JP2015104628A - トロッカー及び手術システム - Google Patents

Abstract

【課題】交流磁界を介して処置具にワイヤレス給電する、漏洩磁界の少ないトロッカーを提供する。【解決手段】トロッカー１０は、処置具３０を被検体９の体内に挿入するための挿入孔１０Ｈのある筐体１４と、挿入孔１０Ｈの外周部に配設された交流磁界を発生する送電コイル１１と、送電コイル１１の上側または下側の少なくともいずれかに配設された、軟磁性材料を含み、挿入孔１０Ｈを取り囲むシールド部材１２と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、医療機器にワイヤレス給電するトロッカー、及び前記医療機器と前記トロッカーとを有する手術システムに関する。

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。

トロッカーの挿入孔を介して被検体の体内に挿入される医療機器であ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発生した交流磁界を介して、トロッカーに挿入され、送電コイルと電磁結合した処置具の受電コイルに電力をワイヤレスで供給することが開示されている。

しかし、送電コイルが発生した交流磁界が周囲の機器等に影響を及ぼすおそれがあった。このため、医療機器にワイヤレス給電する漏洩磁界の少ないトロッカー、及び前記医療機器と前記トロッカーとを有する手術システムが求められていた。

特開平１１−１２８２４２号公報

本発明の実施形態は、医療機器にワイヤレス給電する漏洩磁界の少ないトロッカー、及び前記医療機器と前記トロッカーとを有する手術システムを提供することを目的とする。

実施形態のトロッカーは、挿入部を有する医療機器を、被検体の体内に挿入するための挿入孔のある筐体と、前記挿入孔の外周部に配設された交流磁界を発生する送電コイルと、前記送電コイルの上側または下側の少なくともいずれかに配設された、軟磁性材料を含み、前記挿入孔を取り囲むシールド部材と、を具備する。

別の実施形態の手術システムは、挿入部を有する医療機器を、被検体の体内に挿入するための挿入孔のある筐体と、前記挿入孔の外周部に配設された交流磁界を発生する送電コイルと、前記送電コイルの上側または下側の少なくともいずれかに配設された、軟磁性材料を含み、前記挿入孔を取り囲むシールド部材と、を含むトロッカーと、前記挿入部の内部に配設された、前記送電コイルと電磁結合し、前記送電コイルが発生した前記交流磁界を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力により駆動される電気的駆動部を有する医療機器と、前記送電コイルに電力を供給する電源と、を具備する。

本発明の実施形態によれば、処置具等の医療機器にワイヤレス給電する、漏洩磁界の少ないトロッカー、及び前記医療機器と前記ロッカーとを有する手術システムを提供できる。

第１実施形態のトロッカーを含む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実施形態のトロッカーを含む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断面図である。 第１実施形態のトロッカーのシールド部材の斜視図である。 第１実施形態の変形例のトロッカーのシールド部材の上面図である。 第１実施形態の変形例のトロッカーのシールド部材の上面図である。 第１実施形態の変形例のトロッカーの断面図である。 第１実施形態の変形例のトロッカーの断面図である。 第２実施形態のトロッカーの断面図である。 第２実施形態の変形例のトロッカーの断面図である。 第３実施形態のトロッカーの断面図である。 第３実施形態のトロッカーに処置具が挿入されたときの断面図である。 第３実施形態のトロッカーの気密弁の上面図である。 第３実施形態の変形例のトロッカーの気密弁の上面図である。 第３実施形態の変形例のトロッカーの気密弁の上面図である。

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図３を用いて、第１実施形態のトロッカー１０及び手術システム１（以下、「トロッカー等」という）について説明する。図１に示すように、トロッカー１０は、電源ユニット２０、トロッカー１０から給電される医療機器である処置具挿入部（医療機器挿入部）を有する処置具３０及び気体を供給する送気ユニット４０とともに手術システム１を構成している。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。

トロッカー１０は、筐体１４と、筐体１４の内部に収容された送電コイル１１及びシールド部材１２Ａ、１２Ｂと、を有する。なお、図２においてはシールド部材１２Ａ、１２Ｂは図示していない。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。すなわちトロッカー１０は、被検体に穿刺される先端部である挿入管１４Ｈと、先端部の基端部側に配設された延設部である筐体１４とを有する。なお、筐体１４と挿入管１４Ｈとは、同じ材料、例えば樹脂で一体的に構成されている。筐体１４には、中央に被検体９の体内に処置具３０挿入するための挿入孔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。

トロッカー１０の挿入孔１０Ｈの外周部に巻回されたソレノイドタイプの送電コイル１１は、電源ユニット２０から交流電力が供給されると、交流磁界を発生する。

そして、送電コイル１１の上側に配設されたシールド部材１２Ｂ及び送電コイル１１の下側に配設されたシールド部材１２Ａは軟磁性材料を含む。ここで、送電コイル１１の上側とは、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈの入口側であり、下側は、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈの出口側（被検体側）である。なお、以下、シールド部材１２Ａ及びシールド部材１２Ｂのそれぞれをシールド部材１２という。

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１６は、送電コイル１１と送電コンデンサ１５と送電回路２２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。

一方、処置具３０は、送電部１６の送電コイル１１と電磁結合し、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３４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に挿入される筒状の処置具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。

処置具３０の挿入部は、挿入孔１０Ｈを介して腹腔９Ａに挿入される。処置具３０は、例えば処置部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高周波処置具である。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。処置具３０は、電力供給のためのケーブルが接続されていないため、操作性がよい。

なお、受電部３９が受電した電力により動作する処置部を有する各種のバイポーラ処置具又はモノポーラ処置具を用いることができる。例えば、電気メス、高周波切開鉗子、高周波止血鉗子、ホットバイオプシー鉗子、高周波凝固処置具、プラズマ用交流発生処置具、発熱処置具、冷却処置具、振動処置具、又は放射処置具などを処置具３０として用いることができる。

更に、処置具３０は、高周波電力を生体組織ＬＴに印加して処置を行う処置具に限られるものではなく、各種の電気駆動式の処置具であってもよい。例えば、超音波振動を利用して生体組織を切開したり凝固したりする超音波処置具、超音波振動を利用して生体組織を粉砕して吸引する超音波吸引処置具、ドリル等の回転力を利用して生体組織を粉砕する切除処置具や、鉗子先端を電動で動かす機能のあるアクチュエータ付き処置具等にも用いることができる。

また、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈに挿入される医療機器は、いわゆる処置具に限られるものではなく、電力により駆動される電気的駆動部を有する、医療機器挿入部を有する各種の医療機器、例えば、電気的駆動部として、ＣＣＤなどの撮像素子とＬＥＤなどの照明装置とを有する内視鏡なども、本発明の手術システムの医療機器として好ましく用いることができる。

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。なお、腹腔を拡張させる必要がない場合、送気ユニット４０はなくても構わない。すなわち、送気ユニット４０は手術システム１の必須構成要素ではない。

そして、図４に示すように、シールド部材１２は、中央部に挿入孔１０Ｈを取り囲む孔部１２Ｈのあるドーナツ板形状である。シールド部材１２の孔部１２Ｈの内径は、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈの径よりも大きく、シールド部材１２の外径は、筐体内に収容可能なように設定されている。なお、シールド部材１２の外径は送電コイル１１の外径よりも大きくすることが、漏洩磁界低減のために好ましい。

シールド部材１２は送電コイル１１が発生する交流磁界がトロッカー１０の外部に漏洩するのを防止するため、軟磁性材料を含む。

漏洩磁界をシールドするとともに、送受電効率の低減の原因となる損失を抑制するためには、シールド部材１２は、透磁率（透磁率の実部）μ’が高く、損失係数（複素透磁率（透磁率の虚部）μ’’／μ’）が小さい絶縁材料であることが好ましい。例えば、交流磁界の周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、μ’が１０以上、μ’’／ μ’が０．１以下であることが好ましく、μ’が３０以上、μ’’／ μ’が０．０５以下であることが特に好ましい。

具体的には、軟磁性材料としては、ソフトフェライト、又は、軟磁性粉が樹脂中に分散している複合材料等を用いる。フェライトは酸化物であるため絶縁材料である。一方、複合材料の場合には、パーマロイ、又は、アモルファス合金等の導電性金属粉を用いることもできる。

シールド部材１２の厚さは表皮効果を考慮して設定され、絶縁層を介して軟磁性体が積層されている積層体を用いてもよい。

なお、シールド部材１２Ａとシールド部材１２Ｂとは異なる構成、例えば、異なる材料、異なる形状としてもよい。例えば、送電コイル１１の下側への漏洩磁束低減効果を、より大きくするために、シールド部材１２Ａとの厚さをシールド部材１２Ｂの厚さよりも厚くしてもよい。

トロッカー１０及び手術システム１は、送電コイルが発生した磁界がシールド部材１２を介したリターン回路を形成する。このため、トロッカー１０は漏洩磁界が少ない。

＜第１実施形態の変形例＞
シールド部材は、渦電流による損失を低減したり、配設を容易にしたりするために、周方向に分割されていてもよい。

例えば、図５Ａに示すシールド部材１２Ａは、スリットにより４つの部材１２Ａ１〜１２Ａ４に分割されている。

また、図５Ｂに示すシールド部材１２Ｂは、分割された矩形の８つの部材１２Ｂ１〜１２Ｂ８からなる。

なお、トロッカーは、仕様に応じて、シールド部材１２Ａ又は１２Ｂのいずれかだけを具備してもよい。例えば、図６に示す変形例１のトロッカー１０Ａは、送電コイル１１の下側にシールド部材１２Ａを有する。また図７に示す変形例２のトロッカー１０Ｂは、送電コイル１１の上側にシールド部材１２Ｂを有する。

すなわち、トロッカーは、送電コイル１１の上側または下側の少なくともいずれかに配設されたシールド部材１２を具備していればよい。

変形例のトロッカー１０Ａ、１０Ｂ及び変形例のトロッカー１０Ａ、１０Ｂを有する手術システムは、トロッカー１０等の効果を有し、更に、より軽量で安価である。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態のトロッカー１０Ｃ等について説明する。トロッカー１０Ｃは、トロッカー１０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。

図８に示すように、トロッカー１０Ｃのシールド部材１２Ｃは、ドーナツ板形状のシールド部材１２Ａと、シールド部材１２Ａの外周部から送電コイル１１の長手方向に延設されたヨーク１２Ｙとを有する。シールド部材１２Ａと一体のヨーク１２Ｙとは同じ材料からなる。

トロッカー１０Ｃは、及びトロッカー１０ＣＢを有する手術システムは、トロッカー１０等と同じ効果を有し、さらに磁界がヨーク１２Ｙを介したリターン回路を形成するため、側面方向への漏洩磁界が少ない。

なお、送電コイル１１の上側、又は、上側及び下側に、ヨークのあるシールド部材を配設してもよい。

＜第２実施形態の変形例＞
図９に示すように、第２実施形態の変形例のトロッカー１０Ｄのシールド部材１２Ｄは、２つのシールド部材１２Ａ、１２Ｂのヨーク１２Ｙが一体化している。すなわち、シールド部材１２Ｄが、送電コイルの上側に配設された第１のドーナツ板形状部材であるシールド部材１２Ａと、送電コイルの下側に配設された第２のドーナツ板形状部材であるシールド部材１２Ｂと、２つのシールド部材の外周部を接続しているヨーク１２Ｙと、を有する。すなわち、ヨーク１２Ｙは、筐体１４の外周側の内面を覆っている。シールド部材１２Ａとシールド部材１２Ｂとヨーク１２Ｙとは同じ材料からなる。

トロッカー１０Ｄ及び変形例のトロッカー１０Ｄを有する手術システムは、トロッカー１０Ｃ等と同じ効果を有し、さらに磁界がヨーク１２Ｙを介したリターン回路を形成するため、より漏洩磁界が少ない。

なお、トロッカー１０Ｃ、１０Ｄにおいても、損失低減等のために、シールド部材は周方向に分割されていることが好ましい。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態のトロッカー１０Ｅ等について説明する。トロッカー１０Ｅは、トロッカー１０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。

図１０及び図１１に示すように、トロッカー１０Ｅは、挿入孔１０Ｈの内部に配設された、挿入された処置具３０の外周部と密着する軟磁性材料を含む弾性体からなる気密弁１９を具備する。

図１２Ａに示すように、気密弁１９は中央に孔のあるドーナツ形状板である。気密弁１９の軟磁性材料はシールド部材１２等の軟磁性材料と同じように、透磁率μ’が高く、損失係数μ’’ ／ μ’が小さい絶縁材料であることが好ましい。

但し、気密弁１９は挿入孔１０Ｈに挿入された処置具３０の外周部と密着するために、弾性体からなる。このため、磁性粉が樹脂中に分散している複合材料を用いることが好ましい。樹脂としてシリコーンゴム等のゴムを用いることが、弾性率が高いため、特に好ましい。

トロッカー１０Ｅ及びトロッカー１０Ｅを有する手術システムは、気密弁１９を具備するために、送気ユニット４０から供給する気体の量を低減できる。さらに、トロッカー１０Ｅ等は、挿入孔１０Ｈの外周部から漏洩する磁界が、気密弁１９を介したリターン回路を形成するため、より漏洩磁界が少ない。

＜第３実施形態の変形例＞
図１２Ｂに示す第３実施形態の変形例のトロッカーの気密弁１９Ａは、３個の気密部材１９Ａ１〜１９Ａ３からなる。それぞれの気密部材１９Ａ１〜１９Ａ３は、一部が重複するように配設されている。

また、図１２Ｃに示す気密弁１９Ｂは、２個の気密部材１９Ｂ１、１９Ｂ２からなる。気密部材１９Ｂ１、１９Ｂ２は、一部が重複するように配設されている。

複数の部材が重複して挿入孔１０Ｈの開口を覆っている気密弁１９Ａ及び１９Ｂは、処置具の挿入が容易で、かつ気密性が高いため、送気ユニット４０から供給する気体の量を低減できる。

なお、非磁性体からなる通常の気密弁に加えて、軟磁性体を含む実施形態の気密弁を更に有していてもよい。

なお、これまでは、送電コイル１１が発生した交流磁界を介して処置具にワイヤレス給電するトロッカー等について説明したが、交流電界を介して容量結合した受電電極を有する処置具にワイヤレス給電するトロッカー等であっても、漏洩磁界を低減するために、シールド部材は有効である。

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・・・手術システム
１０、１０Ａ〜１０Ｅ・・・トロッカー
１０Ｈ・・・挿入孔
１１・・・送電コイル
１２、１２Ａ〜１２Ｄ・・・シールド部材
１２Ｙ・・・ヨーク
１４・・・筐体
１４Ｈ・・・挿入管
１９・・・気密弁
３０・・・処置具

Claims (10)

1. 医療機器挿入部を有する医療機器を、被検体の体内に挿入するための挿入孔のある筐体と、
   前記挿入孔の外周部に配設された交流磁界を発生する送電コイルと、
   前記送電コイルの上側または下側の少なくともいずれかに配設された、軟磁性材料を含み、前記挿入孔を取り囲むシールド部材と、を具備することを特徴とするトロッカー。
2. 前記シールド部材が、非導電性であることを特徴とする請求項１に記載のトロッカー。
3. 前記シールド部材が、前記軟磁性材と樹脂材料とからなる複合材料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. 前記シールド部材は、前記送電コイルの長手方向に延設されたヨークを有することを特徴とする請求項１に記載のトロッカー。
5. 前記シールド部材が、前記送電コイルの上側に配設された第１部材と、前記送電コイルの下側に配設された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との外周部を接続している前記ヨークと、を有することを特徴とする請求項４に記載のトロッカー。
6. 前記シールド部材が、周方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトロッカー。
7. 前記挿入孔の内部に配設された、挿入された前記処置具の外周部と密着する軟磁性材料を含む弾性体からなる気密弁を具備することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のトロッカー。
8. 前記気密弁が、前記第２の軟磁性材と樹脂材料とからなる複合材料であることを特徴とする請求項７に記載のトロッカー。
9. 前記気密弁が、複数の部材からなることを特徴とする請求項７に記載のトロッカー。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のトロッカーと、
    前記医療機器挿入部の内部に配設された、前記送電コイルと電磁結合し、前記送電コイルが発生した前記交流磁界を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力により駆動される電気的駆動部を有する医療機器と、
    前記送電コイルに電力を供給する電源と、を具備することを特徴とする手術システム。

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