JP6789559B1

JP6789559B1 - 絶縁シャフト及び高周波鉗子

Info

Publication number: JP6789559B1
Application number: JP2020021082A
Authority: JP
Inventors: 恭平滝川; 利光松岡
Original assignee: POLYMER TECH CO., LTD.; Riverfield Inc
Current assignee: POLYMER TECH CO., LTD.; Riverfield Inc
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: WO2021161590A1; JP2021126176A

Abstract

【課題】所望の強度と絶縁性を満たしつつシャフトを細くする新たな技術を提供する。【解決手段】円筒部２０は、医療用のエネルギーデバイスに用いられる絶縁シャフトであって、絶縁材料からなる筒状の外周層２０ａと、絶縁材料からなる筒状の内周層２０ｂと、外周層２０ａと内周層２０ｂとの間に配置され、外周層２０ａ及び内周層２０ｂよりも絶縁抵抗が低く剛性の高い筒状の中間層２０ｃと、外周層２０ａと内周層２０ｂとの間に配置され、中間層２０ｃの少なくとも一方の端面２０ｈを封止する封止部２０ｇと、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、絶縁シャフトに関し、例えば、医療用の高周波鉗子のようなエネルギーデバイスに用いられる絶縁シャフトに関する。

従来、鉗子を自在に動かすワイヤと、鉗子に高周波電流を印加するための一対の通電経路とが連結シャフトに内包されたバイポーラ型の高周波鉗子を備えた医療用マニピュレータが考案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−７２５７４号公報

しかしながら、前述の医療用マニピュレータのように、マニピュレータの操作部側にある高周波電源から先端動作部側のグリッパやはさみへ通電する場合、通電経路が設けられている連結シャフトには高い絶縁性が求められる。また、操作部の動きが先端動作部へ精度良く伝達されるには、連結シャフトがあまり撓まないような剛性が求められる。また、手術中の患者への低侵襲を実現するために、可能な限り細径な連結シャフトが好ましい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、所望の強度と絶縁性を満たしつつシャフトを細くする新たな技術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絶縁シャフトは、医療用のエネルギーデバイスに用いられる絶縁シャフトであって、絶縁材料からなる筒状の外周層と、絶縁材料からなる筒状の内周層と、外周層と内周層との間に配置され、外周層及び内周層よりも絶縁抵抗が低く剛性の高い筒状の中間層と、外周層と内周層との間に配置され、中間層の少なくとも一方の端面を封止する封止部と、を有する。

この態様によると、筒部の外周層及び内周層を絶縁材料で構成することで、筒部の外周面や内周面を介して電流がリークすることを防止できる。また、筒部全体が外周層や内周層と同じ絶縁材料のみで構成されている場合に所望の強度を得るために必要な筒部の厚みと比較して、筒部が外周層及び内周層よりも剛性の高い中間層を有することで、筒部の厚みを薄くでき、筒部の外径を細くできる。また、封止部により、外周層及び内周層よりも絶縁抵抗が低い中間層の少なくとも一方の端面が露出しないため、中間層を介した電流のリークが抑制される。なお、封止部は、中間層の両方の端面を封止するように、外周層と内周層との間に配置されていてもよい。

外周層、内周層及び封止部は、ガラス繊維強化プラスチックで構成され、中間層は、炭素繊維強化プラスチックで構成されていてもよい。これにより、絶縁性と強度とを両立しつつ絶縁シャフトをより軽量で細くできる。

炭素繊維強化プラスチックは、引張弾性率が２００［ＧＰａ］以上であってもよく、好ましくは、２４０［ＧＰａ］以上であってもよい。これにより、絶縁シャフトの強度を更に向上できる。

外周層の外径が５．２〜６ｍｍであり、内周層の内径が４〜４．８ｍｍであり、外周層、中間層及び内周層の総厚みが０．２〜１．０ｍｍであってもよい。これにより、ワイヤやケーブルを案内するために必要な十分な内径を確保しつつ、必要な強度を確保できる程度の従来よりも細い外径の絶縁性シャフトが実現でき、手術の際に患者に与える負担を軽減できる。

絶縁シャフト自体の曲げ弾性率が２００〜２４０［ＧＰａ］であってもよい。これにより、例えば、高周波鉗子といったエネルギーデバイスを操作する際に絶縁シャフトの部分が撓みにくくなり、術者による操作によって精度よく鉗子を動作できる。

本発明の他の態様は、高周波鉗子である。この高周波鉗子は、上述の絶縁シャフトと、絶縁シャフトの一方の端部型に設けられた、導電性の把持部を有する操作部と、操作部と絶縁シャフトとを電気的に絶縁する絶縁部と、を備えている。絶縁シャフトは、把持部を操作するためのワイヤ及び把持部へ電流を供給するケーブルが案内されていてもよい。これにより、高周波鉗子における把持部へ電流を供給するケーブルから外部へリークすることが抑制される。

把持部へ供給する電流が入力される給電部を更に備えてもよい。把持部は、モノポーラタイプの電極を構成し、給電部は、２〜４ｋＶの電圧が印加されてもよい。これにより、比較的高い電圧が印加されるモノポーラタイプの把持部を有する高周波鉗子において、十分な絶縁性を実現できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、所望の強度と絶縁性を満たしつつシャフトを細くできる。

本実施の形態に係る高周波鉗子の概略構成を示す断面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ断面図である。本実施の形態に係る絶縁シャフトの縦断面図である。

以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（高周波鉗子）
高周波鉗子は、電極を有する一対の鉗子片にて把持対象物を把持し、電極に高周波電流を通電して把持部位に電流を集中させることで、手術において生体組織を切開したり凝固させたりする場合に使用される。鉗子自体に電流を通電するため、各部の絶縁が重要であることはもちろんである。加えて、高周波鉗子を繰り返し使用する場合は、洗浄性も考慮した構造にする必要がある。また、鉗子を患者の腹部に挿入して使用する場合には、患者の腹部を膨らませて術野を確保する必要がある。そのため、外部から腹部へ炭酸ガスを送り込む経路を高周波鉗子のどこかに設ける必要があり、また、手術中に炭酸ガスが漏れ出さないような密閉性も高周波鉗子に求められる。以下に本実施の形態に係る高周波鉗子の概略構成を説明する。

図１は、本実施の形態に係る高周波鉗子の概略構成を示す断面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ断面図である。図３は、本実施の形態に係る絶縁シャフトの縦断面図である。

前述のように、図１に示す高周波鉗子１０は、医療用であって、導電性の２つの把持部１２を有する筒状の操作部１４と、把持部１２を操作するための複数のワイヤ１６及び把持部１２へ電流を供給するケーブル１８が案内される非可撓性の円筒部２０と、操作部１４と円筒部２０とを電気的に絶縁する円筒状の絶縁部２２と、を備える。本実施の形態に係る円筒部２０は、絶縁シャフトとして機能する。これにより、高周波鉗子における把持部へ電流を供給するケーブルから外部へリークすることが抑制される。以下の実施の形態では、高周波鉗子に用いられる円筒部として説明するが、用途は必ずしも高周波鉗子に限られず、医療用のエネルギーデバイス全般に利用できる。

操作部１４の一部は、複数のワイヤ１６のそれぞれの動きにより把持部１２が開閉したり屈曲したりできる柔軟関節として機能するように構成されている。なお、操作部１４内部の機構的な構成については本願発明の本質的な部分ではないため図示や説明を省略する。操作部１４は、柔軟関節にケーブル１８が接続されることで、把持部１２の先端が電極化される。なお、ケーブル１８は、銅からなる導線が絶縁層で被膜されたものである。

操作部１４に接続されている金属製のワイヤ１６の後端側には、金属シャフト１７が接続されており、更に金属シャフト１７同士がポリアリレート系繊維１９を介して結合されている。ポリアリレート系繊維は、引っ張っても切れにくく、低吸湿性、寸法安定性、耐磨耗性、耐薬品性などに優れた絶縁材料である。これにより、金属シャフト１７から隣接する金属シャフト１７への電流のリークが抑制される（図１の絶縁経路Ｒ１）。

操作部１４と絶縁部２２との間には、金属性の円筒キャップ２４が配置されている。円筒キャップ２４の周面の一部には、排出口２４ａが形成されている。そして、円筒部２０の内部に設けられているフラッシュチューブ２６から放出された洗浄液が排出口２４ａから排出される。

円筒キャップ２４の円板状の端部２４ｂには、ワイヤ１６やケーブル１８を通すための複数の貫通孔２４ｃが形成されている。円筒キャップ２４の内部には、貫通孔２４ｃの隙間から操作部１４に向かって液体が浸入しないように、シリコーンからなる密閉用の封止部材２８が装着されている。

また、円筒キャップ２４の外周面には絶縁用のゴムカバー３０を引っかけるための突起部２４ｄが形成されており、操作部１４の先端から円筒キャップ２４の突起部２４ｄまでを絶縁性のゴムカバー３０で覆うことで、手術中に排出口２４ａから患者の体液等が高周波鉗子１０の内部へ浸入することが防止される。また、ゴムカバー３０により、操作部１４の先端から円筒キャップ２４の後端までの金属部が被覆されることで、金属部と外部とが絶縁される（図１の絶縁経路Ｒ２）。

本実施の形態に係る高周波鉗子１０は、ケーブル１８を介して操作部１４先端の把持部１２に電流を供給しているため、その電流の一部がワイヤ１６を介して後端に向かう可能性がある。高周波鉗子１０の後端側には、高周波鉗子１０を制御する制御部やアクチュエータ、各種センサが有り、高周波で大電圧の電流が後端側に伝搬すると、ノイズやリーク電流によって高周波鉗子を含む制御システムに影響を与える可能性がある。そこで、本願発明者は、電流が伝搬しそうな様々な経路を把握し、各経路において十分な絶縁性を実現するための様々な構成を考案した。

本実施の形態に係る円筒部２０は、図２や図３に示すように、絶縁材料からなる筒状の外周層２０ａと、絶縁材料からなる筒状の内周層２０ｂと、外周層２０ａと内周層２０ｂとの間に配置され、外周層２０ａ及び内周層２０ｂよりも絶縁抵抗が低く剛性の高い筒状の中間層２０ｃと、外周層２０ａと内周層２０ｂとの間に配置され、中間層２０ｃの少なくとも一方の環状の端面２０ｈを覆うように封止する環状の封止部２０ｇと、を有する。

このように、円筒部２０の外周層２０ａ及び内周層２０ｂを絶縁材料で構成することで、円筒部２０の外周面２０ｄや内周面２０ｅを介して電流がリークすることを防止できる。また、円筒部２０全体が外周層２０ａや内周層２０ｂと同じ絶縁材料のみで構成されている場合に所望の強度を得るために必要な円筒部２０の厚みと比較して、円筒部２０が外周層２０ａ及び内周層２０ｂよりも剛性の高い中間層２０ｃを有することで、円筒部２０の厚みを薄くでき、また、円筒部２０の外径を細くできる。

本実施の形態に係る外周層２０ａ、内周層２０ｂ及び封止部２０ｇは、ガラス繊維強化プラスチックで構成されている。また、中間層２０ｃは、炭素繊維強化プラスチックで構成されている。炭素繊維強化プラスチックは、強度が非常に高く剛性の高い材料であるため、円筒部２０の強度向上に寄与する。そのため、中間層２０ｃを構成する炭素繊維強化プラスチックは、好ましくは、引張弾性率が２００［ＧＰａ］以上、より好ましくは、２４０［ＧＰａ］以上であるとよい。これにより、円筒部２０の強度を更に向上できる。

一方で、中間層２０ｃを構成する炭素繊維強化プラスチックは、比較的電気を通しやすい物質であるが、絶縁体であるガラス繊維強化プラスチックからなる外周層２０ａ及び内周層２０ｂで挟まれている。さらに、封止部２０ｇにより、外周層２０ａ及び内周層２０ｂよりも絶縁抵抗が低い中間層２０ｃの少なくとも一方の端面が露出しないため、中間層２０ｃを介した電流のリークが抑制される。なお、封止部２０ｇは、図３に示すように、中間層２０ｃの両方の端面２０ｈを封止するように、外周層２０ａと内周層２０ｂとの間に配置されていてもよい。これにより、絶縁性と強度とを両立しつつ円筒部２０をより軽量で細くできる。

また、外周層２０ａの外径は５．２〜６ｍｍであり、内周層２０ｂの内径は４〜４．８ｍｍであってもよい。また、外周層２０ａ、中間層２０ｃ及び内周層２０ｂの総厚みは０．２〜１．０ｍｍであってもよい。これにより、ワイヤ１６やケーブル１８を案内するために必要な十分な内径を確保しつつ、必要な強度を確保できる程度の従来よりも細い外径の円筒部２０が実現でき、手術の際に患者に与える負担を軽減できる。

また、円筒部２０自体の曲げ弾性率が２００〜２４０［ＧＰａ］であるとよい。これにより、本実施の形態に係る高周波鉗子１０のようなエネルギーデバイスを操作する際に、円筒部２０の部分が撓みにくくなり、術者による操作によって精度よく鉗子を動作できる。

次に、円筒形の樹脂キャップからなる絶縁部２２について説明する。絶縁部２２は、円筒部２０の端面２０ｆを覆うフランジ部２２ａと、円筒部２０の内周層２０ｂを覆うようにフランジ部２２ａの中心から突き出す突出部２２ｂと、を有している。これにより、円筒部２０の端面２０ｆに比較的絶縁抵抗が低い中間層２０ｃが仮に露出していても、把持部１２へ供給された電流がワイヤ１６を介して中間層２０ｃへリークしにくくなる。しかも、本実施の形態に係る中間層２０ｃは、封止部２０ｇで封止されているため、電流がワイヤ１６を介して中間層２０ｃへリークすることはほぼ防止されている。また、突出部２２ｂがあることで、ワイヤ１６から円筒部２０の端面２０ｆの中間層２０ｃまでの沿面距離Ｘ１を長くでき、ワイヤ１６から中間層２０ｃへの電流のリークを防止できる（図１の絶縁経路Ｒ３参照）。

本実施の形態に係る突出部２２ｂは、フランジ部２２ａからの突出高さ（沿面距離Ｘ１と同等）が４〜１０ｍｍであってもよい。これにより、より確実にワイヤ１６から中間層２０ｃへの電流のリークを防止できる。

絶縁部２２は、フランジ部２２ａの外縁から円筒キャップ２４に向かって外周面２２ｃが形成されている。外周面２２ｃの軸方向の長さＸ２は４〜１２ｍｍであってもよい。これにより、操作部１４から円筒部２０の中間層２０ｃまでの沿面距離Ｘ２を長くでき、把持部１２へ供給された電流が中間層２０ｃへリークしにくくなる（図１の絶縁経路Ｒ４参照）。

円筒部２０は、突出部２２ｂの外側に嵌め込まれ、接着剤で封止固定されている。また、円筒キャップ２４も絶縁部２２の先端部の内側に嵌め込まれ、接着剤で封止固定されている。

なお、本実施の形態に係る高周波鉗子１０は、把持部１２へ供給する電流が入力される給電部３２を更に備えている。把持部１２は、モノポーラタイプの電極を構成し、給電部３２は、周波数が３００ｋＨｚ〜５ＭＨｚ、２〜４ｋＶの電圧が印加される。これにより、比較的高い電圧が印加されるモノポーラタイプの把持部１２を有する高周波鉗子１０において、十分な絶縁性を実現できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０高周波鉗子、１２把持部、１４操作部、１６ワイヤ、１８ケーブル、２０円筒部、２０ａ外周層、２０ｂ内周層、２０ｃ中間層、２０ｄ外周面、２０ｅ内周面、２０ｆ端面、２０ｇ封止部、２０ｈ端面、２２絶縁部、２４円筒キャップ、２６フラッシュチューブ、２８封止部材、３０ゴムカバー、３２給電部。

Claims

医療用のエネルギーデバイスに用いられる絶縁シャフトであって、
絶縁材料からなる筒状の外周層と、
絶縁材料からなる筒状の内周層と、
前記外周層と前記内周層との間に配置され、前記外周層及び前記内周層よりも絶縁抵抗が低く剛性の高い筒状の中間層と、
前記外周層と前記内周層との間に配置され、前記中間層の少なくとも一方の端面を封止する封止部と、
を有し、
前記外周層、前記内周層及び前記封止部は、ガラス繊維強化プラスチックで構成され、
前記中間層は、炭素繊維強化プラスチックで構成されていることを特徴とする絶縁シャフト。
前記炭素繊維強化プラスチックは、引張弾性率が２００［ＧＰａ］以上であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁シャフト。
前記外周層の外径が５．２〜６ｍｍであり、前記内周層の内径が４〜４．８ｍｍであり、前記外周層、前記中間層及び前記内周層の総厚みが０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁シャフト。
曲げ弾性率が２００〜２４０［ＧＰａ］であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の絶縁シャフト。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の絶縁シャフトと、
前記絶縁シャフトの一方の端部型に設けられた、導電性の把持部を有する操作部と、
前記操作部と前記絶縁シャフトとを電気的に絶縁する絶縁部と、を備え、
前記絶縁シャフトは、前記把持部を操作するためのワイヤ及び前記把持部へ電流を供給するケーブルが案内されていることを特徴とする高周波鉗子。
前記把持部へ供給する電流が入力される給電部を更に備え、
前記把持部は、モノポーラタイプの電極を構成し、
前記給電部は、２〜４ｋＶの電圧が印加されることを特徴とする請求項５に記載の高周波鉗子。