CN110662475B - 自推进式内窥镜装置及其控制装置、控制方法 - Google Patents
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Abstract
内窥镜(100)具有：转速检测部(2032)，其根据来自编码器(114)的编码信号来检测马达(112)的转速；旋转异常判定部(2033)，其通过由转速检测部(2032)检测出的转速来判定旋转壳体104的旋转异常；以及LPF(2031)，其设置于转速检测部(2032)的紧前方，仅使要输入到转速检测部(2032)的信号中的、具有高频处置器具(20)的高频信号的频带以外的频率的信号通过而作为编码信号。在检测到尽管进行了控制使马达(112)停止、但马达(112)在旋转时，旋转异常判定部(2033)判定为旋转壳体(104)的旋转异常。
Description
技术领域
本发明涉及一种自推进式内窥镜装置及其控制装置、控制方法。
背景技术
作为插入到管腔内的内窥镜装置，已知自推进式的内窥镜装置。自推进式的内窥镜装置例如通过由利用马达使设置于插入部的周围的旋转壳体旋转而产生的推进力，使插入部进退。在这种内窥镜装置中，对由使用者进行的插入部的插入或者拔出操作进行辅助。
在此，自推进式内窥镜装置的马达被反馈控制。在该反馈控制中，根据与使用者对脚踏开关的踏下对应的目标值与通过设置于马达中的编码器测量出的马达的转速的实测值之间的偏差，来控制马达的驱动。在国际公开第2016/009711号中提出的插入装置通过低通滤波器(LPF)去除从脚踏开关等输入部输入的指示值中的高频噪音，从而提高反馈控制的精度。
发明内容
在自推进式内窥镜装置中，设置有判定旋转壳体的旋转异常的异常判定部。该异常判定部根据马达的转速来判定旋转壳体的转速是否大至所需转速以上、或者相反地在需要时旋转壳体未旋转等的旋转壳体的旋转异常。
在此，与通常的内窥镜装置同样地，自推进式内窥镜装置有时也与电刀等、通过高频信号对活体进行处理的高频处置器具一起使用。来自该高频处置器具的高频信号可能会对旋转壳体的旋转异常的判定产生坏影响。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种即使使用了高频处置器具，也能够正确地判定旋转壳体的旋转异常的自推进式内窥镜装置以及该自推进式内窥镜装置的控制装置、控制方法。
根据本发明的第1方式的自推进式内窥镜装置，所述自推进式内窥镜装置具有：旋转壳体，其以能够绕长度轴旋转的方式设置于细长形状的插入部的外周面；马达，其使所述旋转壳体旋转；驱动控制部，其对所述马达的驱动进行控制；转速检测部，其根据从编码器输出的编码信号，检测所述马达的转速，所述编码器检测所述马达的旋转位置；旋转异常判定部，其通过所述驱动控制部进行的所述马达的控制状态以及由所述转速检测部检测出的转速来判定所述旋转壳体的旋转异常；以及滤波器，其设置于所述转速检测部的紧前方，仅使要输入到所述转速检测部的信号中的下述信号通过而作为所述编码信号：该信号具有高频处置器具的高频信号的频带以外的频率。
根据本发明的第2方式的自推进式内窥镜装置的控制装置，所述自推进式内窥镜装置具有：旋转壳体，其以能够绕长度轴旋转的方式设置于细长形状的插入部的外周面；以及马达，其使所述旋转壳体旋转，其中，所述控制装置具有：驱动控制部，其对所述马达的驱动进行控制；转速检测部，其根据从检测所述马达的旋转位置的编码器输出的编码信号，检测所述马达的转速；旋转异常判定部，其通过所述驱动控制部进行的所述马达的控制状态以及由所述转速检测部检测出的转速来判定所述旋转壳体的旋转异常；以及滤波器，其设置于所述转速检测部的紧前方，仅使要输入到所述转速检测部的信号中的下述信号通过而作为所述编码信号：该信号具有高频处置器具的高频信号的频带以外的频率。
根据本发明的第3方式的自推进式内窥镜装置的控制方法，其中，该控制方法包括如下步骤：接受脚踏开关的操作，通过马达使旋转壳体旋转，该旋转壳体以能够绕长度轴旋转的方式设置于细长形状的插入部的外周面；根据从编码器输出的编码信号，检测所述马达的转速，所述编码器检测所述马达的旋转位置；通过检测出的所述转速来判定所述旋转壳体的旋转异常；在存在所述旋转异常时，进行警告，之后将所述马达的驱动状态的信息记录到信息记录部中；以及在不存在所述旋转异常时，在经过规定时间之后将所述马达的驱动状态的信息记录到信息记录部中。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的手术系统的结构例的图。
图2是示出LPF的滤波器特性的一例的图。
图3是用于说明手术系统的动作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的手术系统的结构例的图。手术系统1具有内窥镜装置10以及高频处置器具20。
内窥镜装置10具有内窥镜100、控制装置200、视频处理器300、显示器400以及VFG单元500。内窥镜100构成为经由设置于内窥镜100中的连接器116与控制装置200连接。
内窥镜100是具有插入部101以及操作部111的自推进式内窥镜装置。
插入部101是内窥镜100的前端的部分。该插入部101呈细长形状，柔软地构成。此外，在插入部101的前端设置有摄像元件102。摄像元件102对位于插入部101的前端侧的被摄体进行摄像，取得关于被摄体的图像数据。进而，在插入部101设置有自推进机构103。自推进机构103具有旋转壳体104以及螺旋管(Spiral tube)105。旋转壳体104以能够绕长轴旋转的方式设置于插入部101的外周面。螺旋管105以具有螺旋状的翼片(fin)的方式设置于旋转壳体104的周围。螺旋管105可以构成为能够从旋转壳体104拆卸。此外，螺旋管105可以构成为可使用后舍弃。
操作部111是由用户抓握的部分，具有用于进行内窥镜100的操作的各种操作部件。此外，操作部111具有马达112。马达112产生自推进机构103的驱动力。当马达112旋转时，其旋转运动从操作部111的内部经由设置于插入部101的传递部件113传递到旋转壳体104。伴随旋转壳体104的旋转，螺旋管105进行旋转。通过该螺旋管105的旋转，在插入部101中产生推进力。通过推进力，插入部101进行自推进。插入部101进行自推进，从而辅助由用户进行的插入部101的插入作业以及拔出作业。此外，在马达112的附近，设置有例如旋转式的编码器114。编码器114由刻度尺以及传感头构成。刻度尺例如安装于马达112，伴随马达112的旋转而旋转。在该刻度尺中形成有规定的周期图案(例如，光学图案)。传感头输出具有规定的相位差(例如，90度)的2相的编码信号，该规定的相位差与由相对于刻度尺的相对位移引起的图案变化对应。
此外，在操作部111连接有通用电缆115。在通用电缆115中设置有用于进行内窥镜100与控制装置200之间的信号的收发的各种信号线。该通用电缆115与连接器116连接。如上所述，内窥镜100与控制装置200经由连接器116连接。在该连接器116中，例如设置有由ROM构成的信息记录部117。信息记录部117中记录有内窥镜100的个体信息、旋转壳体104动作时的与旋转壳体104相关的驱动信息(供给到马达112的电流值的日志、旋转壳体104的旋转异常的有无的信息等)等。
进而，内窥镜100具有用于将处置器具等从操作部111插入到插入部101的前端的钳子孔118。钳子孔118是使高频刀这样的高频处置器具20等通过直至内窥镜100的前端的孔。从操作部111侧插入到钳子孔118中的高频处置器具20等的前端21构成为从插入部101的前端突出。用户能够使用从插入部101的前端突出的高频处置器具20等来进行治疗。
本实施方式中的高频处置器具20是构成为产生高频刀等的高频信号的高频处置器具。该高频处置器具20上连接有处置器具控制装置22。处置器具控制装置22对在高频处置器具20的前端21中产生的高频信号进行控制。处置器具控制装置22具有输出控制部23。输出控制部23在前端21产生与脚踏开关24的踏下对应的高频功率。在此，从安全性的观点出发，优选不同时进行高频处置器具20中的高频信号产生与插入部101的自推进。因此，在用户踏下脚踏开关24的期间，不进行用于使插入部101自推进的操作。当然，控制装置200也可以判定高频处置器具20的使用状态，根据该判定结果进行限制马达112的旋转的控制。
控制装置200具有脚踏开关201、驱动控制部202、旋转异常检测部203、信息保管部204以及写入部205。控制装置200由CPU、ASIC或者FPGA等构成。
脚踏开关201包括前进踏板以及后退踏板。由使用者踩踏前进踏板，从而发出用于使马达112正转的指示信号。由使用者踩踏后退踏板，从而发出用于使马达112反转的指示信号。
驱动控制部202对马达112的旋转动作进行控制。驱动控制部202使电流流过马达112，使得马达112按照与脚踏开关201的踏下对应的转速进行旋转。例如，驱动控制部202取得从编码器114输出的编码信号。并且，驱动控制部202控制流过马达112的电流的大小以及流向，使得从编码信号检测出的马达112的实际转速和与脚踏开关201的踏下对应的转速一致。此外，驱动控制部202向旋转异常检测部203输出从编码器114输出的编码信号。
旋转异常检测部203取得从编码器114输出的编码信号，并根据该取得的编码信号检测旋转壳体104的旋转异常。旋转壳体104的旋转异常例如是指尽管存在脚踏开关201的踏下但旋转壳体104也不旋转、或者相反地尽管不存在脚踏开关201的踏下但旋转壳体104也进行旋转的状态。该旋转异常检测部203具有低通滤波器(LPF)2031、转速检测部2032以及旋转异常判定部2033。这些LPF2031、转速检测部2032以及旋转异常判定部2033例如由FPGA构成。当然，LPF2031、转速检测部2032以及旋转异常判定部2033也可以由FPGA以外的ASIC等构成。
LPF2031设置于转速检测部2032的紧前方，仅使要输入到转速检测部2032的信号中的、具有比在高频处置器具20的前端产生的高频信号的频率低的频率的信号通过而作为编码信号。图2是示出LPF2031的滤波器特性的一例的图。图2的横轴为频率，图2的纵轴为在将对应的频率的1周期的例如m个样本的数据输入到LPF2031时，通过LPF2031的数据的样本数量。在本示例中，当在输入了m个样本的数据时通过LPF2031的数据的样本数量为n个以上时，设为检测到编码信号的边缘。检测到编码信号的边缘是指能够检测到刻度尺的图案变化。在该情况下，本实施方式中的LPF2031的截止频率fc为将从LPF2031输出的数据的样本数量设为小于n个样本的频率。在本实施方式中，这种截止频率fc被设定为比在高频处置器具20中使用的高频信号的频率低，且比编码信号的频率高的值。这是由于通常与编码信号的频率相比，在高频处置器具20中使用的高频信号的频率足够高。
转速检测部2032根据通过LPF2031之后的编码信号来检测当前的马达112的转速。例如，转速检测部2032通过对编码信号的边缘的数量进行计数，从而检测转速。
旋转异常判定部2033根据由驱动控制部202进行的马达112的控制状态以及由转速检测部2032检测到的转速来判定旋转壳体104的旋转异常。例如，当尽管电流从驱动控制部202流到了马达112、马达112也不旋转时，旋转异常判定部2033判定为存在旋转壳体104的旋转异常。马达112未旋转是指例如马达112的转速为零。并且，在这种情况下，旋转异常判定部2033通过显示器400或者VFG单元500通知用户存在旋转壳体104的旋转异常。此外，例如，当尽管电流未从驱动控制部202流到马达112、马达112也旋转时，旋转异常判定部2033判定为存在旋转壳体104的旋转异常。马达112旋转是指马达112的转速不为零。并且，在该情况下，旋转异常判定部2033通过显示器400或者VFG单元500通知用户存在旋转壳体104的旋转异常。
信息保管部204例如由RAM构成，例如临时保管由驱动控制部202生成的驱动信息。信息保管部204中保管的驱动信息在规定的写入时机被记录在内窥镜100的信息记录部117中。
写入部205对将信息保管部204中保管的驱动信息写入到信息记录部117中的时机进行判定。并且，在判定为是将驱动信息写入信息记录部117中的时机时，写入部205将信息保管部204中保管的驱动信息写入到信息记录部117中。写入部205通常按照每规定间隔将驱动信息写入到信息记录部117。但是，当认为在高频处置器具20中产生了高频信号时，写入部205不进行驱动信息的写入。如上所述，当不同时进行高频处置器具20中的高频信号的产生与插入部101的自推进时，在由用户踏下脚踏开关201的期间，在高频处置器具20中不产生高频信号。因此，写入部205判定为踏下脚踏开关201的期间是写入驱动信息的时机。在认为在高频处置器具20中产生了高频信号的时机不进行驱动信息的写入，从而防止在驱动信息中混入由在高频处置器具20中产生的高频信号引起的噪音而产生写入误差。
视频处理器300对由内窥镜100的摄像元件102进行摄像而得到的图像数据进行处理，生成显示图像数据。此外，视频处理器300根据显示图像数据，使由内窥镜100得到的图像显示于显示器400。
显示器400例如是液晶显示器，显示各种图像。该图像包括经由内窥镜100得到的显示图像以及用于通知旋转壳体104的旋转异常的显示图像。在旋转壳体104的旋转异常的通知时，视频处理器300接受来自旋转异常判定部2033的指示，将用于以画中画(PIP)形式通知旋转异常的显示图像包含于经由内窥镜100得到的显示图像中。
VFG单元500构成为具有例如多个LED指示灯，通过LED指示灯的亮灯数量来显示驱动控制部202使马达112中流过的电流的大小。流过马达112的电流的大小相当于马达112的扭矩的大小。此外，在旋转壳体104的旋转异常的通知时，VFG单元500通过与通常的显示不同的图案使LED指示灯点亮。
以下，对本发明的手术系统1的动作进行说明。图3是用于说明手术系统1的动作的流程图。通过控制装置200控制图3的动作。另外，与图3的动作并行地进行使基于由摄像元件102得到的图像的显示图像显示于显示器400的处理等。此外，在手术系统1的电源导通时，不管此时的处理的状态如何，都处理结束。
在步骤S101中，驱动控制部202判定是否存在脚踏开关201的操作。当在步骤S101中，判定为存在脚踏开关201的操作时，处理进入步骤S102。当在步骤S101中，判定为不存在脚踏开关201的操作时，处理进入步骤S109。
在步骤S102中，驱动控制部202控制流过马达112的电流，使得马达112的旋转速度成为与脚踏开关201的踏下对应的旋转速度。之后，处理进入步骤S103。
在步骤S103中，旋转异常判定部2033根据由驱动控制部202进行的马达112的控制状态以及由转速检测部2032检测到的转速，判定是否存在旋转壳体104的旋转异常。例如，在马达112的转速为零时，旋转异常判定部2033判定为存在旋转壳体104的旋转异常。在步骤S103中，由于踏下了脚踏开关201，因此马达112按照与脚踏开关201的踏下对应的旋转速度进行旋转。然而，当无论出于任何原因而导致马达112未旋转时，则存在旋转壳体104的旋转异常。当在步骤S103中，判定为存在旋转壳体104的旋转异常时，处理进入步骤S104。当在步骤S103中，判定为不存在旋转壳体104的旋转异常时，处理进入步骤S106。
在步骤S104中，旋转异常判定部2033通过显示器400或者VFG单元500对用户通知存在旋转壳体104的旋转异常。此时，可以构成为一并通知产生哪种异常。
在步骤S105中，写入部205将表示存在旋转壳体104的旋转异常的驱动信息写入到内窥镜100的信息记录部117中。之后，图3的处理结束。另外，写入部205也可以构成为判定是否正常地进行了驱动信息的写入。在该情况下，也可以构成为当未正常地进行了写入时，在下一个写入时机进行再次写入。
在步骤S106中，写入部205将驱动控制部202使马达112中流过的电流值等作为驱动信息保管在信息保管部204中。
在步骤S107中，写入部205判定是否经过了规定时间(例如，15秒)。当在步骤S107中，判定为经过了规定时间时，处理进入步骤S108。当在步骤S107中，判定为未经过规定时间时，处理返回步骤S101。
在步骤S108中，写入部205将信息保管部204中保管的驱动信息写入到内窥镜100的信息记录部117中。之后，处理返回步骤S101。另外，写入部205也可以构成为判定是否正常地进行了驱动信息的写入。在该情况下，可以构成为当未正常进行了写入时，在下一个写入时机进行再次写入。
在步骤S109中，旋转异常判定部2033根据由驱动控制部202进行的马达112的控制状态以及由转速检测部2032检测到的转速，判定是否存在旋转壳体104的旋转异常。例如，在马达112的转速不为零时，旋转异常判定部2033判定为存在旋转壳体104的旋转异常。由于在步骤S109中未踏下脚踏开关201，因此马达112本来不进行旋转。然而，有时由于来自体内的外力等的影响、马达112的短路故障等，会导致马达112旋转。在这种情况下，判定为存在旋转壳体104的旋转异常。当在步骤S109中，判定为存在旋转壳体104的旋转异常时，处理进入步骤S110。当在步骤S109中，判定为不存在旋转壳体104的旋转异常时，处理返回步骤S101。
在步骤S110中，旋转异常判定部2033通过显示器400或者VFG单元500对用户通知存在旋转壳体104的旋转异常。之后，图3的处理结束。此时，可以构成为一并通知产生了哪种异常。另外，在步骤S110的时机，由于未踏下脚踏开关201，因此不进行驱动信息的写入。另一方面，也可以构成为进行驱动信息的保管。
根据以上所说明的本实施方式，在用于在旋转异常判定部2033中判定旋转异常的转速检测部2032之前配置LPF2031，将通过该LPF2031之后的信号作为编码信号。如上所述，存在在未踏下脚踏开关201时使用高频处置器具20的可能性。在该情况下，由在高频处置器具20中产生的高频信号引起的噪音可能会重叠到编码信号中。利用截止频率比在高频处置器具20中产生的高频信号低的LPF2031，即使在高频处置器具20中产生了高频信号，也能够从输入到转速检测部2032中的信号中去除高频信号的成分。由此，例如，尽管在未踏下脚踏开关201的状态下马达112正常停止，也能够防止转速检测部2032由于由高频信号引起的噪音而进行转速的错误计数。由此，在本实施方式中，即使使用了高频处置器具，也能够正确地判定旋转壳体104的旋转异常。
此外，通过在转速检测部2032的紧前方配置LPF2031，从而即使在从马达112到转速检测部2032的路径中的任意处混入了由高频信号引起的噪音，输入到转速检测部2032的信号也是去除了高频信号的成分的信号。
以上根据实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，当然能够在不脱离发明主旨的范围内实施各种变形和应用。例如，在上述的实施方式中，以编码信号的频率比在高频处置器具20中产生的信号的频率低为前提而使用LPF。与此相反，在编码信号的频率比在高频处置器具20中产生的信号的频率高时，可以使用具有比在高频处置器具20中产生的信号的频率高的截止频率的高通滤波器(HPF)。即，配置在转速检测部2032的紧前方的滤波器只要是使在高频处置器具20中产生的信号的频带以外的频率的信号通过的滤波器即可。
Claims (12)
1.一种自推进式内窥镜装置，其中，所述自推进式内窥镜装置具有：
旋转壳体，其以能够绕长度轴旋转的方式设置于细长形状的插入部的外周面；
马达，其使所述旋转壳体旋转；
驱动控制部，其对所述马达的驱动进行控制；
转速检测部，其根据从编码器输出的编码信号，检测所述马达的转速，所述编码器检测所述马达的旋转位置；
旋转异常判定部，其通过所述驱动控制部进行的所述马达的控制状态以及由所述转速检测部检测出的转速来判定所述旋转壳体的旋转异常；以及
滤波器，其设置于所述转速检测部的紧前方，仅使要输入到所述转速检测部的信号中的下述信号通过而作为所述编码信号：该信号具有高频处置器具的高频信号的频带以外的频率。
2.根据权利要求1所述的自推进式内窥镜装置，其中，
在尽管所述驱动控制部正在进行使所述马达停止的控制、但通过由所述转速检测部检测出的转速而检测出所述马达正在旋转时，所述旋转异常判定部判定为所述旋转壳体的旋转异常。
3.根据权利要求1所述的自推进式内窥镜装置，其中，
所述编码器设置于所述马达的附近。
4.根据权利要求1所述的自推进式内窥镜装置，其中，
所述旋转异常判定部通过将由所述转速检测部检测出的所述马达的转速与基于所述驱动控制部输入到所述马达的电流的所述马达的转速进行比较，来判定所述旋转壳体的旋转是否异常。
5.根据权利要求1所述的自推进式内窥镜装置，其中，
所述高频处置器具的高频信号的频带比所述编码信号的频率高，
所述滤波器是低通滤波器，该低通滤波器具有比所述高频处置器具的高频信号的频带低、且比所述编码信号的频率高的截止频率。
6.根据权利要求1所述的自推进式内窥镜装置，其中，
所述自推进式内窥镜装置还具有：
脚踏开关，其用于所述马达的操作；以及
信息记录部，其记录所述马达的驱动状态的信息，
当不同时进行所述高频处置器具中的高频信号的产生与所述插入部的自推进时，在所述脚踏开关被操作了时，所述驱动控制部将所述驱动状态的信息记录到所述信息记录部中。
7.一种自推进式内窥镜装置的控制装置，所述自推进式内窥镜装置具有：旋转壳体，其以能够绕长度轴旋转的方式设置于细长形状的插入部的外周面；以及马达，其使所述旋转壳体旋转，其中，
所述控制装置具有：
驱动控制部，其对所述马达的驱动进行控制；
转速检测部，其根据从检测所述马达的旋转位置的编码器输出的编码信号，检测所述马达的转速；
旋转异常判定部，其通过所述驱动控制部进行的所述马达的控制状态以及由所述转速检测部检测出的转速来判定所述旋转壳体的旋转异常；以及
滤波器，其设置于所述转速检测部的紧前方，仅使要输入到所述转速检测部的信号中的下述信号通过而作为所述编码信号：该信号具有高频处置器具的高频信号的频带以外的频率。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中，
在尽管所述驱动控制部正在进行使所述马达停止的控制、但通过由所述转速检测部检测出的转速而检测出所述马达正在旋转时，所述旋转异常判定部判定为所述旋转壳体的旋转异常。
9.根据权利要求7所述的控制装置，其中，
所述编码器设置于所述马达的附近。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其中，
所述旋转异常判定部通过将由所述转速检测部检测出的所述马达的转速与基于所述驱动控制部输入到所述马达的电流的所述马达的转速进行比较，来判定所述旋转壳体的旋转是否异常。
11.根据权利要求7所述的控制装置，其中，
所述高频处置器具的高频信号的频带比所述编码信号的频率高，
所述滤波器是低通滤波器，该低通滤波器具有比所述高频处置器具的高频信号的频带低、且比所述编码信号的频率高的截止频率。
12.一种自推进式内窥镜装置的控制方法，其中，该控制方法包括如下步骤：
接受脚踏开关的操作，通过马达使旋转壳体旋转，该旋转壳体以能够绕长度轴旋转的方式设置于细长形状的插入部的外周面；
根据从编码器输出的编码信号，检测所述马达的转速，所述编码器检测所述马达的旋转位置；
通过检测出的所述转速来判定所述旋转壳体的旋转异常；
在存在所述旋转异常时，进行警告，之后将所述马达的驱动状态的信息记录到信息记录部中；以及
在不存在所述旋转异常时，在经过规定时间之后将所述马达的驱动状态的信息记录到信息记录部中。
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