WO2016157525A1

WO2016157525A1 - 医療用無線給電システム

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Publication number: WO2016157525A1
Application number: PCT/JP2015/060629
Authority: WO
Inventors: 亮松井; 勇太杉山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2017-10-03

Abstract

　この医療用無線給電システムは、生体内に挿入される長尺の挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられたエンドエフェクタと、前記挿入部に配置される受電部材を有し前記エンドエフェクタに供給する電力を受電する受電部と、を有する医療機器と、前記挿入部が挿入され前記エンドエフェクタを前記生体内に案内する案内管と、前記案内管に配置され電力供給源と接続される送電部材と、を備え、前記受電部材は前記送電部材よりも長く構成され、前記受電部材は、独立して前記送電部材と磁界結合する複数の受電可能領域を有する。

Description

医療用無線給電システム

　本発明は、医療機器に対して無線で給電を行う医療用無線給電システムに関する。

　腹腔内で処置をする低侵襲手術の場合、腹壁に複数のトロッカを取り付け、トロッカを通じて処置具が腹腔内へ導入される。トロッカは、先端に鋭利な穿刺針のある内針と一体的に組み合わせた状態で、内針が患者の体壁に穿刺され腹腔内に挿入される。トロッカが腹腔内に挿入された後、内針を抜去することによって、トロッカは体壁に留置される。トロッカは、腹腔内で処置を行う処置具の案内管として使用され、案内管を通じて処置具を体内へ導入することができる。

　トロッカを介して患者の体内に挿入される処置具には、例えばエネルギを用いた処置具もあり、このような処置具に電力を供給するためのケーブルが接続されていることがある。このケーブルがあると、手術を行うときに術者の操作が煩雑となる。このため、術者が処置具を操作する際の操作性を向上させるためには、ケーブルが無い方が好ましい。

　この問題を解決するため、特許文献１にはトロッカに１次コイル（送電コイル）が配置され、トロッカに挿入された処置具に２次コイル（受電コイル）が配置され、トロッカを介して処置具に無線給電を行う手術用器具が開示されている。特許文献１の手術用器具では、１次コイルから発生した交流磁界を介して、１次コイルと磁界結合した処置具の２次コイルに電力を無線給電することが開示されている。特許文献１の手術用器具を用いた処置では、患者の特定の位置にトロッカが固定され、処置具をトロッカに対して進退させながら無線給電が行われる。

日本国特許第４１４５３９５号公報

　特許文献１の手術用器具では、処置の際にトロッカに対して処置具を進退させる相対移動が伴う。このとき無線給電を行うためには、処置具の挿入部の長手方向に配置された受電コイルの少なくとも一部が送電コイル内に配置された状態、すなわち受電コイルとうち送電コイルとが対向した状態を保つ必要がある。このため、トロッカの送電コイルに対して処置具の受電コイルの方が相対移動距離の分を担保可能な程度長く構成される。
しかし、受電コイルが長くなるほど、送電コイルと対向しない領域、すなわち送電コイルとの磁気的な結合が弱く無線電力伝送に寄与しない受電コイルの領域が増加する。その結果、無線給電時に電力損失が生じ、伝送効率の低下を招き、電力の安定供給を図ることが出来ない。

　本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、処置具に対する給電効率を向上させ、且つ電力を安定して供給することができる医療用無線給電システムを提供することを目的とする。

　本発明に係る医療用無線給電システムは、生体内に挿入される長尺の挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられたエンドエフェクタと、前記挿入部に配置される受電部材を有し前記エンドエフェクタに供給する電力を受電する受電部と、を有する医療機器と、前記挿入部が挿入され前記エンドエフェクタを前記生体内に案内する案内管と、前記案内管に配置され電力供給源と接続される送電部材と、を備え、前記受電部材は前記送電部材よりも長く構成され、前記受電部材は、独立して前記送電部材と磁界結合する複数の受電可能領域を有する。

　本発明の医療用無線給電システムによれば、処置具に対する給電効率を向上させ、且つ電力を安定して供給することができる。

本発明の第一実施形態に係る医療用無線給電システムの全体構成を示す図である。本発明の第一実施形態の受電コイルを示す模式図である。本発明の第一実施形態の受電部を示すブロック図である。本発明の第一実施形態の受電領域選択処理を示すフローチャートである。本発明の第一実施形態の受電領域の選択例を示す模式図である。本発明の第一実施形態の受電領域の選択例を示す模式図である。本発明の第一実施形態に係る無線給電システムの変形例を示す図であり、トロッカに処置具が挿入された状態を示す断面図である。本発明の第二実施形態の受電部を示すブロック図である。本発明の第二実施形態の初期受電領域選択処理を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態の二次受電領域選択処理を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態における送電コイル位置と検出電圧との関係を示すグラフである。本発明の第三実施形態の受電部を示す回路図である。

［第一実施形態］
　以下、本発明の第一実施形態について図１から図７を参照して説明する。本実施形態の医療用無線給電システム（以下、「無線給電システム」と記載する。）は、患者等に留置されるトロッカ（案内管）と、トロッカに配置される送電コイル（送電部材）と、トロッカに挿通して使用される処置具（医療機器）とを備えている。

　図１は、本実施形態に係る無線給電システム１の全体構成を示す図であり、処置具２０がトロッカ１０に挿通された状態を示している。図２は、受電コイルを示す模式図である。図３は、受電部のブロック図である。図４は受電領域切替制御部による受電領域の選択の手順を示すフローチャートである。図５及び図６は、受電領域切替制御部による受電部の選択例を示す模式図である。本明細書では、トロッカ１０が体壁に挿入される穿刺針側（トロッカ１０に処置具２０が挿入された場合に、処置具２０の処置部が設けられる側）を先端と称し、トロッカ１０に処置具２０が挿入される側（トロッカ１０に処置具２０が挿入された場合に、処置具２０の操作部２３が位置する側）を基端と称して説明する。

　トロッカ１０は、図１に示すように、挿通孔１４を有する筐体１１と、筐体１１の基端側に設けられた送電コイル１２と、筐体１１の先端側に設けられる穿刺針１３とを備える。筐体１１および穿刺針１３の基本構造は公知のトロッカと同様であり、筒状に形成され、処置具２０の挿入部２１が挿通可能な挿通孔１４が基端から先端に延びて形成されている。筐体１１は、必要に応じて、気腹状態を保持するための弁や腹壁に穴を開けるための内針等を有してもよい。

　送電コイル１２は、金属素線が巻回されて中心軸方向に延びるコイルである。送電コイル１２は、中心軸が挿通孔１４の軸線に沿うように筐体１１の挿入孔１４の外周面上に設けられている。送電コイル１２は、電源ケーブル３１を介して電源装置（電力供給源）３０と電気的に接続される。

　送電コイル１２の外方は、電磁シールド１５により囲まれている。電磁シールド１５は、例えば軟磁性材料であるフェライトのプレート材や、フェライト、パーマロイ、アモルファス合金などの軟磁性体粉末と樹脂バインダの複合材料で構成された柔軟性のあるシート材などからなる。

　処置具２０は、挿入部２１と、処置部（エンドエフェクタ）２２と、操作部２３と、受電部４０とを備えている。挿入部２１は、樹脂等の絶縁性材料で長尺の筒状に形成されており、処置部２２と共に少なくとも一部分が生体内に挿入される。

　処置部２２は、挿入部２１の先端部に設けられている。本実施形態の処置部２２は、開閉可能な鉗子であり、その基本構造は公知である。処置部２２で組織を把持した状態で処置部２２に、例えば、高周波電流を供給すると、組織の焼灼や凝固、止血等を行うことができる。処置部２２を開閉駆動するための動力伝達部材（不図示）は、金属等の導体で棒状または線状に形成されている。動力伝達部材の先端部は、処置部２２に接続されている。動力伝達部材は、挿入部２１内を通って操作部２３まで延びている。操作部２３を操作することで、処置部２２の開閉と通電のオンオフを行うことができる。

　受電部４０は、図１及び図３に示すように、受電コイル（受電部材）５０と、受電領域切替部（以下、「切替部」と記載する。）６０と、受電領域切替制御部（以下、「切替制御部」と記載する。）７０と、受電電力検出部８０と、受電回路９０とを備える。

　受電コイル５０は、図１及び図２に示すように、金属素線が巻回されて挿入部２１の長手軸Ｌ２１方向に延びるコイルである。受電コイル５０は、中心軸Ｌ５０が挿入部２１の長手軸Ｌ２１と同軸となるように挿入部２１に設けられている。受電コイル５０は、挿入部２１の外周面に受電コイル５０が露出しないように表面が覆われている。受電コイル５０の中心軸Ｌ５０方向における長さは、送電コイル１２の軸線方向の長さよりも長く構成されている。

　受電コイル５０には、図２に示すように、複数の電線（電力線）５２１～５２４が接続されている。すなわち、一つの金属素線で形成された受電コイル５０において、中心軸Ｌ５０方向における複数の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４にそれぞれ第一電線５２１、第二電線５２２、第三電線５２３、第四電線５２４が接続されている。本実施形態において、位置Ｐ１～Ｐ４は、中心軸Ｌ５０方向に等間隔で設定されている。これにより、受電コイル５０は、中心軸Ｌ５０方向に並んだ複数の受電可能領域ａ１～ａ３を有する。受電可能領域ａ１～ａ３は、独立して送電コイル１２と磁界結合可能である。受電可能領域ａ１～ａ３の中心軸Ｌ５０方向の長さは、送電コイル１２の軸線方向の長さよりも長い。

　切替部６０は、図３に示すように、複数の端子６１（第一端子６１１、第二端子６１２、第三端子６１３、第四端子６１４）と、接点６２と、共振コンデンサ６３とを備えている。第一端子６１１、第二端子６１２、第三端子６１３、第四端子６１４は、それぞれ、第一電線５２１、第二電線５２２、第三電線５２３、第四電線５２４と接続されている。切替部６０は、複数の端子６１と、受電回路９０及び共振コンデンサ６３との接続をスイッチングにより切り替えて、接点６２と接続された複数の電線５２１～５２４のうち二つの間に位置する受電コイル５０の一部と共振コンデンサ６３とで共振回路を構成する。すなわち、受電回路９０と接続する受電コイル５０の一部を切り替える。このとき、共振回路の共振周波数は送電コイル１２から供給される交流電力の周波数と一致するように調整される。尚、図３の共振コンデンサ６３は接続された受電コイル５０の一部と直列共振回路を構成しているが、並列共振回路を構成するようにしてもよい。

　切替制御部７０は、後述する所定の条件に基づき、受電コイル５０の受電可能領域ａ１～ａ３の中から送電コイル１２と対向して受電電流が流れる領域を受電領域として選択し、選択結果に基づき、切替部６０におけるスイッチングを自動的に行う装置部分である。切替制御部７０の装置構成は、ハードウェアのみで構成してもよいし、適宜のハードウェアと、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータとから構成してもよい。

　受電回路９０は、電線９１を介して切替部６０と接続され、電線９２を介して処置部２２と接続され、受電コイル５０が送電コイル１２と磁界結合することにより受電した電力を処置部２２に供給するように構成されている。尚、受電回路９０は、受電した電力を処置部２２で用いる適切な周波数、電圧、電流に変換する回路を含んでもよい。例えば整流・平滑回路、ＤＣＤＣコンバータなどの回路である。また、受電した電力を一時的に蓄え、処置部２２に供給する電力の安定化を図ることができる電気二重層コンデンサや２次電池などの蓄電手段を含んでもよい。

受電電力検出部８０は、切替制御部７０により選択された受電コイル５０の受電可能領域により受電回路９０が受電している電力を検出し、検出結果を切替制御部７０に送信する。

　次に、無線給電システム１の動作を説明する。
　まず、操作者は、患者等の腹壁を切開して腹腔に通じる開口を形成する。トロッカ１０の穿刺針１３を先端側から開口に挿入し、トロッカ１０を腹壁に留置する。トロッカ１０の電源ケーブル３１を電源装置３０と接続する。電源ケーブル３１と電源装置３０との接続は、トロッカ１０の留置の前後いずれに行われてもよい。

　操作者は、処置具２０の操作部２３を把持して、図１に示すように、処置部２２をトロッカ１０の基端側から挿通孔１４内に挿入する。まず処置部２２が挿通孔１４を通って筐体１１内に進入し、その後、挿入部２１が筐体１１内に進入する。

　操作者が挿入部２１をある程度トロッカ１０内に挿入すると、トロッカ１０の送電コイル１２と受電コイル５０の一部とが対向する。このとき、操作者が電源装置３０の電源を入れると、送電コイル１２から受電コイル５０への無線給電が可能になる。ただし、受電コイル５０のうち送電コイルと１２の磁界結合が強く無線給電に寄与するのは、送電コイル１２と対向している領域とその近傍領域のみである。
無線給電システム１においては、受電コイル５０が有する複数の受電可能領域のうち適切な領域のみを用いて受電可能とするために、切替制御部７０において、切替部６０、受電電力検出部８０及び受電回路９０を制御して図４にフローチャートで示す以下の処理が行われる。

　まず、送電コイル１２への電力供給が開始されたら、切替制御部７０は、所定の時間間隔（例えば、１０ｍｓ～１００ｍｓ）でスイッチングを行い、受電コイル５０の各受電可能領域ａ１～ａ３のいずれかの領域で共振回路が形成されるように切替部６０を制御する。すなわち受電可能領域ａ１～ａ３のいずれかの領域が受電領域として選択されるように切り替える（ステップＳ１）。

　例えば、受電コイル５０の受電可能領域ａ１～ａ３の順に共振回路が形成されるようにスイッチングを行う。すなわち、図５に示すように、切替部６０において、第一端子６１１及び第二端子６１２と接点６２とを接続すると、受電可能領域ａ１の共振回路が形成される。同様に、第二端子６１２及び第三端子６１３と接点６２とを接続すると受電可能領域ａ２の共振回路が形成され、第三端子６１３及び第四端子６１４と接点６２とを接続すると受電可能領域ａ３の共振回路が形成される。また、第一端子６１１と第三端子６１３と接点６２とを接続すると、受電可能領域ａ１及び受電可能領域ａ２の２つの領域の共振回路が形成される。すなわち、受電可能領域ａ１～ａ３のうち共振回路を形成した領域が受電領域として選択され、この受電領域により受電が行われる。

　各受電可能領域ａ１～ａ３のいずれかが受電領域として選択される度に受電電力検出部８０で受電回路９０が受電した受電電力を検出する（ステップＳ２）。受電電力検出部８０で検出された受電電力は切替制御部７０へ送信される。

　切替制御部７０は、各受電可能領域ａ１～ａ３を用いて受電した受電電力Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を受信したかどうかを判定し、全ての受電可能領域ａ１～ａ３による受電電力を受信するまでステップＳ１及びステップＳ２を繰り返す処理を行う（ステップＳ３）。切替制御部７０が受電電力検出部８０から全ての受電可能領域ａ１～ａ３による受電電力Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を受信した場合、次のステップＳ４へ進む。

　次に、切替制御部７０は、検出された受電電力の値及び隣り合う領域の受電電力の差に基づき、受電領域を選択する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、切替制御部７０は、各受電可能領域ａ１～ａ３による受電電力の検出結果により、送電コイル１２と対向している受電コイル５０の受電可能領域ａ１～ａ３を特定し、特定した領域を受電領域として選択する。具体的には、切替制御部７０は、検出された受電電力が閾値Ｘ以上かつ受電電力の差が閾値Ｙ以下の受電可能領域が隣り合って２領域あるか否かを判定する。
ステップＳ４における判定がＮｏの場合、処理はステップＳ５に進み、切替制御部７０は、受電電力が最大の受電可能領域を受電領域として選択する。ステップＳ４における判定がＹｅｓの場合、処理はステップＳ６に進み、切替制御部７０は、ステップＳ４で検出された２つの受電可能領域を受電領域として選択する。
閾値ＸおよびＹは、適宜設定することができる。例えば、送電コイル１２と受電コイル５０とが同じ長さで対向している場合（送電コイル１２と受電コイル５０との磁界結合が最大となる場合）に受電コイルで受電可能な電力の８０％および１０％の値を、それぞれ閾値Ｘおよび閾値Ｙとして設定してよい。

　ステップＳ４からＳ６に係る処理の例を示す。
　例えば、図５に示すように、受電コイル５０の受電可能領域ａ１が送電コイル１２と対向しているときに、送電コイル１２と受電可能領域ａ１との間で強い磁界結合が可能となる。そのため、受電可能領域ａ１を受電領域として選択した場合の受電電力Ｒ１の検出結果は高い値となる。このとき、受電可能領域ａ２及び受電可能領域ａ３による受電電力Ｒ２、Ｒ３を検出すると、受電可能領域ａ２及び受電可能領域ａ３は送電コイル１２と離れており、送電コイル１２との間の磁界結合が弱いため、受電電力Ｒ２、Ｒ３は、受電可能領域ａ１の受電電力Ｒ１より小さい値となり、その差は閾値Ｙより大きくなる。したがって、切替制御部７０では、受電電力が最大である受電可能領域ａ１のみを受電領域として選択する（ステップＳ５）。

図６に示すように、受電コイル５０の受電可能領域ａ１と受電可能領域ａ２との境界部付近が送電コイル１２と対向している場合、受電可能領域ａ１及び受電可能領域ａ２で相対的に強い磁界結合が生じるため、検出される受電電力Ｒ１及び受電電力Ｒ２は、受電電力Ｒ３より高いが、受電電力Ｒ１及び受電電力Ｒ２の差が小さく、閾値Ｙ以下となる。この場合、切替制御部７０は、受電可能領域ａ１及び受電可能領域ａ２を受電領域として選択する（ステップＳ６）。

　次に、切替制御部７０は、受電領域の選択結果に基づき、受電領域として選択された受電可能領域を含む共振回路が形成されるように切替部６０のスイッチング処理を制御する。このとき、スイッチングにより接点６２と接続された端子以外の端子は解放する、あるいは抵抗器等を接続してハイインピーダンスとし、接続された領域以外の受電コイル５０には受電電流は流れないように構成される。
　操作者は、操作部２３を操作することにより、無線給電により処置部２２に電力を供給し、処置部２２を用いたエネルギ処置を行うことができる。

　手技において、トロッカ１０に対する挿入部２１の相対位置は変動する。そのため、切替制御部７０における受電領域選択処理Ｓ１～Ｓ６は随時行われる。例えば、所定の時間間隔をおいて、受電領域選択処理Ｓ１～Ｓ６を繰り返す方法や、受電電力検出部８０により検出される選択された受電領域の受電電力が所定値以下となった場合に、ステップＳ１～Ｓ６の処理を開始する方法等が挙げられる。

　本実施形態に係る無線給電システム１によれば、受電コイル５０が複数の受電可能領域を有するため、送電コイル１２よりも長い受電コイル５０が設けられていても、実際に受電が行われる際は送電コイルとの磁界結合の強い一部の領域のみを受電領域として設定可能である。その結果、無線給電に用いる実質的な受電コイルの長さが短縮され、送電コイルと受電コイルとの磁界結合が向上すること、および受電コイルの配線による損失が低減されること、により伝送効率が向上する。また、操作者がトロッカ１０に対して挿入部２１を進退させる動作に応じて、最適な受電領域が選択されるように切替制御部７０が制御を行うため、手技中に処置部２２に対して電力を安定的に供給できる。

　本実施形態の筐体１１には、電磁シールド１５が配置されているので、トロッカ１０の筐体１１外への漏洩電磁界の影響を大幅に低減できる。

　上記実施形態では、受電コイル５０が３つの受電可能領域を有する例を挙げたが、受電コイル５０に設定する受電可能領域の数はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、受電コイル５０が、ａ１ないしａ５の５つの受電可能領域を有してもよい。

　また、受電可能領域の長さも送電コイル１２の長さに応じて、適宜設定可能である。例えば、図７に示すように、受電可能領域の中心軸Ｌ５０方向の長さＭ５０が、筐体１１の電磁シールド１５の長手軸方向の長さＭ１５よりも短くなるように設定してもよい。このように、受電コイル５０の各受電可能領域ａ１～ａ５が、電磁シールド１５の長さＭ１５よりも短い構成にすると、受電領域の多くを電磁シールド１５内に配置することができるので、無線給電時に生じる漏洩電磁界を電磁シールド１５により大幅に遮蔽することができる。
　複数の受電可能領域の長さは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

［第二実施形態］
　第二実施形態に係る無線給電システムについて、図８及び図９を参照して説明する。以下の説明において、既に説明した構成要素と機能あるいは構造の点において同様である構成要素には、上記実施形態と同一符号が付されており、上記実施形態と重複する説明は省略される。

　図８は第二実施形態に係る受電部４０Ａを示すブロック図である。本実施形態に係る無線給電システムにおいて、受電部４０Ａには、第一実施形態の受電電力検出部８０に代えて、受電領域電圧検出部（以下、単に「電圧検出部」と記載する）８０Ａを備える。また、切替制御部７０に代えて、異なる処理を行う切替制御部７０Ａを備える。

　電圧検出部８０Ａは、受電コイル５０の各受電可能領域ａ１～ａ３の両端に発生する誘導電圧を検出する。各受電可能領域ａ１～ａ３の両端には、受電コイル５０の各領域と鎖交する磁束の変化に応じた誘導電圧が誘起される。受電コイル５０の各受電可能領域ａ１～ａ３と鎖交する磁束の変化は、送電コイル１２との距離が近ければ大きくなり、送電コイル１２との距離が遠ければ小さくなる。したがって、受電コイル５０の各受電可能領域ａ１～ａ３に誘起される誘導電圧の検出結果に基づいて送電コイル１２に対する各受電可能領域ａ１～ａ３の相対位置を特定することができる。

　切替制御部７０Ａにおける受電領域の選択処理を以下に示す。最初に、切替制御部７０Ａは、初期受電領域を選択する。図９に、切替制御部７０Ａにおける初期受電領域選択処理のフローチャートを示す。電源装置３０から送電コイル１２への電力供給が開始されると、電圧検出部８０Ａは、受電コイル５０の各受電可能領域ａ１～ａ３の両端部における誘導電圧を検出する（ステップＳ２１）。すなわち、受電コイル５０の各点間、Ｐ１とＰ２、Ｐ２とＰ３、Ｐ３とＰ４に生じる誘導電圧を検出する。

　切替制御部７０Ａは、誘導電圧の検出結果を電圧検出部８０Ａから受信する（ステップＳ２２）。
切替制御部７０Ａは、受信した誘導電圧の検出結果に基づき、初期受電領域を選択する。ステップＳ２３において、各受電可能領域ａ１～ａ３の検出電圧における第二閾値Ｖｔｈ２以上の受電可能領域の数が隣接して２以上あるかどうかを判定する。ステップＳ２３における判定がＮｏの場合、検出電圧が最大である受電可能領域を初期受電領域として選択する（ステップＳ２４）。ステップＳ２３における判定がＹｅｓの場合、切替制御部７０Ａは検出電圧が第二閾値Ｖｔｈ２以上の隣接した２つの受電可能領域を初期受電領域として選択する（ステップＳ２５）。

　第二閾値Ｖｔｈ２は、例えば、以下のように設定される。図１１に示すように、受電コイル５０が、隣接する受電可能領域の境界付近にて送電コイル１２と対向する位置に配置された場合に、隣接する２つの受電可能領域の検出電圧の最小値を第二閾値Ｖｔｈ２として設定することができる。図１１の下側において、符号ａ１ないしａ３で示すのは、各受電可能領域ａ１ないしａ３の、送電コイル１２の受電コイル５０に対する位置変化に伴う誘導電圧値の推移である。

　切替制御部７０Ａは、選択された初期受電領域に共振回路が形成されるように切替部６０にてスイッチング処理を行い、選択された初期受電領域と送電コイル１２との間で磁界結合が生じて、処置部２２への無線給電が行われる。

　第一実施形態同様、切替制御部７０Ａは、電源装置から送電コイル１２への電力供給が行われている間は、受電領域の再選択処理を行う。図１０に、受電領域の再選択処理のフローチャートを示す。

　切替制御部７０Ａは、現在選択されていない受電可能領域（例えば、現在受電可能領域ａ１が受電領域として選択されている場合は、受電可能領域ａ２およびａ３）の誘導電圧を検出する（ステップＳ３１）。切替制御部７０Ａは、誘導電圧の検出結果を受信する（ステップＳ３２）。

　続いて、切替制御部７０Ａは、現選択領域（現在受電領域として選択されている受電可能領域）が１つであるかどうかを判定する（ステップＳ３３）。現選択領域が１つである場合、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、検出電圧が第一閾値Ｖｔｈ１以上の受電可能領域の有無について判定する。検出電圧が第一閾値Ｖｔｈ１以上の受電可能領域がある場合、切替制御部７０Ａはその受電可能領域を変更される二次受電領域として選択し（ステップＳ３５）、処理を終了する。一方、ステップＳ３４において、検出電圧が第一閾値Ｖｔｈ１以上の受電可能領域が無い場合、ステップＳ３６に進む。

　ステップＳ３６では、現選択領域と隣接し、且つ、検出電圧が第二閾値Ｖｔｈ２以上の受電可能領域の有無を判定する。ステップＳ３６における判定がＹｅｓの場合、切替制御部７０Ａは、現選択領域及び隣の検出電圧が第二閾値Ｖｔｈ２以上の受電可能領域を二次受電領域として選択する（ステップＳ３７）。

　図１１に示す第一閾値Ｖｔｈ１は、例えば以下のように設定される。送電コイル１２と受電コイル５０とが同じ長さで対向している場合（送電コイル１２と受電コイル５０との磁界結合が最大となる場合）に、受電コイル５０に生じる誘導電圧の９０％値を第一閾値Ｖｔｈ１として設定する。

　ステップＳ３６における判定がＮｏの場合、切替制御部７０Ａは現選択領域を維持し（ステップＳ３８）、処理を終了する。

　ステップＳ３３における判定がＮｏの場合、処理はステップＳ３９に進む。
ステップＳ３９では、現選択領域と隣接しており、検出電圧が第三閾値Ｖｔｈ３以上の受電可能領域の有無を判定する。ステップＳ３９における判定がＹｅｓの場合、切替制御部７０Ａは現選択領域のうち、ステップＳ３９で検出された受電可能領域に近い方の受電可能領域を二次受電領域として選択し（ステップＳ４０）、処理を終了する。

　図１１に示す第三閾値Ｖｔｈ３は、例えば、以下のように設定される。送電コイル１２と受電コイル５０の一つの受電可能領域とが同じ長さで対向している場合（送電コイル１２と受電コイル５０との磁界結合が最大となる場合）に、当該受電可能領域の両隣の受電可能領域に生じる検出電圧の最小値を第三閾値Ｖｔｈ３として設定する。

　ステップＳ３９における判定がＮｏの場合、処理はステップＳ４１に進む。
ステップＳ４１では、現選択領域が受電コイル５０の端部の受電可能領域を含み、且つ、現選択領域と隣接した受電可能領域の検出電圧が第四閾値Ｖｔｈ４以下の領域の有無を判定する。ステップＳ４１における判定がＹｅｓの場合、切替制御部７０Ａは現選択領域のうち第四閾値Ｖｔｈ４以下の受電可能領域からより離れた一つの受電可能領域を二次受電領域として選択し（ステップＳ４２）、処理を終了する。

　ステップＳ４１における判定がＮｏの場合、切替制御部７０Ａは現選択領域を維持し（ステップＳ４３）、処理を終了する。

　図１１に示す第四閾値Ｖｔｈ４は、例えば、以下のように設定される。送電コイル１２と受電コイル５０の一つの受電可能領域とが同じ長さで対向している場合（送電コイル１２と受電コイル５０との磁界結合が最大となる場合）に、当該受電可能領域から２つ離れた受電可能領域に生じる検出電圧の最小値を第四閾値Ｖｔｈ４として設定する。例えば、受電可能領域ａ１が送電コイル１２と対向している場合に、受電可能領域ａ３の検出電圧の最小値を第四閾値Ｖｔｈ４と設定する。

　二次受電領域の選択処理Ｓ３１～Ｓ４３の処理は、送電コイル１２への送電が終わるまで繰り返されてもよいし、処置部２２への通電が行われている間だけ繰り返されてもよい。

　本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、送電コイル１２よりも長い受電コイル５０が設けられていても、送電コイルとの磁界結合の強い一部の領域のみを受電領域として設定可能である。その結果、無線給電に用いる実質的な受電コイル長さが短縮され、送電コイルと受電コイルとの磁界結合が向上すること、及び受電コイルの配線による損失が低減されること、により伝送効率が向上する。また、操作者がトロッカ１０に対して挿入部２１を進退させる動作に応じて、最適な受電領域が選択されるように制御されるため、処置部２２に対して電力を安定的に供給できる。

　本実施形態によれば、受電コイル５０のうち、受電に使用されていない領域に発生する電圧に基づいて、送電コイル１２に対する受電コイル５０の相対位置を特定することができる。この結果、受電領域における受電を途切れさせずに受電領域の再選択処理を行うことができる。

［第三実施形態］
　本発明の第三実施形態について、図１２を参照して説明する。本実施形態に係る無線給電システムでは、受電コイル５０Ｂの受電領域の設定態様が上記実施形態と異なる。図１２は、本実施形態における受電部４０Ｂの回路図である。

　受電コイル５０Ｂは、受電コイル５０Ｂの中心軸Ｌ５０方向における複数の位置Ｐ３１～Ｐ３６に、それぞれ電線５２１Ｂ～５２６Ｂが接続されている。すなわち、一つの金属素線で形成された受電コイル５０Ｂの複数の位置Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５、Ｐ３６にそれぞれ第一電線５２１Ｂ、第二電線５２２Ｂ、第三電線５２３Ｂ、第四電線５２４Ｂ、第五電線５２５Ｂ、第六電線５２６Ｂが接続されている。受電コイル５０Ｂは、受電可能領域として、位置Ｐ３１と位置Ｐ３３との間の第一領域ｃ１、位置Ｐ３２と位置Ｐ３５との間の第二領域ｃ２、位置Ｐ３４と位置Ｐ３６との間の第三領域ｃ３は、受電コイル５０Ｂの中心軸Ｌ５０方向において等しい長さで設定されている。受電可能領域ｃ１～ｃ３の中心軸Ｌ５０方向の長さは、送電コイル１２の長さよりも長い。第一領域ｃ１は、他の領域に対して独立して送電コイル１２と磁界結合可能な領域に加えて、隣接する第二領域ｃ２にも含まれるオーバーラップ領域ｃ４を有する。つまり、第一領域ｃ１と第二領域ｃ２とはオーバーラップ領域ｃ４を共有している。同様に、第二領域ｃ２と第三領域ｃ３とはオーバーラップ領域ｃ５を共有している。

　さらに、本実施形態によれば、例えば、第一領域ｃ１が受電領域である状態から、端子６１２Ｂ及び端子６１４Ｂが接点６２と接続する状態にスイッチして第二領域ｃ２に受電領域を変更すると、第一領域ｃ１と第二領域ｃ２との間のオーバーラップ領域ｃ４は、連続して受電領域となる。したがって、受電領域を切り替える際に、受電をより円滑に行うことができる。

　本実施形態において、受電コイル５０Ｂの中心軸Ｌ５０方向の受電コイル５０Ｂのオーバーラップ領域ｃ４、ｃ５の長さを、送電コイル１２の長手方向の長さと略等しく設定すると、受電領域を切り替える際に、送電コイル１２からの受電を連続してより円滑に行うことができる。

　以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各実施形態における構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

　第一実施形態では、一つの金属素線で形成された一本の受電コイル５０の複数地点に電線を接続して受電コイルの領域を分ける例を挙げたが、第一実施形態の無線給電システム１は、複数の受電コイル及び電線を、中心軸方向に直列に並べる構成であっても実現できる。この場合。複数の受電コイルがそれぞれ受電可能領域を構成する。

本発明の医療用無線給電システムにおける医療機器が備えるエンドエフェクタは、上述した処置部には限定されず、電力が供給されて所定の機能を発揮するものであればよい。例えば、通電して使用する高周波ナイフや、撮像素子や光学系、照明機構等を備えた観察手段であってもよい。

　上記各実施形態では、案内管としてトロッカを例示したが、本発明の案内管も上述のトロッカには限定されない。したがって、体腔内に内視鏡や処置具を導入する際に用いるオーバーチューブ等を案内管として、本発明を適用することも可能である。

　本発明によれば、案内管を介した医療機器への無線給電における給電効率を向上させることができる医療用無線給電システムが得られる。

１０　トロッカ（案内管）
１１　筐体
１２　送電コイル（送電部材）
１４　挿通孔
１５　電磁シールド
２０　処置具（医療機器）
２１　挿入部
２２　処置部（エンドエフェクタ）
３０　電源装置（電力供給源）
５０、５０Ｂ　受電コイル（受電部材）
７０、７０Ａ、７０Ｂ　受電領域切替制御部
８０　受電領域電圧検出部
１　医療用無線給電システム
５２１、５２２、５２３、５２４、５２１Ａ、５２２Ａ、５２３Ａ、５２４Ａ、５２５Ａ、５２６Ａ　電線（電力線）
ａ１、ａ２、ａ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３　受電可能領域
ｃ４、ｃ５　オーバーラップ領域

Claims

　生体内に挿入される長尺の挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられたエンドエフェクタと、前記挿入部に配置される受電部材を有し前記エンドエフェクタに供給する電力を受電する受電部と、を有する医療機器と、
　前記挿入部が挿入され前記エンドエフェクタを前記生体内に案内する案内管と、
　前記案内管に配置され電力供給源と接続される送電部材と、を備え、
　前記受電部材は前記送電部材よりも長く構成され、
　前記受電部材は、独立して前記送電部材と磁界結合する複数の受電可能領域を有する医療用無線給電システム。
　前記受電可能領域の少なくとも一つを受電領域として選択する受電領域切替制御部をさらに備え、
　前記受電領域切替制御部は、前記送電部材と前記挿入部との前記長手方向における相対位置に応じて前記受電領域を選択する
　請求項１に記載の医療用無線給電システム。
　複数の前記受電可能領域による受電電力を検出する受電電力検出部をさらに備え、
前記受電領域切替制御部は、前記受電電力検出部により検出された複数の前記受電可能領域の前記受電電力に基づいて前記相対位置を検出する請求項２に記載の医療用無線給電システム。
　複数の前記受電可能領域の誘導電圧を検出する受電領域電圧検出部をさらに備え、
　前記受電領域切替制御部は、前記受電領域電圧検出部により検出された複数の前記受電可能領域の前記誘導電圧に基づいて前記受電領域を選択する
　請求項２に記載の医療用無線給電システム。
　前記受電部材は一本のコイルで構成され、前記コイルの中心軸方向の複数の位置に電力線を接続することによって、前記受電部材が複数の前記受電可能領域に分割される
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の医療用無線給電システム。
　前記送電部材の外方を囲むように電磁シールドが配置され、
　前記受電部材の前記受電可能領域は、前記長軸方向における前記電磁シールドの長さよりも短い領域に設定される
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の医療用無線給電システム。
　前記受電可能領域は、隣接する受電領域のいずれにも含まれるオーバーラップ領域を有する請求項１に記載の医療用無線給電システム。