JP5530029B2 - 医療用光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、医療施術の際に施術対象部に光を照射する医療用光源装置に関する。
医療施術(手術を含む)に用いる医療用光源装置として、医師等の操作者自身で施術の対象個所への光量を上げて充分な明るさを確保できるようにするために、操作者の頭部等身体に光源装置を装着して医療施術を行うことが知られている。
このように、身体に装着可能な光源装置としては、操作者の胸ポケットや帽子の鍔等に装着可能なクリップを具備したバッテリー内臓型の携帯用LEDライトが知られている(例えば、特許文献1を参照)。
また、ライト付きの帽子であって、LEDライトを鍔に取り付けると共に、ライトとは別体のバッテリーも帽子に収納するようにした構成も知られている(例えば、特許文献2及び特許文献3を参照)。
特開2006−185755号公報 特開2008−210547号公報 特開2009−293146号公報
しかしながら、身体に装着する光源装置では、身体を照射対象部に向けることで照射方向が決まるために、身体の向く方向と照射方向とを違えることはできなかった。
例えば、光源装置を身体の頭部に装着する医療用光源装置の場合においては、施術箇所に目線を合わせることで頭部がこの方向を向いて施術箇所が照明されるが、このとき目線の位置と施術箇所とは一致しており、この位置が照明範囲の中心位置として光が照射される。しかし、施術中に、照射範囲の中心位置と施術箇所とを合わせないで照明する状況も生じる。すなわち、施術箇所とは別の箇所の様子を確認しながら施術を行うような場合であり、このとき、この別箇所が照射範囲外であると、確認の都度、頭部を動かして照射範囲を施術箇所から別箇所に変えなければならず非常に煩わしい作業となる。
そのため、頭部の位置をこの別箇所に向けていない状態であっても、この別箇所にも照射範囲が及び、頭部を動かさずに目線だけを移動させれば済むような医療用光源装置が望まれている。
また、医療施術においては、例えば、血管や微細な箇所の切除や縫合等の施術によっては、短時間だけより多くの光量で照射させたいときがある。しかし、そのような場合、操作者の手先は施術箇所に集中しており、光量の切り換にスイッチ操作を行うと集中が途切れてしまうために手先を用いずに簡単に切り換え操作が行える医療用光源装置が望まれている。
上記の課題を解決するために、本発明は、設定によって照射方向を身体が向いている方向とずらせて状態に偏向することが可能な医療用光源装置の提供を目的としている。
そして、手先によるスイッチ操作を行わなくても光量の切り換えや照明のオン・オフを行うことができる医療用光源装置の提供を目的としている。
上記課題を解決するために、本発明による医療用光源装置は、操作者の身体に装着されて医療施術の対象部に光を照射する医療用光源装置であって、照光部と、前記照光部を前記操作者の身体に装着する保持具と、前記保持具に取り付けられる加速度センサと、前記照光部からの照射光の照射範囲の中心位置を設定する際、前記加速度センサが検出した加速度情報に基づいて前記中心位置を検出して前記中心位置の情報を保持する位置検出部と、前記位置検出部が検出した中心位置に前記照光部の光軸を設定する光軸調整部と、を備え、前記光軸調整部は、光軸の設定後に前記加速度情報が変化しても光軸の位置を維持することを特徴としている。前記保持具は、前記照光部と前記加速度センサとを前記操作者の頭部に装着することを特徴としている。
さらに、前記照光部からの照射光による照射角度を複数段階で調節可能な照射制御部を更に備えたことを特徴としている。
そして、前記加速度センサは、互いに直交するX軸、Y軸を有し、前記X軸は前記操作者の左右軸に沿い、前記Y軸は前記操作者の前後軸に沿うように前記保持具に取り付けられていることを特徴としている。このとき、加速度センサの保持具への取り付けには、予め角度を持たせていることを特徴としている。さらにZ軸を含む3軸センサであることを特徴としている。
また、前記光軸の設定を解除するために、前記位置検出部が保持している前記中心位置の情報をクリアするリセット手段を備えたことを特徴としている。
さらに、前記加速度センサが検出した加速度情報に基づいて前記操作者の動きを検出する動作検出部と、光量調整時に前記操作者が予め定められた動きを行ったことを前記動作検出部が検出したときバッテリー電源部から前記照光部に流れる電流の量を制御する光量制御部と、を備えることで、加速度センサから出力される加速度情報を照光部の光量の調整にも利用することができる。
ここで、前記照光部は、通電電流が定格値を上回っても耐久性を有する光源を備えて、前記光量制御部は、電流を増量する際、前記バッテリー電源部から前記照光部に流れる電流の平均値を所定期間だけ定格値から当該定格値よりも大きい増大値にすることを特徴としている。そのとき、前記所定期間は、前記増大値の電流が流れることによる前記光源の温度上昇時間特性に基づいて設定される。または、前記所定期間は、前記光源の温度上昇時間特性に基づいて当該光源の温度が最大許容値を超えない期間に設定される。
また、前記保持具に第2の加速度センサを取り付けて、前記光量制御部は、前記照光部に前記増大値の電流を流す制御を行っているときに、前記加速度センサが所定値以上の加速度を検出すると、前記照光部に流れる電流値を前記定格値に切り換えることを特徴としている。
操作者が発声する音声を認識する音声認識部を備えて、前記光量制御部は、前記音声認識部による認識音声又は前記加速度情報に基づいて、前記照光部に流れる電流量を制御することを特徴としている。
本発明によれば、照光部を装着する保持具に加速度センサを取り付けて、照光部による照射範囲の中心位置をそのときの身体の動きに伴う加速度情報の位置に設定することで、その後、身体を動かしても身体の向きと照射方向とは違えた状態に固定するものである。これにより、施術箇所とは別の箇所を確認しながら処置を行うような施術において、操作者は、身体の向きを固定したままで目線を変えるだけで両方が確認でき施術に集中することができる。
また、加速度センサにて検出する操作者の身体の動きにて光量の増減が調整できるために、操作者は手先にてスイッチを操作する必要がなく、医療用に用いて最適な光源装置が提供される。
本発明の実施形態に係る医療用光源装置の電気回路をブロックにて示す図である。 本発明の実施形態に係る制御部が照光部の点灯を制御する処理手順の一実施例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る医療用光源装置の電気回路をブロックにて示す図である。 本発明の他の実施形態に係る制御部が照光部の点灯を制御する処理手順の別の実施例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電流制御回路の一例を示す具体的な回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電流制御回路にパルス駆動方式を採用した回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る医療用光源装置を装着した状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る医療用光源装置のバッテリー保持ベルトの説明図である。 本発明の実施形態に係る医療用光源装置の保持具をヘッドバンドとしたときの説明図である。 光源からの光を拡散又は集束を切り換える構成を光の照射方向に沿った断面で示す概略的な説明図である。 音声認識技術を利用して照光部1のオン・オフや光量制御を行う場合の医療用光源装置の電気回路をブロックにて示す図である。 加速度センサを備えたときのMPUのタイマインターラプトによる割り込みの処理手順を示すフローチャートである。 操作者が対象物に応じて照射範囲を変更している状態を示す説明図である。 照射方向及び照射範囲が変更可能な照光部の構成を側断面にて示す説明図である。 照光部の照射方向及び照射範囲の変更制御を説明する機能ブロック図である。 (a)部は照射方向を設定する処理手順、(b)部は照射範囲を調整する処理手順を示すフローチャートである。 加速度センサを双眼ルーペに装着した構成の説明図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の実施形態に係る医療用光源装置の外観構成について説明する。図7は、操作者40が医療用光源装置を装着している状態を示し、照光部1は、操作者40が掛ける双眼ルーペで保持されて操作者40の頭部に装着されている。従って、この例では双眼ルーペが保持具7である。保持具7は、このような双眼ルーペに限るものではなく、帽子やヘッドバンドであっても良い。図9はヘッドバンドを保持具7とした例を示すもので、照光部1をヘッドバンドに取り付けている。このヘッドバンドは樹脂部材から成っており、操作者の頭にその弾性により保持することで固定できる。ヘッドバンドはこのような構成に限らず、また材質も布やゴム等による種々な形態がある。
図7に戻って、操作者40の身体の一部として、この例では腰にバッテリー保持ベルト8を巻いているが、このバッテリー保持ベルト8は、図8に示すように互いに接続された複数の充電式のバッテリー3を備えたバッテリー電源部11(図1)と、コントロールユニット10が取り付けられている。
バッテリー電源部11のバッテリー3はコントロールユニット10に繋がっており、コントロールユニット10はコード42を通して照光部1へ駆動電流を供給して照光動作を制御する。バッテリー電源部11のバッテリー3は複数個とは限らず、照光部1に長時間に亘って安定した電源を供給できるのであれば、大型の1個のバッテリー3で済む場合もあるが、このような重量のあるバッテリーでもバッテリー保持ベルト8に取り付けることで身体の一部に装着することができる。
また、コントロールユニット10は、コンセント41にプラグが差し込まれた充電器6が接続されるとバッテリー3への充電制御を行うが、バッテリー3への充電を行いながら照光部1による照光動作を行うことができる。
こうして操作者は、身体の一部に取り付けたバッテリー保持ベルト8にてバッテリー3を保持しながら施術を行うことができ、長時間の施術を必要とする医療用光源装置として好適である。また、充電しながらの作業も可能となる。
上記の医療用光源装置において、通常、照光部1の照射方向は身体(この例では頭部)の向く方向と一致しているが、本発明は、設定によって照射方向を身体が向いている方向とずらせて状態に偏向できるようにするものである。
図13を用いて具体的に説明すると、保持具7にて操作者の頭部111に装着されている照光部1は、操作者が施術を行う対象部Aを凝視している姿勢に合わせて、実線にて示す照射範囲Saで照射している。このとき、操作者が対象部Aに施術するのに対象部Bを確認しながら処置を行う必要があって、照射範囲を点線で示す範囲Sbに変更したいときは、いったん目線を対象部Aから対象部Bに移して、この目線の位置を照光部1の光軸の位置に設定することで、目線を対象部Aに戻しても照光部1の照射方向は対象部Bに向けられた状態に保持するものである。
このとき、目線を対象部Aから対象部Bに変更する頭部111の動きを加速度センサにて検出し、加速度情報が示す位置を照光部1による照射範囲の中心位置として光軸を設定することで、照射方向を身体が向いている方向とずらせて状態に偏向できる。そして、検出した加速度情報を記憶しておくことで、照射方向と身体が向いている方向とは、常に一定の関係で偏向させている。
照光部1による照射方向の偏向は、図14で示すように、光源素子101の光軸角を偏向部材105によって上下左右又は円周上を360度で変位させることで達成される。これにより、操作者は、対象部Aを施術しながら対象部Bを確認するのに、その都度、頭部111を動かすことがなく目線を変えるだけで済み施術に集中することができる。
また、照射範囲のSaからSbへの変更により対象部Aが照射範囲Sbから外れるようなときは、対象部Aを含むように照射角度を拡大して照射範囲Sbを拡げる。照射角度の拡大は、図14で示すように、光源素子101からの光を目標に向けて照射するためのリフレクタ102の開放角度αを大きくすることで行うことができる。例えば、図14に示すように、円錐形状を有するリフレクタ102の反射面の一部に光軸方向に沿って切り込みを設け、締付部材104によりリフレクタ102を外側から中心方向に締めたり弛めたりして、切り込みを入れたリフレクタ102の両端部103a、103bが重なり合う部分110の幅を調整することにより開放角度αを調整できる。
照射角度の拡大は、照射光の視野角を調整することでも可能である。図10にて光の視野角を調整する構成の一例を概略的に説明すれば、光源90の射光側の前面に、入射する光を反射させることで光源90からの光を拡散する複数のスリット92を備えた拡散部材91を配置する。拡散部材91は、モータ又はソレノイドによる駆動部93の駆動力にて、光源90の射光面上を実線位置と点線位置との間を移動可能としており、駆動部93にて拡散部材91を実線又は点線の位置に移動させることで、光源90の光の視野角を広げたり狭めたりすることができる。
また、液晶シャッターにより収束光と拡散光とに切り換える構成もあり、この場合には応答性が高く瞬時に切り換えることができる。
図15は、照光部1による照射範囲の変更を説明する機能ブロック図である。加速度センサ106は、照光部1と共に保持具7に取り付けることで操作者の動きを捉えることができる。図17は、加速度センサ106を双眼ルーペ87に装着した例を示している。
加速度センサ106には、機械式・光学式・半導体式と種々使用可能であるが、双眼ルーペや帽子またはヘッドバンドなどを保持具7として、操作者の頭部に装着される医療用光源装置としては小型化の点で半導体式が最適である。
そして、加速度センサ106は、互いに直交するX軸とY軸を有する2軸のセンサで、X軸は操作者の左右軸に沿い、Y軸は操作者の上下軸に沿うよう保持具7に取り付けられて、操作者の頭部の動きによる振動を検出して電気信号に変換し、信号ケーブル88によって出力する。
このとき、加速度センサ106が2軸のセンサであると、センサ部が垂直に立ってしまうと操作者による動きの変化分を検出できなくなることがある。その対策としては、操作者の姿勢が直立の場合でも加速度センサ106を作動させるためには、加速度センサ106の保持具7への取り付けに予め角度を持たせておくと良い。このように取り付けることで加速度センサ106は2軸のセンサでも十分であるが、この問題を完全に回避するには、3軸のデータの使用とジャイロセンサによる加速度検出を行うと更に良い。
また、加速度センサ106に3軸のセンサを用いれば、操作者の動き、特に上下の動きをY軸とZ軸とにより詳細に検出することができるため、設定する照射範囲の精度が高まって一層効果的である。
操作装置107は、操作者が照射範囲の変更時に操作する照射範囲選択スイッチ107aと、照射範囲の中心設定時に操作する中心設定スイッチ107bと、他にリセットスイッチ107cとを備えている。
位置検出部108は、加速度センサ106が出力するX、Yの加速度の値から操作者の頭部111の上下左右の位置を検出する。そして、位置検出部108は、操作装置107の中心設定スイッチ107bが操作されると、このときの加速度情報が示す位置を中心位置として記憶し光軸調整部109に出力する。
光軸調整部109は、中心位置情報に基づいて駆動装置Mを駆動し偏向部材105を変位させて、発光素子101の光軸をこの中心位置に合わせて偏向させる。このように、図13で操作者が目線を対象部Aから対象部Bに移動させて中心設定スイッチ107bを操作すると、対象部Bが照射範囲の中心位置となり、操作者が目線を対象部Bから対象部Aに戻しても照射範囲はSbに維持される。
照射範囲を偏向させることで、照射範囲Sbに実際に施術を行う対象部Aが含まれなくなったときは、操作装置107の照射範囲選択スイッチ107aを操作して照射範囲を拡大する。この操作に応答して、照射制御部110は、駆動装置Mを制御して締付部材104によるリフレクタ102の締め付けを3段階に調節することで開放角度αを調整する。このとき、照射制御部110は、照射範囲選択スイッチ107aの操作回数に応じて駆動装置Mを制御して照射範囲を変更する。
また、操作装置107は、リセットスイッチ107cを操作するとリセット信号Rを位置検出部108及び照射制御部110に出力する。位置検出部108は、リセット信号Rにより記憶している加速度情報をクリアすることで光軸調整部109による光軸の偏向状態は解除されて、照光部1の照射方向と操作者の頭部が向いている方向とは一致するようになる。また、照射制御部110は、リセット信号Rの入力により、照射範囲をデフォルトで設定されている一番狭い範囲とするよう締付部材104を調整する。
頭部の動きを検知する加速度センサ106を利用して、照光部1のオン・オフや光量制御を行うことができる。この場合、位置検出部108は、照射範囲選択スイッチ107aと中心設定スイッチ107bとが同時に押されていると、加速度情報を照明制御部112に出力する。
これにより、照明制御部112は、頭部の右方向の移動にて光量を増大するよう照光部1を制御し、左方向の移動にて光量を減少するよう照光部1を制御する。また、照明制御部112は、頭部の上方向の移動にて照光部1を点灯させ、下方向の移動にて照光部1を消灯させる。
このように、加速度センサ106にて頭部の動きを検知して、操作装置107に適宜スイッチ操作を行うことにより、照光部1の照射範囲の設定及びそのオン・オフや光量制御を行うことができる。
以上、本発明に係る医療用光源装置の制御構成を機能ブロックにより説明してきた。図1は、本発明の一実施形態に係る医療用光源装置の電気回路をブロック図にて示すもので、マイクロプロセッサユニット(以下、単にMPUと言う)には、電流制御回路2と、照光部1のオン・オフ時に操作される照明スイッチ5と、充電式のバッテリーを複数接続して成るバッテリー電源部11と、このバッテリー電源部11を充電する充電器6としてのACアダプタと、加速度センサ106と、締付部材104の駆動装置Mと、偏向部材の駆動装置Mと、操作装置107とを接続している。操作装置107は、上記したように照射範囲選択スイッチ107aと中心設定スイッチ107bとリセットスイッチ107cを含むものである。尚、MPU、電流制御回路2、照明スイッチ5及び操作装置107は、前記したコントロールユニット10に収容されておりバッテリー保持ベルト8にて操作者の身体に保持される。
照光部1は、電流制御回路2に接続されており、電流制御回路2は、MPUからの制御信号に応じて、バッテリー電源部11から照光部1への通電電流を調整することで点灯や光量の増減を制御する。このとき、MPUは、照射範囲選択スイッチ107aと中心設定スイッチ107bとが同時に押されている状態で、加速度センサ106が操作者の頭部の動きを検知して出力する加速度情報に基づいて、前記制御信号を電流制御回路2に出力する。
本実施形態においては、電流制御回路2は、光量増大の制御信号がMPUから供給されると、照光部1に流す平均電流値を定格値から当該定格値よりも大きい増大値の電流を供給して明るく発光させる。したがって、照光部1を熱から保護するために高出力で発光する期間を制限する必要がある。
しかし、操作者が身体に装着する光源装置の場合、操作者自身から光を照射するために操作者にとっての必要な照度は確保されており、しかも医療用の場合には、長時間に及ぶ手術であっても特別に照度を上げることが必要な高い精密度が要求される作業時間は限られているために、高出力で発光する期間に制限があっても実用上の問題は生じない。逆に、長期間での高出力の発光に備えた放熱対策や大容量のバッテリーが必要とせず、小型化が図れて身体に装着する光源装置としては好ましい。
照光部1の光源は、LED素子に限定されておらず、通電電流が定格値を上回っても直ちに破損することがなく、ある程度の耐久性を有する光源であれば良く、例えば、ハロゲンランプやキセノンランプがある。しかし、通常のガス入りの白熱電球は、通電電流が定格値を上回るとフィラメントの折損を生じるために好ましくない。ハロゲンランプは、白熱電球と同様にタングステンのフィラメントを有するが、ランプが高温になってタングステンが昇華しても、ハロゲンサイクルと呼ばれる化学反応によりタングステンがフィラメントに戻るため、熱からの耐久性を有している。また、フィラメントを有さないキセノンランプは、更に高い耐久性を有している。
また、MPUは、バッテリー電源部11の電源容量をチェックしており、電圧低下を検知するとインジケータ9を点灯させて警告し、そして、充電器6が制御部4に接続されると、制御部4は充電器6からバッテリー電源部11におけるバッテリーを充電するための電流供給を制御して充電を行う。
図15での照射範囲の設定で説明した位置検出部108、光軸調整部109及び照射制御部110の各機能ブロックは、MPUが照射範囲を設定する処理手順でプログラムされている。図16の(a)部は照射方向を設定する処理手順、(b)部は照射範囲を調整する処理手順のフローチャートを示している。
図16の(a)部において、MPUは中心設定スイッチ107bが操作されるのを検出すると、ステップS101の処理となり加速度センサ106が検出している加速度データを入力する。そして、ステップS102の処理において、MPUは、取り込んだ加速度データのX、Yの位置が照射範囲の中心位置となるよう駆動装置Mを駆動し、偏向部材105を調整して照光部1の光軸を合わせ、照射方向を頭部の位置からずれた状態に偏向させる。
次に、MPUは、ステップS103において、メモリMに加速度情報を記憶しておき、照光部1の照射方向と身体が向いている方向とを常に一定の関係で偏向させた状態に保持する。MPUは、リセットスイッチ107cが操作されるとメモリMをクリアして、光軸のX、Yの位置がそれぞれ“0”になるように駆動装置Mを駆動させて偏向状態を解除する。
図16の(b)部において、MPUは、照射範囲選択スイッチ107aが操作されるのを検出すると、ステップS201でスイッチ107aの操作回数を計数して、ステップS202ではその回数に応じて、駆動装置Mを駆動させて締付部材104を調整し照射範囲を拡大する。MPUは、リセットスイッチ107cが操作されると、照射範囲は最小の照射範囲となるように駆動装置Mを駆動する。
加速度センサ106を利用して、操作者の頭部の動きによって照光部1のオン・オフ及び光量を調節するMPUの制御について、図2のフローチャートで説明する。この場合、加速度センサ106による加速度情報に基づいて操作者による頭部の所定の動きを検出する動作検出部と、所定の動きが検出されたとき、電流制御回路2を制御してバッテリー電源部11から照光部1に流れる電流量を調整する光量制御部の機能はMPUによるプログラムの処理にて達成される。
先ず、MPUは、操作装置107のスイッチ107a、107bが同時に押されている状態で加速度センサ106にて操作者の頭部の上方への動きを検出したとき処理手順をスタートさせて、照光部1に定格値の電流を供給するよう電流制御回路2を制御する(ステップS1)。このとき電流制御回路2は、バッテリー電源部11から照光部1に流れる平均電流値が定格値となるようMPUによって制御されている。尚、本例においては、照光部1のオン・オフについては、照明スイッチ5の操作にても行うことができる。
そして、MPUはレジスタRにタイマT2フラグF1をセットしているかを確認し(ステップS2)、セットしていなければステップS4に進むが、セットしているとレジスタRのタイマT2にタイマ値を加算してタイマ計時を行う(ステップS3)。このステップS2及びステップS3の処理については後に明らかとなるが、ここではタイマフラグT2をセットしておらず、MPUはステップS4の処理となる。
ステップS4において、MPUは、スイッチ107a、107bの同時押し状態において、操作者が頭部を下方へ動かして「消灯指示」をしていないかを加速度センサ106により確認し、頭部が下方に動いていなければ、次のステップS5にて、MPUは、操作者の頭部が右方向に動かして「光量増大指示」をしていないかを加速度センサ106にて確認する。「光量増大指示」があったときは、MPUはレジスタRで計時しているタイマT2が終了しているかを確認する(ステップS6)。この場合、タイマT2による計時動作を行っていないため、次のステップS7に進み、MPUは、増大光量フラグF0をレジスタRにセットする。
本例においては、光量の増大は2段階に調整でき、一度、操作者が頭部を右に移動させた状態で、さらにスイッチ107a、107bを同時押しの状態で頭部を右に移動させると、より高い増大電流が照光部1のLED素子に流れて最大光量で発光させる。よって、MPUは、光量増大が1段階であるか又は2段階であるかを識別するデータ増大光量フラグF0に書き込む。
そして、MPUは、「光量増大指示」に応じて照光部1からの光量を増大すべく、電流制御回路2に制御信号を出力する(ステップS8)。この光量増大制御により、照光部1に流れる平均電流値は、定格値から当該定格値よりも大きい増大値となる。
照光部1に定格値よりも大きい増大値の電流が流れると、LED素子はその温度上昇特性に応じて発熱し不具合を生ずるために、MPUが照光部1に定格値よりも大きい増大値の電流を流す時間は、LED素子の温度上昇特性に基づく所定期間に定められている。具体的には、この所定期間は、LED素子の温度上昇時間特性に基づいて当該LED素子の当該所定期間内の温度が最大許容値を超えないように設定されている。
よってMPUは、光量増大制御を行った後、レジスタRのタイマT1にタイマ値を加算してタイマT1計時を行う(ステップS9)。そして、加算の結果、タイマT1の値が所定の判定値に達したかを判定することで、タイマ時間が前記所定期間経過したかを判定する(ステップS10)。このとき光量の増大は2段階で制御しているために、最大光量のときはこの所定期間が短くなるように設定しており、MPUは、ステップS7で増大光量フラグF0にセットした増大光量に応じて、タイマT1の値の判定値を変えるようにプログラムされている。
最大光量のときは、例えば、通常の定格電流供給時と比べて光量を40%アップさせて、前記所定期間として20分のタイマ時間を設定しており、1段階での光量増大時には、通常の定格電流供給時と比べて光量を30%アップさせるために、前記所定期間として30分のタイマ時間が設定される。
ステップS10において、MPUは、タイマ時間内であると判断したときは、頭部の下方の動きにより「消灯指示」されていないかを確認し(ステップS13)、「消灯指示」が無ければステップS14からの処理を行う。この場合に操作者が頭部を右に移動して、1段階の光量増大から最大光量への「光量切換指示」を行っている場合、又は頭部を左に移動して最大光量から1段階での光量増大への「光量切換指示」を行っている場合には、ステップS15の処理となる。よって、MPUは、この「光量切換指示」に応じて増大光量フラグF0の内容を書き換えると共に、レジスタRのタイマT1にタイマ値を補正し、続いて、ステップ16にて「光量切換指示」された光量での発光に切り換えて、ステップS9からの動作を繰り返す。従って、増大値の電流が継続して照光部1に流れ、LED素子は通常よりも明るく発光している。
かかる光量増大時に、頭部の下方の動きにより「消灯指示」がされると(ステップS13)、MPUは電流制御回路2を制御して照光部1への電流の供給を停止させ照光部1の点灯を終了する(ステップS12)。同時に、制御部4は、レジスタRの内容をすべてクリアして初期状態となる。
一方、MPUは、ステップS10にてタイマ時間T1の終了を確認すると、レジスタRにタイマT2フラグF1をセットすると共に増大光量フラグF0をクリアした後(ステップS11)、ステップS1の処理となり、照光部1への供給電流を定格値に切換えてLED素子の発光を通常状態に切り換えて、ステップS2からの動作となる。
このように、いったん照光部1の光量を増大させた後、再び定格値の電流を流して通常の光量に戻した状態でステップS2の処理となると、MPUは前のステップS11の処理にてレジスタRにタイマT2フラグF1をセットしているために、続いてステップS3の処理となり、レジスタRのタイマT2にタイマ値を加算してタイマT2計時を行う。そして、MPUは、操作者の頭部の動きから「消灯指示」の有無を確認し(ステップS4)、「消灯指示」が無ければ、次に操作者からの「光量増大」の有無を確認し(ステップS5)、無ければステップS2に戻る。
MPUは、ステップS5にて、操作者の頭部の動きにて「光量増大指示」されると、次のステップS6にてタイマT2の値が所定の判定値に達したかを判定することで、タイマT2時間が所定期間経過したかを判定する。このときの所定期間は、照光部1に増大値の電流を流した後、LED素子の温度が定格許容値以下に低下するまでの前述した時間である。
タイマT2が所定期間に達していなければ、そのままステップS2からの処理となり、LED素子の発光を通常状態に維持してタイマT2の計時を行う。したがって、照光部1の光量を増大させ、再び定格値の電流を流して通常の光量に戻した後からのタイマT2の期間内においては、MPUは、操作者が頭部の右方向への移動により「光量増大指示」を行っても増大値の電流を流すことはない。
そして、タイマT2が所定期間を経過しているときは、タイマT2フラグF1をクリアしてステップS7に進み、MPUは、レジスタRに増大光量フラグF0をセットし、照光部1に増大値の電流を流すよう電流制御回路2を制御する。
上記の一連の制御による光量増大制御は、照光部1が発熱によるLED素子の劣化防止が保障されているタイマ時間の範囲内で定格電流を上回る増大値の電流を流すものである。これに対して、定格電流を上回る増大値の電流を流したときの照光部1の上昇温度を温度センサにて検知することでもLED素子の劣化防止が図れる。
図3は、温度センサを設けた医療用光源装置の電気回路をブロック図にて示すもので、回路の構成要素において図1と同じ機能を有するものは同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態においては、サーミスタ等による温度センサ15を設けて照光部1のLED素子の温度を測定している。図3の電気回路におけるMPUによる照光部1の点灯を制御する処理手順を、図4のフローチャートにて以下に説明する。
MPUは、操作装置107のスイッチ107a、107bが同時に押されている状態で加速度センサ106にて操作者の頭部の上方への動きを検出すると、又は照明スイッチ5の操作により処理手順をスタートさせて、照光部1に定格値の電流を供給するよう電流制御回路2を制御する(ステップS21)。電流制御回路2は、バッテリー電源部11から照光部1に流れる平均電流値が定格値となるようMPUによって制御されている。
そして、MPUは、操作者による頭部の上方への移動による「消灯指示」を行っているかを確認し(ステップS22)、「消灯指示」が無ければ、次に、操作者による頭部の右方向への移動を確認して「光量増大指示」を行っているかを確認する(ステップS23)。「光量増大指示」が無い場合、MPUはステップS22からの処理の繰り返しとなるが、ステップS22にて、「消灯指示」行われていると、ステップS33の処理となりMPUは照光部1へのバッテリー電源部11からの電流供給を停止するよう電流制御回路2を制御して発光動作を停止する。
一方、MPUは、ステップS23にて、「光量増大指示」が行われているのを検出すると、温度センサ15からの出力を取り込んで温度を検知し、検知温度が所定温度、例えば、光源がLSD素子の場合は80°C、または余裕を見越したそれ以下の温度、であるかを判定し(ステップS24)、所定温度未満であればレジスタRに増大光量フラグF0をセットする(ステップS25)。増大光量フラグF0は操作者が頭部を右方向に1回又は2回動かしたかによって、1段階での光量増大又は最大光量を識別するデータである。
続いて、MPUは、増大光量フラグF0の内容から、操作者が頭部の動きで指示した1段階での増大光量又は最大光量とすべく電流制御回路2を制御する(ステップS26)。この光量増大制御により、照光部1に流れる平均電流値は定格値から当該定格値よりも大きい増大値の電流が流れる。
そして、次のステップS27にて、操作者による頭部の動きにて「消灯指示」が行われていないかを確認し、無ければステップS28の処理に進み、増大光量の切り換えの指示があるかを確認する。1段階の光量増大に応じた光量増大制御を行っている状態で、操作者が頭部を右方向に移動させると、MPUはステップS29にて増大光量フラグF0の内容を、最大光量を識別するデータに書き換える。そして、次のステップS30にて照光部1からの光量を更に上げるべく電流制御回路2を制御して、ステップS31の処理となる。一方、操作者が最大光量の制御を行っている状態で、操作者が頭部を左方向に移動させると増大光量を低下させて1段階の光量増大状態に変更する。
また、ステップS28において、「光量切換指示」が無いことを確認したときはステップS31の処理に進むため、増大光量を変更することなく今までの発光状態が継続される。
ステップS31においては、MPUは、温度センサ15からの出力を取り込んで温度を検知し、検知温度が所定温度未満の温度であるかを判定する。所定温度以上であれば、ステップS27からの動作を繰り返す。従って、操作者の増大値の電流が継続して照光部1に流れ、何れの場合もLED素子は通常よりも明るく発光している。
ステップS27において、MPUが、操作者の頭部の動きにより「消灯指示」を行っていることを確認すると、ステップS33の処理となり、電流制御回路2を制御して照光部1への電流の供給を停止させ照光部1の点灯を終了する。
照光部1のLED素子からの光量の増大が行われている状態で、温度センサ15による検知温度が所定温度に到達していることをステップS31にて検知したときは、レジスタRの増大光量フラグF0をリセットしてステップS21の処理となり、MPUは照光部1への供給電流を定格値に切換えて光量増大制御を終了し、ステップS22からの処理となる。
そして、MPUは、操作者による頭部の動きにて「消灯指示」が行われていることを確認すると、電流制御回路2を制御して照光部1への電流の供給を停止させる(ステップS33)。同時に、制御部4は、レジスタRの内容をリセットして初期状態となる。
操作者による「消灯指示」が無い場合は、MPUは照光部1に定格電流を供給するよう電流制御回路2を制御しており、照光部1は通常の光量で発光している。そして、MPUは、「消灯指示」が無いことをステップS22にて確認し、次のステップS23にて、「光量増大」の指示を確認するとステップS24の処理となる。そして、MPUは、温度センサ15からの出力を取り込んで温度を検知し、検知温度が所定温度を超えているかを判定し(ステップS24)、未満であればレジスタRに操作者の頭部の動きによる1段階での光量増大又は最大光量の指示に応じた増大光量フラグF0をレジスタRにセットして(ステップS25)、再び光量増大制御を繰り返す。従って、LED素子の温度が所定未満であることをステップS24にて確認している間は光増量終了後でも光量増大を再開することができる。
電流制御回路2の具体的な回路構成を示して、制御部4におけるMPUによる照光部1への供給電流の制御について説明する。尚、電流制御回路2の構成を図5及び図6にて2通り例示するが、図1及び図2の何れの実施形態の電流制御回路2で用いても良い。
図5に示す電流制御回路2は、電源Vccに照光部1の光源であるLED素子29とそのコレクタ側で接続される駆動トランジスタQ1と、このトランジスタQ1のエミッタ側に接続される抵抗回路12とを接続して成る。そして、MPUは抵抗R11を通してトランジスタQ1のベースをポートaで接続して、そのオン/オフを制御する。
抵抗回路12は、トランジスタQ1のエミッタと一端で接続されて他端が接地されている抵抗R1と、この抵抗R1と並列接続されるトランジスタQ2及び抵抗R2の直列回路と、やはり抵抗R1と並列接続されるトランジスタQ3及び抵抗R3の直列回路とから成る。そして、トランジスタQ2のベースは抵抗R12を通して制御部4のポートb、トランジスタQ3のベースは抵抗R13を通して制御部4のポートcに接続されて、制御部4によりそれぞれそのオン/オフが制御される。ここで、抵抗R11、抵抗R12、抵抗R13は、接続される各トランジスタへのベース電流を制限するために設けられる。
抵抗回路12の抵抗値は抵抗R1、R2及びR3の合成抵抗値によって定まり、トランジスタQ2及びトランジスタQ3がオフしている通常状態で電流制限抵抗値はR1で、トランジスタQ2がオンでトランジスタQ3がオフのときはR1・R2/(R1+R2)、トランジスタQ2及びトランジスタQ3が共にオンのときはR1・R2・R3/(R1+R2+R3)となる。
このとき、抵抗R1、R2及びR3の抵抗値を、R1>R1・R2/(R1+R2)>R1・R2・R3/(R1+R2+R3)となるように設定し、抵抗値がR1のときLED素子29への供給電流は定格値で、電流制限抵抗値がR1・R2/(R1+R2)のときの供給電流は増大値、電流制限抵抗値がR1・R2・R3/(R1+R2+R3)のときの供給電流は更に増大するようにしている。これにより、制御部4がトランジスタQ2及びトランジスタQ3の何れもオフさせたときは、LED素子29には定格値の電流が供給されて通常の発光量であるが、トランジスタQ2をオンさせると増大値の電流が供給されて発光量が増し、トランジスタQ2及びトランジスタQ3を共にオンさせると、さらに供給電流が大きくなり発光量が増大する。
したがって、MPUは、スイッチ107a、107bの同時押し状態で加速度センサ106にて操作者の頭部が上方向に移動するのを検知すると、トランジスタQ2及びトランジスタQ3をオフさせる。そして、操作者の頭部が右方向に1回移動するのを検知したときはトランジスタQ2をオンさせ、右方向に2回移動するのを検知したときはトランジスタQ2及びトランジスタQ3を共にオンさせる。
かかる構成の電流制御回路2は、MPUがトランジスタQ1をオンさせて電源Vccを電流制御回路2に供給するとLED素子29に電流が流れる。このとき制御部4はトランジスタQ2及びトランジスタQ3をオフさせているので定格電流がLED素子29には流れて通常の発光を行っている。尚、MPUはトランジスタQ1のオン/オフを所定のデューティー比で制御して所定の電流が流れるように制御している。従って、LED素子29への印加電圧は矩形波状となるが、矩形波に限らずその立ち上がりと立下りを階段状にすることで略半波形状にすると良い。これによって、急激な照度変化を解消することができる。
そして、MPUが操作者の頭部の動きを検出して、トランジスタQ2をオン、或いはトランジスタQ2及びトランジスタQ3を共にオンさせると、抵抗回路12の電流制限抵抗値に応じた電流がLED素子29に流れて発光する。従って、定格電流による照光部1の照光動作中に操作者の頭部が右方向に1回又は2回移動するのを検出すると、MPUは定格電流を上回る量の電流が、LED素子に流れるよう照光部1を制御する。このように制御部4は、ポートa,b,cからトランジスタQ1、Q2及びQ3を制御してLED素子29の発光量を切換える。
照光部1の発光動作を制御するのに上記した回路構成に限らず、回路上のスイッチデバイス、例えばトランジスタ、MOSFET等にて照光強度の指定に応じたデューティー比を制御することで照光部1へ流れる電流を制御するパルス駆動方式であっても良い。
図6はパルス駆動方式による電流制御回路2の構成を示している。同図で、スイッチデバイス31には例えばMOSFETを使用しており、そのゲート側にパルス発生器32からのPWM(Pulse・Width・Modulation)信号が入力するよう接続し、制御部4のポートa'からの制御信号にてPWM信号が高レベルとなるとスイッチデバイス31がオンとなり、バッテリー電源部11の電圧が印加されて入力側から負荷側へ電流が流れる。
スイッチデバイス31の負荷側には照光部1のLED34と保護抵抗R4を接続してアースしているが、その前段にはコイルLとコンデンサCとから成る平滑回路を設けて、スイッチング動作によるパルス出力を平均化して出力するようになっている。コイルLの更に前段には、スイッチデバイス31がオフになってもコイルに電流を供給し続けるためにダイオード35を設けている。これにより、スイッチデバイス31のオン時間(オフ時間)を制御すれば、照光部1へ流れる電流を調節することができる。よって、この場合、制御部4は、パルス発生器32のデューティー比を変える制御を行うことで照光部1の光量を増大できる。尚、LED素子29に印加する電圧は矩形波状であるが、矩形波に限らずその立ち上がりと立下りを階段状にすることで略半波形状であっても良い。
MPUは、スイッチ107a、107bの同時押し状態で加速度センサ106にて操作者の頭部が右方向に1回又は2回移動するのを加速度センサ106にて検知すると、照光部1に流れる平均電流値は定格値から当該定格値よりも大きい増大値の電流が流れるように、デューティー比を変える制御を行う。そして、頭部を右方向に2回移動させたときは1回のときよりも流す電流を増大させる。
上記の実施形態に係る医療用光源装置では、頭部の動きを検知する加速度センサ106を利用して、照光部1の照射範囲の設定、オン・オフ及び光量制御を行えるようにしたが、オン・オフ及び光量制御については音声認識技術を利用して行っても良い。この場合、音声モードと加速度モードとを切り換えるための切換スイッチを設けることで、加速度センサ106と音声認識技術との併用も可能である。
図11は、音声認識技術を利用して照光部1のオン・オフや光量制御を行う場合の医療用光源装置の構成を示しており、回路の構成要素において図1と同じ機能を有するものは同一の符号を付して説明を省略する。
図11において、音声認識部5は、従来公知の一般的な音声認識技術を利用して、数種類程度の音声を認識できるようになっている。例えば、音声認識部5には、「点灯」、「消灯」、「明るく」及び「最大明るく」などを指示する数種類の必要な単語の音声パターンが登録されており、マイク5Aが集音する操作者の発声する音声信号と比較してその内容を識別するよう構成されている。MPUは、音声認識部5からのこれら音声が指示する命令信号が入力すると、その命令内容に従って電流制御回路2に制御信号を出力する。
すなわち、音声認識部5が「点灯」の音声を認識すると、MPUは、バッテリー電源部11から通常の定格電流を照光部1に供給して照光部1を点灯させるための制御信号を電流制御回路2出力する。そして、音声認識部5が「明るく」の音声を認識したときは、MPUは、照光部1に流れる平均電流値を定格値から当該定格値よりも大きい増大値で供給するよう電流制御回路2に制御信号を出力し、「最大明るく」の音声を認識したときは、MPUは、照光部1に流れる平均電流値を更に大きい増大値で供給するよう電流制御回路2に制御信号を出力する。
音声認識部5とマイク5Aとは一つのユニットに一体化して、MPUや電流制御回路2と共にコントロールユニット10に収容されるが、マイク5Aを音声認識部5から別体にして、操作者の口元や胸元に配して、無線或いは有線で音声認識部5と接続する構成でも良い。例えば、図9で示す照光部1の保持具7であるヘッドバンドでは、照光部1と共にマイク5Aを操作者の口元に位置するよう取り付けられている。
また、図11に示す医療用光源装置では、加速度センサを利用して、操作者の動きから照光部1の発光量を制御している。この場合、加速度センサ106とは別に発光量を制御するための第2の加速度センサを設けるのが好ましい。第2の加速度センサ80は、加速度センサ106と同様に操作者の身体に装着される保持具に取り付けられが、操作者の動きを検出するだけのため1軸のセンサであっても良い。
医療手術においては、例えば血管や微細な箇所の切除や縫合等の施術等で局部へより多くの光量で照射させる必要がある時間は全体の中で2割程度とされており、この2割程度の時間以外は照光部1を暗くするよう制御すれば、電源の消費を抑えることができる。よって、加速度センサにて検知した操作者の動きから、施術中ではないと判断したときは、照光部1への供給電流を定格値に切換える。これにより、照光部1に流れる平均電流値は定格値から当該定格値よりも大きい増大値の電流が流れるよう設定している状態にあるときは、定格値に切り換わるために電源の消費を抑えられる。
手術中での血管や微細な箇所の切除や縫合等の施術では、操作者は照光部1を固定して施術対象箇所に光を集中させるために、大きな動きをすることはない。よって、照光部1とともに保持具に保持されている加速度センサ80が検知する加速度は小さく、MPUは操作者が必要とする強度にて発光させる。
一方、手術中であっても直接施術を行っていないような時間では、操作者は準備作業等で体全体を移動させるような大きな動きをするために、加速度センサ80にて検知される加速度は大きくなる。そして、加速度が所定値以上となると、MPUは照光部1の照度を低下させるよう電流制御回路2を制御することで、バッテリー電源部11の有効利用が図れる。このとき、加速度センサ80にて検知される加速度が所定値以上となると、照光部1の照光を停止させても良い。
加速度センサ80により発光量の制御を行う場合のMPUの動作について説明する。図2或いは図3のフローチャートによる処理手順を実行中のMPUは、タイマインターラプトにより加速度センサ80からの加速度検出信号を定期的に監視している。図12はこのタイマインターラプト時のMPUの割り込み処理での動作を示すフローチャートで、MPUは、ステップS31にて増大光量フラグF0(図1、図2)のセットを確認し、セットされていなければタイマインターラプトとなる前の処理に戻る。
一方、増大光量フラグF0がセットされていると、この場合、MPUは定格電流を上回る増大値の電流がLED素子に流れるよう電流制御回路2を制御しており、ステップS32の処理となる。そして、MPUは、加速度センサ80からの検出信号を取り込み、加速度センサ80からの信号値が所定値以上であるかを判定する(ステップS33)。このとき操作者が大きな動きをして施術以外の作業をしている場合の信号値は所定値以上となり、MPUは、照光部1に流れる平均電流値を定格値に落として照光部1の照度を低下させるよう電流制御回路2を制御して(ステップS34)、タイマインターラプトとなる前の処理に戻る。
一方、加速度センサ80からの信号値が所定値未満の場合には、操作者は大きな動きをしておらず施術中で照光部1の照度を低下させる必要は無いものとして、タイマインターラプトとなる前の処理に戻る。
このようなタイマインターラプトによる割り込み処理を追加することで、照光部1の定格を上回る電流を流して光量を増大させたとき、実際には施術対象箇所に光を集中させるような施術を行っていないと通常の発光制御に戻ることができ、バッテリー電源部11の電力の消耗防止や照光部1の保護に有効となる。
本発明は、操作者の身体に取り付けられて、通常は身体が向いている方向と光の照射方向が一致しているのを、必要に応じて身体が向いている方向と照射方向とをずらせた状態に設定することが可能な医療用光源装置に関し、産業上の利用可能性を有する。
1 照光部
2 電流制御回路
5 音声認識部
5A マイク
7 保持具
11 バッテリー電源部
80 加速度センサ
106 加速度センサ
107 操作装置
107c リセットスイッチ(リセット手段)
108 位置検出部
109 光軸調整部
110 照射制御部

Claims (13)

  1. 操作者の身体に装着されて医療施術の対象部に光を照射する医療用光源装置であって、
    照光部と、
    前記照光部を前記操作者の身体に装着する保持具と、
    前記保持具に取り付けられる加速度センサと、
    前記照光部からの照射光の照射範囲の中心位置を設定する際、前記加速度センサが検出した加速度情報に基づいて前記中心位置を検出して前記中心位置の情報を保持する位置検出部と、
    前記位置検出部が検出した中心位置に前記照光部の光軸を設定する光軸調整部と、
    を備え、
    前記光軸調整部は、前記光軸の設定後に前記加速度情報が変化しても前記光軸の位置を維持することを特徴とする医療用光源装置。
  2. 前記照光部からの照射光による照射角度を複数段階で調節可能な照射制御部を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の医療用光源装置。
  3. 前記保持具は、前記照光部と前記加速度センサとを前記操作者の頭部に装着することを特徴とする請求項1に記載の医療用光源装置。
  4. 前記加速度センサは、互いに直交するX軸、Y軸を有し、前記X軸は前記操作者の左右軸に沿い、前記Y軸は前記操作者の前後軸に沿うように前記保持具に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の医療用光源装置。
  5. 前記加速度センサは、垂直方向に対して予め所定の角度を持たせて前記保持具に取り付けられていることを特徴とする請求項4に記載の医療用光源装置。
  6. 前記加速度センサは、さらにZ軸を含む3軸センサであることを特徴とする請求項4に記載の医療用光源装置。
  7. 前記光軸の設定を解除するために、前記位置検出部が保持している前記中心位置の情報をクリアするリセット手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の医療用光源装置。
  8. 前記加速度センサが検出した加速度情報に基づいて前記操作者の動きを検出する動作検出部と、
    光量調整時に前記操作者が予め定められた動きを行ったことを前記動作検出部が検出したときバッテリー電源部から前記照光部に流れる電流の量を制御する光量制御部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の医療用光源装置。
  9. 前記照光部は、通電電流が定格値を上回っても耐久性を有する光源を備えて、前記光量制御部は、電流を増量する際、前記バッテリー電源部から前記照光部に流れる電流の平均値を所定期間だけ定格値から当該定格値よりも大きい増大値にすることを特徴とする請求項8に記載の医療用光源装置。
  10. 前記所定期間は、前記増大値の電流が流れることによる前記光源の温度上昇時間特性に基づいて設定されることを特徴とする請求項9に記載の医療用光源装置。
  11. 前記所定期間は、前記光源の温度上昇時間特性に基づいて当該光源の温度が最大許容値を超えない期間であることを特徴とする請求項9に記載の医療用光源装置。
  12. 前記保持具に第2の加速度センサを取り付けて、前記光量制御部は、前記照光部に前記増大値の電流を流す制御を行っているときに、前記加速度センサが所定値以上の加速度を検出すると、前記照光部に流れる電流の値を前記定格値に切り換えることを特徴とする請求項9に記載の医療用光源装置。
  13. 操作者が発声する音声を認識する音声認識部を備えて、前記光量制御部は、前記音声認識部による認識音声又は前記加速度情報に基づいて、前記照光部に流れる電流の量を制御することを特徴とする請求項8に記載の医療用光源装置。
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