JP5649941B2

JP5649941B2 - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP5649941B2
Application number: JP2010272892A
Authority: JP
Inventors: 仁大原; 新二安永
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: US8986194B2; US20130261395A1; JP2012120644A; WO2012077641A1

Description

本発明は、内視鏡装置の冷却技術に関する。

従来より、内視鏡装置（システム）において、体腔内などに挿入される可撓性のある細長いスコープ部には、スコープ部を所望に変形させるための駆動アクチュエータ（例えば、形状記憶合金等を用いた電気駆動アクチュエータ）や、その他の電子部品（発光ダイオードなど）がスコープ部分に内蔵されているものがある。

これら駆動アクチュエータや電子部品は発熱を伴うため、人体への影響等を抑制するために或いは機器等の過加熱などを抑制するために、これらを冷却することが必要となる場合が想定される。

このようなことから、例えば、特許文献１では、内視鏡システムの冷却回路が提案されている。
このものは、図６に示すように、冷媒を給送するための供給ポンプ１、供給通路を通り該供給ポンプ１に流体接続されている第１熱交換器ＷＴ１、ならびに該第１熱交換器ＷＴ１および供給ポンプ１に流体接続されている第２熱交換器ＷＴ２からなる（閉回路）。

特開２００７−７３９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている冷却回路の全てを、内視鏡システムの細長のスコープ部の内部に配設しようとした場合、上記の閉回路のうち供給ポンプ１が最も径方向（細長のスコープ部の長手方向に直交する方向）のスペースを多く要するので、この部分は、スコープ部の変位その他を操作するための操作部（例えば、図１の符合１４０等参照）に組み込まれることになる。

この場合、スコープ部先端部に配置される第１熱交換器ＷＴ１から供給ポンプ１までの距離は１ｍ以上に達することになる。

従って、供給ポンプ１は往復で２ｍ以上の細径チューブ（チューブは内視鏡のシャフト部（例えば、図２の符号１４１ａ等参照）に配置されるので、スペースの制約から太径のチューブを使用することはできない）により冷却液を循環させる必要がある。

このため、供給ポンプ１には十分な送液能力と共に高い吐出圧力が要求されるが、このような高性能のポンプを操作部に配置することは操作部の大型化、大重量化延いては騒音・振動や消費電力の増大などを招くため、内視鏡装置の操作性、経済性などに悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、簡単かつ軽量コンパクト、低コストな構成でありながら、内視鏡先端部等に備えられている発熱要素を冷却媒体を用いて良好に冷却することができる内視鏡装置の冷却システム延いては内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、
先端部とシャフト部を少なくとも備えたスコープ部を有する内視鏡装置であって、
先端付近に配設され、先端部に配置された発熱を伴う機能要素を冷却するための冷却液の流路を有する熱交換器と、
前記熱交換器の流路の一端にその一端が接続されて、シャフト部に向かって延在する第１のチューブと、
前記熱交換器の流路の他端にその一端が接続されて、シャフト部に向かって延在する第２のチューブと、を備え、
前記第１のチューブの他端から一端に向かっての前記冷却液の流れと、前記第２のチューブの一端から他端に向かっての流れを生じさせる往動作と、
前記第２のチューブの他端から一端に向かっての前記冷却液の流れと、前記第１のチューブの一端から他端に向かっての流れを生じさせる復動作と、を交互に繰り返すことによって前記先端部を冷却することを特徴とする。

本発明において、前記第１のチューブの他端に所定量の前記冷却液を保持できる第１のリザーバと、前記第２のチューブの他端に所定量の前記冷却液を保持できる第２のリザーバと、を備え、
前記第１のリザーバに進退可能な変位機構が接圧し、前記変位機構の進退によって前記往動作と復動作が生じることを特徴とすることができる。

本発明は、簡単かつ軽量コンパクト、低コストな構成でありながら、内視鏡先端部等に備えられている要素を冷却媒体を用いて良好に冷却することができる内視鏡装置の冷却システム延いては内視鏡装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る電子内視鏡システムの概略構成を示す図である。同上実施例に係る電子内視鏡システムの内視鏡の先端部付近を拡大して示す拡大斜視図である。同上実施例に係る冷却システムの全体的な構成を示す斜視図である。同上実施例に係る冷却システムの基端部分（アクチュエータ構造）を拡大して示す拡大斜視図である。同上実施例に係る冷却システムのリニアアクチュエータの作動状態と冷媒の流れに関する説明図である。従来の内視鏡システムの冷却回路の一例を示す図である。

以下に、本発明に係る内視鏡装置の実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。但し、以下で説明する実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る電子内視鏡システム１０の概略構成を示す図である。電子内視鏡システム１０は、電子内視鏡（内視鏡装置）１００と生体外装置２００とから構成されている。

電子内視鏡１００は、スコープ部１００ａと接続コード部１００ｂとを備えている。また、生体外装置２００は、電源装置２００Ａと、電子内視鏡１００からの映像信号を処理するビデオプロセッサ２００Ｂと、ビデオプロセッサ２００Ｂからの映像信号をモニタ表示する表示ユニット２０４とを備えている。なお、スコープ部１００ａは、生体内装置に対応する。

スコープ部１００ａは、操作部１４０と挿入部１４１に大別される。
挿入部１４１は、細長で患者の体腔内へ挿入可能な可撓性を有する部材（シャフト部１４１ａ）及び先端の硬性部（先端部）１４１ｂを含んで構成されている（図２等参照）。使用者（不図示）は、操作部１４０に設けられているアングルノブ等により、諸操作を行うことができる。

また、操作部１４０からは、接続コード部１００ｂが延設されている。接続コード部１００ｂは、ユニバーサルコード１５０を備えている。ユニバーサルコード１５０は、コネクタ２５０を介して生体外装置２００に接続されている。

また、ユニバーサルコード１５０は、電源装置２００Ａやビデオプロセッサ２００Ｂからの電源電圧信号及びＣＣＤ駆動信号等をスコープ部１００ａに通信すると共に、スコープ部１００ａからの映像信号をビデオプロセッサ２００Ｂに通信する。なお、生体外装置２００内のビデオプロセッサ２００Ｂには、図示しないＶＴＲデッキ、ビデオプリンタ等の周辺機器を接続可能である。ビデオプロセッサ２００Ｂは、スコープ部１００ａからの映像信号に対して所定の信号処理を施して、表示ユニット２０４の表示画面上に内視鏡画像を表示できる。

ここで、本実施例に係る電子内視鏡装置１００のスコープ部１００ａの挿入部１４１は、可撓性のあるシャフト部１４１ａと、硬性部（先端金属部材）１４１ｂと、を含んで構成されている。

この硬性部１４１ｂには、撮像ユニット、光源となるライトガイドもしくはＬＥＤなどの機能要素が組み付けられている。

そして、図２に示すように、硬性部１４１ｂの周囲には切り欠きがあり、そこに先端側において折り返すＵ字形状の流路を有する水冷ジャケット３０１（例えば、典型的には長手方向の長さ８ｍｍ, 幅１．２ｍｍ, 厚さ０．６ｍｍ程度）が接合されている。

また、水冷ジャケット３０１のＵ字形状の流路両端には可撓性を有する第１のチューブ３０２と、第２のチューブ３０３がそれぞれ接続されている。また、水冷ジャケット３０１のＵ字形状の流路と２本のチューブ３０２、３０３には不揮発性の冷媒が満たされている。
なお、これら水冷ジャケット３０１、第１のチューブ３０２、第２のチューブ３０３、冷媒などは、本実施の形態に係る冷却システム３００の一部を構成している。

ここで、冷媒の流れがあるときには、硬性部（先端金属部材）１４１ｂに組み付けられた機能要素で発生した熱は、硬性部（先端金属部材）１４１ｂを伝熱して水冷ジャケット３０１を介して冷媒に移動し、基端側（挿入部１４１（シャフト部１４１ａ）の長手方向の基端側）に移動する。

図３は、冷却システム３００の全体的な構成を示している。
熱交換器として機能する水冷ジャケット３０１に接続された第１のチューブ３０２と第２のチューブ３０３の基端部は、第１のリザーバ３０４と第２のリザーバ３０５がそれぞれ接続されている。２つのリザーバ３０４、３０５は、伸縮可能な蛇腹構造で、長手方向に押し縮める若しくは引き伸ばすことで容積が変化する。また、２つのリザーバ３０４、３０５にも冷媒が満たされている。

図４は、冷却システム３００の基端部分の拡大図である。
第１のリザーバ３０４の基端側には、長手方向に進退可能なリニアアクチュエータ３０６が配置され、その可動部３０６Ａの変位に伴い接圧部材３０６Ｂを介して第１のリザーバ３０４の蛇腹構造を押し縮める若しくは引き伸ばすことができるように構成されている。

第２のリザーバ３０５の基端側には、バイアスバネ３０７が配置されている。水冷ジャケット３０１に内装されるＵ字形状流路、２本のチューブ３０２、３０３、２つのリザーバ３０４、３０５に満たされた冷媒は非圧縮性であり、第１のリザーバ３０４が押し縮められたときには第２のリザーバ３０５は引き伸ばされ、第２のリザーバ３０５が押し縮められたときには第１のリザーバ３０４は引き伸ばされることになる。

図５は、冷却システム３００の冷媒の流れに関する説明図である。
図５中（ａ）は、リニアアクチュエータ３０６の可動部３０６Ａが、挿入部１４１（シャフト部１４１ａ）の長手方向の最基端（図５において最上方、以下方向については図５での方向とする）に変位した状態である。
この時は、第２のリザーバ３０５はバイアスバネ３０７によって押し縮められ、結果として第１のリザーバ３０４は引き伸ばされて接圧部材３０６Ｂをリニアアクチュエータ可動部３０６Ａに接圧する位置まで押し上げる。

次に、図５中（ｂ）に示すように、リニアアクチュエータ３０６の可動部３０６Ａが下方に移動され第１のリザーバ３０４を押し縮めると、それに応じて第２のリザーバ３０５はバイアスバネ３０７に抗して引き伸ばされる。

その際、第１のチューブ３０２内では冷媒の下方への流れが、第２のチューブ３０３では冷媒の上方への流れがそれぞれ発生する。
これによって、水冷ジャケット３０１のＵ字形状の流路内で冷媒の流れが生じ、硬性部（先端金属部材）１４１ｂが冷却される。

図５中（ｃ）は、図５中（ｂ）の状態から進んでリニアアクチュエータ３０６の可動部３０６Ａが最下方まで変位された状態を示しており、第１のリザーバ３０４が最下方まで押し縮められ、それに伴い第２のリザーバ３０５が最上方まで引き伸ばされた状態となっている。

次に、図５中（ｄ）に示すように、リニアアクチュエータ３０６の稼動部３０６Ａを上方に移動させる（或いはリニアアクチュエータ３０６の駆動を解放する）。
このとき、第２のリザーバ３０５はバイアスバネ３０７によって押し縮められ、それに伴い第１の引き伸ばされて接圧部材３０６Ｂをリニアアクチュエータ可動部３０６Ａに接圧する位置まで押し上げる。その際、第２のチューブ３０３内では冷媒の下方への流れが、第１のチューブ３０２では冷媒の上方への流れ（すなわち、図５の（ｂ）とは逆方向の流れ）がそれぞれ発生する。

これによって、熱交換器として機能する水冷ジャケット３０１のＵ字形状流路内で冷媒の流れが生じ、硬性部（先端金属部材）１４１ｂを冷却する。

更に、リニアアクチュエータ３０６の可動部３０６Ａが最上方の位置まで移動すると、図５の（ａ）と同じ状態となる。

このように、リニアアクチュエータ３０６の往復変位によって、図５の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）の動作を繰り返すことで、硬性部（先端金属部材）１４１ｂを継続して冷却することができる。

厳密には、図５の（ａ）と（ｃ）の状態では冷媒の流れが停止するが、一時的なもので冷却効果に大きな問題は生じない。

このように、本実施例の方法では、リニアアクチュエータ３０６の可動部３０６Ａの往復変位のみで冷却効果が得られるので、従来のような循環ポンプを利用する場合と比較して小型で軽量な冷却システムを構築することができる。

本実施例において、往復動作によるチューブ３０２、３０３内での冷媒の変位(移動）については、リニアアクチュエータ３０６の変位に、リザーバ３０４、３０５とチューブ３０２、３０３の断面積比を乗じた値となる。
例えば、チューブ３０２（３０３）の内径が０．３ｍｍ、リザーバ３０３（３０４）の平均内径が３ｍｍ、リニアアクチュエータ３０６の可動部３０６Ａの変位量が５ｍｍの場合は、チューブ３０２（３０３）内での冷媒の変位は５００ｍｍとなる。必要なチューブ３０２（３０３）内での冷媒の変位量は、チューブ３０２（３０３）の熱伝導率、硬性部（内視鏡先端部）１４１ｂの発熱量などによって異なるので、状況に応じて最適な設計を行えばよい。

なお、本実施例に係る電子内視鏡システム１０の冷却システム３００は、従来のようにチューブ内の冷却液を循環させずに往復動作させる構成であり、硬性部（先端部）１４１ｂ延いては水冷ジャケット（熱交換器）３０１から冷却液に移動した熱は、チューブ３０２、３０３内をシャフト部１４１ａの基端側に移動する過程で環境に放熱されるので、所定の距離（例えば、典型的には３０〜５０ｃｍ程度）だけ冷却液を移動できれば、冷却液を循環させる場合と同等の冷却能力を得ることができる。冷却液の往復動作にはリニアアクチュエータがあれば良いので、循環ポンプを用いる場合よりも小型化・軽量化が可能である。

このように、本実施例に係る冷却システム３００を備えた電子内視鏡システム１０によれば、リニアアクチュエータの往復変位のみで良好な冷却効果が得られるので、従来のような循環ポンプを利用する場合と比較して、小型で軽量かつ低コストで低騒音な電子内視鏡システム１０を提供することができる。

本発明は、上述した発明の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。

以上のように、本発明は、簡単かつ軽量コンパクト、低コストな構成でありながら、内視鏡先端部等に備えられている要素を冷却媒体を用いて良好に冷却することができ、例えば内視鏡装置に関連する分野において有用である。

１０電子内視鏡システム
１００電子内視鏡（本発明の内視鏡装置に相当）
１００ａスコープ部
１００ｂ接続コード部
１４０操作部
１４１挿入部
１４１ａシャフト部
１４１ｂ硬性部（先端金属部材：先端部）
２００生体外装置
３００冷却システム
３０１水冷ジャケット（熱交換器）
３０２第１のチューブ
３０３第２のチューブ
３０４第１のリザーバ（冷却液収容容器）
３０５第２のリザーバ（冷却液収容容器）
３０６リニアアクチュエータ（変位機構）
３０６Ａ可動部
３０６Ｂ接圧部材

Claims

先端部とシャフト部を少なくとも備えたスコープ部を有する内視鏡装置であって、
先端付近に配設され、先端部に配置された発熱を伴う機能要素を冷却するための冷却液の流路を有する熱交換器と、
前記熱交換器の流路の一端にその一端が接続されて、シャフト部に向かって延在する第１のチューブと、
前記熱交換器の流路の他端にその一端が接続されて、シャフト部に向かって延在する第２のチューブと、を備え、
前記第１のチューブの他端から一端に向かっての前記冷却液の流れと、前記第２のチューブの一端から他端に向かっての流れを生じさせる往動作と、
前記第２のチューブの他端から一端に向かっての前記冷却液の流れと、前記第１のチューブの一端から他端に向かっての流れを生じさせる復動作と、を交互に繰り返すことによって前記先端部を冷却することを特徴とする内視鏡装置。
前記第１のチューブの他端に所定量の前記冷却液を保持できる第１のリザーバと、
前記第２のチューブの他端に所定量の前記冷却液を保持できる第２のリザーバと、を備え、
前記第１のリザーバに進退可能な変位機構が接圧し、前記変位機構の進退によって前記往動作と復動作が生じることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。