JP2009261830A - Endoscope system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡装置に関し、特に、送気送水装置を備える内視鏡装置に関するものである。 The present invention relates to an endoscope apparatus, and particularly to an endoscope apparatus provided with an air / water supply apparatus.
内視鏡装置は、医療分野にて広く利用されている。内視鏡装置は、細長い挿入部を体腔内に挿入することによって、挿入部の先端部から体腔内の観察や処理を行うものである。体腔内は、温度約37℃、湿度約100%という環境下であるため、その湿気と温度差とによって観察光学系の外表面に曇りが生じ、観察像が見え難くなることが問題となっている。そこで、従来、観察光学系の外表面に撥水性(疎水性)コートを形成することにより、外表面に付着した水分を水玉状の液滴として、水切れ性を向上させることが行われている。 Endoscopic devices are widely used in the medical field. The endoscope apparatus performs observation and processing in the body cavity from the distal end portion of the insertion section by inserting a long and thin insertion section into the body cavity. Since the inside of the body cavity is in an environment of a temperature of about 37 ° C. and a humidity of about 100%, the outer surface of the observation optical system is clouded by the humidity and the temperature difference, which makes it difficult to see the observation image. Yes. Therefore, conventionally, by forming a water-repellent (hydrophobic) coat on the outer surface of the observation optical system, the water adhering to the outer surface is made into polka-dot droplets to improve the water drainage.
また、一般に、観察光学系の外表面には、体腔内に挿入された際に体液等が付着し、観察の妨げになる場合があるため、挿入部の先端部には、洗浄用の送気送水ノズルが設けられている。観察光学系の外表面は、送気送水ノズルから噴出される洗浄水及び空気により、洗浄及び乾燥が行われる。上記のように観察光学系の外表面に撥水性コートを施した場合、送気送水ノズルから外表面に噴き付けられた洗浄水は、水玉状の液滴となって外表面からはじかれやすくなるが、はじかれずに外表面上に残存した液滴が水玉状に凝集し、部分的に曇りが生じるといった問題があった。 Further, generally, body fluid or the like may adhere to the outer surface of the observation optical system when inserted into a body cavity, which may hinder observation. A water supply nozzle is provided. The outer surface of the observation optical system is washed and dried by washing water and air ejected from an air / water feeding nozzle. When a water-repellent coating is applied to the outer surface of the observation optical system as described above, the cleaning water sprayed from the air / water supply nozzle to the outer surface becomes droplets of droplets and is easily repelled from the outer surface. However, there is a problem that the droplets remaining on the outer surface without being repelled aggregate in a polka dot shape and partially cloudy.
かかる問題を解決するために、観察光学系の外表面に親水性処理を施すことが提案されている(特許文献1参照)。このように、観察光学系の外表面に親水性処理を施すことにより、外表面に付着した液滴は表面全体に拡散され、いわゆる濡れ性が向上するため、曇りが防止される。
しかしながら、上記特許文献1に記載のように、観察光学系の外表面を親水性とした場合には防曇効果が得られるが、撥水性が得られないため、送気送水時には、観察光学系の外表面に付着した液滴が吹き飛ばされにくく、洗浄性能が低下するといった問題がある。つまり、従来の技術では、防曇性能と洗浄性能とは相容れず、洗浄性能を向上させると防曇性能が低下し、防曇性能を向上させると洗浄性能が低下するという問題がある。 However, as described in Patent Document 1, when the outer surface of the observation optical system is made hydrophilic, an antifogging effect can be obtained, but water repellency cannot be obtained. There is a problem that the droplets adhering to the outer surface of the liquid are difficult to be blown off and the cleaning performance is deteriorated. That is, in the conventional technology, the antifogging performance and the cleaning performance are incompatible with each other, and there is a problem that when the cleaning performance is improved, the antifogging performance is reduced, and when the antifogging performance is improved, the cleaning performance is reduced.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、観察光学系の防曇性能及び洗浄性能の両立を図ることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an endoscope apparatus capable of achieving both an antifogging performance and a cleaning performance of an observation optical system.
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡装置は、内視鏡の先端部に配置された観察光学系の外表面に、親水性と疎水性との間で性質が可逆的に変化する薄膜を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the endoscope apparatus of the present invention reversibly changes between hydrophilicity and hydrophobicity on the outer surface of the observation optical system disposed at the distal end portion of the endoscope. A thin film is provided.
なお、前記薄膜は、温度により親水性と疎水性との間で性質が可逆的に変化するものであることが好ましい。 In addition, it is preferable that the said thin film changes a property reversibly between hydrophilic property and hydrophobicity with temperature.
また、前記薄膜は、相転移温度を界に、低温側で親水性、高温側で疎水性に変化することが好ましい。例えば、前記薄膜は、Poly−N−イソプロピルアクリルアミドからなる。 Moreover, it is preferable that the said thin film changes to hydrophilicity in a low temperature side, and hydrophobicity in a high temperature side with a phase transition temperature as a boundary. For example, the thin film is made of Poly-N-isopropylacrylamide.
また、前記薄膜を所定の温度に設定する温度制御手段をさらに備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to further comprise temperature control means for setting the thin film to a predetermined temperature.
また、前記観察光学系の外表面に向けて空気または洗浄水を噴出する送気送水手段と、前記送気送水手段による空気または洗浄水の噴出を開始させる操作手段と、前記操作手段の操作に応じて前記温度制御手段を動作させる動作制御手段とをさらに備えることが好ましい。 In addition, air / water supply means for ejecting air or wash water toward the outer surface of the observation optical system, operation means for starting the ejection of air or wash water by the air / water supply means, and operation of the operation means Accordingly, it is preferable to further include operation control means for operating the temperature control means.
また、前記薄膜は、電磁波により親水性と疎水性との間で性質が可逆的に変化するものであることも好ましい。この場合には、前記薄膜に電磁波を照射することにより、前記薄膜の性質を変化させる電磁波照射手段を備えることが好ましい。 Moreover, it is also preferable that the thin film has properties reversibly changed between hydrophilicity and hydrophobicity by electromagnetic waves. In this case, it is preferable to provide an electromagnetic wave irradiation means for changing the properties of the thin film by irradiating the thin film with an electromagnetic wave.
本発明によれば、観察光学系の外表面に、親水性と疎水性との間で性質が可逆的に変化する薄膜を設けたので、観察光学系の防曇性能及び洗浄性能の両立を図ることができる。 According to the present invention, since a thin film whose properties reversibly change between hydrophilicity and hydrophobicity is provided on the outer surface of the observation optical system, both the antifogging performance and the cleaning performance of the observation optical system are achieved. be able to.
図1において、内視鏡装置2は、電子内視鏡10、プロセッサ装置11、光源装置12、送気送水装置13などから構成されている。送気送水装置13は、光源装置12に内蔵されたポンプ13aと、洗浄水を貯留して送水を行う送水タンク13bとから構成されている。電子内視鏡10は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部14と、挿入部14の基端部分に連設された操作部15と、プロセッサ装置11や光源装置12に接続されるユニバーサルコード16とを備えている。
In FIG. 1, an endoscope apparatus 2 includes an electronic endoscope 10, a
挿入部14の先端には、撮像素子としてCCD40(図3参照)を内蔵した先端部17が連設されている。先端部17の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部18が設けられている。湾曲部18は、操作部15に設けられたアングルノブ19が操作されて、挿入部14内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部17が体腔内の所望の方向に向けられる。
A
ユニバーサルコード16の基端は、コネクタ20に連結されている。コネクタ20は、複合タイプのものであり、コネクタ20にはプロセッサ装置11が接続される他、光源装置12及び送気送水装置13が接続される。
The base end of the
プロセッサ装置11は、電子内視鏡10内に挿通された伝送ケーブルを介して電子内視鏡10に給電を行い、CCD40の駆動を制御するとともに、CCD40から出力された撮像信号を伝送ケーブルを介して受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置11で生成された画像データは、プロセッサ装置11にケーブル接続されたモニタ21に観察像として表示される。また、プロセッサ装置11は、コネクタ20を介して光源装置12と電気的に接続されており、内視鏡装置2の動作を統括的に制御する。
The
操作部15には、注射針や高周波メスなどが先端に配された各種処置具が挿通される鉗子口22、送気送水装置13から供給される空気や洗浄水による送気送水を行うための送気送水ボタン23、モニタ21に表示される観察像をフリーズさせるためのフリーズボタン24などが設けられている。
The
電子内視鏡10内には、送気送水装置13から空気または洗浄水が供給される送気送水管路41(図3参照)が挿通されている。送気送水管路41の先端側は、送気送水ノズル33(図2参照)に連通しており、基端側は、送気管路41a(図3参照)と送水管路41b(図3参照)とに分岐し、送気送水ボタン23を介して送気送水装置13に接続されている。送気送水ボタン23には、送気管路41aに連通した孔が形成されている。送気管路41aには、ポンプ13aから常に空気が供給されているため、送気送水ボタン23の孔を塞ぐことにより、送気管路41aがつながり、送気送水ノズル33から空気が噴出される。さらに送気送水ボタン23を押し込むと、送気管路41aが塞がれ、ポンプ13aから供給される空気が送水タンク13bに流れ込む。この空気が送水タンク13b内の洗浄水を押し出すことにより、送水管路41bに洗浄水が流れ込み、送気送水ノズル33から洗浄水が噴出される。
An air / water supply conduit 41 (see FIG. 3) to which air or washing water is supplied from the air /
図2において、先端部17の端面17aには、観察窓30、照明窓31、鉗子出口32及び送気送水ノズル33が設けられている。観察窓30は、端面17aの片側中央に配置されている。照明窓31は、観察窓30に関して対称な位置に2つ配され、体腔内の被観察部位に光源装置12からライトガイド60(図3参照)を介して導かれた照明光を照射する。鉗子出口32は、挿入部14内に配設された鉗子チャンネルに接続され、操作部15の鉗子口22に連通している。鉗子口22に挿通された各種処置具は、その先端が鉗子出口32から露出される。送気送水ノズル33は、上記のように操作部15の送気送水ボタン23の操作に応じて送気送水装置13から供給される空気や洗浄水を、観察窓30に向けて噴出する。
In FIG. 2, an observation window 30, an
観察窓30には、透光性のカバーガラス34が配設されており、カバーガラス34の外表面には、温度応答性高分子であるポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(以下、PIPAAmと略す)を表面処理により化学的に固着してなる透光性の薄膜35が形成されている。PIPAAmは、熱刺激により相転移を起こす温度応答性高分子であり、相転移温度である32℃を界に、低温側で親水性となり、高温側で撥水性(疎水性)となる性質を有する。カバーガラス34の周囲には、薄膜35を加熱するためのヒータ42(図3参照)が設けられており、ヒータ42の近傍には、温度センサ43(図3参照)が設けられている。詳しくは後述するが、観察窓30の洗浄は、薄膜35の温度を相転移温度以上とし、薄膜35を撥水性とした状態で行われる。
The observation window 30 is provided with a
図3において、カバーガラス34の後方には、対物レンズ44が配設されている。本実施形態では、カバーガラス34及び対物レンズ44が観察光学系を構成している。対物レンズ44の結像位置には、CCD40が配設されている。CCD40は、2次元配列された複数の光電変換素子を備え、観察光学系を介して入射した光を光電変換し、撮像信号として出力する。図示は省略するが、CCD40の受光面には、複数の色セグメントからなるカラーフィルタ(例えば、ベイヤー配列の原色カラーフィルタ)が配置されている。なお、CCDに代えて、CMOSセンサ等の他の撮像素子を用いても良い。
In FIG. 3, an
CCD40は、電子内視鏡10の操作部15に設けられたタイミングジェネレータ(TG)45及びアナログ信号処理回路(AFE)46に接続されている。TG45は、操作部15に設けられたCPU47からの制御に基づいて、CCD40の駆動パルス(垂直/水平走査パルス、リセットパルス等)とAFE46用の同期パルスとを生成し、CCD40及びAFE46に入力する。
The
AFE46は、相関二重サンプリング回路(CDS)48、自動ゲイン制御回路(AGC)49、及びアナログ/デジタル変換器(A/D)50により構成されている。CDS48は、CCD40から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、CCD40で生じるリセット雑音及びアンプ雑音の除去を行う。AGC49は、CDS48によりノイズ除去が行われた撮像信号を、所定のゲインで増幅する。A/D50は、AGC49により増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換し、前述のコネクタ20を介してプロセッサ装置11に入力する。
The
また、操作部15には、電力制御部51が設けられている。電力制御部51は、CPU47に入力される温度センサ43の検出データに基づき、ヒータ42に供給する電力を制御する。ヒータ42は、カバーガラス34を保持する不図示の保持枠の周囲にコイル状に巻装された電熱線からなる。電力制御部51は、送気送水ボタン23が押下され、CPU47により動作が開始された際に、カバーガラス34上の薄膜35の温度を相転移温度以上の所定値(例えば、36℃)とし、薄膜35が撥水性を保つように、ヒータ42の温度を一定に保つ。なお、本実施形態では、ヒータ42、温度センサ43、及び電力制御部51が特許請求の範囲に記載の温度制御手段に相当し、CPU47が特許請求の範囲に記載の動作制御手段に対応する。
The
送気送水ボタン23は、押下された際に操作信号を発生し、この操作信号をCPU47に入力する。CPU47は、送気送水ボタン23からの操作信号の入力に応じて、電力制御部51を動作させ、ヒータ42に電力を供給することにより薄膜35を加熱して、薄膜35を撥水性とする。送気送水ノズル33から噴出される洗浄水は、薄膜35上に吹き付けられるが、このとき薄膜35は撥水性となっているため、洗浄水が薄膜35上で液滴となってはじかれる。この液滴は、送気時においても容易に吹き飛ばされるので、効果的に洗浄がなされる。なお、本実施形態では、送気送水ボタン23が特許請求の範囲に記載の操作手段に相当する。
The air /
一方、CCD40により観察窓30を介して観察を行う際には、送気送水ボタン23の押下が解除され、CPU47には操作信号が入力されない。この場合には、電力制御部51が動作せず、ヒータ42には電力が供給されないため、薄膜35は相転移温度以下に低下して親水性となる。このとき、薄膜35上に残存している液滴が薄膜35の表面全体に拡散するため、防曇効果が得られ、良好な観察像が得られる。
On the other hand, when the
プロセッサ装置11には、CPU52、デジタル信号処理回路(DSP)53、デジタル/アナログ変換器(D/A)54などが設けられている。CPU52は、電子内視鏡10のCPU47及び光源装置12のCPU55と通信を行うとともに、プロセッサ装置11の動作制御を行う。DSP53は、CPU52の制御に基づき、電子内視鏡10のAFE46から入力された撮像信号に対し、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画像強調処理等を行い、画像データを生成する。D/A54は、DSP53により生成された画像データをアナログ信号に変換してモニタ21に出力する。このようにして、モニタ21には、電子内視鏡10による観察像が表示される。
The
光源装置12には、CPU55、光源56、光源ドライバ57、絞り機構58、集光レンズ59などが設けられている。CPU55は、プロセッサ装置11のCPU52と通信し、光源ドライバ57及び絞り機構58の制御を行う。光源56は、キセノンランプやハロゲンランプなどからなり、光源ドライバ57により駆動制御される。絞り機構58は、光源56の光射出側に配置され、集光レンズ59に入射される光量を増減させる。集光レンズ59は、絞り機構58を通過した光を集光して、光源装置12に接続された電子内視鏡10のライトガイド60の入射端に導く。ライトガイド60は、電子内視鏡10の基端から先端部17まで挿通され、出射端が前述の各照明窓31に接続されている。
The
上記のように構成された内視鏡装置2で体腔内を観察する際には、電子内視鏡10、プロセッサ装置11、光源装置12、及びモニタ21の各電源をオンにして、電子内視鏡10の挿入部14を体腔内に挿入し、光源装置12からの照明光で体腔内を照明しながら、CCD40により撮像される体腔内の画像(観察像)をモニタ21で観察する。
When observing the inside of a body cavity with the endoscope device 2 configured as described above, the electronic endoscope 10, the
通常、体腔内は、温度約37℃、湿度約100%という環境下であるため、電子内視鏡10の挿入部14を体腔内に挿入した際には、先端部17の温度は体腔内の温度より低く、その温度差と湿気とにより、観察窓30等には、水蒸気による水滴が付着する。このとき、観察窓30のカバーガラス34上の薄膜35は、相転移温度である32℃より低く、親水性となっているため、図4(A)に示すように、薄膜35上に付着した液滴70は表面全体に拡散する。これにより、防曇効果が得られ、良好な観察像が得られる。
Usually, since the inside of the body cavity is in an environment of a temperature of about 37 ° C. and a humidity of about 100%, when the
電子内視鏡10の使用により薄膜35上に体液等が付着し、観察の妨げになる汚れが生じた場合には、使用者は送気送水ボタン23を操作することにより、送気送水ノズル33から空気及び洗浄水を噴出させ、薄膜35の洗浄を行うことができる。送気送水ボタン23が押し込まれると洗浄水の送水が行われる。この際、送気送水ボタン23は、操作信号を発生してCPU47に入力する。CPU47は、操作信号の入力に応じ、送気送水装置13からから送水が行われる際に電力制御部51を動作させ、ヒータ42に電力を供給することにより薄膜35を加熱し、薄膜35を撥水性とする。このとき、送気送水ノズル33から観察窓30に洗浄水が噴出されるが、図4(B)に示すように、薄膜35上に付着した液滴71は、表面との接触角が大きな水玉状となるため、水切れ性が向上する。この液滴71は、送気の際に送気送水ノズル33から吹き付けられる空気を受けやすく吹き飛ばされやすいため、効果的な洗浄及び乾燥がなされる。
When body fluid or the like adheres to the thin film 35 due to the use of the electronic endoscope 10 and stains that hinder observation are generated, the user operates the air /
この後、送気送水ボタン23の押し込みが解除されると、電力制御部51の動作が停止する。薄膜35は、ヒータ42の停止や、送水による冷却効果、液滴の気化熱による冷却効果により、温度が相転移温度以下に低下する。このとき、体腔内と薄膜35との温度差により、観察窓30に曇りが生じることが懸念されるが、薄膜35が親水性となるため、防曇効果が得られ、良好な観察像が得られる。そして、体腔内の温度により、薄膜35の温度が上昇して撥水性となったとしても、そのとき、薄膜35は体腔内との温度差が小さいため、曇りが生じにくく、良好な観察像が得られる。
Thereafter, when the push of the air /
以上説明したように、本発明の内視鏡装置2では、観察光学系の外表面であるカバーガラス34の表面に、温度応答性を有し、親水性と撥水性(疎水性)との間で変化する薄膜35を形成しているので、防曇性能及び洗浄性能の両立を図ることができる。つまり、洗浄時には、薄膜35を撥水性として洗浄性能を高めることができ、挿入部14の挿入直後や洗浄後の薄膜35の温度は低く親水性となるため、観察時には、防曇性能を得ることができる。
As described above, in the endoscope apparatus 2 of the present invention, the surface of the
なお、上記実施形態では、観察窓30にカバーガラス34を設けているが、このカバーガラス34を設けず、観察窓30から対物レンズ44が露呈された構成としても良い。この場合には、対物レンズ44の表面が観察光学系の外表面となるため、この表面に薄膜35を形成すれば良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、薄膜35を加熱するためにカバーガラス34の保持枠にヒータ42を設けているが、このヒータ42を設けず、光源装置12からの光を、ライトガイド等で電子内視鏡10の先端部17に導いて上記保持枠に照射することにより、その輻射熱で薄膜35を加熱する構成としても良い。
In the above embodiment, the
さらには、薄膜35を加熱するための加熱装置を設けなくても良い。この場合には、薄膜35は、体腔内の熱を受けて温度変化することになるが、体腔内の温度は約37℃であって薄膜35の相転移温度(32℃)より高いため、使用時間が十分に経過すると、薄膜35は、相転移温度を超えて撥水性となる。この状態で薄膜35の洗浄を行うことにより、高い洗浄性能が得られる。洗浄後は、薄膜35は、温度が低下しては親水性となるため、防曇性能が得られる。 Furthermore, a heating device for heating the thin film 35 may not be provided. In this case, the temperature of the thin film 35 is changed by receiving heat in the body cavity, but the temperature in the body cavity is about 37 ° C., which is higher than the phase transition temperature (32 ° C.) of the thin film 35. When time passes sufficiently, the thin film 35 becomes water-repellent beyond the phase transition temperature. By cleaning the thin film 35 in this state, high cleaning performance can be obtained. After washing, the thin film 35 becomes hydrophilic when the temperature is lowered, so that anti-fogging performance is obtained.
また、上記実施形態では、温度刺激により親水性と撥水性との間で可逆的に変化する材料を用いて薄膜35を形成しているが、本発明はこれに限定されず、電磁波(可視光を含む)や電気刺激により親水性と撥水性との間で可逆的に変化する材料を用いても良い。図5は、電磁波刺激により親水性と撥水性との間で可逆的に変化する材料として、例えば、光触媒の一種である酸化チタンを用いてカバーガラス34の外表面上に薄膜80を形成した場合の内視鏡装置の構成例を示す。酸化チタンは、紫外線が照射された場合に、撥水性(疎水性)から親水性へと改質される性質を有している。
Moreover, in the said embodiment, although the thin film 35 is formed using the material which changes reversibly between hydrophilicity and water repellency by temperature stimulation, this invention is not limited to this, Electromagnetic waves (visible light) Or a material that reversibly changes between hydrophilicity and water repellency by electrical stimulation. FIG. 5 shows a case where the thin film 80 is formed on the outer surface of the
カバーガラス34の近傍には、ヒータ42及び温度センサ43に代えて、紫外線を発光する発光ダイオード(LED)81を配設している。LED81は、CPU47により発光制御が行われ、CCD40による観察時に、薄膜80に紫外線を照射する。これにより、薄膜80は、親水性へと変化して防曇性能が得られる。なお、その他の部分については、上記実施形態と同様であるため、同一の符号を付しており、説明を省略する。本実施形態では、LED81が特許請求の範囲に記載の電磁波照射手段に相当する。
In the vicinity of the
2 内視鏡装置
10 電子内視鏡
11 プロセッサ装置
12 光源装置
13 送気送水装置
14 挿入部
15 操作部
17 先端部
23 送気送水ボタン
30 観察窓
33 送気送水ノズル
34 カバーガラス
35 薄膜
40 CCD
42 ヒータ
43 温度センサ
47 CPU
51 電力制御部
70,71 液滴
80 薄膜
81 発光ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Endoscope apparatus 10
42 heater 43
51 Power control unit 70, 71 Droplet 80
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