JP2015205051A - 医療器具、挿入補助具、および医療システム - Google Patents

医療器具、挿入補助具、および医療システム Download PDF

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Abstract

【課題】 漏洩電界の少ない受電コイル31を有する処置具30を提供する。
【解決手段】 処置具30は、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処置部32と、を有し、受電ユニット39が、ソレノイド形状の第1受電コイル31Lと、第1受電コイル31Lと巻方向が逆向きのソレノイド形状の第2受電コイル31Rとを含んでおり、第1受電コイル31Lと第2受電コイル31Rとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、第1受電コイル31Lに流れる電流の方向と第2受電コイル31Rに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、第1受電コイル31Lおよび31R第2受電コイルは処置部32に電気的に接続されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、ワイヤレスで電力を受電する医療器具、前記医療器具に電力を送電する挿入補助具、および、前記医療器具と前記挿入補助具とを具備する医療システムに関する。
挿入補助具であるトロッカーは、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医療器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器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医療器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、送電コイルが発生する電界および交流磁界を受電した受電コイルに発生する電界が、周囲の機器等に影響を及ぼすおそれがあった。
特開平11−128242号公報
本発明の実施形態は、漏洩電界の少ない受電コイルを有する医療器具、漏洩電界の少ない送電コイルを有する挿入補助具、およ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、交流磁界と磁気的に結合して電力を受電する、受電回路を含む受電ユニットと、前記受電ユニットが受電した電力により駆動される駆動部と、を有し、前記受電ユニットが、ソレノイド形状の第1受電コイルと、前記第1受電コイルと巻方向が逆向きのソレノイド形状の第2受電コイルとを含んでおり、前記第1受電コイルと第2受電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、前記第1受電コイルに流れる電流の方向と前記第2受電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1受電コイルおよび前記第2受電コイルは前記受電回路に電気的に接続されている。
別の実施形態の挿入補助具は、挿入孔に挿入された医療器具に印加する交流磁界を発生する送電ユニットを有し、前記送電ユニットが、ソレノイド形状の第1送電コイルと、前記第1送電コイルと巻き方向が逆向きのソレノイド形状の第2送電コイルとを含んでおり、前記第1送電コイルと前記第2送電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、前記第1送電コイルに流れる電流の方向と前記第2送電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1送電コイルおよび前記第2送電コイルは、電源ユニットに電気的に接続されている。
さらに別の実施形態の医療システムは、交流磁界を発生する送電ユニットを有する挿入補助具と、前記挿入補助具の挿入孔に挿入されると前記交流磁界と磁気的に結合して電力を受電する、受電回路を含む受電ユニットおよび前記受電ユニットが受電した電力により駆動される駆動部を有する前記医療器具と、を具備し、前記受電ユニットが、ソレノイド形状の第1受電コイルと、前記第1受電コイルと巻方向が逆向きのソレノイド形状の第2受電コイルとを含んでおり、前記第1受電コイルと前記第2受電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、前記第1受電コイルに流れる電流の方向と前記第2受電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1受電コイルおよび前記第2受電コイルは前記受電回路に電気的に接続されている。
本発明の実施形態によれば、漏洩電界の少ない受電コイルを有する医療器具、漏洩電界の少ない送電コイルを有する挿入補助具、およ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実施形態の医療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実施形態の医療システムの構成図である。 第1実施形態の処置具の受電ユニットの構成図である。 第1実施形態の処置具の受電コイルの分解図である。 第1実施形態の変形例の処置具の受電ユニットの構成図である。 第2実施形態の医療システムの構成図である。
<第1実施形態>
図1および図2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は交流磁界を介してワイヤレスで電力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が漏洩電界の少ない受電コイル31を有する。受電ユニット39の受電コイル31は交流磁界と磁気的に結合して電力を受電する。ここで、受電コイル31は、左巻きの第1受電コイル31Lと、右巻きの第2受電コイル31Rとからなっているが、図2では、この受電コイル31を平面的に表現している。すなわち、左巻きの第1受電コイル31Lを細線、右巻きの第2受電コイル31Rを太線で表し、図面の手前側を通るコイルの部分を実線、図面の奥側を通るコイルの部分を点線で表現している。この表現方法は、以下の図に関しても同様である。
最初に、送電ユニット16を有するトロッカー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。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、挿入孔10Hの外周部に巻回されたソレノイド形状の送電コイル11と送電コンデンサ15とを含む。送電コイル11の長さは、例えば10mmから50mmである。
送電ユニット16の送電コイル11と送電コンデンサ15とは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を介して被検体の体内である腹腔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、トロッカー10の送電ユニット16からワイヤレスで電力を受電する。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。
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、トロッカー10の送電ユニット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コイル31を含む。
受電コイル31は処置具30の挿入部内にその長軸方向に沿って配置されたソレノイド形状のコイルであって、その中心軸は、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。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。これにより処置具30が処置中に挿入孔10Hの内部で前後に移動しても常に受電コイル31により受電を行うことができる。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、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、切開、凝固等の処置に用いられる周波数350kHz、電圧数100Vppの駆動信号が供給される。
そして、図3に示すように、処置具30では、受電コイル31が、第1受電コイル31Lと第2受電コイル31Rとからなる。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、コイルの巻数および長さ等は実際のコイルとは異なる。
受電コイル31の第2受電コイル31Rは、第1受電コイル31Lと長さ、巻数が同じソレノイド形状であるが、巻き方向が逆向きである。例えば、第1受電コイル31Lは左巻きなのに対して、第2受電コイル31Rは右巻きである。
そして、第2受電コイル31Rの直径は第1受電コイル31Lの直径よりもわずかに大きく、第1受電コイル31Lの外側に同心円状に配置されている。また、2つのコイルはそれぞれのコイルに流れる電流の方向が互いに逆向きとなるように、受電コンデンサ33を介して受電回路34と電気的に接続される。
ここでコイル電流の向きとは、コイル上端の端子において電流がコイルから出る方向か、入る方向か、を意味している。本実施の形態では図6に示すように2つのコイルは電気的に並列接続されている。
第2受電コイル31Rは、第1受電コイル31Lと巻き方向が逆向きの第1受電コイル31Lが発生する交流磁界と同じ空間に同じ方向の交流磁界を発生する。
トロッカー10の送電ユニット16の送電コイル11により発生した交流磁界により、受電コイル31に鎖交する磁束が変化すると受電コイル31に誘導起電力が生じてコイル電流が流れ、電力が受電される。このとき受電コイル31に流れるコイル電流の方向は、当該コイル電流により受電コイル31で発生する磁束が、受電コイル31に鎖交する磁束の変化を妨げる方向となる。
例えば、ある時刻における送電コイル11により発生した交流磁界による受電コイル31の鎖交磁束の変化が、図3の受電コイル軸方向上向きに増加する方向であれば、下向きの磁束を発生させる方向となる。ここで、受電コイル31R、受電コイル31Lの巻方向は互いに逆向きであるため、2つのコイルに流れる電流の方向は常に逆方向(逆位相)となる。従って、コイル電流により2つのコイルには互いに逆向きの逆起電力が生じ、2つのコイルに発生する電位は互いに逆方向となる。
このため、図4の分解図に示すように、第1の受電コイル31Lと第2受電コイル31Rとは、電力を受電すると、略同じ空間に略同じ強度、かつ同じ方向の交流磁界M1、M2を発生するとともに、略同じ空間に略同じ強度の逆方向の電界E1、E2を発生する。
すなわち、受電コイル31では、第1の受電コイル31Lが発生する電界E1と、第2受電コイル31Rが発生する電界E2とが、互いに打ち消しあうため受電コイル周囲に発生する不要な漏洩電界が大幅に低減される。従って、処置具30を備えた、医療システム1の漏洩電界も大幅に低減することができる。
なお、第1の受電コイル31Lが発生する電界E1と、第2受電コイル31Rが発生する電界E2とが、互いに打ち消しあうように、第1の受電コイル31Lと第2受電コイル31Rとは略同じ構成であればよい。例えば、第2受電コイル31Rの長さ、および巻数は、第1の受電コイル31Lの長さ、および巻数のそれぞれと、±10%異なっていてもよい。
一般に漏洩電界を低減する方法としては金属等の導電体で構成される電磁シールドで装置の周囲を覆う方法が用いられるが、処置具30において処置具全体や漏洩電界の発生源である受電コイルの周囲を電磁シールドで覆ってしまうと、トロッカーの送電コイルで発生した交流磁界と処置具の受電コイルとの磁気結合を遮ってしまい電力伝送の効率が著しく低下するため、電磁シールドの適用は困難である。
しかし、本構成によれば、送電コイルと受電コイルの磁気結合を遮る電磁シールドを設けることなく漏洩電界を低減することができるため、受電コイル周囲に電磁シールドを設けることが困難な処置具や硬性内視鏡といった医療器具においても不要な漏洩電界を低減することが可能である。すなわち、処置具30は、電界シールドを配設する必要がないため、被検体9に挿入される挿入部が細径であるため低侵襲である。
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、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、高周波電力を被処置部9B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でも良い。
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1実施形態の変形例>
図5に示す変形例の処置具30Aの受電コイル31Aは、第1受電コイル31LAと第2受電コイル31RAとは、電気的に直列接続されている。ここで、受電コイルは処置具の挿入部に配置され、受電コイルと電気的に接続する共振コンデンサや受電回路は処置具挿入部の基端側に配置されている。
第1受電コイル31LAと第2受電コイル31RAとを直列接続した処置具30Aは、第1受電コイル31LAと第2受電コイル31RAとが並列接続されている処置具30に比べると、2つのコイルをあわせた等価直列抵抗は増加するが、並列接続時に必要であった第1受電コイル31Lの挿入部先端側の端子と挿入部基端側の共振コンデンサを接続するための配線と、第2受電コイル31Rの挿入部先端側の端子と挿入部基端側の受電回路を接続するための配線とが不要である。処置具の挿入部内部を挿通する配線の数が少ないため、細径化が容易である。
受電時のコイル電流の向きは互いに逆向きとなるため、第1受電コイル31LAと第2受電コイル31RAに発生する電界方向は互いに逆向きとなり打ち消し合い、処置具30と同様に受電コイル周囲の不要な漏洩電界を大幅に低減する効果を有する。
<第2実施形態>
次に図6を用いて、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。
医療システム1Aでは、挿入補助具であるトロッカー10Aの送電ユニット16Aの送電コイル11Aが、受電コイル31と同じように、並列接続されている第1送電コイル11Lと、第1送電コイル11Lと逆巻きの第2送電コイル11Rとからなる。
すなわち、送電コイル11Aは、ソレノイド形状の第1送電コイル11Lと、第1送電コイル11Lと長さ、巻数が略同じソレノイド形状であるが、巻き方向が逆向きのソレノイド形状の第2送電コイル11Rと、からなる。そして、第1送電コイル11Lと、第1送電コイル11Rよりもわずかに大きい直径の第2送電コイル11Rとが、トロッカー10の挿入孔10Hの外周の略同じ位置に同心円状に配置されている。また、2つのコイルは電気的に並列接続されており、互いのコイルに流れる電流の方向が逆向きとなるように送電共振コンデンサ15を介して電源ユニット20と電気的に接続されている。
電源ユニット20から高周波電力が送電ユニット16に供給されると、第1送電コイル11Lと第2送電コイル11Rには互いに逆向きの電流が流れるが、コイルは巻き方向が互いに逆方向となっているため、それぞれのコイルで発生する磁界の向きは同方向となる。
一方、コイル電流の向きは互いに逆向きであるため、それぞれのコイルに発生する電位は互いに逆向きとなり、それぞれのコイル周辺に発生する電界方向は逆方向となる。
なお、第1の送電コイル11Lと第2送電コイル11Rとは、電気的に直列接続されていてもよい。
トロッカー10Aでは、第1送電コイル11Lが発生する交流磁界と第1送電コイル11Rが発生する交流磁界とは同じ方向なので、2つの交流磁界は加算されて処置具30に印加される。これに対して第1送電コイル11Lが発生する電界と第1送電コイル11Rが発生する電界とは逆方向なので、2つの電界は互いに打ち消しあう。すなわち、送電ユニットから受電ユニットに無線電力伝送を行うために送電コイルで発生させる交流磁界を低減することなく、送電コイル周囲の不要な漏洩電界のみが低減される。このためトロッカー10Aは周囲に漏れ出す漏洩電界が小さい。
また、共に漏洩電界の小さいトロッカー10Aと処置具30とを具備する医療システム1Aは、医療システム1よりも漏洩電界を低減することができる。
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、および応用が可能であることは勿論である。
1、1A・・・医療システム
10、10A・・・トロッカー
11、11A・・・送電コイル
11L・・・第1送電コイル
11R・・・第2送電コイル
16・・・送電ユニット
20・・・電源ユニット
30、30A・・・処置具
31、31A・・・受電コイル
31L、31LA・・・第1受電コイル
31R、31RA・・・第2受電コイル
32・・・処置部
39・・・受電ユニット

Claims (12)

  1. 交流磁界と磁気的に結合して電力を受電する、受電回路を含む受電ユニットと、前記受電ユニットが受電した電力により駆動される駆動部と、を有し、
    前記受電ユニットが、ソレノイド形状の第1受電コイルと、前記第1受電コイルと巻方向が逆向きのソレノイド形状の第2受電コイルとを含んでおり、
    前記第1受電コイルと前記第2受電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、
    前記第1受電コイルに流れる電流の方向と前記第2受電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1受電コイルおよび前記第2受電コイルは前記受電回路に電気的に接続されていることを特徴とする医療器具。
  2. 前記第1受電コイルと前記第2受電コイルとが電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の医療器具。
  3. 挿入補助具の挿入孔を介して被検体の体内に挿入される挿入部に、前記第1受電コイルおよび前記第2受電コイルが配設されてい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2に記載の医療器具。
  4. 挿入孔に挿入された医療器具に印加する交流磁界を発生する送電ユニットを有し、
    前記送電ユニットが、ソレノイド形状の第1送電コイルと、前記第1送電コイルと巻き方向が逆向きのソレノイド形状の第2送電コイルとを含んでおり、
    前記第1送電コイルと前記第2送電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、
    前記第1送電コイルに流れる電流の方向と前記第2送電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1送電コイルおよび前記第2送電コイルは、電源ユニットに電気的に接続されていることを特徴とする挿入補助具。
  5. 前記第1送電コイルと前記第2送電コイルとが電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項4に記載の挿入補助具。
  6. 筐体に前記挿入孔のあるトロッカーであることを特徴とする請求項5に記載の挿入補助具。
  7. 交流磁界を発生する送電ユニットを有する挿入補助具と、
    前記挿入補助具の挿入孔に挿入されると前記交流磁界と磁気的に結合して電力を受電する、受電回路を含む受電ユニットおよび前記受電ユニットが受電した電力により駆動される駆動部を有する前記医療器具と、を具備し、
    前記受電ユニットが、ソレノイド形状の第1受電コイルと、前記第1受電コイルと巻方向が逆向きのソレノイド形状の第2受電コイルとを含んでおり、前記第1受電コイルと前記第2受電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、前記第1受電コイルに流れる電流の方向と前記第2受電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1受電コイルおよび前記第2受電コイルは前記受電回路に電気的に接続されていることを特徴とする医療システム。
  8. 前記第1受電コイルと前記第2受電コイルとが電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項7に記載の医療システム。
  9. 前記第1受電コイルおよび前記第2受電コイルの長さが、前記送電ユニットのソレノイド形状の送電コイルの長さよりも長いことを特徴とする請求項8に記載の医療システム。
  10. 前記送電ユニットが、ソレノイド形状の第1送電コイルと、前記第1送電コイルと巻き方向が逆向きのソレノイド形状の第2送電コイルとを含んでおり、
    前記第1送電コイルと前記第2送電コイルとは、長さおよび巻数が同一であり、かつ、同心円状に配置されており、
    前記第1送電コイルに流れる電流の方向と前記第2送電コイルに流れる電流の方向とが互い逆向きとなるように、前記第1送電コイルおよび前記第2送電コイルは、電源ユニットに電気的に接続されていることを特徴とする請求項9に記載の医療システム。
  11. 前記第1送電コイルと前記第2送電コイルとが電気的に並列接続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。
  12. 前記医療器具が、処置具または硬性内視鏡であり、
    前記挿入補助具が、筐体に前記挿入孔のあるトロッカーであることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか1項に記載の医療システム。
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