JP2015104629A - 医療器具及び医療システム - Google Patents

Abstract

【課題】処置具３０にワイヤレス給電する、漏洩磁界の少ないトロッカー１０を提供する。【解決手段】トロッカー１０は、挿入孔１０Ｈのある筐体１４と、交流磁界を発生する送電コイル１１と、挿入孔の送電コイル配設位置よりも入口側と出口側とに、それぞれが配設された、閉ループ形状の導電性材料からなる磁界発生部材１３Ａ、１３Ｂと、を具備する。【選択図】図３

Description

本発明は、医療機器にワイヤレス給電する医療器具及び前記医療器具を具備する医療システムに関する。

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医療機器挿入部が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、送電コイルが発生した交流磁界が周囲の医療機器等に影響を及ぼすおそれがあった。このため、漏洩磁界の少ないトロッカーが求められていた。

特開平１１−１２８２４２号公報

本発明の実施形態は、漏洩磁界の少ない医療器具及び前記医療器具を具備する医療システムを提供することを目的とする。

実施形態の医療器具は、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、前記挿入孔の送電コイル配設位置よりも入口側、又は出口側の少なくともいずれかに配設された、中央部に前記挿入孔を取り囲む孔部のある閉ループ形状の導電性材料からなる磁界発生部材と、を具備する。

また別の実施形態の医療システムは、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、前記挿入孔の送電コイル配設位置よりも入口側、又は出口側の少なくともいずれかに配設された、中央部に前記挿入孔を取り囲む孔部のある閉ループ形状の導電性材料からなる磁界発生部材と、を具備する医療器具と、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処置が行われる処置部と、を有する処置具と、前記送電コイルに電力を供給する電源と、を含む。

本発明の実施形態によれば漏洩磁界の少ない医療器具及び前記医療器具を具備する医療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部分断面図である。 第１実施形態のトロッカーの磁界発生部材の斜視図である。 第１実施形態の変形例１のトロッカーの磁界発生部材の部分断面図である。 第１実施形態の変形例２のトロッカーの磁界発生部材の部分断面図である。 第１実施形態の変形例３のトロッカーの磁界発生部材の斜視図である。 第１実施形態の変形例４のトロッカーの磁界発生部材の斜視図である。 第１実施形態の変形例５のトロッカーの磁界発生部材の部分断面図である。 第１実施形態の変形例６のトロッカーの部分断面図である。 第１実施形態の変形例７のトロッカーの部分断面図である。 第２実施形態の変形例６のトロッカーの部分断面図である。 第３実施形態の変形例６のトロッカーの部分断面図である。 第４実施形態の内視鏡の断面図である。

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図３を用いて、第１実施形態の医療器具であるトロッカー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、及び医療機器である処置具３０とともに医療システムである手術システム１を構成している。

手術システム１の処置具３０は、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と、受電コイル３１が受電した電力により処置が行われる処置部３２と、を有する。電源２１は、送電コイル１１に電力を供給する。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。

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及び磁界発生部材１３Ａ、１３Ｂと、を有する。なお、図２においては磁界発生部材１３Ａ、１３Ｂ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、例えばステンレス又は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の挿入部（医療機器挿入部）を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の配設位置よりも出口側（下側）に配設された磁界発生部材１３Ａ及び送電コイル１１の入口側（上側）に配設された磁界発生部材１３Ｂは導電性材料からなる。なお、以下、磁界発生部材１３Ａ及び磁界発生部材１３Ｂのそれぞれを磁界発生部材１３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（医療機器挿入部）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。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、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。

そして、図４に示すように、磁界発生部材１３は、中央部に挿入孔１０Ｈを取り囲む孔部１３Ｈのある閉ループ形状のドーナツ板形状である。磁界発生部材１３の孔部１３Ｈの内径は挿入孔１０Ｈの径よりも大きく、磁界発生部材１３の外径は、筐体内に収容可能なように設定されている。

磁界発生部材１３は閉ループ形状であるため、送電コイル１１が発生する交流磁界により周方向に誘導電流（渦電流）が流れる。すると、磁界発生部材１３は印加された磁界とは反対方向の磁界、すなわち、磁界発生部材１３は、送電コイル１１が発生する交流磁界と位相が反対の磁界を発生する磁界打ち消し効果を有する。

効率的に磁界を発生するために、磁界発生部材１３は電気抵抗ρが低い材料、例えば、銅（ρ＝１．６８×１０^−８Ωｍ）からなる。

なお、磁界発生部材１３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。

磁界発生部材１３が発生する磁界は、送電コイル１１の配設位置から上側／下側に局所的に発生するため、処置具３０の受電コイル３１と交錯する磁界に与える影響は小さい。一方、磁界発生部材１３が発生する磁界は、送電コイル１１の長手方向に広がる漏洩磁界を効率的に低減できる。

このため、トロッカー１０は漏洩磁界が少ない。またトロッカー１０を具備する手術システム１は漏洩磁界が少ない。

＜第１実施形態の変形例＞
次に第１実施形態の変形例について説明する。変形例のトロッカーはトロッカー１０と類似しているので、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

送電コイル１１の中心軸に沿って、より強い磁界を発生するためには、磁界発生部材１３は、内周側に流れる誘導電流が、外周側に流れる誘導電流よりも大きいことが好ましい。すなわち、磁界発生部材１３が発生する磁界強度は、誘導電流の大きさに比例する。このため、磁界発生部材１３は、内周部に電流が集中することで、より強い磁界が発生する。

例えば、図５Ａに示す変形例１のトロッカーの磁界発生部材１３Ａは、複数の部材１３Ａ、１３Ｂからなり、内周側の第１部材１３Ａが外周側の第２部材１３Ａ２よりも電気抵抗ρが低い材料からなる。例えば、第１部材１３Ａは銅（ρ＝１．６８×１０^−８Ωｍ）からなり、第２部材１３Ａ２はアルミニウム（ρ＝２．６５×１０^−８Ωｍ）からなる。

また、銅からなる磁界発生部材１３の孔部１３Ｈの壁面に例えば、さらに電気抵抗の低い銀（ρ＝１．５９×１０^−８Ωｍ）を電気めっき法により成膜してもよい。

また、図５Ｂに示す変形例２のトロッカーの磁界発生部材１３Ｂは内周側が外周側よりも厚さが厚い。なお、内周側と外周側の厚さが連続的に変化している必要はなく、内周側が局所的に厚くなっていてもよい。

磁界発生部材１３Ａ及び１３Ｂは、共に内周側に流れる誘導電流が、外周側に流れる誘導電流よりも大きいため、効率的に漏洩磁界を低減できる。

なお、磁界発生部材は挿入孔を取り囲む孔部のある閉ループ形状であれば、ドーナツ板形状に限られるものではない。

例えば、図５Ｃに示す変形例３のトロッカーの磁界発生部材１３Ｃはスパイラルタイプのコイルの両端が短絡している。図５Ｄに示す磁界発生部材１３Ｄはソレノイドタイプのコイルの両端が短絡している。磁界発生部材１３Ｃ及び磁界発生部材１３Ｄは、交流磁界により周方向に誘導電流が流れるため、漏洩磁界打ち消し効果を有する。

また、図６に示す変形例４のトロッカーの磁界発生部材１３Ｅは、送電コイル側に軟磁性体からなるシールド部材１２を具備する。なお、シールド部材１２は磁界発生部材１３Ｅの全面を覆っていてもよい。

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。

磁界発生部材１３Ｅは、磁界がシールド部材１２に集中するため、磁界発生効果は低減するが、渦電流損失を低減できる。

次に、図７に示す変形例５のトロッカー１０Ａは、送電コイル１１の下側に磁界発生部材１３Ａを有する。また図８に示す変形例６のトロッカー１０Ｂは、送電コイル１１の上側に磁界発生部材１３Ｂ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磁界発生部材１３を具備していてもよい。

変形例のトロッカー１０Ａ、１０Ｂ等は、トロッカー１０等の効果を有し、更に、より小型軽量で安価である。

なお、送電コイル１１の上側に配設された磁界発生部材と、下側に配設された磁界発生部材とは、異なる構成であってもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のトロッカー１０Ｃ等は、トロッカー１０等と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図９に示すように、トロッカー１０Ｃの磁界発生部材１３Ｃは、送電コイル配設位置よりも出口側のドーナツ板形状部材１３Ｃ１と入口側のドーナツ板形状部材１３Ｃ２とが、中空円筒状（パイプ状）の部材１３Ｃ３により、外周部が接続されている。３つの部材は、例えば一体で、かつ、同一材料で構成されていてもよい。

トロッカー１０Ｃ等は、トロッカー１０等の効果を有し、さらに中空円筒状部材１３Ｃ３により、側面方向への漏洩磁界が低減されている。

＜第３実施形態＞
第３実施形態のトロッカー１０Ｄ等は、トロッカー１０等と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

トロッカー１０Ｄでは、磁界発生部材１３Ｄは筐体１４に着脱自在である。磁界発生部材１３Ｄ１は絶縁性の外装部材１３Ｄ２で覆われている。外装部材１３Ｄ２としては、樹脂材料を用いることが好ましい。

トロッカー１０Ｄ等は、トロッカー１０等の効果を有し、更に必要に応じて磁界発生部材１３Ｄを着脱できるため、より作業性に優れている。

なお、図１０に示したトロッカー１０Ｄは、送電コイル配設位置よりも入口側に配設された磁界発生部材１３Ｄを具備しているが、出口側に配設される磁界発生部材を具備していてもよいし、両方の磁界発生部材を具備していてもよい。

＜第４実施形態＞
本実施形態の医療器具は内視鏡１０Ｅであり、トロッカー１０等とは基本的な構成は大きく異なるが、交流磁界を介して医療機器である処置具３０にワイヤレス給電することは同様である。

すなわち、内視鏡１０Ｅは、被検体に挿入される挿入部４１の軟性部４１Ｂから延設された先端部４１Ａに、挿入孔であるチャンネル４４の開口４４Ｂを有する。処置具３０の処置具挿入部は、挿入部４１の基端部側に配設された操作部４２のチャンネル４４の挿入口４４Ａから挿入される。なお、先端部４１Ａには、撮像素子４５が配設されている。

内視鏡１０Ｅは、操作部４２の挿入口４４Ａから先端部４１Ａの開口４４Ｂまで、挿入部４１を挿通する可撓性の樹脂チューブからなるチャンネル４４を有する。チャンネル４４の外周部に巻回された送電コイル１１は、交流磁界を発生する。

そして、磁界発生部材１３Ｅ１／１３Ｅ２は、送電コイル配設位置よりも出口側／入口側に、それぞれ配設されている。

なお、磁界発生部材１３Ｅ１又は磁界発生部材１３Ｅ２のいずれか一方を具備していてもよい。また、磁界発生部材１３Ｅ１が、挿入口４４Ａの近傍に配置されていてもよい。また、すでに説明した各種の構成の磁界発生部材を用いることもできる。例えば、挿入口４４Ａの近傍にシールド部材を具備する磁界発生部材が着脱自在に配設されていてもよい。

磁界発生部材１３Ｅを具備する内視鏡１０Ｅ及び内視鏡１０Ｅを有する手術システムは、トロッカー１０等と同じ原理で漏洩磁界が低減されている。

なお、内視鏡１０Ｅのチャンネル４４に、医療機器として内視鏡１０Ｅも細径の第２の内視鏡の挿入部が挿入されてもよい。

また、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、磁界発生部材は有効である。

すなわち、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〜１０Ｄ・・・トロッカー
１０Ｅ・・・内視鏡
１１・・・送電コイル
１２・・・シールド部材
１３・・・磁界発生部材
１４・・・筐体
２１・・・電源
３０・・・処置具

Claims (12)

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、
   前記挿入孔の送電コイル配設位置よりも入口側、又は出口側の少なくともいずれかに配設された、中央部に前記挿入孔を取り囲む孔部のある閉ループ形状の導電性材料からなる磁界発生部材と、を具備することを特徴とする医療器具。
2. 前記磁界発生部材は、前記交流磁界により周方向に誘導電流が流れることで磁界を発生することを特徴とする請求項１に記載の医療器具。
3. 前記磁界発止部材は、ドーナツ板形状であることを特徴とする請求項２に記載の医療器具。
4. 前記磁界発生部材は、内周側に流れる前記誘導電流が、外周側に流れる前記誘導電流よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の医療器具。
5. 前記磁界発生部材は、内周側が外周側よりも厚さが厚いことを特徴とする請求項４に記載の医療器具。
6. 前記磁界発生部材は、複数の部材からなり、内周側の部材が外周側の部材よりも電気抵抗が低い材料からなることを特徴とする請求項４に記載の医療器具。
7. 前記磁界発生部材の前記送電コイル側に、軟磁性体からなるシールド部材を具備することを特徴とする請求項１に記載の医療器具
8. 前記磁界発生部材は、絶縁性の外装部材で覆われており、前記筐体に着脱自在であること特徴とする請求項１に記載の医療器具。
9. 前記磁界発生部材の外径が、ソレノイドタイプの前記送電コイルの外径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の医療器具。
10. 被検体に穿刺される先端部と、先端部の基端部側に配設された延設部とからなるトロッカーであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の医療器具。
11. 被検体に挿入される挿入部の先端部に、前記挿入孔であるチャンネルの開口を有し、前記医療機器が前記挿入部の基端部側に配設された操作部の前記チャンネルの挿入口から挿入される内視鏡であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の医療器具。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の医療器具と、
    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処置が行われる処置部と、を有する処置具と、
    前記送電コイルに電力を供給する電源と、を含むことを特徴とする医療システム。

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