配設されているが、送電コンデンサ１５及び送電回路２２は、トロッカー１０に配設されていてもよいし、電源ユニット２０に配設されていてもよい。

電源ユニット２０に接続されているスイッチ２３は、例えばフットスイッチであり、電源ユニット２０の電力出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

一方、すでに説明したように、処置具３０は、送電部１９の送電コイル１１と誘導結合し、交流磁界を介して電力を無線受電する受電コイル３１を含む受電部３９を有する。図２に示すように、受電回路３９は、受電コイル３１と受電コンデンサ３３と受電回路３４とを含む。受電コイル３１には、受電コンデンサ３３が直列接続されており、所定の共振周波数ＦＲ２の交流磁界を効率良く受電する受電側ＬＣ直列共振回路を構成している。受電側ＬＣ直列共振回路の共振周波数ＦＲ２は、送電側ＬＣ直列共振回路の共振周波数ＦＲ１と略同じであり、手術システム１では、磁界共鳴現象により、効率的に電力の無線送受電が行われる。なお、共振周波数ＦＲ１、ＦＲ２は、例えば、１００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲で適宜、選択可能であるが、法令で使用が許可されている周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚ等が好ましく選択される。

なお、受電コンデンサ３３に替えて受電コイル３１の浮遊容量を利用する構成としてもよい。受電回路３４は、例えば、受電コイル３１が受電した交流信号を整流し直流信号に変換し、平滑化し、更にＤＣ／ＤＣコンバータにより駆動部３５に供給する電圧に調整する。受電回路３４には駆動部３５と共振回路とのインピーダンスマッチングを行うためのインピーダンスマッチング回路（不図示）が含まれる。駆動部３５は受電回路３４からの電力を、処置部３２の駆動に適した電力に変換して出力する。例えば、電気メスの処置部３２には、駆動部３５から、周波数３５０ｋＨｚ、電圧１００Ｖｐｐの駆動信号が供給される。

処置具３０の被検体９に挿入される細長い挿入部の内部には長軸方向に沿って細長いソレノイドタイプの受電コイル３１が配設されている。トロッカー１０の送電コイル１１が発生した交流磁界を受電する受電コイル３１の中心軸は、挿入部中心軸と略一致している。受電コイル３１は、処置中に、その一部が、常に送電コイル１１の内部に挿入されているように、例えば、長さが１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、挿入部の全長にわたって配設される長さであってもよい。なお、受電コイル３１の外周部は例えば、絶縁性樹脂で覆われている。

一方、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈを巻回するように筐体１４の内部に配設されている送電コイル１１は、交流電力が供給されて交流磁界を発生するときに、ジュール熱により発熱する。

内部が中空の円筒部材である放熱部材１２は、送電コイル１１が発生する熱を伝熱する。このため、送電コイル１１の温度が過度に上昇することがない。送電コイル１１が発生する熱が伝熱されたヒートシンクである放熱部材１２は温度が上昇する。しかし、図３及び図４等に示すように放熱部材１２の下側、すなわち、被検体側には放熱部材１２よりも熱伝導率が低い断熱部材１３が配設されている。断熱部材１３は、放熱部材１２の下面を覆う内部が中空の円筒部材である。すなわち、放熱部材１２の貫通孔１２Ｈと断熱部材１３の貫通孔１３Ｈとは略同径であり、トロッカー１０の挿入口１４Ｈを構成している。

放熱部材１２が加熱されても、放熱部材１２の下側には断熱部材１３が配設されているため、筐体１４の下側の温度が上昇することはない。

放熱部材１２は、熱伝導率λが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。すなわち、放熱部材１２としては、例えば、銅（λ＝３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、シリコン（λ＝１６８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、窒化アルミニウム（λ＝１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、鉄（λ＝８４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミナ（λ＝３２Ｗ／（ｍ・Ｋ））、窒化シリコン：Ｓｉ_３Ｎ_４（λ＝２７Ｗ／（ｍ・Ｋ））、又は、ステンレス（λ＝１７Ｗ／（ｍ・Ｋ））等を用いることが好ましい。

なお、渦電流による損失発生を防止するためは、放熱部材１２は、非導電性であることが好ましく、窒化アルミニウム等のセラミック材料が特に好ましい。

なお、放熱部材１２が導電性材料からなる場合には、銅等からなる芯線が絶縁材料で被覆された送電コイル１１を用いる必要があるが、放熱部材１２が非導電性材料からなる場合には、絶縁材料で被覆されていない芯線を用いることができる。

図４等に示した放熱部材１２は、表面積を広くして冷却効率を高めるために冷却フィン１２Ｔを有する。冷却フィン１２Ｔは、フィン間の空気の移動を妨げない構造であれば棒状等であってもよい。放熱部材１２の近傍では暖められた空気が下方から上方に自然に移動し筐体内に対流が発生することで、放熱部材１２の熱は外部に放出されていく。なお、トロッカー１０の筐体１４の上面及び側面に、通気のための開口部（不図示）を設けてもよい。側面の開口部から筐体内に流れ込んだ空気は、放熱部材１２により暖められ上面の開口部から放出される。

一方、断熱部材１３は、熱伝導率λが０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が特に好ましい。すなわち、断熱部材１３としては、例えば、エポキシ樹脂（λ＝０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ））、シリコーン樹脂（λ＝０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ウレタン樹脂（λ＝０．０３４Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの樹脂材料や、これらの樹脂を発泡状にしたシリコンスポンジ（λ＝０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ））やウレタンフォーム（λ＝０．０２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））、又は、グラスウール（λ＝０．０４５Ｗ／（ｍ・Ｋ））等を用いることが好ましい。なお、空間を形成し、断熱部材１３として空気（λ＝０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いることもできる。

トロッカー１０の放熱部材１２は、いわゆる自然冷却により温度が過度に上昇することはない。

手術システム１及びトロッカー１０では、送電コイル１１に大電力が印加されても、放熱部材１２により送電コイル１１が過度に加熱されることはない。また放熱部材１２の下側（被検体側）には断熱部材１３が配設されているため、特に筐体１４の被検体９と接する部分の温度が上昇しにくい。

＜変形例＞
次に第１実施形態のトロッカー１０の変形例のトロッカー−１０Ａ〜１０Ｆについて説明する。変形例のトロッカー−１０Ａ〜１０Ｆは、いずれも第１実施形態のトロッカー１０の効果を有し、更に新規な効果を有する。

図５Ａに示す変形例１のトロッカー１０Ａは、送電コイル１１を覆うように、高熱伝導率材料１２Ｇ、例えば、サーマルグリース、又は、高熱伝導材料からなるシート等が配設されている。サーマルグリースは、例えば、主成分がシリコーン樹脂で、熱伝導率を高めるために銀等の金属粒子が混入されている。トロッカー１０Ａは、伝熱効率がよい。

また、図５Ｂに示す変形例２のトロッカー１０Ｂは、放熱部材１２Ｂの内周部のスパイラル状の溝に、送電コイル１１が配設されている。トロッカー１０Ｂは、所定の形状の送電コイル１１を放熱部材１２の内周部に容易に配設することができる。

また、図５Ｃに示す変形例３のトロッカー１０Ｃは、断面が矩形の送電コイル１１の芯線が、放熱部材１２Ｃの矩形の溝に挿入されている。トロッカー１０Ｃは、より効率的に送電コイル１１が発生した熱を放熱部材１２に伝熱することができる。半円形の溝に断面が円形の送電コイル１１の芯線を挿入してもよい。すなわち、送電コイル１１の芯線が嵌合する溝が形成されている放熱部材１を用いることで、送電コイル１１と放熱部材１２との接触面積が広くなるため、伝熱効率が向上する。

なお、放熱部材のスパイラル状の溝に送電コイル１１の芯線を挿入する場合にも、溝と芯線との隙間に高熱伝導率材料１２Ｇ、例えばサーマルグリースを配設することが好ましい。

図６Ａに示す変形例４のトロッカー１０Ｄの放熱部材１２Ｄは金属部材からなり、周方向に直交する方向に、スリット１２Ｓが形成されている。金属材料はセラミック材料よりも加工が容易で安価である。しかし、導電性のある放熱部材は、交流磁界が印加されると、渦電流が流れて損失が発生する。スリット１２Ｓが形成された放熱部材１２Ｄは、導電性があっても渦電流による損失を低減できる。スリット１２Ｓは、エアーギャップであってもよいし、非導電性部材から構成されていてもよい。

更に、図６Ｂに示す変形例５のトロッカー１０Ｅでは、放熱部材１２Ｅが、複数のスリット１２Ｓ１、１２Ｓ２により、互いに絶縁された複数の金属部材１２ａ、１２ｂから構成されている。

更に、図７に示す変形例５のトロッカー１０Ｆは、放熱部材１２Ｆが、外周部に送電コイル１１が巻回された中空の内筒部材１２Ｆ１と、内筒部材１２Ｆ１の外周部に接合された外筒部材１２Ｆ２と、を含む。内筒部材１２Ｆ１の外周部に送電コイル１１を巻回することは、内周部に巻回するよりも容易である。

またトロッカー１０Ｆは、送電コイル１１が、内筒部材１２Ｆ１と外筒部材１２Ｆ２との間で挟持されるため、送電コイル１１が発生した熱が効率的に放熱部材１２Ｆに伝熱される。なお、内筒部材１２Ｆ１と外筒部材１２Ｆ２とは同じ材料から構成されていてもよいし、異なる材料から構成されていてもよい。内筒部材１２Ｆ１又は外筒部材１２Ｆ２の少なくともいずれかが、高熱伝導率材料から構成されていればよいが、両方が高熱伝導率材料から構成されていることが特に好ましい。また、内筒部材１２Ｆ１と外筒部材１２Ｆ２とは、サーマルグリース等の高熱伝導率材料を介して密着していることが好ましい。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の手術システム１Ｇ及びトロッカー１０Ｇについて説明する。手術システム１Ｇ等は、手術システム１等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

手術システム１等では、放熱部材１２は自然冷却されたが、手術システム１Ｇ等では強制冷却される。

すなわち、図８及び図９に示すように、手術システム１Ｇは、手術システム１の構成要素に加えて、放熱部材１２を強制冷却する気体を供給する送気ユニット４０を具備する。

送気ユニット４０の気腹装置４１は、処置する腹腔内に炭酸ガス等の気体を注入して腹腔を拡張させ、腹腔内処置に必要な観察視野を確保して、処置過程を十分に把握するために使用される。気腹装置による、腹腔内への気体の注入では、ガスボンベ等の気体供給源（不図示）からの気体を減圧器、又は、弁などによって圧力制御して腹腔内を設定圧力に保つように制御される。

トロッカー１０Ｇには、放熱部材１２を冷却する気体が導入される導入部４８と、前記気体が流れる流路４７と気体が排出される排出部４９とがある。導入部４８は筐体１４の側面下方に配設されており、排出部４９は側面上方、又は、上面に配設されている。

送気ユニット４０の調整部４２は、気腹装置４１から供給された気体を、腹腔内に注入する経路と、放熱部材１２を冷却する流路４７に注入する経路とに分割する。例えば、図１０に示すように、調整部４２は、分岐部４２Ａと、腹腔内の圧力に基づき制御される圧力制御弁４２Ｂと、流路４７に注入する気体の流量を制御する圧力制御弁４２Ｃと、を含む。

圧力制御弁４２Ｂ、４２Ｃは、内部に設けられたばね等の弾性部材と流路内の圧力との釣合いにより２次側の圧力調整を行うパッシブなものでもよいし、電磁弁のようにアクティブなものでもよい。圧力制御弁４２Ｂが、アクティブ制御弁の場合、２次側（腹腔側）の圧力をダイヤフラムセンサ等の圧力センサ（不図示）により検出して、その圧力が所定値となるように弁の制御を行う。圧力制御弁４２Ｃは、圧力制御弁４２Ｂと同様の構成であるが、その２次側の圧力がコイル冷却に十分な流量が流れるために必要な圧力となるように調整される。
なお、調整部４２の少なくとも一部、例えば、圧力制御弁４２Ｃはトロッカー１０に配設されていてもよいし、圧力制御弁４２Ｂは気腹装置４１に配設されていてもよい。

流路４７に供給される気体の流量は所定量に設定されていてもよいが、調整部４２により、送電コイル１１の温度、又は電力量、に応じて流量等が図示しない流量制御部により調整されることが、過剰な気体供給を防止するために好ましい。送電コイル１１の温度は、温度センサ（不図示）により検出してもよいが、送電コイル１１に印加される電力量からも推定できる。すなわち、送電コイル１１の温度と電力量とは比例関係にあるため、電力量に応じた調整は送電コイルの温度に応じた調整と同じ意味をもつ。

例えば、送電コイル１１の温度、又は、電力量が所定値以上の場合にだけ、流路４７に気体が供給されるように制御される。又は、送電コイル１１の温度、又は電力量に比例して流路４７に供給される気体の流量が制御される。

送電コイル１１の温度、又は、電源ユニット２０からの電力量の情報をもとに圧力制御弁４２Ｃを調整する調整部４２は、気体供給の効率がよく経済的である。

なお、圧力制御弁４２Ｂにより調整された気体が流路４７を介して腹腔内に供給される構成でもよい。気腹用の気体を、送電コイル１１の冷却に用いる手術システムは、手術システム１Ｇよりも構成が簡単である。すなわち、分岐部４２Ａ及び圧力調整弁４２Ｃが不要である。

なお、放熱部材を冷却するための流体を供給する専用の装置を具備していてもよい。この場合には、流体として水等の液体を用いてもよい。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせ、及び応用が可能であることは勿論である。

１、１Ｇ・・・手術システム
１０、１０Ａ〜１０Ｇ・・・トロッカー
１１・・・送電コイル
１２・・・放熱部材
１３・・・断熱部材
１４・・・筐体
２０・・・電源ユニット
３０・・・処置具
４０・・・送気ユニット
４１・・・気腹装置

Claims (13)

1. 被検体の腹腔内に気体を供給する気腹装置と、
   処置具が挿入される挿入孔を巻回する送電コイルを有し、前記送電コイルがスパイラル状の溝に挿入されており、複数のスリットにより互いに絶縁された熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の複数の金属部材からなる放熱部材と、前記放熱部材の下側に配設された、熱伝導率が０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱部材と、を有し、前記気腹装置から供給される気体が前記放熱部材と接触する流路があるトロッカーと、
   前記送電コイルに交流電力を出力する電源と、
   前記送電コイルの温度又は交流電力量に応じて、前記流路に流れる前記気体の流量を調整する調整部と、
   前記送電コイルと誘導結合して前記交流電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力により処置が行われる処置部と、を有する前記処置具と、を具備することを特徴とする手術システム。
2. 処置具が挿入される挿入孔に印加される交流磁界を発生する送電コイルと、
   前記送電コイルが発生する熱を伝熱する放熱部材と、
   前記放熱部材の下側に配設された前記放熱部材よりも熱伝導率の低い断熱部材と、を有することを特徴とするトロッカー。
3. 前記放熱部材の熱伝導率が、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
   前記断熱部材の熱伝導率が、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項２に記載のトロッカー。
4. 前記放熱部材が、周方向に直交する方向に、スリットが形成されている金属部材からなることを特徴とする請求項３に記載のトロッカー。
5. 前記放熱部材が、複数のスリットにより、絶縁された複数の金属部材からなることを特徴とする請求項４に記載のトロッカー。
6. 前記放熱部材が、中空の円筒部材であり、内周部に前記送電コイルが巻回されていることを特徴とする請求項４に記載のトロッカー。
7. 前記放熱部材が、外周部に前記送電コイルが巻回された中空の内筒部材と、前記円筒部材の前記外周部に接合された外筒部材と、を含むことを特徴とする請求項６に記載のトロッカー。
8. 前記放熱部材に、前記送電コイルが挿入されたスパイラル状の溝が形成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のトロッカー。
9. 前記放熱部材を冷却する流体が導入される導入接続部と、前記流体が流れる流路と、前記流体が排出される排出接続部と、があることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載のトロッカー。
10. 前記流体が、気腹装置から供給される気体であることを特徴とする請求項９に記載のトロッカー。
11. 前記気体が、前記流路を介して被検体の腹腔内に供給されることを特徴とする請求項１０に記載のトロッカー。
12. 前記送電コイルの温度又は交流電力量に応じて、前記流路に供給される前記気体が調整されることを特徴とする請求項１０に記載のトロッカー。
13. 前記送電コイルの温度又は交流電力量が所定値以上の場合に、前記流路に前記気体が供給されることを特徴とする請求項１２に記載のトロッカー。

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