JP2015154842A - 医療機器および医療システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＲＦＩＤタグ３８が、受電コイル３１が発生する磁界により損傷することのない処置具３０を提供する。
【解決手段】 処置具３０は、交流磁界を介した電力伝送に用いる受電用のソレノイド形状の受電コイル３１と、受電コイル３１の中心軸と平行な直線を含む平面に配設されているＲＦＩＤタグ３８の平面コイル３１と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電力伝送に用いる送電用または受電用のソレノイド形状の電力伝送コイルと、通信用の平面コイルと、を具備する医療機器、および前記医療機器を有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挿入補助具である。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処置具等の医療機器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、トロッカーの挿入孔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ことが開示されている。

一方、特開２００３−６１９７７号公報には、処置具に近距離無線通信を行うＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ＩＤｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）タグを配設することで、処置具を自動的に認識することが開示されている。

ここで、送電用または受電用の電力伝送コイルと、ＲＦＩＤタグの通信用の平面コイルと、を具備する医療システムにおいて、電力伝送に用いる交流磁界の周波数とＲＦＩＤタグが通信に用いる電磁波の周波数とが近接していると、大きな交流磁界が印加されたＲＦＩＤタグが損傷するおそれがあった。

特開平１１−１２８２４２号公報 特開２００３−６１９７７号公報

本発明の実施形態は、ソレノイド形状の電力伝送コイルと通信用の平面コイルとを具備する医療機器において、通信用の平面コイルが、電力伝送コイルが発生する磁界により損傷することのない医療機器、および、前記医療機器を具備する医療システムを提供することを目的とする。

実施形態の医療機器は、交流磁界を介した電力伝送に用いる送電用または受電用のソレノイド形状の電力伝送コイルと、前記電力伝送コイルの中心軸と平行な直線を含む平面に配設されている通信用の平面コイルと、を有する。

別の実施形態の医療システムは、挿入孔を巻回しているソレノイド形状の送電用の第１の電力伝送コイルを有する挿入補助具と、前記挿入補助具の前記挿入孔に挿入される、ソレノイド形状の受電用の第２の電力伝送コイルを有する医療機器と、を具備する医療システムであって、
前記医療機器が、前記挿入孔に挿入されたときに、前記電力伝送コイルの中心軸と平行な直線を含む平面に配設される通信用の平面コイルと、を具備する。

本発明の実施形態によれば、ソレノイド形状の電力伝送コイルと通信用の平面コイルとを具備する医療機器において、通信用の平面コイルが、電力伝送コイルが発生する磁界により損傷することのない医療機器、および、前記医療機器を具備する医療システムを提供できる。

第１実施形態の医療システムの模式図である。 第１実施形態の医療システムの構成図である。 第１実施形態の医療システムの斜視図である。 第１実施形態の医療システムの部分透過斜視図である。 第１実施形態の医療システムのＲＤＩＤタグの平面コイルの平面図である。 第１実施形態の医療システムのＲＤＩＤタグの平面コイルの平面図である。 第１実施形態の処置具のコイル配置を説明するための斜視図である。 第１実施形態の処置具のコイル配置を説明するためのＺ軸方向から見た平面図である。 第２実施形態の医療システムの斜視図である。

＜第１実施形態＞
図１から図４を用いて、第１実施形態の医療器具である処置具３０、挿入補助具であるトロッカー１０、および医療システム１について説明する。トロッカー１０および処置具３０は、電源ユニット２０とともに医療システム１を構成している。医療システム１では、交流磁界を介してワイヤレスで電力が送受電される。すなわち、トロッカー１０は交流磁界Ｍ１を発生する送電ユニット１６を有し、処置具３０は交流磁界を受電する受電ユニット３９と受電ユニット３９が受電した電力により駆動される駆動部である処置部３２とを有する。

そして、後述するように、本実施形態の医療システム１では、処置具３０が近距離無線通信に用いる通信用の平面コイル３７を有するＲＦＩＤタグ３８を具備する。

最初に、トロッカー１０について説明する。トロッカー１０の筐体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の送電ユニット１６は、術者によるスイッチ２３の操作により電源ユニット２０から交流電力が供給されると、交流磁界を発生する。

トロッカー１０の送電ユニット１６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、送電ユニット１６は、送電用の第１の電力伝送コイルである送電コイル１１と送電コンデンサ１５とを含む。ソレノイド形状の送電コイル１１は挿入孔１０Ｈの外周部に巻回されている。送電コイル１１の長さは、例えば１０ｍｍから５０ｍｍである。

送電コイル１１と送電コンデンサ１５とが直列接続されている送電ユニット１６は、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および送電回路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。

＜処置具の構成＞
処置具３０の挿入部はトロッカー１０の挿入孔１０Ｈを介して腹腔９Ａに挿入される。なお、医療システム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。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。そして、処置具３０は、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈに挿入されると、ワイヤレスで電力を受電する。電力供給のためのケーブルが接続されていない処置具３０は、操作性がよい。

図２に示すように、処置具３０は、受電ユニット３９と、受電回路３４と、駆動回路３５と、駆動部である処置部３２と、を有する。受電ユニット３９は、送電ユニット１６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、受電用の第２の電力伝送コイルである受電コイル３１を含む。受電回路３４は、受電ユニット３９が受電した電力を例えば整流化する。駆動回路３５は、受電回路３４が出力する電力を処置に応じた仕様の駆動電力に変換する。

トロッカー１０の送電コイル１１が発生した交流磁界Ｍ１を受電する受電コイル３１の中心軸は、トロッカー１０の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。すなわち、受電コイル３１の長さは、送電コイル１１の長さよりも長いことが好ましい。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。

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、医療システム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、ＩＳＭ(Industry-Science-Medical)バンド帯の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回路３５に供給する電圧に調整する。受電回路３４には駆動回路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。駆動回路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、高周波処置具の処置部３２には、駆動回路３５から、周波数３５０ｋＨｚ、電圧１００Ｖｐｐの駆動信号が供給される。

そして、処置具３０は、ＲＦＩＤタグ３８を具備する。図３等ではＲＦＩＤタグ３８は筐体に設けた板状のＲＦＩＤ配置部に配設されているが、後述するようにＲＦＩＤタグ３８の配置場所は所定条件を満足している場所であれば既存の筐体表面、または筐体内部であってもよい。

図５Ａに示すように、ＲＦＩＤタグ３８は、通信用のスパイラル形状の平面コイル３７とＩＣチップ３６とからなる。なお、図５Ｂに示すＲＦＩＤタグ３８Ｚは、つづら折れ型（ミアンダー型）の平面コイル３７Ｚを有する。スパイラル形状の平面コイル３７は、配線が交差するため絶縁層等を介した積層構造を形成する必要があるが、ミアンダー型の平面コイル３７Ｚよりも電磁波の受電効率が高い。

平面コイル３７は、銅箔のエッチング、または導電性ペーストの印刷等により作製されるが、細線を基板上に所定パターンで配設してもよい。

ＲＦＩＤタグ３８は、例えば、通信距離が数ｍ以下の近距離無線通信を行う識別部材である。ＲＦＩＤタグ３８は、例えば電源ユニット２０の通信部（不図示）からの信号（電磁波Ｍ２）を受信すると、受信した信号から電力を得て、記憶している情報、例えば、処置具３０の型番、標準動作条件等の識別応答信号を送信する。ＲＦＩＤタグ３８からの識別応答信号を受信した電源ユニット２０は、識別応答信号に基づいて送電条件等が自動的に設定できる。また、処置具３０が電源ユニット２０の仕様に合っていない場合には、電源ユニット２０に警告が表示される。

通信に用いる電磁波Ｍ２の周波数は、ＩＳＭバンド帯が広く使用されている。しかし、すでに説明したように、医療システム１においては、電力の送受信に用いる交流磁界の周波数も、ＩＳＭバンド帯、例えば１３．５６ＭＨｚが用いられる。

パッシブ型（受動型）のＲＦＩＤタグ３８は、微弱な電磁波の送受信を前提に設計されている。このため、強い磁界が印加されると、設計値よりも大電力の高周波電力を受電してしまい、ＲＦＩＤタグ３８は損傷を受けて正常に機能しなくなるおそれがある。しかし、処置具３０は、通信用の平面コイル３７と電力伝送コイルである受電コイル３１とが所定の位置関係になるように配置されている。

すなわち、図６に示すように、ＲＦＩＤタグ３８は、受電コイル３１の中心軸ＯＪと平行な直線ＯＪ１を含む平面Ｐ１に配設されている。言い替えれば、図７に示すように、ＲＦＩＤタグ３８は中心軸ＯＪ方向から観察したときに直線状に見えるように配置されている。

すでに説明したように、受電コイル３１の中心軸ＯＪは、トロッカー１０に挿入されると送電コイル１１の中心軸ＯＳと一致する。送電コイル１１は交流磁界を発生する。そして、受電コイル３１も電力を受電すると電流が流れるため、交流磁界を発生する。

ここで、受電コイル３１および送電コイル１１が発生する磁界は、コイルの内部および側面では、中心軸ＯＪ（ＯＳ）に略平行である。このため、中心軸ＯＪと平行な直線ＯＪ１を含む平面Ｐ１に配設されているＲＦＩＤタグ３８の平面コイル３７に交差する磁界は少ない。このため、平面コイル３７は、受電コイル３１等が発生する磁界の影響を受けにくく、受電コイル３１等が発生する磁界により損傷することがない。

なお、図６では、中心軸ＯＪ方向をＺ軸方向とし、平面コイル３７が配設されている平面Ｐ１をＹＺ平面として図示している。しかし、通信用の平面コイル３７、すなわち、ＲＦＩＤタグ３８の配置面はＹＺ平面に限られるものではない。

例えば、図７に示す通信用の平面コイル３７Ａ〜３７Ｃは、ＹＺ平面から傾斜した平面Ｐ２〜Ｐ４に配置されている。しかし、平面Ｐ２〜Ｐ４は、いずれも受電コイル３１の中心軸ＯＪと平行な直線ＯＪ２〜ＯＪ４を含む平面である。このため、平面コイル３７Ａ〜３７Ｃは受電コイル３１が発生する磁界の影響を受けにくい。

なお、平面視矩形のＲＦＩＤタグ３８は、その長辺または短辺が受電コイル３１の中心軸ＯＪと平行に配置されることが配置スペースが小さく好ましいが、中心軸ＯＪに対して傾斜するように配置されていてもよい。

ここで、図７に示すように、平面コイル３７Ａは平面コイル３７と同じように、（Ａ）受電コイル３１の中心軸ＯＪと平行な直線ＯＪ２を含む平面Ｐ２に配置されているだけでなく、（Ｂ）平面Ｐ２は中心軸ＯＪを含み、かつ（Ｃ）受電コイル３１を中心軸ＯＪ方向に延設した円柱状空間（延長空間）３１Ｒの外部に配置されている。

これに対して、平面コイル３７Ｂは、中心軸ＯＪを含まない平面Ｐ３、例えば、処置具３０の把持部の表面に配置されている。また、平面コイル３７Ｃは処置具３０の基端部側の外面に相当する平面Ｐ４に配置されている。平面コイル３７Ｂ、３７Ｃは処置具にＲＦＩＤタグ３８を配設するための部材が不要であるので、小型化が容易である。

また、平面コイル３７Ｄは、その中心が、中心軸ＯＪと一致する位置に配設されている。

すなわち、平面コイルは処置具の仕様／形状に応じて中心軸ＯＪと平行な直線ＯＪ１を含むいずれの平面にも配置可能である。しかし、受電コイル３１が発生する磁界の影響を最も受けにくい平面コイル３７（３７Ａ）の配置が最も好ましい。

特に、図４に示すように、受電コイル３１の延長空間３１Ｒ、または、送電コイルの延長空間１１Rは、比較的遠距離まで漏洩磁界が到達し、複雑な経路でリターンパス（戻り磁界）を形成しているため、平面コイルは、延長空間３１Ｒ、１１Ｒの外部に配置されることが好ましい。

なお、処置具３０としては、受電ユニット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また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、また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に挿入される医療器具は、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、医療器具挿入部を有する各種の医療器具、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硬性内視鏡なども、本発明の医療システムの医療器具として好ましく用いることができる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の医療システム１Ａについて説明する。医療システム１Ａの処置具３０は、医療システム１の処置具３０と同じ構成であり、医療システム１Ａは医療システム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。

図８に示すように、医療システム１Ａでは、挿入補助具であるトロッカー１０Ａも、ＲＦＩＤタグ１８を有する。そして、ＲＦＩＤタグ１８の第２の平面コイル１７は、ＲＦＩＤタグ３８の第１の平面コイル３７と同じように、送電コイル１１の発生する交流磁界の影響を受けないように、送電コイル１１の中心軸ＯＳと平行な直線を含む平面に配設されている。

ＲＦＩＤタグ１８の配置位置は、ＲＦＩＤタグ３８の配置位置と同じように、（Ａ）送電コイル１１の中心軸を含む平面の、送電コイル１１を中心軸方向に延設した円柱状空間（延長空間）１１Ｒの外部に配置されていることが特に好ましい。なお、円柱状空間（延長空間）１１Ｒが、円柱状空間（延長空間）３１Ｒを全て含むことは言うまでも無い。

医療システム１Ａは、トロッカー１０ＡのＲＦＩＤタグ１８が、送電コイル１１が発生する磁界により損傷することがない。

本発明は、上述した各実施携帯等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、および応用が可能である。

１、１Ａ・・・医療システム
１０、１０Ａ・・・トロッカー
１１・・・送電コイル
１７・・・平面コイル
１８・・・ＲＦＩＤタグ
３０・・・処置具
３１・・・受電コイル
３７・・・平面コイル
３８・・・ＲＦＩＤタグ

Claims (14)

1. 交流磁界を介した電力伝送に用いる送電用または受電用のソレノイド形状の電力伝送コイルと、
   前記電力伝送コイルの中心軸と平行な直線を含む平面に配設されている通信用の平面コイルと、を有することを特徴とする医療機器。
2. 前記通信用の平面コイルが、前記電力伝送コイルの前記中心軸を含む平面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の医療機器。
3. 前記通信用の平面コイルが、前記電力伝送コイルを前記中心軸方向に延設した円柱状空間の外部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の医療機器。
4. 前記通信用の平面コイルが、ＲＦＩＤタグの送受信アンテナであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の医療機器。
5. 前記通信用の平面コイルが、スパイラル形状であることを特徴とする請求項４に記載の医療機器。
6. 前記受電用の電力伝送コイルと、前記受電用の電力伝送コイルが受電した電力により駆動される駆動部と、を有する処置具または硬性内視鏡であることを特徴とする請求項５に記載の医療機器。
7. 挿入孔を巻回している前記送電用の電力伝送コイルを有するトロッカーであることを特徴とする請求項５に記載の医療機器。
8. 挿入孔を巻回しているソレノイド形状の送電用の第１の電力伝送コイルを有する挿入補助具と、
   前記挿入補助具の前記挿入孔に挿入される、ソレノイド形状の受電用の第２の電力伝送コイルを有する医療機器と、を具備する医療システムであって、
   前記医療機器が、前記第１の電力伝送コイルの中心軸と平行な直線を含む平面に配設されている通信用の第１の平面コイルと、を具備することを特徴とする医療システム。
9. 前記挿入補助具が、前記第２の電力伝送コイルの中心軸と平行な直線を含む平面に配設されている通信用の第２の平面コイルを具備することを特徴とする請求項８に記載の医療システム。
10. 前記第１および第２の平面コイルは、前記第１の電力伝送コイルの前記中心軸を含む平面に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の医療システム。
11. 前記第１および第２の平面コイルは、前記第２の電力伝送コイルを前記中心軸方向に延設した円柱状空間の外部に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の医療システム機器。
12. 前記第１および第２の平面コイルが、それぞれのＲＦＩＤタグの送受信アンテナであることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の医療システム。
13. 前記第１および第２の平面コイルが、スパイラル形状であることを特徴とする請求項１２に記載の医療システム。
14. 前記挿入補助具が、トロッカーであり、
    前記医療機器が、処置具または硬性内視鏡であることを特徴とする請求項１２に記載の医療システム。

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