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