JP6095532B2

JP6095532B2 - 処置具、及び手術システム

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Publication number: JP6095532B2
Application number: JP2013187534A
Authority: JP
Inventors: 勇太杉山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: US20160183773A1; EP3045131A1; JP2015053980A; WO2015037253A1; CN105530882B; CN105530882A; EP3045131A4

Description

本発明は、交流磁界を介して電力をワイヤレスで受電する処置具、及び前記処置具を具備する手術システムに関する。

内視鏡手術は低侵襲であることから広く行われている。例えば、図１に示す手術システム１０１が特開２００９−１９５６７６号公報に開示されている。手術システム１０１は、被検体９の体壁に穿刺されたトロッカー１１０の挿入孔１１０Ｈを介して腹腔内に挿入される処置具１２０を具備する。

処置具１２０は、超音波処置具であり、バックマス１２３Ａと接合された超音波振動子１２３の発生する振動を先端の処置部１２１に伝達する振動伝達部材（ホーン）１２２を有する。処置部１２１は術者が把持する把持部１２４の操作により開閉し、処置する患部を挟持する。

処置具１２０には、電源ユニット１３０からの電力を超音波振動子に供給するためのケーブル１３５が接続されている。しかし、ケーブル１３５は、術者が手術するときの邪魔になり操作性を低下させている。

特開平１１−１２８２４２号公報には、トロッカーの送電コイルから交流磁界を発生し、トロッカー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システムが開示されている。

しかし、交流磁界により電力をワイヤレス送電する手術システムでは、処置具の内部に配設されている導電体が交流磁界による発生する渦電流で誘導加熱されてしまう。例えば、超音波処置具のホーンは、高強度の金属からなるため加熱されて、超音波振動子や処置部の温度が上昇したり、電力の伝送効率が低下したりして動作が不安定になるおそれがあった。

特開２００９−１９５６７６号公報特開平１１−１２８２４２号公報

本発明の実施形態は、交流磁界をワイヤレスで受電する動作が安定した処置具、及び交流磁界をワイヤレスで受電する動作が安定した手術システムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態の処置具は、交流磁界を発生する送電コイルと誘導結合し電力を無線受電するソレノイド形状の受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力により処置を行う処置部と、前記受電コイルの内部を挿通している導電体と、前記受電コイルの内部に配設されている軟磁性体からなる磁束集中部材と、を具備する。

また、別の実施形態の手術システムは、挿入孔を巻回しているソレノイド形状の交流磁界を発生する送電コイルを有するトロッカーと、前記挿入口に挿入されると前記送電コイルと誘導結合し電力を無線受電するソレノイド形状の受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力により処置を行う処置部と、前記受電コイルの内部を挿通している導電体と、前記受電コイルの内部に配設されている軟磁性体からなる磁束集中部材と、を有する前記挿入孔に挿入される処置具と、前記送電コイルに駆動電力を出力する電源ユニットと、を具備する。

本発明の実施形態によれば、交流磁界をワイヤレスで受電する動作が安定した処置具、及び交流磁界をワイヤレスで受電する動作が安定した手術システムを提供できる。

従来の手術システムの模式図である。実施形態の手術システムの模式図である。第１実施形態の処置具の要部の断面図である。第１実施形態の処置具の要部の図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。第１実施形態の処置具の要部の透過斜視図である。第１実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第１実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第１実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第１実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第２実施形態の処置具の要部の透過斜視図である。第２実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第２実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第２実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第２実施形態の処置具の変形例の磁束集中部材の斜視図である。第３実施形態の手術システムの断面図である。

＜第１実施形態＞
最初に、図２〜図５を用いて、第１実施形態の手術システム１、及び超音波処置具（以下「処置具」ともいう）２０について説明する。図２に示すように、手術システム１は、トロッカー１０と、電源ユニット（Power unit）３０と、処置具２０と、を具備する。手術用の処置具２０は被検体９の体壁に穿刺されたトロッカー１０の挿入孔１０Ｈを介して被検体９の体内、例えば腹腔内に挿入される。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の体内に挿入されるが、その説明等は省略する。

電源ユニット３０は、例えば１０Ｗ〜１００Ｗの比較的大電力の高周波の駆動電力を出力する。トロッカー１０は、挿入孔１０Ｈを巻回しているソレノイド形状の送電コイル１９を有する。送電コイル１９は電源ユニット３０から交流の駆動電力が供給されると交流磁界を発生する。

処置具２０は、受電コイル２９と、超音波振動子２３と、導電体からなる振動伝達部材であるホーン２２と、処置部２１と、磁束集中部材２７と、操作ワイヤ２６Ａと、電気配線２６Ｂと、を具備する超音波処置具である。処置具２０は、トロッカー１０の挿入孔１０Ｈを介して被検体９の体内に挿入される。

図３及び図４に示すように、ホーン２２と操作ワイヤ２６Ａと電気配線２６Ｂとは、それぞれマルチルーメンチューブ２８の各ルーメン内を挿通している棒状、ワイヤ状の構成要素である。また、受電コイル２９の外周は生体適合性の高い樹脂からなる外装チューブ２５で覆われている。

図５等に示すように、マルチルーメンチューブ２８の外周に巻回された受電コイル２９はソレノイド形状で長軸方向が処置具２０の長手方向である。処置具２０が挿入孔１０Ｈに挿入されると、受電コイル２９は送電コイル１９の内部に同心円状に挿入された状態となり、受電コイル２９は送電コイル１９と誘導結合し、電力を無線受電する。

送電コイル１９は、送電コンデンサを有する送電回路（不図示）を含む送電側ＬＣ直列共振回路を構成しており、所定の共振周波数ＦＲ１の交流磁界を発生する。また、受電コイル２９は、受電コンデンサを有する受電回路（不図示）を含む受電側ＬＣ直列共振回路を構成しており、所定の共振周波数ＦＲ２の交流磁界を効率良く受電する。

送電側ＬＣ直列共振回路の共振周波数ＦＲ１と受電側ＬＣ直列共振回路の共振周波数ＦＲ２とは、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、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲で適宜、選択される。

処置具２０の把持部２４は術者が把持し操作を行う。積層型圧電体素子からなる超音波振動子２３は、受電コイル２９が受電した駆動電力が印加されると超音波振動する。超音波振動子２３の基端部は金属からなるバックマス２３Ａと機械的に結合している。

ホーン２２は、棒状で、超音波振動子２３の振動を処置部２１に伝達する。すなわち、ホーン２２は基端部が超音波振動子２３と機械的に結合しており、先端部が処置部２１と機械的に結合している。ホーン２２は、振動を効率良く伝達するために、６４チタン合金等のチタン合金、又は純チタン等の高強度の金属で構成されている。

処置部２１は超音波振動する振動部と振動部と対になる保持部とからなる。把持部２４の操作が先端処置部開閉用の操作ワイヤ２６Ａを介して処置部２１に伝えられると、処置対象の患部が振動部と保持部との間に挟持される。挟持した状態で、振動部が振動すると患部に超音波振動が印加されて、処置が行われる。

手術システム１では、電源ユニット３０からのケーブル３５はトロッカー１０と接続されている。処置具２０は、受電コイル２９が無線受電した電力により超音波振動子２３が駆動されるため、電力供給のためのケーブルが不要であり、操作性がよい。

そして、受電コイル２９の内部に配設されている中空円筒状の磁束集中部材２７は透磁率μが高い軟磁性体、例えば、ソフトフェライト、パーマロイ、又はアモルファス合金等からなる。軟磁性体は駆動信号の周波数、すなわち共振周波数ＦＲ１における透磁率μが１００以上、好ましくは１０００以上の材料により構成されている。透磁率μが前記範囲以上であれば、磁束集中部材２７が処置具２０の内部に配設できる断面積において磁束集中効果が十分に得られる。なお、透磁率μの上限は特に限定されるものではないが、技術的に例えば１０００００である。

手術システム１では、処置具２０がトロッカー１０に挿入され、受電コイル２９が送電コイル１９の発生する交流磁界を受電する状態（誘導結合状態）になっても、送電コイル１９が発生した交流磁界は、受電コイル２９の内部では磁束集中部材２７に集中するため、ホーン２２等には強い磁界は印加されない。

ホーン２２と操作ワイヤ２６Ａと電気配線２６Ｂとは導電体からなり、受電コイル２９の内部を挿通しているが、交流磁界により誘導加熱されないため、超音波振動子２３や処置部２１が渦電流の発生により温度が上昇するおそれがない。また、手術システム１は、電力の伝送効率が低下するおそれがない。このため、処置具２０、及び手術システム１は動作が安定している。

なお、図５等に示した磁束集中部材２７は、受電コイル２９の内部を挿通しているが、磁束集中部材２７の長さが受電コイル２９の長さよりも短くとも発熱防止効果は得られる。

また、処置具２０として超音波処置具について説明したが、受電コイル２９の内部に導電体が配置される各種の処置具、例えば、電気メス、又は高周波鉗子等であっても同様の効果が得られる。

また、受電コイル２９の内部に、ホーン２２、操作ワイヤ２６Ａ、電気配線２６Ｂ以外の導電性部材が配設されていてもよく、さらに受電コイル２９を挿通していない導電性部材が配設されていてもよい。

＜第１実施形態の変形例＞
次に図６Ａ〜図６Ｄを用いて第１実施形態の処置具の変形例１〜４について説明する。変形例１〜４の処置具及び手術システムは、第１実施形態の処置具２０及び手術システム１とは、磁束集中部材の形態が異なるだけであり、他の構成は同じである。このため、磁束集中部材についてのみ説明する。

磁束集中部材の磁束集中効率、すなわち、透磁率μは交流磁界の周波数が高くなると低下する。手術システムでは、電力を無線送電するため、送電コイル１９が発生する交流磁界の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚと比較的、高周波できるため、特に渦電流発生による損失低下の影響が出やすい。

磁束集中部材の軟磁性材料の比抵抗を高くすることで、損失低下を抑制できるが、コスト等を考慮すると、以下に説明する変形例１〜４が、より好ましい。

すなわち、変形例１〜４の磁束集中部材は、いずれも導電性の軟磁性体が樹脂等からなる絶縁層により分割されている。このため、変形例１〜４の処置具及び手術システムは、処置具２０及び手術システム１の効果を有し、さらに磁束集中部材の体積が小さくても、同じように動作が安定している。

図６Ａに示す変形例１の磁束集中部材２７Ａは、長軸方向に円周に沿って４分割されている複数の部材２７ＭＡと、部材２７ＭＡの間を絶縁している絶縁材料２７ＩＡとからなる。言い換えれば、磁束集中部材２７Ａは、長軸方向と平行な面に分割面（切断面）を有しており、分割面は絶縁されている。なお、少なくとも１箇所に切断面があれば所定の効果が得られる。分割数の上限は特に制限ないが、例えば１０以上であれば効果に顕著な差はない。

図６Ｂに示す変形例２の磁束集中部材２７Ｂは、長軸方向に円周に平行に４分割されている複数の部材２７ＭＢと、部材２７ＭＢの間を絶縁している絶縁材料２７ＩＢとからなる。

図６Ｃに示す変形例３の磁束集中部材２７Ｃは、外周が絶縁材料で被覆された複数の棒状（円柱状）の部材２７Ｃからなる。磁束集中部材２７Ｃは、角柱状等であってもよい。

図６Ｄに示す変形例４の磁束集中部材２７Ｄは、軟磁性体からなる薄帯２７ＭＤが絶縁層２７ＩＤを介して巻回されている。言い換えれば、磁束集中部材２７Ｄは、長軸と垂直な断面が渦巻き形状で、積層された薄帯２７ＭＤの接触部分が絶縁されている。薄帯２７ＭＤは、例えば、高速急冷法で作製されたアモルファス薄帯等を用いることができる。

薄帯２７ＭＤは表皮効果により透磁率μが低下しにくいため、効率的に磁束を集中できる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の手術システム１Ａ及び処置具２０Ａについて説明する。手術システム１Ａ等は、手術システム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７に示すように、手術システム１Ａの処置具２０Ａでは、磁束集中部材２７Ｅは棒状である。磁束集中部材２７Ｅは、磁束集中部材２７と同様の材料からなるため、棒状であっても磁束集中部材２７と同様の効果が得られる。また、棒状の磁束集中部材２７Ｅは、中空円筒状の磁束集中部材２７よりも、例えば押し出し成型で作製できるため、作製が容易で、かつ、配置の自由度が高い。

なお、磁束集中部材２７Ｅの断面形状は矩形でも多角形等でもよい。例えば、磁束集中部材２７Ｅが、マルチルーメンチューブ（図４等参照）の断面が円形のルーメンの中に配設されていてもよい。

なお、磁束集中部材２７Ｅは中心軸が受電コイル２９の中心軸から偏心していることが、他の部材の配置の自由度を上げるために、好ましい。また、受電コイル２９の内部に太い構成要素を挿通できる。

さらに、処置具２０Ａは、１本の磁束集中部材２７Ｅを具備していたが、複数本の棒状の磁束集中部材を、受電コイル２９の内部に配設してもよい。

＜第２実施形態の変形例＞
次に図８Ａ〜図８Ｄを用いて第２実施形態の処置具の変形例１〜４について説明する。変形例１〜４の処置具及び手術システムは、第２実施形態の処置具２０Ａ及び手術システム１Ａとは、磁束集中部材の形態が異なるだけであり、他の構成は同じである。このため、磁束集中部材についてのみ説明する。

変形例１〜４の磁束集中部材は、第１実施形態の処置具２０の磁束集中部材と同様に、いずれも導電性の軟磁性体が絶縁層により分割されている。このため、変形例１〜４の処置具及び手術システムは、処置具２０Ａ及び手術システム１Ａの効果を有し、さらに磁束集中部材の体積が小さくても、同じように動作が安定している。

図８Ａに示す変形例１の磁束集中部材２７Ｅ１は、長軸方向に円周に平行に４分割されている複数の部材２７ＭＥ１と、部材２７ＭＥ１の間を絶縁している絶縁材料２７ＩＥ１とからなる。

図８Ｂに示す変形例２の磁束集中部材２７Ｅ２は、外周が絶縁材料で被覆された複数の円柱状の部材２７ＭＥ２からなる。なお、絶縁材料で被覆されていない円柱状軟磁性体が、マルチルーメンチューブの異なるルーメンに配設されていてもよい。

図８Ｃに示す変形例３の磁束集中部材２７Ｅ３は、それぞれが絶縁材料２７ＩＥ３で絶縁された複数の角柱状の部材２７ＭＥ３からなる。角柱状の部材２７ＭＥ３は、円柱状の部材２７ＭＥ２よりも密に配設することができる。

図８Ｄに示す変形例４の磁束集中部材２７Ｅ４は、軟磁性体からなる薄帯２７ＭＥ４が絶縁層２７ＩＥ４を介して巻回されている。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の内視鏡システム１Ｂ及び処置具２０Ｂについて説明する。手術システム１Ｂ等は、手術システム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９に示すように、手術システム１Ｂは、被検体の体内に挿入される内視鏡４０と処置具２０Ｂとを有する。内視鏡４０は、先端部４５に撮像素子４１が配設された細長い挿入部４４と、挿入部４４の基端部側に配設された把持部４３と、把持部４３から延設されプロセッサと接続されるユニバーサルコード（不図示）と、を有する。把持部４３から先端部４５まで挿入部４４の内部をチャンネル４２が挿通している。処置具２０Ｂは、把持部４３からチャンネル４２に挿入される。

内視鏡４０のチャンネルには、ソレノイド形状の送電コイル１９Ｂが巻回されている。送電コイル１９Ｂは電源ユニット（不図示）と接続されている。

手術システム１Ｂでは、処置具２０Ｂは、チャンネル４２に挿入されると送電コイル１９Ｂと同心円状に配置され誘導結合する受電コイル２９Ｂを有する。受電コイル２９Ｂが無線受電した電力により、先端の処置部（不図示）において処置が行われる。そして、受電コイル２９Ｂの内部には、銅を芯線とする電気配線２２Ｆ等が挿通している。

処置具２０Ｂは、受電コイル２９Ｂの内部に、磁束集中部材２７〜２７Ｅと同じような、軟磁性体からなる磁束集中部材２７Ｆが配設されている。このため、導電体からなる電気配線２２Ｆが誘導加熱されて発熱するおそれがない。また内視鏡システム１Ｂ、及び処置具２０Ｂは、電力の伝送効率が低下するおそれがない。このため、手術システム１Ｂ、及処置具２０Ｂは動作が安定している。

なお、挿入部４４の可撓性を担保するために、磁束集中部材２７Ｆは可撓性を有することが好ましい。例えば、磁束集中部材２７Ｆとして、軟磁性体粒子が可撓性樹脂中に分散した複合磁性体を用いたり、細線（ワイヤー）の磁性体等を用いたりすることが好ましい。

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。

１、１Ａ、１Ｂ・・・手術システム
９・・・被検体
１０・・・トロッカー
１０Ｈ・・・挿入孔
１９・・・送電コイル
２０、２０Ａ・・・処置具
２１・・・処置部
２２・・・ホーン
２３・・・超音波振動子
２３Ａ・・・バックマス
２４・・・把持部
２５・・・外装チューブ
２６Ａ・・・操作ワイヤ
２６Ｂ・・・電気配線
２７・・・磁束集中部材
４０・・・内視鏡

Claims

交流磁界を発生する送電コイルと誘導結合し、電力を無線受電するソレノイド形状の受電コイルと、
前記受電コイルが受電する電力により処置を行う処置部と、
前記受電コイルの内部を挿通している導電体と、
前記受電コイルの内部に配設されている軟磁性体からなる磁束集中部材と、を具備することを特徴とする処置具。
前記磁束集中部材が、内部を前記導電体が挿通している中空円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の処置具。
前記磁束集中部材が、棒状であることを特徴とする請求項１に記載の処置具。
前記磁束集中部材が、長軸方向に分割され互いに絶縁されている複数の部材からなることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の処置具。
前記磁束集中部材が、軟磁性体からなる薄帯が絶縁層を介して巻回されていることを特徴とする請求項２に記載の処置具。
前記磁束集中部材が、前記受電コイルを挿通し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項に記載の処置具。
前記送電コイルが、トロッカーの挿入孔に巻回されているソレノイド形状のコイルであることを特徴とする請求項６に記載の処置具。
前記受電コイルが受電した電力により超音波振動する振動子を具備し、
前記導電体が、前記振動伝達部材の基端部と機械的に結合された、超音波振動を伝達する棒状の金属からなる振動伝達部材であり、
前記処置部が、前記振動伝達部材の先端部と機械的に結合された、前記処置対象に超音波振動を印加することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の処置具。
前記送電コイルが、内視鏡の挿入部を挿通するチャンネルに巻回されているソレノイド形状のコイルであり、前記処置具が、前記チャンネルに挿入され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項に記載の処置具。
挿入孔を巻回しているソレノイド形状の交流磁界を発生する送電コイルを有するトロッカーと、
前記挿入口に挿入されると前記送電コイルと誘導結合し電力を無線受電するソレノイド形状の受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力により処置を行う処置部と、前記受電コイルの内部を挿通している導電体と、前記受電コイルの内部に配設されている軟磁性体からなる磁束集中部材と、を有する前記挿入孔に挿入される処置具と、
前記送電コイルに駆動電力を出力する電源ユニットと、を具備することを特徴とする手術システム。