JP2015066079A - Ultrasonic treatment instrument and surgical operation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流磁界を介して電力をワイヤレスで受電する超音波処置具、及び前記超音波処置具を具備する手術システムに関する。 The present invention relates to an ultrasonic treatment device that wirelessly receives electric power via an alternating magnetic field, and a surgical system including the ultrasonic treatment device.
内視鏡手術は低侵襲であることから広く行われている。例えば、図1に示す手術システム101が特開2009−195676号公報に開示されている。手術システム101は、被検体9の体壁に穿刺されたトロッカー110の挿入孔110Hを介して腹腔内に挿入される処置具120を具備する
Endoscopic surgery is widely performed because it is minimally invasive. For example, a
処置具120は、超音波処置具であり、バックマス123Aと接合された超音波振動子123の発生する振動を先端の処置部121に伝達する振動伝達部材122を有する。また、振動伝達部122の超音波振動子123との接合部は振動を拡大するためのホーン部122Aとなっている。処置部121は術者が把持する把持部124の操作により開閉する把持部材124Aとの間で処置する患部を挟持する。
The
処置具120には、電源ユニット130からの電力を超音波振動子に供給するためのケーブル135が接続されている。しかし、ケーブル135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。
A
特開平11−128242号公報には、トロッカーの送電コイルから交流磁界を発生し、トロッカーに挿入された処置具の受電コイルに電力をワイヤレスで供給するシステムが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-128242 discloses a system that generates an AC magnetic field from a power transmission coil of a trocar and wirelessly supplies power to a power reception coil of a treatment instrument inserted in the trocar.
しかし、交流磁界により電力をワイヤレス送電する手術システムでは、処置具の内部に配設されている導電体が交流磁界により誘導加熱されてしまう。例えば、超音波処置具のホーンは、高強度の金属からなるため加熱されて、超音波振動子や処置部の温度が上昇したり、電力の伝送効率が低下したりして動作が不安定になるおそれがあった。 However, in a surgical system that wirelessly transmits power using an alternating magnetic field, the conductor disposed inside the treatment tool is induction-heated by the alternating magnetic field. For example, the horn of an ultrasonic treatment instrument is heated because it is made of a high-strength metal, and the operation of the ultrasonic treatment device or the treatment unit increases due to the temperature increase or the power transmission efficiency decreases. There was a risk of becoming.
本発明の実施形態は、交流磁界をワイヤレスで受電する、動作が安定した超音波処置具、及び交流磁界をワイヤレスで受電する、動作が安定した手術システムを提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention aims to provide an ultrasonic treatment instrument with stable operation that wirelessly receives an alternating magnetic field and a surgical system with stable operation that wirelessly receives an alternating magnetic field.
本発明の実施形態の超音波処置具は、把持部と、超音波振動子と、前記超音波振動子と基端部が機械的に結合している棒状の金属からなる振動伝達部材と、交流磁界を発生する送電コイルを有するトロッカーの挿入孔を介して、被検体の体内に挿入される、前記振動伝達部材の先端部と機械的に結合している処置部と、前記送電コイルと誘導結合して電力を無線受電する、前記超音波振動子よりも把持部側に配設されているソレノイド形状の受電コイルと、を具備する。 An ultrasonic treatment instrument according to an embodiment of the present invention includes a gripping portion, an ultrasonic transducer, a vibration transmission member made of a rod-like metal in which the ultrasonic transducer and a base end portion are mechanically coupled, and an alternating current A treatment portion that is inserted into the body of the subject through the insertion hole of the trocar having a power transmission coil that generates a magnetic field and mechanically coupled to the distal end portion of the vibration transmission member, and the power transmission coil and inductive coupling And a solenoid-shaped power receiving coil disposed on the grip portion side of the ultrasonic transducer for wirelessly receiving power.
また、別の実施形態の手術システムは、挿入孔を巻回しているソレノイド形状の交流磁界を発生する送電コイルを有するトロッカーと、把持部と、超音波振動子と、前記超音波振動子と基端部が機械的に結合している棒状の金属からなる振動伝達部材と、前記振動伝達部材の先端部と機械的に結合している処置部と、前記送電コイルと誘導結合して電力を無線受電する、前記超音波振動子よりも把持部側に配設されているソレノイド形状の受電コイルと、を有する前記挿入孔に挿入される処置具と、前記送電コイルに駆動電力を出力する電源ユニットと、を具備する。 In another embodiment, a surgical system includes a trocar having a power transmission coil that generates a solenoid-shaped AC magnetic field wound around an insertion hole, a gripper, an ultrasonic transducer, and the ultrasonic transducer and a base. A vibration transmission member made of a rod-like metal whose ends are mechanically coupled, a treatment portion mechanically coupled to the tip of the vibration transmission member, and the power transmission coil are inductively coupled to wirelessly transmit power. A treatment tool inserted into the insertion hole, and a power supply unit that outputs driving power to the power transmission coil. And.
本発明の実施形態によれば、交流磁界をワイヤレスで受電する、動作が安定した超音波処置具、及び交流磁界をワイヤレスで受電する、動作が安定した手術システムを提供できる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic treatment instrument with a stable operation that wirelessly receives an alternating magnetic field and a surgical system with a stable operation that wirelessly receives an alternating magnetic field.
<第1実施形態>
最初に、図2〜図4を用いて、第1実施形態の手術システム1、及び超音波処置具(以下「処置具」ともいう)20について説明する。図2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(Power unit)30と、処置具20と、を具備する。手術用の処置具20は被検体9の体壁に穿刺されたトロッカー10の挿入孔10Hを介して被検体9の体内、例えば腹腔内に挿入される。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の体内に挿入されるが、その説明等は省略する。
<First Embodiment>
First, the
電源ユニット30は、例えば10W〜100Wの大電力の高周波の駆動電力を出力する。トロッカー10は、挿入孔10Hを巻回しているソレノイド形状の送電コイル19を有する。送電コイル19は電源ユニット30から駆動電力が供給されると交流磁界を発生する。
The
処置具20は、把持部24と、超音波振動子23と、振動伝達部材であるホーン22と、処置部21と、受電コイル29とを具備する超音波処置具である。処置具20は、トロッカー10の挿入孔10Hを介して被検体9の体内に挿入される。
The
把持部24は術者が把持し操作を行う。積層型圧電体素子からなる超音波振動子23は駆動電力が印加されると超音波振動する。超音波振動子23の基端部は金属からなるバックマス23Aと機械的に結合している。
The operator grasps and operates the
ホーン22は、棒状で、超音波振動子23の振動を処置部21に伝達する。すなわち、ホーン22は基端部が超音波振動子23と機械的に結合しており、先端部が処置部21と機械的に結合している。ホーン22は、振動を効率良く伝達するために、64チタン合金等のチタン合金、又は純チタン等の高強度の金属で構成されている。
The
処置部21は超音波振動する振動部と振動部と対になる保持部とからなる。把持部24の操作により振動部と保持部との間に挟持された処置対象の患部に超音波振動が印加されて、処置が行われる。
The
図3に示すように受電コイル29はソレノイド形状で、長軸方向が処置具20の長手方向である。そして、図4に示すように、処置具20がトロッカー10に挿入されると、受電コイル29は送電コイル19の内部に同心円状に挿入された状態となり、誘導結合する。
As shown in FIG. 3, the
送電コイル19は、送電コンデンサを有する送電回路(不図示)を含む送電側LC直列共振回路を構成しており、所定の共振周波数FR1の交流磁界を発生する。また、受電コイル29は、受電コンデンサを有する受電回路(不図示)を含む受電側LC直列共振回路を構成しており、所定の共振周波数FR2の交流磁界を効率良く受電する。
The
送電側LC直列共振回路の共振周波数FR1と受電側LC直列共振回路の共振周波数FR2とは、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、10kHz〜20MHzの範囲で適宜、選択される。
The resonance frequency FR1 of the power transmission side LC series resonance circuit and the resonance frequency FR2 of the power reception side LC series resonance circuit are substantially the same. In the
手術システム1では、電源ユニット30からのケーブル35はトロッカー10と接続されている。処置具20は、受電コイル29が無線受電した電力により超音波振動子23が駆動されるため、電力供給のためのケーブルが不要であり、操作性がよい。
In the
そして、処置具20では、受電コイル29が、超音波振動子23よりも把持部側(基端部側)に配設されている。すなわち、処置具20の被検体9に挿入される部分に細径の超音波振動子23は配設されている。
In the
なお、超音波振動子23は細径であるが、長さ、すなわち、積層型圧電体素子の積層数を増加することが容易であり、かつ、ホーン22の長さを短くできるため、処置部21には処置に必要な強度の超音波が伝達される。
Although the
このため、図4に示すように、処置具20がトロッカー10に挿入され、受電コイル29が送電コイル19の発生する交流磁界を受電する状態(誘導結合状態)になっても、交流磁界はホーン22及びバックマス23Aには殆ど印加されない。ホーン22及びバックマス23Aは導電体からなるが、交流磁界により誘導加熱されないため、超音波振動子23や処置部21の温度が上昇するおそれがない。また、手術システム1は、電力の伝送効率が低下するおそれがない。このため、処置具20、及び手術システム1は動作が安定している。
For this reason, as shown in FIG. 4, even if the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の手術システム1Aについて説明する。手術システム1A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。
Second Embodiment
Next, the
図5に示すように、手術システム1Aのトロッカー10Aの受電コイル19Aは、別々に電流が印加できる3つのコイル19A1、19A2、19A3が長手方向に連設されている。そして、切替部(SW)31の制御により、3つのコイル19A〜19A3のうち、受電コイル29と誘電結合したコイルに駆動電力が出力される。
As shown in FIG. 5, the
すなわち、切替部31は、図示しないがスイッチ部と検出部と切替制御部とを有する。スイッチ部は、どのコイルに電流を印加するか切り替える。検出部は受電コイル29と誘電結合したコイルを検出する検出回路である。CPU等からなる切替制御部は検出部の検出結果に応じてスイッチ部を制御する。
That is, the switching
ケーブル35A、35Bに駆動電力が印加されるとコイル19A1が交流磁界を発生する。ケーブル35B、35Cに駆動電力が印加されるとコイル19A2が交流磁界を発生する。ケーブル35C、35Dに駆動電力が印加されるとコイル19A3が交流磁界を発生する。
When driving power is applied to the
切替部31は、駆動電力を出力する前に、駆動電力よりも小さい検出電力を、それぞれのコイルに印加する。検出電力は、印加されたコイルが発生する磁界がホーン22の発熱等の問題とはならない程度に設定されている。
The switching
送電コイル19A〜19A3は受電コイル29と誘導結合すると、例えば、検出電力に対する反射波強度が減少する。このため、切替部31の検出部は、受電コイル29と誘電結合した送電コイルを検出できる。
When the power transmission coils 19 </ b> A to 19 </ b> A <b> 3 are inductively coupled to the
手術システム1Aは、手術システム1の効果を有し、さらに受電コイル29と誘電結合した送電コイルだけに駆動電力を出力するため、より高い伝送効率を得ることができる。
The
また、患部に大きなエネルギーを作用するために、バックマス23Aを含めた超音波振動子23が長い場合等であっても、バックマス23A等に交流磁界が印加されるおそれがない。また、受電コイル29が短い場合等であっても、トロッカー10の外部への電磁界漏洩を低減できる。
Further, since a large energy acts on the affected area, there is no possibility that an alternating magnetic field is applied to the
なお、本実施形態では、送電コイル19は3分割されているが、2分割又は4分割以上であってもよい。また、複数のコイル、例えば、3つのコイルのうちの2つのコイル19A1、19A2が、受電コイル29と誘導結合している場合には、切替部31が、2つのコイル19A1、19A2に駆動電力を出力してもよい。
In the present embodiment, the
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications, combinations, and applications are possible without departing from the spirit of the invention.
1、1A・・・手術システム
10、10A・・・トロッカー
19・・・送電コイル
20・・・処置具
21・・・処置部
22・・・ホーン
23・・・超音波振動子
24・・・把持部
29・・・受電コイル
30・・・電源ユニット
31・・・切替部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
超音波振動子と、
前記超音波振動子と基端部が機械的に結合している棒状の金属からなる振動伝達部材と、
交流磁界を発生する送電コイルを有するトロッカーの挿入孔を介して、被検体の体内に挿入される、前記振動伝達部材の先端部と機械的に結合している処置部と、
前記送電コイルと誘導結合して電力を無線受電する、前記超音波振動子よりも把持部側に配設されているソレノイド形状の受電コイルと、を具備することを特徴とする処置具。 A gripping part;
An ultrasonic transducer,
A vibration transmission member made of a rod-shaped metal in which the ultrasonic vibrator and a base end portion are mechanically coupled;
A treatment portion mechanically coupled to the distal end portion of the vibration transmitting member, which is inserted into the body of the subject through an insertion hole of a trocar having a power transmission coil that generates an alternating magnetic field;
A treatment instrument comprising: a solenoid-shaped power receiving coil that is inductively coupled to the power transmitting coil and wirelessly receives power, and is disposed closer to the grip portion than the ultrasonic transducer.
把持部と、超音波振動子と、前記超音波振動子と基端部が機械的に結合している棒状の金属からなる振動伝達部材と、前記振動伝達部材の先端部と機械的に結合している処置部と、前記送電コイルと誘導結合して電力を無線受電する、前記超音波振動子よりも把持部側に配設されているソレノイド形状の受電コイルと、を有する前記挿入孔に挿入される処置具と、
前記送電コイルに駆動電力を出力する電源ユニットと、を具備することを特徴とする手術システム。 A trocar having a power transmission coil that generates a solenoid-shaped AC magnetic field wound around the insertion hole;
A gripping part, an ultrasonic vibrator, a vibration transmission member made of a rod-like metal in which the ultrasonic vibrator and a base end part are mechanically coupled, and a tip part of the vibration transmission member are mechanically coupled. Inserted into the insertion hole having a treatment portion that is inductively coupled with the power transmission coil to receive power wirelessly and that is disposed on the gripping portion side of the ultrasonic transducer. With treatment tool,
And a power supply unit that outputs driving power to the power transmission coil.
前記電源ユニットが、前記複数のコイルのうち、前記受電コイルと誘電結合したコイルに駆動電力を出力する切替部を有することを特徴とする請求項2に記載の手術システム。 The power transmission coil, a plurality of coils to which current is applied separately are connected in the longitudinal direction,
The surgical power system according to claim 2, wherein the power supply unit includes a switching unit that outputs drive power to a coil that is dielectrically coupled to the power receiving coil among the plurality of coils.
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