JP6675678B2 - 鉗子器具および圧力センサ - Google Patents
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Description
(本発明の一態様)
本発明の一態様は、
少なくとも先端部と当該先端部に連なる軸部とを有し、前記先端部および前記軸部が体腔内に挿入されて用いられる鉗子器具であって、
前記軸部の外周に、前記体腔内の生体組織との接触による加圧を検知する圧力センサが装着されている鉗子器具である。
(本発明の他の一態様)
本発明の他の一態様は、
先端部と当該先端部に連なる軸部とが体腔内に挿入されて用いられる鉗子器具のうち前記軸部の外周に装着自在に構成され、
前記体腔内の生体組織との接触による加圧を検知するように構成された圧力センサである。
先ず、本発明に係る鉗子器具の構成について具体例を挙げて説明する。ここでは、鉗子器具として、腹腔鏡手術の術者が手に持って操作する把持鉗子を例に挙げて説明する。
図1は、本発明に係る鉗子器具の一具体例である把持鉗子の概略構成を模式的に示す説明図である。
例えば、先端部2の顎部2aについては、両開きや片開き等の別を問わず、湾曲形状や非湾曲形状等の別も問わない。さらに、先端部2は、顎部2aを揺動可能にする自在継手を有して構成されたものであってもよい。また、先端部2は、必ずしも開閉する顎部2aを有している必要はなく、例えば生体組織を切除するための鋏部といった他の構成部材を有したものであってもよい。
このことはグリップ部3についても同様であり、グリップ部3におけるハンドルやレバー等の有無や形状等が限定されるものではない。
続いて、把持鉗子1の軸部4に装着される圧力センサ5について詳細に説明する。
圧力センサ5は、把持鉗子1が腹腔内に挿入された際に、その腹腔内の生体組織との接触による加圧を検知するためのものである。このような圧力センサ5を軸部4の外周に装着すれば、軸部4と腹腔内の生体組織との接触を検知し得るようになる。
ここで、圧力感応部をマトリクス状に備えた圧力センサ5を例に挙げて、その具体的な構成について説明する。
図2は、本発明に係る圧力センサの概略構成の一具体例を模式的に示す説明図である。
感圧部材12において変化する「電気的特性」としては、具体的には電気抵抗、静電容量、電圧等が挙げられるが、ここでは電気抵抗が変化するように感圧部材12が構成されている場合を例に挙げる。つまり、感圧部材12を構成する弾性体は、圧力を受けることで生じた変形量に応じて電気抵抗が変化する感圧式導電性ゴムからなるものである。このような感圧式導電性ゴムの材料自体については、公知技術を利用して形成されたものであればよく、ここではその詳細な説明を省略する。
このような環状電極13は、例えば異方導電性布13aによって形成することが考えられる。異方導電性布13aは、図2(c)に示すように、非導電性繊維の織物13bにおける縦糸または横糸の一部を予め定めた一定の間隔で導電性糸13cに置換したもの、または非導電性繊維の織物13bに予め定めた一定の間隔で導電性糸13cを縫い込んだものである。非導電性繊維としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を用いることが考えられるが、PET以外であっても非導電性のものであれば種類を問わない。ただし、非導電性繊維は、耐熱性および化学的耐性を有することが望ましい。一方、導電性糸13cは、銀糸、金糸、ステンレススチール糸、炭素繊維、銀めっきナイロン糸等の細径で導電性および柔軟性を有するものであれば使用することができ、その径は非導電性繊維の繊維径と同程度とすることが望ましい。非導電性繊維および導電性糸13cの径は、数μm〜数十μm程度とすることが考えられる。このような構成によれば、異方導電性布13aとして、例えば厚さが50μm程度で非常に柔軟性に富んだものが得られる。このような異方導電性布13aを用いれば、導電性糸13cが環状電極13として機能することになる。
各電極へのリード線の接続は、複数の線状電極11および複数の環状電極13のそれぞれに対して個別に行われているものとする。これにより、圧力センサ5は、圧力感応部をマトリクス状に備え、軸部4の長手方向および周方向のそれぞれについて細分化された検出分解能を有することになる。
次いで、上述した構成の圧力センサ5に関し、把持鉗子1の軸部4への非装着状態、すなわちセンサ単体での状態について説明する。
第1フィルム部材14および第2フィルム部材15は、それぞれ連続性を有した1枚のフィルム状(薄膜状)のものである。そのため、例えば、加圧によって第1フィルム部材14または第2フィルム部材15に変形が生じると、その変形の影響が加圧箇所以外にも及び得る。また、例えば、軸部4への装着時には第1フィルム部材14および第2フィルム部材15が湾曲するように変形することになるが、そのときの締め付けが強すぎると、積層体10に不要な加圧が生じ得る。このような第1フィルム部材14または第2フィルム部材15の変形は、圧力センサ5の誤検出を招くおそれがある。
ところが、スペーサ部材16を設置すれば、第1フィルム部材14または第2フィルム部材15に変形が生じても、その第1フィルム部材14または第2フィルム部材15をスペーサ部材16が支えることになるで、その変形の影響が加圧箇所以外の線状電極11や感圧部材12等に及んでしまうのを緩和させることができる。しかも、スペーサ部材16自体が弾性を有しているので、例えば加圧箇所における感圧部材12の変形を阻害してしまうようなこともない。したがって、スペーサ部材16を設置すれば、当該スペーサ部材16を設置しない場合に比べて、圧力センサ5の誤検出を抑制できるのである。
スペーサ部材16の厚さ(図中の寸法C参照)は、積層体10の厚さ(図中の寸法D参照)の0.5倍以上1.5倍以下の範囲内の厚さである。スペーサ部材16が薄すぎると、第1フィルム部材14または第2フィルム部材15の変形によって積層体10が加圧されてしまい、スペーサ部材16を設置しない場合と同様に、圧力センサ5が作動してしまう(センサ感度が過敏になる)ことがある。これを回避するために、スペーサ部材16の厚さは、積層体10の厚さの0.5倍以上とする。一方、スペーサ部材16が厚すぎると、圧力センサ5に対して加圧がされたにも関わらず、積層体10が適正に加圧されない(センサ感度が不足する)ことがある。これを回避するために、スペーサ部材16の厚さは、積層体10の厚さの1.5倍以下とする。なお、具体的には、スペーサ部材16の厚さは、線状電極11の周囲を被覆する感圧部材12の外径(例えば、0.5〜0.6mm程度)よりも若干大きい程度(例えば、0.7mm程度)とすることが好ましい。
スペーサ部材16の硬度は、感圧部材12の硬度の0.5倍以上1.5倍以下の範囲内の大きさである。スペーサ部材16が軟らかすぎると、第1フィルム部材14または第2フィルム部材15の変形によって積層体10が加圧されてしまい、スペーサ部材16を設置しない場合と同様に、圧力センサ5が作動してしまう(センサ感度が過敏になる)ことがある。これを回避するために、スペーサ部材16の硬度は、感圧部材12の硬度の0.5倍以上とする。一方、スペーサ部材16が硬すぎると、圧力センサ5に対して加圧がされたにも関わらず、積層体10が適正に加圧されない(センサ感度が不足する)ことがある。これを回避するために、スペーサ部材16の硬度は、感圧部材12の硬度の1.5倍以下とする。なお、具体的には、スペーサ部材16の硬度は、感圧部材12の硬度(例えば、硬度60°〜70°程度)と同程度とすることが好ましい。
次に、上述した構成の圧力センサ5を把持鉗子1の軸部4に装着する際の装着位置について、具体例を挙げて説明する。
このような積層順であれば、圧力センサ5が装着された軸部4は、腹腔内に挿抜する上で好適なものとなる。軸部4の長手方向に沿って延びる線状電極11が環状電極13よりも上層側に位置するので、挿抜時に環状電極13の引っ掛かりや位置ずれ等が生じるのを回避し得るからである。また、線状電極11を環状電極13よりも上層側に配置することで、その逆の場合に比べると積層体10を湾曲させ易くなるので、軸部4の外周面への圧力センサ5の装着が容易化することにもなる。さらには、積層体10の無理な湾曲による感圧部材12の歪等が生じてしまうこともないので、センサ感度や分解能等が損なわれてしまうこともない。
ただし、圧力センサ5は、必ずしも上述した積層順ではなく、全く逆の積層順で軸部4の外周面に装着してもよい。全く逆の積層順であっても、圧力センサ5に対する加圧を検知することが可能だからである。
次に、上述した構成の把持鉗子1および圧力センサ5を用いて行う腹腔鏡手術について説明する。
図3は、腹腔鏡手術の概要を模式的に示す説明図である。
腹腔鏡手術を行う場合には、先ず、患者20に全身麻酔を行い、患者20の腹部21の複数箇所に小さな(例えば1cm以下の)切開孔を形成する。形成した切開孔には、トラカール31と呼ばれる公知の手術用器具を挿入する。トラカール31は、切開孔へ挿入すると腹腔22内のガスを外部の漏らさないように設計されている。そして、切開孔へのトラカール31の挿入後に、腹腔22内に炭酸ガスを注入することにより、腹壁を膨満させて、腹腔22内に空間(スペース)を作る。
また、他のトラカール31からは、把持鉗子1の先端部2および軸部4を腹腔22内に挿入する。この把持鉗子1は、軸部4に圧力センサ5が装着されたものであり、先端部2が腹腔22内の患部まで到達するように挿入されるものとする。これにより、腹腔鏡手術の術者は、腹腔鏡32によって映し出される映像をモニタ画面33で観察しながら把持鉗子1のグリップ部3を操作して、その把持鉗子1の先端部2における動作を操ることによって、腹腔22内の患部に対する手術を行えるようになる。
腹腔鏡手術を行う場合に、腹腔鏡手術の術者は、腹腔鏡32によって映し出される映像をモニタ画面33で観察しながら、把持鉗子1を操作することによって、患部に対する手術を行う。このことは、腹腔鏡32によって映し出されて視認可能となる範囲以外については、その様子を腹腔鏡手術の術者が把握できないおそれがあることを意味する。そのため、把持鉗子1を腹腔22内に挿入し操作するときには、その把持鉗子1の軸部4と腹腔22内の生体組織との意図せぬ接触が生じてしまい、その結果として生体組織に悪影響が及んでしまうおそれがある。
しかしながら、広角イメージセンサを利用して腹腔鏡32の死角が生じないようにすると、腹腔鏡手術の最中に複数のモニタ画面のそれぞれに術者が注意を払う必要が生じてしまう。つまり、腹腔鏡手術の最中は腹腔鏡32による映像を映すモニタ画面33に注視すべきところ、腹腔鏡32の死角をなくすための他のモニタ画面にも注意を払わなければならないとすると、患部に対する注意力が散漫になってしまったり、腹腔鏡手術の術者にとっての負担が過大になったりするおそれがあり、意図せぬ接触による生体組織への悪影響を防止する上では必ずしも有効ではない。
ここで、把持鉗子1の先端部2および軸部4を腹腔22内に挿入した状態での圧力センサ5による加圧検知について、さらに詳しく説明する。
また、圧力センサ5が、腹腔鏡32の死角となる範囲に加えて、当該腹腔鏡32で観察可能な範囲にも装着されている場合には、より広い範囲にわたって、腹腔22内での把持鉗子1の軸部4と生体組織との接触の発生を把握し得るようになる。具体的には、腹腔鏡32で観察可能な範囲であっても、例えば映し出される側の反対側に位置する部分や影となる部分等については、腹腔鏡手術の術者にとって必ずしも視認が容易ではない。このような部分についても、圧力センサ5が装着されていれば、その圧力センサ5による検知および出力部6からの出力を通じて、生体組織との接触の発生を把握し得るようになるので、腹腔鏡手術の術者にとって有用なものとなる。
このことは、腹腔鏡32によって映し出される映像のみからでは知り得ない情報を腹腔鏡手術の術者が取得することを意味する。したがって、腹腔鏡32で観察可能な範囲にも圧力センサ5を装着することについて、非常に有用であるといえる。
上述した加圧検知例は、圧力センサ5の検出分解能の如何を問わない。つまり、検出分解能が細分化されているか否かを問わず、圧力センサ5は、センサ面内のいずれかの箇所で生体組織との接触による加圧があれば、加圧があったこと、および、その加圧量(電気抵抗の変化量)を検知する。
ただし、圧力センサ5が細分化された検出分解能を有していれば、以下に述べるような態様の加圧検知を行うことも考えられる。
ただし、例えば、圧力センサ5がマトリクス状に細分化された検出分解能を有しており、以下のような加圧検知制御を行うのであれば、圧力センサ5がグリップ部3まで及ぶ範囲にわたって装着されていても、トラカール31との干渉が問題となるのを回避し得る。具体的には、腹腔22内への挿入後に、軸部4の周方向の全周にわたり略一定の加圧量が常時発生している箇所については、トラカール31との干渉が生じている箇所であるとみなし、その検知結果を出力部6での出力対象から除外する。つまり、細分化された検出分解能を利用して、トラカール31との干渉によって加圧が生じているであろう箇所を、腹腔22内の生体組織との接触によって加圧されている箇所と区別する。
図4は、本発明に係る圧力センサによる加圧検知の一応用例を模式的に示す説明図である。
例えば、図4(a)に示すように、長尺の生体組織23に対して軸部4が接触した場合に、圧力センサ5では、接触した生体組織23に対応する長さ(図中のE参照)にわたり、複数の圧力感応部が同時に加圧される。一方、図4(b)に示すように、短尺の生体組織23に対して軸部4が接触した場合には、生体組織23と接触した分の長さ(図中のF参照)の範囲内でのみ圧力感応部が加圧される。したがって、圧力センサ5が軸部4の長手方向に細分化された検出分解能を有していれば、同時に加圧される圧力感応部がどのような範囲に及ぶかを検知することで、接触する生体組織23の長さを取得することができる。
図5は、本発明に係る圧力センサによる加圧検知の他の応用例を模式的に示す説明図である。
例えば、図5(a)に示すように、硬質の生体組織23に対して軸部4が接触した場合に、当該生体組織23が変形し難いため、圧力センサ5では、接触箇所が加圧方向に大きく変形するとともに(図中のG参照)、その変形の影響が周方向の広範囲に、すなわちある程度の範囲(図中のH参照)内に存在する各圧力感応部にまで及ぶ傾向がある。一方、図5(b)に示すように、軟質の生体組織23に対して軸部4が接触した場合には、当該生体組織23が変形し易いため、接触箇所における加圧方向の変形量が小さいとともに(図中のI参照)、その変形の影響が及ぶ範囲についても狭くなる(図中のJ参照)傾向がある。したがって、圧力センサ5が軸部4の周方向に細分化された検出分解能を有していれば、同時に加圧される圧力感応部がどのような範囲に及ぶかを検知するとともに、その圧力感応部の変形量を検知することで、接触する生体組織23の軟らかさを取得することができる。
本実施形態で説明した把持鉗子1および圧力センサ5によれば、以下のような効果が得られる。
しかも、本実施形態によれば、圧力センサ5による検知結果を利用しているので、術者(操作者)が腹腔鏡32による映像を映すモニタ画面33に注視したままであっても、意図せぬ接触を術者(操作者)に把握させ得るようになり、この点でも意図せぬ接触による生体組織への悪影響を防止する上で有効である。
本発明の技術的範囲は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
これと同様に、鉗子器具と共に体腔内に挿入されるものは、必ずしも腹腔鏡32である必要はなく、他の種類の内視鏡カメラであってもよい。
さらに、積層体10の積層順についても、上述した実施形態の順に限定されることはなく、これとは逆の順であっても圧力センサ5が加圧検知を行うことが可能である。
Claims (17)
- 少なくとも先端部と当該先端部に連なる軸部とを有し、前記先端部および前記軸部が体腔内に挿入されて用いられる鉗子器具であって、
前記軸部の外周に、前記体腔内の生体組織との接触による加圧を検知する圧力センサが装着されており、
前記圧力センサは、前記接触による加圧方向に重なる電極間の電気的特性が加圧量に応じて変化する圧力感応部を備え、
前記圧力感応部は、前記軸部の周方向に沿って環状に配設された環状電極と、圧力を受けることで生じた変形量に応じて電気的特性が変化する弾性体からなる感圧部材と、前記軸部の長手方向に沿って直線状に配設された線状電極とが、加圧方向に重なるように順に積層されてなる積層体によって形成されている
鉗子器具。 - 前記圧力センサは、少なくとも、前記体腔内に挿入される部位であって、前記鉗子器具と共に前記体腔内に挿入された内視鏡カメラから見て死角となる部位に装着されている請求項1に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサは、前記内視鏡カメラから見て死角とならない部位にも装着されている請求項2に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサは、少なくとも、前記先端部から2.0cm以上離れ、かつ、12.0cm以内の範囲内の領域に装着されている請求項1から3のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサは、前記圧力感応部を、前記軸部の長手方向に沿って複数備える請求項1から4のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサは、前記圧力感応部を、前記軸部の周方向に沿って複数備える請求項1から4のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサは、前記圧力感応部を、前記軸部の長手方向および周方向のそれぞれに沿って複数備える請求項1から4のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサは、前記軸部の外周面の側から、前記環状電極、前記感圧部材、前記線状電極が順に積層された状態で、前記軸部へ装着される請求項1から7のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記線状電極は、前記感圧部材によって被覆されている請求項1から8のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記積層体は、前記圧力センサの内周面を構成する第1フィルム部材と、前記圧力センサの外周面を構成する第2フィルム部材と、によって挟持されており、
前記第1フィルム部材と前記第2フィルム部材との間には、前記第1フィルム部材と前記第2フィルム部材の少なくとも一方の変形によって前記積層体が加圧されることを抑制するスペーサ部材が設けられている
請求項1から9のいずれか1項に記載の鉗子器具。 - 前記スペーサ部材の厚さは、前記積層体の厚さの0.5倍以上1.5倍以下の範囲内の厚さである請求項10に記載の鉗子器具。
- 前記スペーサ部材の硬度は、前記感圧部材の硬度の0.5倍以上1.5倍以下の範囲内の大きさである請求項10または11に記載の鉗子器具。
- 前記スペーサ部材は、隣り合う前記線状電極の間にそれぞれ設置されている請求項10から12のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記感圧部材を構成する弾性体は、圧力を受けることで生じた変形量に応じて電気抵抗が変化する感圧式導電性ゴムからなる請求項1から13のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記圧力センサには、前記圧力センサによる検知結果を出力する出力部が接続される請求項1から14のいずれか1項に記載の鉗子器具。
- 前記出力部は、前記圧力センサが検知した圧力の大きさを識別可能な態様で出力する請求項15に記載の鉗子器具。
- 先端部と当該先端部に連なる軸部とが体腔内に挿入されて用いられる鉗子器具のうち前記軸部の外周に装着自在に構成され、前記軸部の外周に装着された状態で前記体腔内の生体組織との接触による加圧を検知する圧力センサであって、
前記接触による加圧方向に重なる電極間の電気的特性が加圧量に応じて変化する圧力感応部を備え、
前記圧力感応部は、前記軸部の周方向に沿って環状に配設された環状電極と、圧力を受けることで生じた変形量に応じて電気的特性が変化する弾性体からなる感圧部材と、前記軸部の長手方向に沿って直線状に配設された線状電極とが、加圧方向に重なるように順に積層されてなる積層体によって形成されており、
前記圧力感応部にて、加圧量に応じて電気的特性が変化することで、前記体腔内の生体組織との接触による加圧を検知するように構成された圧力センサ。
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