JP4486345B2 - 人工食道 - Google Patents

Description

本発明は、人工食道に関し、特に物体を蠕動運動により搬送する技術に関する。

液状、スラリー状、固形状の物体を搬送する方法として、スクリュー式の方法、ピストン運動やロータリーポンプにより空気圧を利用する方法が考えられる。搬送路としては、棒直な形状にはスクリュー式が利用でき、湾曲部分や柔軟性の必要な場所にはピストン運動やロータリーポンプが利用できる。しかし、スクリュー式、ピストン運動やロータリーポンプによる空気圧を利用する方法は、モーターやポンプのような動力源を設置するためのスペースを別途確保する必要がある。
特開２００２−２０８４８号

ここで、スクリュー式は、剛直な形状にしか対応できないので、人工食道のような湾曲部分や柔軟性の必要な場所には対応できない。その上、モーターなどの動力源を設置するためのスペースを確保できない場合にはこの方式は利用することができない。

ピストン運動やロータリーポンプによる空気圧をゴムホースに圧入して物体を搬送する構造の場合、人工食道のような湾曲部分や柔軟性の必要な場所に設置できるものの、ポンプのような動力源を設置するためのスペースを確保できない場合には、やはりこの方式は利用できない。

食道癌の手術は、食道癌の切除後、食道を再建する必要があるため外科の手術中でも最も困難なものの一つとされている。食道の再建の為には、胃や腸管を用いるので、開腹手術が必要となり、手術の侵襲は大きく危険性も大きくなる。もし人工食道があれば、手術は飛躍的に簡便化する。人工臓器の中で、人工食道は圧倒的に遅れた分野であり、高分子素材による単なる管では蠕動を行うことができない。再生医療により食道の細胞を再生しても筋層がなく蠕動を行うことはできない。

メカニカルにスクリューを用いたとしても、口の中にねじが飛び出す構造となり全く非現実的である。モータを用いて蠕動運動を実現しようとしても、食道にモータを置くスペースがないことは自明であり現実性がない。

従って、現実的に埋め込み可能で、人間の食道のように蠕動する人工食道は全く存在しなかった。

本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑みて、輸送管の形状が剛直な形状や湾曲部や柔軟性の必要な場所にも設置でき、動力源を設置するためのスペースを必要としない人工食道を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蠕動運動搬送装置は、柔軟伸縮性のある輸送管を有する。双方向性形状記憶合金を加熱したときのその収縮力を利用して輸送管の輸送路断面積を縮小させ、双方向性形状記憶合金への加熱を解除したときのその回復力を利用して輸送管の輸送路断面積を元に回復させ、縮小させる動作と回復させる動作の繰り返しを温度制御装置で制御することにより輸送管内の物体を一定方向に搬送する。

この蠕動運動搬送装置は、双方向性形状記憶合金と、温度制御装置と、をさらに有してもよい。縮小させる動作または回復させる動作は、輸送管の一部の輸送路断面積を縮小させまたは回復させる動作であってもよい。温度制御装置は、縮小させる位置または回復させる位置を、物体の搬送方向に順次移動させてもよい。双方向性形状記憶合金は、細線状であってもよいし、コイル状であってもよい。双方向性形状記憶合金は、板状であってもよいし、円環状であってもよい。

温度制御装置は、双方向性形状記憶合金に温度変化を与える通電加熱装置であってもよいし、双方向性形状記憶合金に温度変化を与える外部加熱装置であってもよい。

本発明は下記の各態様のいずれであってもよい。
本発明のある態様は、柔軟伸縮性があり、設置場所の制約のない輸送管である。双方向性形状記憶合金を通電加熱することにより双方向性形状記憶合金が収縮することを利用して輸送管の輸送路断面積を縮小させ、次に双方向性形状記憶合金への通電を解除することにより双方向性形状記憶合金を略元の長さに回復させて輸送管の輸送路断面積を略元の断面積に戻し、縮小させる動作と戻す動作の繰り返しを温度制御装置によりコントロールしながら輸送管内の物体を一定方向に搬送する。

本発明の別の態様は、輸送管が円筒状である蠕動運動搬送装置であり、双方向性形状記憶合金と、温度制御装置と、をさらに有する。

本発明のさらに別の態様は、蠕動運動を行うための双方向性形状記憶合金（双方向性形状記憶合金とは、特開２００２−２０８４８号公報に記載された一般的な形状記憶合金の欠点を解消した巨大な双方向形状記憶効果を持つ形状記憶合金のことである）が輸送管内部もしくは表面に取り付けられた蠕動運動搬送装置である。輸送管の輸送路断面積を縮小させる動作または戻す動作は、輸送管の一部の輸送路断面積を縮小させまたは戻す動作である。温度制御装置は、縮小させる動作の位置または戻す動作の位置を、物体の輸送方向に順次移動させる。

本発明の人工食道は、輸送管の形状が棒直となる場所、湾曲部分や柔軟性の必要な場所にも設置でき、動力源を設置するためのスペースがなくとも設置できる。

蠕動運動搬送装置は、双方向性形状記憶合金の伸張・縮小作動により、柔軟性または可撓性に富んだ輸送管、例えば、ゴム、コラーゲン、ポリウレタン、ポリエステル等の一部の輸送路断面積を縮小・回復させる。この蠕動運動搬送装置は、物体を輸送させたい方向に順次位置を変えながらその位置の輸送路断面積を縮小・回復させることによりその物体を搬送する。この動作を蠕動運動と呼ぶ。

双方向性形状記憶合金は、輸送管表面もしくは内部に螺旋状、円環状もしくはこれらの組み合わせた形状に配置される。輸送管の輸送路断面積の変化は、双方向性形状記憶合金の温度を変化させて双方向性形状記憶合金を伸張縮小させることにより実現される。

双方向性形状記憶合金の温度を変化させる手段としては、双方向性形状記憶合金に通電することによる自己発熱、ペルチェ素子等の加熱・冷却特性のある素子を双方向性形状記憶合金に取り付ける方法、あるいはこれらを組み合わせる方法がある。

蠕動運動搬送装置の応用としては、人工食道が考えられる。
人工食道として必要とされる蠕動運動の状態は、輸送管の内径変化が拡張時に直径５０mmから、収縮時に直径１mmの範囲で、蠕動運動速度は最小１mm/secから最大１００mm/secとなる。

この蠕動運動を発生させる双方向性形状記憶合金の性能として２００％から２％の収縮率、発生収縮力は１０ｇ以上を保有することが必要である。
蠕動運動搬送装置の人工食道以外の応用としては、各種工業用液体、スラリー状物体の輸送がある。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１-Ａ、図１-Ｂは実施例における蠕動運動搬送装置の基本構造である。図１-Ａは第１の態様における蠕動運動搬送装置の側面図である。蠕動運動搬送装置は、輸送管１、複数の双方向性形状記憶合金２、複数の配線３を含む。複数の双方向性形状記憶合金２は、輸送管１の外周の複数箇所へそれぞれ個別に巻き付けた形で取り付けられる。複数箇所に巻き付けられた双方向性形状記憶合金２は、互いに略平行な状態となる。複数の双方向性形状記憶合金２は、それぞれに配線３が取り付けられており、別個に通電加熱が可能である。図１-Ｂは、図１-Ａに示される第１の態様における蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。棒直な形状の場所、湾曲部や柔軟性の必要な場所にも設置可能な輸送管１の外周に双方向性形状記憶合金２を円環状に取り付け、それらの端部には通電加熱及び加熱制御のための配線３が接続されている。

図２-Ａは第２の態様における蠕動運動搬送装置の側面図である。図２-Ｂは図２-Ａに示される第２の態様における蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。棒直な形状の場所、湾曲部や柔軟性の必要な場所にも設置可能な輸送管１の外周に複数の双方向性形状記憶合金２がそれぞれ螺旋状に巻き付けた形で取り付けられる。複数の双方向性形状記憶合金２は、それぞれ数巻ずつ個別に巻き付けられており、それらの端部には通電加熱及び加熱制御のための配線３がそれぞれ接続されている。複数の双方向性形状記憶合金２は別個に通電加熱が可能である。

図３-Ａは第３の態様における蠕動運動搬送装置の側面図である。図３-Ｂは図３-Ａに示される第３の態様における蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。棒直な形状の場所、湾曲部や柔軟性の必要な場所にも設置可能な輸送管１の外部に複数の双方向性形状記憶合金２と外部加熱装置４が複数の箇所に円環状に取り付けられ、それらの端部には加熱制御のための配線３がそれぞれ接続されている。双方向性形状記憶合金２および外部加熱装置４は、複数の箇所にてそれぞれ別個に通電加熱することができる。

図４-Ａは第４の態様における蠕動運動搬送装置の側面図である。図４-Ｂは図４-Ａに示される第４の態様における蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。棒直な形状の場所、湾曲部や柔軟性の必要な場所にも設置可能な輸送管１の内部に複数の双方向性形状記憶合金２が複数箇所にて円環状に取り付けられ、それらの端部には加熱制御のための配線３が接続されている。複数の双方向性形状記憶合金２は、複数の箇所にてそれぞれ数巻ずつ別個に巻き付けられており、それぞれ別個に通電加熱することができる。

図５は第１、２、４の態様における蠕動運動搬送装置を制御するための制御回路を示す。この制御回路は、複数のスイッチ５を制御し、複数の双方向性形状記憶合金２に対し、一定方向に順次通電する。これにより双方向性形状記憶合金２を伸縮させ蠕動運動を行わせる。

図６は第３の態様における蠕動運動搬送装置を制御するための制御回路を示す。この制御回路は、複数のスイッチ５を制御し、複数の外部加熱装置４に対し、一定方向に順次通電する。これにより双方向性形状記憶合金２を伸縮させ蠕動運動を行わせる。

以上説明したように、実施例における蠕動運動搬送装置は、輸送管の形状が棒直な形状や湾曲部や柔軟性の必要な場所にも設置でき、動力源を設置するためのスペースを必要としないので、上記のような条件を必須とする人工食道としても利用が可能になる。

人工食道として利用すれば、食道癌の切除後に食道の代わりに応用できる。呼吸機能が低下した高齢者にも人工食道として応用できる。本発明は、人体を構成要件とする発明や治療方法、診断方法、予防行為等の準医療的発明ではなく、産業上の利用可能性を有する。

方向性形状記憶合金を利用した蠕動運動搬送装置の側面図である。 図１-Ａに示される蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。 双方向性形状記憶合金を利用した蠕動運動搬送装置の双方向性形状記憶合金を円環状に配置した場合の側面図である。 図２-Ａに示される蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。 双方向性形状記憶合金と外部加熱装置を利用した蠕動運動搬送装置の双方向性形状記憶合金を円環状に配置した場合の側面図である。 図３-Ａに示される蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。 双方向性形状記憶合金を利用した蠕動運動搬送装置の双方向性形状記憶合金を円環状に輸送管の内部に配置した場合の側面図である。 図４-Ａに示される蠕動運動搬送装置のＡ−Ａ断面図である。 双方向性形状記憶合金を利用した蠕動運動搬送装置の制御回路図である。 双方向性形状記憶合金と外部加熱装置を利用した蠕動運動搬送装置の制御回路図である。

符号の説明

１ 輸送管
２ 双方向性形状記憶合金
３ 配線
４ 外部加熱装置
５ スイッチ

Claims (8)

1. 内径が直径１mmから５０mmの範囲で変化する柔軟伸縮性を有する輸送管と、
   前記輸送管に取り付けられ、その収縮力と回復力により前記輸送管の管内にて物体を一定方向に搬送する蠕動運動を生じさせて前記輸送管を食道として機能させる双方向性形状記憶合金と、
   前記双方向性形状記憶合金を加熱するとともにその加熱の温度を制御する温度制御装置と、
   を備え、
   前記双方向性形状記憶合金は、前記温度制御装置によって加熱されたときのその収縮力により前記輸送管の輸送路断面積を縮小させるとともに、前記温度制御装置によって加熱を解除されたときのその回復力により前記輸送管の輸送路断面積を元に回復させ、
   前記温度制御装置は、前記蠕動運動の速度が１ｍｍ／ｓｅｃから１００ｍｍ／ｓｅｃの範囲となるように前記温度を制御することで前記縮小させる動作と前記回復させる動作とを繰り返させることを特徴とする人工食道。
2. 前記双方向性形状記憶合金は、前記縮小させる動作または前記回復させる動作として、前記輸送管の一部の輸送路断面積を縮小させまたは回復させることを特徴とする請求項１に記載の人工食道。
3. 前記温度制御装置は、前記縮小させる位置または前記回復させる位置を、前記物体の搬送方向に順次移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の人工食道。
4. 前記双方向性形状記憶合金は、細線状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の人工食道。
5. 前記双方向性形状記憶合金は、コイル状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の人工食道。
6. 前記双方向性形状記憶合金は、板状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の人工食道。
7. 前記双方向性形状記憶合金は、円環状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の人工食道。
8. 前記温度制御装置は、前記双方向性形状記憶合金に温度変化を与える通電加熱装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の人工食道。

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