JP2015173729A - 組織切除デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】カッターの軌跡が湾曲していても、その移動速度の変動を低減する。
【解決手段】挿入部の先端に配置され組織を挟むジョー１１と、該ジョー１１の形状に沿って形成された軌道に沿って移動可能に設けられたカッター１４と、該カッター１４を駆動する力を発生する駆動手段８，１８と、該駆動手段８，１８とカッター１４とを接続し、軌道に沿って設けられた収容部１３内に収容されて、駆動手段８，１８により発生した力をカッター１４に伝達する力伝達部材１５とを備え、駆動手段８，１８は、力伝達部材１５が収容部１３から受ける反力が大きいほど発生する力を大きくするように構成されている組織切除デバイスを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、組織切除デバイスに関するものである。

従来、体内に挿入される挿入部の先端に、組織を挟む開閉式の湾曲した一対のジョーを備え、該ジョーの幅方向の中程に、ジョーの形状に沿って設けられた軌道に沿って移動可能なカッターと、該カッターを挟んで両側においてジョーに挟まれた組織に対してステープルを打ち出すステープル打出し手段とを備える縫合器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この縫合器は、挿入部およびジョーの内部に、挿入部およびジョーの形状に倣って変形する軟性シャフトが収容され、挿入部の基端側において軟性シャフトを長手方向に押圧することにより、カッターを押して軌道に沿って移動させるとともに、カッターの移動に合わせてステープルをジョーの合わせ面に突出させるようになっている。これにより、ジョーに挟んだ組織をカッターによって切断しかつ切断面の両側をステープルによって縫合することができる。

特開平８−２８９８９５号公報

しかしながら、特許文献１の縫合器のようにジョーが湾曲している場合に、カッターがジョーの先端側に移動するに従って、ジョーの内部でカッターを押している軟性シャフトが曲がっていき軟性シャフトを収容している収容部の内壁との摩擦が大きくなって、カッターを押すのに大きな力が必要になるという不都合がある。特にジョーの形状が複雑になりあるいは曲率が大きくなっていくと摩擦の増大は顕著となる。

摩擦力が変動すると、同じ力で押している場合にはカッターの速度が変化する。実使用上では、カッターの移動速度が変化すると、接合切除する組織の血行状態にバラツキが発生し、術後の組織治癒の程度に差が生じてしまう不都合がある。一般には結構を保つためにカッターをゆっくり移動させることが好ましく、カッターの速度が遅すぎたり速すぎたりする場合には挟んでいる組織に対してジョーがずれてしまう不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、カッターの軌跡が湾曲していても、その移動速度の変動を低減することができる組織切除デバイスを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、挿入部の先端に配置され組織を挟むジョーと、該ジョーの形状に沿って形成された軌道に沿って移動可能に設けられたカッターと、該カッターを駆動する力を発生する駆動手段と、該駆動手段と前記カッターとを接続し、前記軌道に沿って設けられた収容部内に収容されて、前記駆動手段により発生した力を前記カッターに伝達する力伝達部材とを備え、前記駆動手段は、前記力伝達部材が前記収容部から受ける反力が大きいほど発生する力を大きくするように構成されている組織切除デバイスを提供する。

本態様によれば、挿入部を体内に挿入して先端に配置されたジョーによって組織を挟んだ状態で、駆動手段を作動させることにより、駆動手段により発生した力を力伝達部材によってカッターに伝達し、ジョーの形状に沿って形成された軌道に沿ってカッターを移動させることにより、ジョーに挟んだ組織をジョーの形状に沿って切断することができる。

この場合において、力伝達部材は軌道に沿って設けられた収容部内に収容されていて、カッターが移動する際には収容部との間の摩擦によって収容部から反力を受けることになるが、反力が大きいほど大きな力を発生するように駆動手段が構成されているので、カッターの軌跡が湾曲していても、その移動速度の変動を低減することができる。これにより、切除する組織の血行状態にバラツキが生じることがなく、術後の組織治癒の程度に差が生じることを抑制することができる。

上記態様においては、前記軌道が曲率を有する部分を備えていてもよい。
このようにすることで、曲率を有する部分を備える軌道に沿ってカッターを移動する際にもその移動速度の変動を低減することができる。

また、上記態様においては、前記力伝達部材が、軟性シャフトまたはワイヤであってもよい。
このようにすることで、軟性シャフトまたはワイヤからなる力伝達部材は収容部の内壁との間に摩擦を生じ、接触長さが長いほどカッターを駆動するために大きな力が必要となる。

また、上記態様においては、前記駆動手段が、モータと、該モータのトルクを制御する制御部とを備えていてもよい。
このようにすることで、反力が大きいほど大きな力を力伝達部材に加える場合の所望のトルクをモータによって容易に発生させることができる。

また、上記態様においては、前記駆動手段は、前記力伝達部材が前記収容部から受ける反力が最も大きい位置において最も大きな変位量を与えられるバネであってもよい。
このようにすることで、複雑な構造を必要とせず簡易な構成でカッターの移動速度の変動を抑えることができる。

また、上記態様においては、前記力伝達部材が、湾曲する前記収容部の内面に接触し、前記制御部が、前記力伝達部材と前記収容部の内面との接触角度が大きいほど発生する力を大きくするように前記モータを制御してもよい。

また、上記態様においては、前記制御部が、次式に従って前記モータにより発生する力を制御してもよい。
Ｔ＝Ｔ_０ｅｘｐ（μα）
ここで、
αは前記力伝達部材と前記収容部の内面との接触角度、
μは摩擦係数、
Ｔ_０はα＝０のときにモータにより発生する力、
Ｔはモータにより発生する力である。

本発明によれば、カッターの軌跡が湾曲していても、その移動速度の変動を低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る組織切除デバイスを示す斜視図である。 図１の組織切除デバイスの縫合部を示す縦断面図である。 図２の縫合部のカッター、カッター溝、ワイヤおよび駆動手段を示す模式的な平面図である。 図３のモデルを示す図である。 図３の駆動手段を構成するモータによって発生するトルクの一例を示すグラフである。 図３の縫合部の第１の変形例を示す（ａ）模式的な平面図、（ｂ）モータによって発生するトルク例のグラフである。 図３の縫合部の第２の変形例を示す（ａ）模式的な平面図、（ｂ）モータによって発生するトルク例のグラフである。 図３の縫合部の（ａ）第３の変形例、（ｂ）第４の変形例を示す模式的な平面図である。 図３の駆動手段の変形例を示す（ａ）縫合部の模式的な平面図、（ｂ）駆動手段を構成するバネによって発生する張力のグラフである。

本発明の一実施形態に係る組織切除デバイス１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る組織切除デバイス１は、縫合装置であって、図１に示されるように、挿入部２と、該挿入部２の基端部に設けられた操作部３と、挿入部２の先端に設けられた縫合部（ジョー）４とを備えている。

操作部３には、術者が把持するハンドル部５が設けられ、このハンドル部５には揺動可能なステープル打出しレバー６と、アンビル開閉ノブ７とが設けられている。また、操作部３内にはステープル打ち出しレバー６の操作によって駆動されるモータ８（図３参照。）が収容されている。
縫合部４にはステープル９（図２（ｂ）参照。）を受けて変形させるアンビル１０と、ステープル９を複数放出可能に収容するカートリッジ１１とが設けられている。

アンビル１０およびカートリッジ１１は、長手方向に対し横向きに湾曲したジョーを構成しており、アンビル１０はハンドル部５のアンビル開閉ノブ７を操作することによりカートリッジ１１に対して揺動するようになっている。カートリッジ１１に対して近接する位置に揺動した状態ではカートリッジ１１とアンビル１０の対向面とはほぼ平行な位置関係になり、間に組織を挟んだ状態で把持することができるようになっている。

カートリッジ１１のアンビル１０に対向する面１１ａには、多数のスロット１２が開口し、スロット１２にはチタン合金、もしくはステンレス製のＵ型のステープル９が面１１ａに脚先端を向けた状態でスロット１２の開口から出没可能に収納されている。スロット１２は、後述するカッター溝１３に沿って並べられている。

また、カートリッジ１１のステープル９の列の間にはカッター１４を長手方向に沿ってスライド可能に支持するカッター溝（収容部）１３が設けられている。カッター溝１３はカートリッジ１１の幅方向の略中央に湾曲形状に沿って形成されている。また、カッター溝１３内には、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、カッター１４の一部が収容されているとともに、カッター１４に一端が接続されたワイヤ（力伝達部材）１５が収容されている。

また、カッター１４には、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、ステープル９をスロット１２内から押し出すための斜面１６ａを有するステープル押出部材１６が固定されている。ステープル押出部材１６は、スロット１２の内側に配置されるカートリッジ１１内部の空間に移動可能に配置されていて、カッター１４がカッター溝１３に沿って移動させられるときに、カッター１４と一体に移動させられて、斜面１６ａによってステープル９をスロット９内からカートリッジ１１の面１１ａ上に押し出すようになっている。

カッター１４は、図３に示されるように、初期状態においては、カートリッジ１１の先端側の第１の位置に、基端側に尖端１４ａを向けて配置されている。また、ステープル押出部材１６の斜面１６ａは、基端側に向かってカートリッジ１１の面１１ａから離れるように傾斜している。

ワイヤ１５の他端は、挿入部２を経由して操作部３内に収容されているモータ８に固定されたプーリ１７に巻取可能に接続されている。モータ８が駆動されるとプーリ１７によってワイヤ１５が巻き取られる結果、ワイヤ１５の一端に接続されているカッター１４およびステープル押出部材１６がカッター溝１３に沿って基端側の第２の位置に移動することができるようになっている。

本実施形態においては、モータ８には、該モータ８のトルクを制御する制御部１８が接続されている。
図３に示されるようにカートリッジ１１のカッター溝１３が円弧状に湾曲している場合に、カッター溝１３内に収容されているワイヤ１５はカッター溝１３の内壁に接触しているので、カッター１４はその摩擦に抗して移動させられる。この場合、図４に示されるような、ワイヤＷを円柱Ｃに巻いた場合の力関係が発生する。

すなわち、ワイヤＷの円柱Ｃ外面との接触角度をαとし、両者間の摩擦係数をμとすると、円柱Ｃを挟んだ両側のワイヤＷに係る張力Ｔ_１，Ｔ_２には次式（１）の関係がある。
Ｔ_１＝Ｔ_２ｅｘｐ（-μα） （１）

これを本実施形態のワイヤ１５とカッター溝１３内壁との関係に置き換えると、ワイヤ１５に加える張力をＴ、ワイヤ１５とカッター溝１３内壁との間の摩擦係数をμ、両者の接触角度をαとして、次式（２）の関係が成り立つ。
Ｔ＝Ｔ_０ｅｘｐ（μα） （２）
ここで、Ｔ_０はα＝０のときのカッター１４の推力である。
カッター１４の推力Ｔ_０としては、摩擦のない直線状の軌跡に沿ってカッター１４を移動させながら組織を切断するために必要とされる力であり、実験的に求めておくことができる。

制御部１８は、式（２）に示すように、接触角度αが変化しても一定のカッター１４の推力Ｔ_０が得られるように張力Ｔを制御するようになっている。具体的には、モータ８に取り付けられたプーリ１７の巻き取り径をｒとして、駆動開始からの時間ｔに応じて図５に示されるようなトルクｒＴを発生するようにモータ８を制御するようになっている。

これにより、時間ｔが経過するほど、すなわち、カッター１４が移動してワイヤ１５とカッター溝１３内壁との第１の位置の接触角度α_１から第２の位置の接触角度α_２へと接触角度αが小さくなっていくほどトルクｒＴが小さくなるように制御部１８がモータ８を制御するようになっている。
なお，図５においては、駆動直後に瞬間的に静止摩擦を越えるトルクを発生し、その直後に、式（２）に従って計算されるトルクを発生するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る組織切除デバイス１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る組織切除デバイス１を用いて、体内の組織を切除するには、術者がハンドル部５を把持して操作し、体腔内あるいは体内空間に挿入部２を先端側から挿入し、挿入部２の先端に設けられている縫合部４を切除したい部分に近接させる。

そして、アンビル１０とカートリッジ１１との間に組織を配置して、ハンドル部５のアンビル開閉ノブ７を回転させることにより、カートリッジ１１に対してアンビル１０を揺動させて両者間に組織を挟む。
この状態で、術者がステープル打出しレバー６を閉じるように揺動させると、制御部１８がモータ８を駆動させ、ワイヤ１５がプーリ１７に巻き取られることにより、カッター１４およびステープル押出部材１６がカッター溝１３に沿って先端側から基端側までスライドさせられる。

これにより、カッター１４の尖端１４ａがカートリッジ１１とアンビル１０との間に挟んだ組織を切断していくとともに、ステープル押出部材１６の斜面１６ａがステープル９をスロット１２から押し出して組織を貫通し、アンビル１０によって変形させられることにより組織を順次縫合していく。
この場合において、本実施形態に係る組織切除デバイス１によれば、カッター溝１３内に収容されているワイヤ１５とカッター溝１３内壁との接触角度αが大きいほど大きなトルクを出すように制御部１８がモータ８を制御するので、接触角度αが大きく摩擦が大きいときには大きなトルクで、接触角度αが小さく摩擦が小さいときには小さいトルクでモータ８を駆動し、カッター１４の移動速度の位置による変動を抑制することができる。

その結果、切除する組織の血行状態にバラツキが生じることがなく、術後の組織治癒の程度に差が生じることを抑制することができる。すなわち、カッター１４の移動速度が変化すると切除される部位における組織の血行状態が変動するので部位毎に治癒の仕方が変化してしまうが、本実施形態に係る組織切除デバイス１によれば、そのような不都合はない。したがって、切除部位に血行が戻るのを待ちながらカッター１４によってゆっくり切除することができるとともに、カッター１４が急激に速く移動することも防止して、アンビル１０とカートリッジ１１との間に挟んだ組織が位置ずれしてしまうことを抑えることができるという利点もある。

なお、本実施形態においては、単純な円弧状の湾曲した縫合部４を有する場合について例示したが、これに代えて、図６（ａ）に示されるように、湾曲した部分と直線部分とを組み合わせた形状の縫合部４を有する場合にも適用することができる。この場合には、カッター溝１３の基端側に直線状部分が存在するので、その位置にカッター１４が配置されて以降は、図６（ｂ）に示されるように一定のトルクｒＴ_０でモータ８を駆動するように制御すればよい。

また、図７（ａ）に示される例では、カートリッジ１１のカッター溝１３の円弧状部分の先端側および基端側の両方に直線状部分が存在するので、図７（ｂ）に示されるように、カッター１４がこれらの直線状部分に配置されている状態ではトルクが変化しないようにモータ８を制御すればよい。
また、本実施形態においては、縫合部４の先端に配置されていたカッター１４を基端側に牽引するときに組織を切断する構造を例示したが、これに代えて、図８（ａ）に示されるように、カートリッジ１１の先端に設けた定滑車１９によってワイヤ１５を折り返し、カッター１４を基端側から先端側に移動させる際に組織を切断する構造を採用してもよい。

この場合には、モータ８によって次式（３）に従うトルクｒＴを発生させればよい。
ｒＴ＝Ｔ_０ｅｘｐ（μ_Ｓα）＋ｐ（θ，μ_Ｐ） （３）
ここで、ｐ（θ，μ_Ｐ）は定滑車１９の摩擦損失力であり、θは定滑車１９の接触角度（約１８０°）、μ_Ｐはワイヤ１５と定滑車１９との間の摩擦係数である。
なお、この例では、カッター１５が基端側に配置されているときには、ワイヤ１５は折り返されて約２３０°の接触角度α_１を有し、先端側に配置されているときには、約１１５°の接触角度α_２を有している。

また、図８（ｂ）に示されるように、カッター１４を動滑車２０に固定し、ワイヤ１５をもう一度折り返してもよい。このようにすることで、モータ８に加えるトルクを式（３）の１／２にすることができる。
また、本実施形態においては、モータ８とこれを制御する制御部１８とによって駆動力を発生する場合について説明したが、これに代えて、図９（ａ）に示されるようなワイヤ１５の基端側に配置されたバネ２１によって、図９（ｂ）に示されるように、接触角度αに応じて変化する張力を発生させてもよい。

また、ワイヤ１５に代えて軟性のシャフトを使用してもよい。
また、組織切除デバイス１として縫合装置を例示したが、本発明は、縫合機能を有しない切除装置、あるいはステープラに代えて、電気等のエネルギによって吻合する吻合装置に適用してもよい。

１ 組織切除デバイス
２ 挿入部
８ モータ（駆動手段）
１０ アンビル（ジョー）
１１ カートリッジ（ジョー）
１３ カッター溝（収容部、軌道）
１４ カッター
１５ ワイヤ（力伝達部材）
１８ 制御部（駆動手段）
２１ バネ（駆動手段）

Claims (7)

1. 挿入部の先端に配置され組織を挟むジョーと、
   該ジョーの形状に沿って形成された軌道に沿って移動可能に設けられたカッターと、
   該カッターを駆動する力を発生する駆動手段と、
   該駆動手段と前記カッターとを接続し、前記軌道に沿って設けられた収容部内に収容されて、前記駆動手段により発生した力を前記カッターに伝達する力伝達部材とを備え、
   前記駆動手段は、前記力伝達部材が前記収容部から受ける反力が大きいほど発生する力を大きくするように構成されている組織切除デバイス。
2. 前記軌道が曲率を有する部分を備える請求項１に記載の組織切除デバイス。
3. 前記力伝達部材が、軟性シャフトまたはワイヤである請求項１または請求項２に記載の組織切除デバイス。
4. 前記駆動手段が、モータと、該モータのトルクを制御する制御部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の組織切除デバイス。
5. 前記駆動手段は、前記力伝達部材が前記収容部から受ける反力が最も大きい位置において最も大きな変位量を与えられるバネである請求項１から請求項３のいずれかに記載の組織切除デバイス。
6. 前記力伝達部材が、湾曲する前記収容部の内面に接触し、
   前記制御部が、前記力伝達部材と前記収容部の内面との接触角度が大きいほど発生する力を大きくするように前記モータを制御する請求項４に記載の組織切除デバイス。
7. 前記制御部が、次式に従って前記モータにより発生する力を制御する請求項６に記載の組織切除デバイス。
   Ｔ＝Ｔ_０ｅｘｐ（-μα）
   ここで、
   αは前記力伝達部材と前記収容部の内面との接触角度、
   μは摩擦係数、
   Ｔ_０はα＝０のときにモータにより発生する力、
   Ｔはモータにより発生する力である。

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