JPH05130970A - 湾曲可能な可撓管装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可撓管内の形状記憶合金と形状記憶合金駆動
回路とを直接接続することなく電力を供給し、感電など
の危険性を防止する。 【構成】 商用電源に接続された電源回路より制御回路
３４とＳＭＡドライブ回路３５とに直流電圧が供給され
る。制御回路３４は操作入力回路としてのジョイスティ
ック２０ａの指示により形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤ
６への通電量を制御する。ＳＭＡドライブ回路３５は、
制御回路３４の出力を基にカテーテル２内に配置された
形状記憶合金ワイヤ６へ電力を供給して通電加熱する。
これにより、形状記憶合金ワイヤ６が伸縮し、カテーテ
ル２が湾曲する。ＳＭＡドライブ回路３５の出力側とカ
テーテル２内の形状記憶合金ワイヤ６とは絶縁トランス
４２によって分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状記憶合金を用いた
駆動手段によって湾曲動作を行う湾曲可能な可撓管装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】体腔内等の直接観察できない部位を観察
するため、細長で可撓性の挿入部を有し、挿入部先端部
に対物光学系を配置して被写体像を得る内視鏡や、細径
の内視鏡などをチャンネル内に挿通するカテーテル等の
可撓管が従来より広く用いられている。

【０００３】これらの可撓管部を有する可撓管装置にお
いて、挿入部の一部を駆動して湾曲動作させることによ
り目的の部位を観察するものがあり、前記挿入部の駆動
手段としては、湾曲操作ワイヤを挿入部内に配設し、こ
のワイヤを押し引きして湾曲させる手段とか、挿入部内
に形状記憶合金で構成された部材を配設し、前記形状記
憶合金を通電加熱することにより変形させて湾曲させる
手段などが用いられている。

【０００４】前記形状記憶合金を用いた挿入部の駆動手
段として、特開昭６２−２６０４１号公報には、形状記
憶合金ワイヤを内視鏡挿入部内に設け、この形状記憶合
金ワイヤを通電加熱して伸縮させるものが開示されてい
る。この装置においては、先端側でＵ字型に折れ曲がっ
た形状記憶合金ワイヤを細径の可撓管部内に配置し、光
源装置などの駆動装置から前記形状記憶合金ワイヤへ電
力を直接供給して通電加熱するようにしている。これに
より、形状記憶合金ワイヤが可撓管部の軸方向に伸縮
し、可撓管部先端が湾曲するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の可撓管装置では、形状記憶合金ワイヤへ直
接電源が接続されているため、制御装置等に異常状態、
例えばショート等が発生した場合は、形状記憶合金ワイ
ヤに大電流が流れてしまうという不具合があった。この
ため、術者や患者に感電などの害を与える恐れがあっ
た。

【０００６】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、形状記憶合金を含む可撓管内の電気回路と形状
記憶合金駆動回路とを直接接続することなく電力を供給
し、駆動回路等の異常時における術者や患者への感電な
どの危険性を防止することができる湾曲可能な可撓管装
置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による湾曲可能な
可撓管装置は、管腔内に挿入される細長の可撓管と、前
記可撓管内に配置され、通電加熱することにより変形す
る形状記憶合金を有して前記可撓管を湾曲させるアクチ
ュエータと、前記形状記憶合金へ通電加熱用の電力を供
給する形状記憶合金駆動回路と、前記形状記憶合金駆動
回路の出力電力を前記形状記憶合金に供給する電力供給
線と、前記形状記憶合金駆動回路の出力段側と前記形状
記憶合金を含む可撓管内の電気回路とを分離する絶縁回
路とを備えたものである。

【０００８】

【作用】形状記憶合金駆動回路により、電力供給線を介
して可撓管内に配置されたアクチュエータの形状記憶合
金に通電加熱用の電力を供給する。このとき、形状記憶
合金駆動回路の出力段側と前記形状記憶合金を含む可撓
管内の電気回路とは絶縁回路によって分離されており、
形状記憶合金は形状記憶合金駆動回路の出力段側と直接
接続されることなく電力が供給される。前記形状記憶合
金は通電加熱することにより変形し、これにより前記可
撓管が湾曲する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図６は本発明の第１実施例に係り、図
１は湾曲駆動装置の構成を示すブロック図、図２は図１
中の制御回路、及び形状記憶合金駆動回路の詳細の構成
を示す回路図、図３は可撓管装置全体の構成を示す説明
図、図４は可撓管部先端の構成を示す説明図、図５は図
４において形状記憶合金を含む面での断面を示す断面
図、図６は形状記憶合金駆動回路の他の例を示す回路図
である。

【００１０】図３に示すように、第１実施例の可撓管装
置１は、湾曲可能なカテーテル２を駆動装置３に接続し
て構成されている。カテーテル２の挿入部４は、図４に
示すように、可撓性を有するマルチルーメンチューブか
らなり、細径スコープ，ガイドワイヤ等の挿通や送液，
吸引等を行うためのチャンネル５が設けられている。ま
た、挿入部４には、形状記憶合金を配設するための管路
（ルーメン）が設けられており、湾曲用のアクチュエー
タとして先端側がＵ字型に折り曲げられた形状記憶合金
ワイヤ（以下、ＳＭＡワイヤと記す）６が２本配置され
ている。このＳＭＡワイヤ６は、駆動装置３に接続され
る通電用リード線７とカシメ部８で接続されている。前
記２本のＳＭＡワイヤ６を通電加熱して伸縮させること
によって、挿入部４の先端部を２方向に湾曲させるよう
になっている。

【００１１】前記ＳＭＡワイヤ６は、図５に示すよう
に、２つのＳＭＡワイヤ配置用ルーメン９内を挿通する
ように先端側で折れ曲がって配置されている。ＳＭＡワ
イヤ６の先端部は、２つのルーメン９間に設けられた溝
部１０内を通るように配置され、先端部が露出しないよ
うに充填材１１で封止されて固定されている。そして、
ＳＭＡワイヤ６の後端側は、カシメ部８で通電用リード
線７と接続され、固定されている。この挿入部４の軸と
ずれた位置に設けられたＳＭＡワイヤ６が軸方向に伸縮
することにより、挿入部４が湾曲するようになってい
る。

【００１２】なお、前記ＳＭＡワイヤ６は、Ｔｉ−Ｎｉ
合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金等の素材により構成される
が、中でもＴｉ−Ｎｉ合金が好適である。

【００１３】前記カテーテル２は、手元側の分岐部１２
で手元側チューブＡ１３，手元側チューブＢ１４，通電
ケーブル１５の３本に分岐されている。通電ケーブル１
５は駆動装置３に設けられた通電コネクタ１６に接続さ
れ、通電加熱用の電力が駆動装置３より通電ケーブル１
５を介してカテーテル２内のＳＭＡワイヤ６へ供給され
るようになっている。手元側チューブＡ１３，手元側チ
ューブＢ１４は、前記挿入部４のチャンネル５に連通し
ており、口金１３ａ，１４ａよりそれぞれガイドワイヤ
やファイバスコープ等を挿入して、これらを挿入部４の
先端部まで挿通できるように構成されている。また、手
元側チューブＡ１３には、口金１３ａの側方からシリコ
ン等で構成された送水チューブ１７が延設されており、
ＳＭＡワイヤ６及びカテーテル２表面の温度を下げる冷
却用水が駆動装置３から送水チューブ１７を介して供給
されるようになっている。このため、図示しないが、口
金１３ａの内部は弾性部材等が設けられて水密構造とな
っており、ファイバスコープ等を挿入した状態で口金１
３ａから冷却水が流出しないようになっている。なお、
手元側チューブＡ１３へファイバスコープ等を挿入しな
い場合は、キャップを口金１３ａへ取り付け水密状態を
保持する。

【００１４】前記送水チューブ１７は、駆動装置３の側
面部に設けられた平型のポンプ１８に接続されており、
このポンプ１８には冷却用の生理食塩水が入ったボトル
１９が接続されている。ポンプ１８は、送水チューブ１
７を圧迫して水を押し出すようになっており、ボトル１
９内の生理食塩水がポンプ１８によって冷却水として手
元側チューブＡ１３へ送水され、カテーテル２内へ送ら
れる。これにより、通電加熱されたＳＭＡワイヤ６が冷
却されるようになっている。

【００１５】また、駆動装置３には、カテーテル２の先
端部の湾曲動作を指示するジョイスティック等で構成さ
れた操作入力回路２０が、信号ケーブル２１，コネクタ
２２を介して接続されている。なお、操作入力回路２０
は、ジョイスティックだけでなく、トラックボール，マ
ウス，ボタンスイッチ，スライドスイッチ等で構成する
ことができる。

【００１６】次に、図１及び図２を参照して駆動装置３
の構成について説明する。駆動装置３には、絶縁トラン
ス等からなる絶縁回路３１が設けられ、１次側に外部の
商用電源３２が直接接続される。絶縁回路３１の２次側
は前記ＳＭＡワイヤ６への駆動電力を供給する電源回路
３３が接続されており、商用電源３２からの電力が絶縁
回路３１を介して電源回路３３に供給されるようになっ
ている。ここで、絶縁回路３１の１次側（商用電源３２
側）を１次回路、２次側（電源回路３３側）を２次回路
と称する。電源回路３３は、ＳＭＡワイヤ６への通電量
を制御する制御回路３４、及びＳＭＡワイヤ６へ加熱用
電力を供給するＳＭＡドライブ回路３５に接続されてい
る。電源回路３３はスイッチングレギュレータ等で構成
されており、商用電源３２からの１００Ｖの交流電圧を
例えば＋１５Ｖの直流電圧に変換し、制御回路３４及び
ＳＭＡドライブ回路３５に供給するようになっている。

【００１７】制御回路３４には操作入力回路２０が接続
されており、操作入力回路２０の指示に応じて電力をＳ
ＭＡドライブ回路３５に供給する。ＳＭＡドライブ回路
３５は、制御回路３４の出力を基にＳＭＡワイヤ６へ加
熱用電力を供給し、ＳＭＡワイヤ６を通電加熱して収縮
させるようになっている。

【００１８】図２に示すように、前記制御回路３４は三
角波発生器３６が設けられており、ここで生成された三
角波の信号が比較器３７の負入力端に供給されるように
なっている。なお、ここではＳＭＡワイヤ６はカテーテ
ル２内に２本配設されているため、同様の回路が２系統
構成されている。一方、比較器３７の正入力端にはジョ
イスティック２０ａからの指示によって所定の電圧が供
給される。この比較器３７で前記三角波の信号と正入力
端の電圧とを比較することによって、パルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）信号が生成される。比較器３７の出力は２つに分
岐され、一方は単安定マルチバイブレータ（以下、モノ
マルチと記す）３８を介してアンド回路３９の一入力端
へ入力され、他方は直接アンド回路３９の他の入力端に
入力されるようになっている。

【００１９】前記モノマルチ３８及びアンド回路３９
は、比較器３７の出力であるＰＷＭ信号の最大デューテ
ィ比を設定するようになっている。例えば、カテーテル
２内にＳＭＡワイヤ６を１本配設した一方向に湾曲可能
な可撓管の場合は、カテーテルの径を細く構成できるの
で、ＳＭＡワイヤ６の熱が保持され易い。このため、比
較器３７の出力の最大デューティ比を０．１３に設定す
る。また、図４に示したようなカテーテル２内にＳＭＡ
ワイヤ６を２本配設した二方向に湾曲可能な可撓管の場
合は、１本の場合に比べてカテーテルの径が太くなり、
ＳＭＡワイヤ６の熱が保持されにくくなるため、比較器
３７の出力の最大デューティ比を０．１５に設定する。
このように、カテーテルの径に応じてＳＭＡワイヤ６に
通電する信号の最大デューティ比を０．１３〜０．１５
に設定する。なお、最大デューティ比はモノマルチ３８
の出力だけではばらつきにより設定値以上になることが
あるため、アンド回路３９の出力によって最大値を設定
するようにしている。

【００２０】アンド回路３９の出力端はＳＭＡドライブ
回路３５に接続されている。ＳＭＡドライブ回路３５
は、抵抗４０，ＦＥＴ４１，絶縁トランス４２で構成さ
れており、アンド回路３９の出力は抵抗４０を介してＦ
ＥＴ４１のゲート端子に入力されるようになっている。
ＦＥＴ４１のソース端子には＋１５Ｖの直流電圧が絶縁
トランス４２の１次側を通して供給され、ドレイン端子
は接地されている。そして、絶縁トランス４２の２次側
は通電ケーブル１５，通電用リード線７を介してカテー
テル２内のＳＭＡワイヤ６に接続されている。すなわ
ち、制御回路３４からのＰＷＭ信号出力はＳＭＡドライ
ブ回路３５で電力増幅され、ＳＭＡワイヤ６に供給され
て通電加熱されるようになっているが、２次回路である
電源回路３３とカテーテル２内の回路（以下、患者回路
と称する）とはＳＭＡドライブ回路３５内で絶縁トラン
ス４２によって分離されている。

【００２１】なお、ＳＭＡドライブ回路３５は、図６に
示すように、ＦＥＴ４１の代わりにトランジスタ４３で
構成しても良い。この場合、供給する直流電圧が＋２４
Ｖと異なっているが、他は同様に構成されている。ま
た、リレーやフォトＭＯＳリレー等のスイッチング素子
を用いて構成することもできる。

【００２２】以上のように構成された可撓管装置１の作
用について説明する。カテーテル２の挿入部４を体腔内
等に挿入し、目的部位の観察、処置などを行う。このと
き、操作入力回路２０を操作することにより、カテーテ
ル２内のＳＭＡワイヤ６を通電加熱して収縮させ、挿入
部４の先端側を湾曲させる。

【００２３】操作入力回路２０の指示によって、ＳＭＡ
ドライブ回路３５よりＰＷＭ信号が出力され、ＳＭＡワ
イヤ６に供給される。ＳＭＡワイヤ６は通電加熱すると
軸方向に収縮するが、ＳＭＡワイヤ６は挿入部４の軸と
ずれた位置に配置され、両端は挿入部４内で固定されて
いるため、カテーテル２の先端部を引っ張る形となり挿
入部４の先端側が湾曲する。

【００２４】なお、本実施例では、操作入力回路２０は
オン／オフの指示によりＳＭＡワイヤ６に通電するか否
かの制御を行っているが、操作入力回路２０から出力さ
れる電圧を可変とし、ＰＷＭ信号のデューティ比を変化
させてＳＭＡワイヤ６への通電量を制御することもでき
る。

【００２５】また、挿入部４の湾曲角を小さくする場合
は、駆動装置３のポンプ１８を動作させ、ボトル１９よ
り送水チューブ１７，手元側チューブＡ１３を介してカ
テーテル２内に冷却水を送水することにより、ＳＭＡワ
イヤ６を冷却して伸張させ、挿入部４をストレートの状
態となる方向に湾曲させる。

【００２６】前述のように、ＳＭＡワイヤ６を含むカテ
ーテル２内の患者回路は、ＳＭＡドライブ回路３５内の
絶縁トランス４２により２次回路である電源回路３３，
制御回路３４，ＳＭＡドライブ回路３５と分離されてい
るため、制御回路３４，ＳＭＡドライブ回路３５等にシ
ョートなどの異常が発生した場合においても、患者回路
には大電流が流れることはない。

【００２７】従って、駆動装置３内の２次回路に異常が
発生した場合においても、ＳＭＡワイヤ６等のカテーテ
ル２内の患者回路に大電流が流れることを防止でき、術
者や患者が感電するなどの不具合を防止することができ
る。

【００２８】図７ないし図９は本発明の第２実施例に係
り、図７は内視鏡挿入部先端の構成を示す断面図、図８
は湾曲駆動装置の構成を示すブロック図、図９は図８中
の形状記憶合金駆動回路の詳細の構成を示す回路図であ
る。

【００２９】第２実施例は、細径の内視鏡の挿入部内に
湾曲用アクチュエータとしての形状記憶合金ワイヤを配
置した例である。

【００３０】図７に示すように、本実施例に用いられる
内視鏡は細径のファイバスコープで構成されている。内
視鏡の挿入部５１は、先端側から硬性の先端構成部５
２、この先端構成部５２に連設された湾曲駒５５，…，
５５を有する湾曲部５３、湾曲部５３に連設された可撓
管部５４で構成されている。先端構成部５２には、被写
体像を結像する対物光学系５６が設けられており、対物
光学系５６の結像位置にはイメージガイドファイバ５７
の前端面が配置されている。イメージガイドファイバ５
７は挿入部５１内を挿通され、後端側が図示しない接眼
部まで連通している。対物光学系５６及びイメージガイ
ドファイバ５７は、保護チューブ５８で被覆されてお
り、保護チューブ５８の外側にライトガイドファイバ５
９が設けられている。さらに、ライトガイドファイバ５
９の外側も同様に保護チューブ６０で被覆されている。
ライトガイドファイバ５９は、挿入部５１内を挿通さ
れ、図示しない光源装置に接続されるようになってお
り、光源装置からの照明光がライトガイドファイバ５９
を通って挿入部５１の先端面から照射されるようになっ
ている。

【００３１】また、挿入部５１内にはチューブで被覆さ
れたＳＭＡワイヤ６１が配置されており、先端側は先端
構成部５２内で固定されている。ＳＭＡワイヤ６１は挿
入部５１内を挿通し、後端側がカシメ部６２で固定され
ている。このカシメ部６２によってＳＭＡワイヤ６１と
湾曲駆動装置に接続される通電用リード線６３とが接続
され、ＳＭＡワイヤ６１が通電加熱されるようになって
いる。

【００３２】なお、ＳＭＡワイヤ６１は、チューブで被
覆されたものだけでなく、挿入部５１内にシリコンチュ
ーブからなるＳＭＡ用のルーメンを設け、このルーメン
内にワイヤ状の形状記憶合金を配置するようにしても良
い。

【００３３】前記ＳＭＡワイヤ６１を通電加熱するため
の湾曲駆動装置は図８に示すように構成されている。

【００３４】制御回路３４には、正弦波発生回路６５が
設けられており、ここで生成された正弦波の信号がプリ
アンプ６６に入力されるようになっている。プリアンプ
６６には、操作入力回路２０の指示に応じて増幅度を設
定する増幅度設定回路６７が接続されており、設定され
た増幅度で前記正弦波信号を増幅して形状記憶合金駆動
回路としてのＢ級プッシュプル電力増幅回路６８へ供給
するようになっている。Ｂ級プッシュプル電力増幅回路
６８は、入力された正弦波信号の電力を増幅し、内視鏡
挿入部５１内のＳＭＡワイヤ６１に加熱用電力を供給し
てＳＭＡワイヤ６１を収縮させるようになっている。そ
の他は第１実施例と同様に構成されている。

【００３５】前記Ｂ級プッシュプル電力増幅回路６８
は、図９に示すように、入力側にトランス６９が設けら
れ、プリアンプ６６からの出力信号が入力される。入力
された正弦波信号は、正の半波，負の半波がそれぞれ抵
抗７０，７１を介してトランジスタ７２，７３のベース
に供給されるようになっている。トランジスタ７２，７
３のコレクタには絶縁トランス７４の１次側が接続され
ており、トランジスタ７２，７３のエミッタと絶縁トラ
ンス７４の１次側センタータップとの間に直流電圧＋２
４Ｖが供給されている。そして、絶縁トランス７４の２
次側は、両端がダイオード７５，７６，通電用リード線
６３を介して内視鏡挿入部５１内のＳＭＡワイヤ６１の
一方に接続され、ＳＭＡワイヤ６１の他方は絶縁トラン
ス７４の２次側センタータップと接続されている。

【００３６】すなわち、プリアンプ６６からの正弦波信
号出力はＢ級プッシュプル電力増幅回路６８で電力増幅
され、ＳＭＡワイヤ６１に供給されて通電加熱されるよ
うになっているが、２次回路である電源回路３３と内視
鏡挿入部５１内のＳＭＡワイヤ６１を含む患者回路とは
Ｂ級プッシュプル電力増幅回路６８内で絶縁トランス７
４によって分離されている。

【００３７】第１実施例と同様に、内視鏡挿入部５１を
体腔内等に挿入し、目的部位の観察、処置などを行う。
このとき、操作入力回路２０を操作することにより、内
視鏡挿入部５１内のＳＭＡワイヤ６１を通電加熱して収
縮させ、湾曲部５３を湾曲させる。

【００３８】操作入力回路２０の指示に応じて、増幅度
設定回路６７によってプリアンプ６６の増幅度が設定さ
れる。すなわち、正弦波発生回路６５からの正弦波信号
はプリアンプ６６で増幅されるが、増幅度設定回路６７
の設定値によってプリアンプ６６から出力される正弦波
信号の振幅が変化する。これにより、ＳＭＡワイヤ６１
への通電量を制御し、湾曲部５３の湾曲状態を変化させ
る。プリアンプ６６からの出力信号はＢ級プッシュプル
電力増幅回路６８で電力増幅されてＳＭＡワイヤ６１に
供給される。ＳＭＡワイヤ６１は通電加熱すると軸方向
に収縮するが、ＳＭＡワイヤ６１は挿入部５１内のライ
トガイドファイバ５９の外側に配置され、両端は挿入部
５１内で固定されているため、先端構成部５２を引っ張
る形となり、湾曲駒５５が回動して湾曲部５３が湾曲す
る。

【００３９】前述のように、ＳＭＡワイヤ６１を含む挿
入部５１内の患者回路はＢ級プッシュプル電力増幅回路
６８内の絶縁トランス７４により２次回路である電源回
路３３，制御回路３４，Ｂ級プッシュプル電力増幅回路
６８と分離されているため、制御回路３４，Ｂ級プッシ
ュプル電力増幅回路６８等にショートなどの異常が発生
した場合においても、患者回路には大電流が流れること
はない。

【００４０】従って、第１実施例と同様に、駆動装置内
の２次回路に異常が発生した場合においても、ＳＭＡワ
イヤ６１等の内視鏡挿入部５１内の患者回路に大電流が
流れることを防止でき、術者や患者が感電するなどの危
険の発生を防止することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、形
状記憶合金を含む可撓管内の電気回路と形状記憶合金駆
動回路とを直接接続することなく電力を供給するように
しているので、駆動回路等の異常時における術者や患者
への感電などの危険性を防止することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図６は本発明の第１実施例に係り、
図１は湾曲駆動装置の構成を示すブロック図

【図２】図１中の制御回路、及び形状記憶合金駆動回路
の詳細の構成を示す回路図

【図３】可撓管装置全体の構成を示す説明図

【図４】可撓管部先端の構成を示す説明図

【図５】図４において形状記憶合金を含む面での断面を
示す断面図

【図６】形状記憶合金駆動回路の他の例を示す回路図

【図７】図７ないし図９は本発明の第２実施例に係り、
図７は内視鏡挿入部先端の構成を示す断面図

【図８】湾曲駆動装置の構成を示すブロック図

【図９】図８中の形状記憶合金駆動回路の詳細の構成を
示す回路図

【符号の説明】

１…可撓管装置 ２…カテーテル ３…駆動装置 ４…挿入部 ６…形状記憶合金ワイヤ ７…通電用リード線 ２０…操作入力回路 ３３…電源回路 ３４…制御回路 ３５…ＳＭＡドライブ回路 ４２…絶縁トランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管腔内に挿入される細長の可撓管と、 前記可撓管内に配置され、通電加熱することにより変形
   する形状記憶合金を有して前記可撓管を湾曲させるアク
   チュエータと、 前記形状記憶合金へ通電加熱用の電力を供給する形状記
   憶合金駆動回路と、 前記形状記憶合金駆動回路の出力電力を前記形状記憶合
   金に供給する電力供給線と、 前記形状記憶合金駆動回路の出力段側と前記形状記憶合
   金を含む可撓管内の電気回路とを分離する絶縁回路と、 を備えたことを特徴とする湾曲可能な可撓管装置。