JP6091726B1 - 挿入装置 - Google Patents

Abstract

挿入装置は、挿入部（１１０）と、スパイラルチューブ（１３２）を回転させるモータ（１５０）と、モータ（１５０）に駆動電流を供給してモータ（１５０）の駆動を制御する駆動制御部（２０２）と、スパイラルチューブ（１３２）に設けられ、スパイラルチューブ（１３２）の温度を検知する温度センサ（１１８）と、温度センサ（１１８）の検知結果からスパイラルチューブ（１３２）の近傍の温度を測定する温度測定部（２０４）と、加温するためのヒータ（１１９）と、温度測定部（２０４）の測定結果が予め定められた温度より低かったときヒータ（１１９）により加温する加温制御部（２０５）とを備える。

Description

本発明は、回転自走式の挿入装置に関する。

一般に、内視鏡装置等の挿入装置は、管腔内に挿入される。この種の挿入装置のうち、回転自走式等と呼ばれる挿入装置が知られている。回転自走式の内視鏡装置では、例えば挿入部の外周面に螺旋形状のフィンが形成されたスパイラルチューブ等と呼ばれる回転筐体が設けられている。回転筐体が回転すると、回転筐体に形成されたフィンが管腔内壁に接触して摩擦力を発生させる。この摩擦力により、挿入部は、挿入方向又は抜去方向に自走する。この種の回転自走式の挿入装置に関する提案は、例えば日本国特開２０１４−０６４６８６号公報においてなされている。

一般の挿入装置は、回転筐体を回転させるためのモータの駆動電流が閾値以上となったときにモータの回転を停止させるトルクリミット機能を有している。ここで、回転筐体を回転させる回転部と回転筐体との間にはゴム製の伝達部材が配置される。ゴムは、周囲の温度変化により硬さが変化する特性を有する。回転部の硬さが変化すると、スパイラルチューブの動作に影響が与えられる。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、周囲温度によらずに安定してスパイラルチューブを動作させることができる挿入装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、細長形状の挿入部と、前記挿入部の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体と、前記回転筐体を回転させるモータと、前記モータに駆動電流を供給して前記モータの駆動を制御する駆動制御部と、前記回転筐体の近傍の温度を測定する温度測定部と、前記回転筐体に設けられ加温するための加温素子と、前記温度測定部の測定結果が予め定められた温度より低かったとき前記加温素子により加温する加温制御部とを具備する。

図１は、本発明の一実施形態に係る挿入装置の一例としての内視鏡システムの構成の概略を示す図である。 図２は、回転部を拡大して示した断面図である。 図３は、回転制御のフローチャートである。 図４は、温度制御のフローチャートである。 図５は、変形例１の内視鏡システムの構成を示す図である。 図６は、トルクリミット設定テーブルの例である。 図７は、トルクリミット値の補正制御について示すフローチャートである。 図８は、変形例２の内視鏡システムの構成を示す図である。 図９は、変形例３の回転部の付近の拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る挿入装置の一例としての内視鏡システムの構成の概略を示す図である。この図に示すように、内視鏡システム１は、内視鏡１００と、制御ユニット２００と、回転操作ユニット３６０とを有している。

内視鏡１００は、回転自走式の内視鏡であって、挿入部１１０を有している。挿入部１１０は、細長形状であり、生体内に挿入されるように構成されている。また、内視鏡１００は、挿入部１１０に取り付けられ、内視鏡１００の各種操作を行うための操作部１６０を有している。操作部１６０は、使用者によって保持される。内視鏡１００の操作部１６０と制御ユニット２００とは、ユニバーサルケーブル１９０によって接続されている。以下では、挿入部１１０の先端の側を先端側と称する。また挿入部１１０の操作部１６０が設けられている側を基端側と称する。挿入部１１０の先端側から基端側に沿った方向を長手方向とする。

挿入部１１０は、先端硬性部１１２と、湾曲部１１４と、蛇管部１１６とを有する。先端硬性部１１２は、挿入部１１０の最先端の部分であり、湾曲しないような構成を有している。

先端硬性部１１２は、撮像素子１２０を有している。撮像素子１２０は、例えば挿入部１１０の先端側の被写体像に基づく画像信号を生成する。撮像素子１２０で生成された画像信号は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通る画像信号線を介して制御ユニットの画像処理部２０１に伝送される。湾曲部１１４は、先端硬性部１１２の基端側に形成されている部分であり、操作部１６０に設けられた図示しない操作部材の操作に応じて能動的に湾曲するように構成されている。蛇管部１１６は、湾曲部１１４の基端側に形成されている部分であり、外力によって受動的に湾曲する。

蛇管部１１６には、回転部１３０が取り付けられている。また、回転部１３０の先端側には、回転筐体であるスパイラルチューブ１３２が取り付けられている。図２は、回転部１３０を拡大して示した断面図である。図２に示すように、回転部１３０は、本体１３０ａと、駆動ギア１３０ｂと、駆動シャフト１３０ｃと、回転伝達ゴム１３０ｄとを有している。本体１３０ａは、円筒形状の本体であり、操作部１６０に内蔵されたモータ１５０の回転に伴って回転する部分である。駆動ギア１３０ｂは、本体１３０ａと係り合って、駆動シャフト１３０ｃから伝達されるモータ１５０の駆動力を本体１３０ａに伝達する。駆動シャフト１３０ｃは、モータ１５０に接続されており、モータ１５０の回転に伴って回転することにより、モータ１５０の駆動力を駆動ギア１３０ｂに伝達する。回転伝達ゴム１３０ｄは、本体１３０ａの外装を覆うような円筒形状をしており、本体１３０ａの回転に伴って回転することにより、モータ１５０の駆動力をスパイラルチューブ１３２まで伝達する駆動力伝達部材である。

スパイラルチューブ１３２は、例えばゴムや樹脂等の軟性材料により筒形状に形成されている。このスパイラルチューブ１３２の外周面には、スパイラルチューブ１３２の長手軸に沿って螺旋形状のフィン１３４が設けられている。なお、スパイラルチューブ１３２は、回転部１３０から取り外し可能に構成されていても良い。

また、挿入部１１０の回転部１３０の近傍には温度検知部としての温度センサ１１８が設けられている。温度センサ１１８は、回転部１３０の内部、より好ましくは回転部１３０の回転伝達ゴム１３０ｄの温度を検知するためのセンサである。温度センサ１１８の出力信号は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通るセンサ信号線を介して制御ユニット２００の温度測定部２０４に伝送される。温度センサ１１８としては、例えば熱電対やサーミスタといった接触式の温度センサ、放射温度計といった非接触式の温度センサが用いられる。接触式の温度センサは、図２に示すように回転伝達ゴム１３０ｄと接触するように配置される。非接触式の温度センサは、回転伝達ゴム１３０ｄの付近に配置される。本実施形態における温度センサ１１８は、回転伝達ゴム１３０ｄの近傍の温度を検知できれば特定の構造のセンサに限られるものではない。また、図２の例では、温度センサ１１８は、回転伝達ゴム１３０ｄの１箇所の温度を測定するように配置されている。これに対し、温度センサ１１８は、回転伝達ゴム１３０ｄの複数箇所の温度を測定するように配置されていても良い。この場合、複数箇所の温度の平均値等が回転伝達ゴム１３０ｄの温度になる。

さらに、挿入部１１０の回転部１３０の近傍には加温素子としてのヒータ１１９が設けられている。ヒータ１１９は、回転部１３０の内部、より好ましくは回転部１３０の回転伝達ゴム１３０ｄを加温するための加温素子である。ヒータ１１９は、例えば図２に示すように、回転部１３０の内部に設けられている。そして、ヒータ１１９は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通るヒータ信号線を介して制御ユニット２００の加温制御部２０５に接続されている。そして、ヒータ１１９は、加温制御部２０５の制御に従って回転部１３０を加温する。ヒータ１１９としては、ニクロム等の金属抵抗膜に電流を流すことで熱を発生させるもの等が用いられる。なお、ヒータ１１９は、室温程度から回転部１３０の使用環境温度である体温付近まで回転部１３０を加温できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、図２のヒータ１１９は、回転部１３０を非接触で加温する加温素子であるが、回転部１３０に接触して加温するような構成であっても良い。

モータ１５０は、操作部１６０及びユニバーサルケーブル１９０を通るアクチュエータ電流信号線を介して制御ユニット２００の駆動制御部２０２に接続されている。

また、モータ１５０は、回転操作ユニット３６０を用いた操作によって動作する。モータ１５０の回転力は、回転部１３０に伝達される。その結果、スパイラルチューブ１３２に設けられたフィン１３４は、長手軸周りに回転する。フィン１３４が例えば管腔内壁といった壁部に接した状態で回転すると、挿入部１１０を自走させるような摩擦力が発生する。例えば小腸や大腸においては、小腸や大腸の内壁に存在する襞をフィン１３４が接触することによって挿入部１１０に摩擦力が作用する。この摩擦力によって挿入部１１０が自走する。挿入部１１０が自走することにより、使用者による挿入部１１０の挿入作業及び抜去作業が補助される。また、モータ１５０は、パルス発生部を有している。パルス発生部は、モータ１５０の回転速度に応じたパルス信号（回転速度信号）を生成し、回転速度信号を、ユニバーサルケーブル１９０を通る回転速度信号線を介して制御ユニット２００に入力する。この回転速度信号によってモータ１５０の回転速度が制御される。

また、操作部１６０には固有データ記憶部１７０が設けられている。固有データ記憶部１７０は、トルクリミット値等の内視鏡１００に固有なデータを記憶している。固有データ記憶部１７０は、例えば不揮発性メモリによって構成される。なお、トルクリミット値は、トルクリミット機能を動作させるための駆動電流の閾値ある。固有データ記憶部１７０に記憶されているトルクリミット値は予め定められた設定温度（例えば体温（４０度程度））におけるトルクリミット値であり、固有データ記憶部１７０は、この設定温度も併せて記憶している。設定温度は、回転伝達ゴム１３０ｄの温度特性やモータ１５０の温度特性といった種々の条件によって決定されることが望ましい。

回転操作ユニット３６０は、例えばフットスイッチである。フットスイッチは、使用者が、ペダルを操作し、ペダルの踏み込み量に応じた指令信号を発する。

制御ユニット２００は、内視鏡システム１の各部を制御する。制御ユニット２００は、画像処理部２０１と、駆動制御部２０２と、トルクリミット値保持部２０３と、温度測定部２０４と、加温制御部２０５とを有する。

画像処理部２０１は、撮像素子１２０で生成された画像信号を挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を介して画像処理部２０１に入力された画像信号に対して画像処理を施す。また、画像処理部２０１は、処理した画像信号を図示しない表示ユニットに入力することで表示ユニットに内視鏡画像を表示させる。

駆動制御部２０２は、例えばＡＳＩＣによって構成され、回転操作ユニット３６０で生成された指令信号を取り込んで指令値に変換する。また、駆動制御部２０２は、モータ１５０の回転速度信号を取得する。そして、駆動制御部２０２は、指令値と回転速度信号とに基づいて駆動電力を生成する。さらに、駆動電力をモータ１５０に供給してモータ１５０を駆動する。また、駆動制御部２０２は、駆動電流検出部２０２１を有し、駆動電流値とトルクリミット値保持部２０３に保持されているトルクリミット値とを比較し、駆動電流がトルクリミット値以上になったときにモータ１５０の回転を停止させる。このようなトルクリミット機能により、モータ１５０の過度なトルクの発生が抑制される。このため、管腔内壁に不要な力がかかるおそれを低減することが可能である。

トルクリミット値保持部２０３は、固有データ記憶部１７０からトルクリミット値を読み出し、読み出したトルクリミット値を保持する。トルクリミット値保持部２０３は、例えば揮発性メモリによって構成される。

温度測定部２０４は、温度センサ１１８の出力から回転部１３０の温度を測定する。例えば、温度測定部２０４は、温度センサ１１８において検知される温度に比例して発生する信号を取り込み、取り込んだ信号を温度に変換する。

加温制御部２０５は、ヒータ１１９用の電源を有している。この加温制御部２０５は、温度測定部２０４で測定された温度と固有データ記憶部１７０に記憶されている設定温度とを比較し、測定された温度が設定温度を下回っている場合に、ヒータ１１９によって回転部１３０を加温する。一般に、ゴムは、温度変化によってその硬さを変化させる特性を有している。回転部１３０の硬さが変化すると、スパイラルチューブ１３２の動作にも影響が与えられ、これによってトルクリミット機能等が正常に動作しない可能性が生じる。例えば、トルクリミット機能を動作させなければならないときにトルクリミット機能が動作しなかったり、逆にトルクリミット機能を動作させる必要がないときにトルクリミット機能が動作してしまったりする。このため、本実施形態では、回転部１３０の回転伝達ゴム１３０ｄの温度を設定温度に保つことによって同じ使用環境で回転部１３０やスパイラルチューブ１３２が動作するようにする。

以下、本実施形態の内視鏡システム１の動作を説明する。図３は、内視鏡１００のモータ１５０の回転制御のフローチャートである。図４は、回転部１３０の温度制御のフローチャートである。図３及び図４の制御は、例えば非同期に行われる。勿論、図３及び図４の制御は、同期して行われても良い。

まず、回転制御について図３を参照して説明する。図３の処理は、駆動制御部２０２によって行われる。例えば、内視鏡システム１の回転操作ユニット３６０が操作されると、図３の処理が開始される。ステップＳ１０１において、駆動制御部２０２は、回転操作ユニット３６０から指令信号を受け取り、この指令信号に基づいて、使用者による回転操作ユニット３６０のペダルの踏み込みに応じた回転速度の指令値を生成する。

ステップＳ１０２において、駆動制御部２０２は、モータ１５０のパルス発生部からの回転速度信号に基づく回転速度の現在値と指令値との偏差に応じてモータ１５０を駆動する。

ステップＳ１０３において、駆動制御部２０２は、現在の駆動電流値Ｔｉを取得する。ステップＳ１０４において、駆動制御部２０２は、駆動電流値Ｔｉとトルクリミット値保持部２０３に保持されているトルクリミット値Ｔｌｉｍｉｔとを比較し、Ｔｌｉｍｉｔ＜Ｔｉであるか否かを判定する。ステップＳ１０４においてＴｌｉｍｉｔ＜Ｔｉでないと判定された場合に、処理はステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０４においてＴｌｉｍｉｔ＜Ｔｉであると判定された場合に、処理はステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０５において、駆動制御部２０２は、トルクリミット機能を作動させて、モータ１５０への電力を停止し、モータ１５０の駆動を停止させる。

ステップＳ１０６において、駆動制御部２０２は、回転操作ユニット３６０の操作が解除されたか否かを判定する。ステップＳ１０６において回転操作ユニット３６０の操作が解除されていないと判定された場合には、処理は待機される。この場合には、モータ１５０は停止したままである。ステップＳ１０６において回転操作ユニット３６０の操作が解除されたと判定された場合には、処理はステップＳ１０１に戻る。この場合、トルクリミット機能は解除される。

次に、温度制御について図４を参照して説明する。図４の処理は、加温制御部２０５によって行われる。例えば、内視鏡システム１の電源がオンされると、図４の処理が開始される。ステップＳ２０１において、加温制御部２０５は、温度測定部２０４を介して内視鏡１００の固有データ記憶部１７０に記憶されている設定温度Ｔｔを取得する。

ステップＳ２０２において、加温制御部２０５は、温度センサ１１８の出力から温度測定部２０４によって測定された回転部１３０の温度ｔｒを取得する。

ステップＳ２０３において、加温制御部２０５は、設定温度Ｔｔと回転部温度ｔｒとを比較し、ｔｒ＞Ｔｔであるか否かを判定する。ステップＳ２０３においてｔｒ＞Ｔｔでないと判定された場合に、処理はステップＳ２０４に移行する。ステップＳ２０３においてｔｒ＞Ｔｔであると判定された場合に、処理はステップＳ２０５に移行する。

ステップＳ２０４において、加温制御部２０５は、ヒータ１１９による回転部１３０の加温を行う。その後、処理はステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０５において、加温制御部２０５は、現在、ヒータ１１９による回転部１３０の加温中であるか否かを判定する。ステップＳ２０５において加温中でないと判定された場合に、処理はステップＳ２０１に戻る。ステップＳ２０５において加温中であると判定された場合に、処理はステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０６において、加温制御部２０５は、ヒータ１１９による回転部１３０の加温を停止する。その後、処理はステップＳ２０１に戻る。

以上説明したように本実施形態によれば、回転部１３０の温度が設定温度を下回っている場合に回転部１３０を加温することにより、トルクリミット機能の動作等を安定して行うことが可能である。

なお、本実施形態では、回転部１３０を加温だけする例が示されている。前述したように、トルクリミット機能を安定して動作させるためには、設定温度を下回った場合に加温するだけでなく、設定温度を上回った場合の冷却も必要になることが考えられる。しかしながら、内視鏡１００の使用環境で考えた場合、内視鏡１００は、２０℃程度の室温から体内（３６℃程度）に挿入されることになる。このため、通常は、冷却の必要はあまりないと考えられる。勿論、設定温度を上回った場合に回転部１３０を冷却する冷却機構が内視鏡システム１に設けられていても良い。

［変形例１］
以下、本実施形態の変形例について説明する。図５は、変形例１の内視鏡システムの構成を示す図である。なお、図５において図１と同一の部分については図１と同一の参照符号を付すことで説明を省略する。

変形例１の固有データ記憶部１７０には、トルクリミット設定テーブルが記憶されている。トルクリミット設定テーブルは、回転部１３０の温度とトルクリミット値とを対応付けたテーブルである。図６は、トルクリミット設定テーブルの例である。図６に示すように、トルクリミット設定テーブルは、０.５℃単位や１℃単位といった予め定められた測定点毎のトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔを対応付けたテーブルである。なお、トルクリミット設定テーブルにおけるトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔは、例えば実測によって得られるものであって、図６の値はあくまでも一例である。また、図６で示した測定点の間の温度についてのトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔは、その温度よりも高温側及び低温側の近傍の２つの測定点のトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔを用いた補間演算によって算出される。

また、変形例１の制御ユニット２００には、トルクリミット値補正部２０６が設けられている。トルクリミット値補正部２０６は、温度測定部２０４で測定された温度に応じたトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔをトルクリミット設定テーブルから取得してトルクリミット値保持部２０３の設定を書き換えるように補正する。

図７は、トルクリミット値の補正制御について示すフローチャートである。図７の処理は、トルクリミット値補正部２０６によって行われる。また、図７の処理は、例えば図３、図４の処理と非同期に行われる。例えば、内視鏡システム１の電源がオンされると、図７の処理が開始される。ステップＳ３０１において、トルクリミット値補正部２０６は、温度センサ１１８の出力から温度測定部２０４によって測定された回転部１３０の温度ｔｒを取得する。

ステップＳ３０２において、トルクリミット値補正部２０６は、温度測定結果に応じたトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔを内視鏡１００の固有データ記憶部１７０に記憶されているトルクリミット設定テーブルから取得する。

ステップＳ３０３において、トルクリミット値補正部２０６は、トルクリミット値保持部２０３に保持されているトルクリミット値ＴｌｉｍｉｔとステップＳ３０２で取得したトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔとが異なっているか否かを判定する。ステップＳ３０３においてトルクリミット値Ｔｌｉｍｉｔとトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔとが異なっていないと判定された場合には、処理はステップＳ３０１に戻る。この場合には、トルクリミット値保持部２０３にそれまで保持されているトルクリミット値で図３の回転制御が行われる。ステップＳ３０３においてトルクリミット値Ｔｌｉｍｉｔとトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔとが異なっていると判定された場合には、処理はステップＳ３０４に移行する。ステップＳ３０４において、トルクリミット値補正部２０６は、トルクリミット値Ｔｌｉｍｉｔをトルクリミット値ｔｌｉｍｉｔに置き換える補正を行う。その後、処理はステップＳ３０１に戻る。この場合には、置き換え後のトルクリミット値で図３の回転制御が行われる。

以上説明したような変形例１では、回転部１３０の温度制御に加えて、温度に応じてトルクリミット値を補正することにより、より安定してトルクリミット機能を動作させることが可能である。

［変形例２］
次に変形例２を説明する。図８は、変形例２の内視鏡システムの構成を示す図である。なお、図８において図１と同一の部分については図１と同一の参照符号を付すことで説明を省略する。

変形例２においては、ヒータ１１９は例えば金属板等である。ヒータ１１９は、周囲が断熱材で被覆された金属線１１９ａに接続されている。金属線１１９ａは、スイッチ１８０を介してモータ１５０に接続されている。また、スイッチ１８０は、信号線を介して加温制御部２０５に接続されており、加温制御部２０５からの制御信号に応じてヒータ１１９とモータ１５０との間を伝熱状態又は断熱状態にする。

このような構成において、加温制御部２０５は、回転部１３０の温度が設定温度を下回っている場合にスイッチ１８０をオンしてヒータ１１９とモータ１５０との間を伝熱状態にする。このとき、モータ１５０の駆動によって発生した熱は、金属線１１９ａを介してヒータ１１９に伝達される。そして、例えば金属板であるヒータ１１９が熱せられて回転部１３０が加温される。

このような変形例２によれば加温制御部２０５はヒータ１１９用の電源を有していなくても良い。

［変形例３］
次に変形例３を説明する。図９は、変形例３の回転部１３０の付近の拡大図である。変形例３では、ヒータ１１９は、回転部１３０を含むスパイラルチューブ１３２の全体を加温可能に設けられている。このような構成により、回転部１３０を含むスパイラルチューブ１３２の全体の温度を設定温度に制御することが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。また、前述の各動作フローチャートの説明において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて動作を説明しているが、この順で動作を実施することが必須であることを意味するものではない。

また、上述した実施形態による各処理は、コンピュータとしてのＣＰＵ等に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、メモリカード、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、ＣＰＵ等は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。

Claims (5)

1. 細長形状の挿入部と、
   前記挿入部の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体と、
   前記回転筐体を回転させるモータと、
   前記モータに駆動電流を供給して前記モータの駆動を制御する駆動制御部と、
   前記回転筐体の近傍の温度を測定する温度測定部と、
   前記回転筐体に設けられ加温するための加温素子と、
   前記温度測定部の測定結果が予め定められた温度より低かったとき前記加温素子により加温する加温制御部と、
   を具備する挿入装置。
2. 前記回転筐体に設けられ該回転筐体の温度を検知する温度検知部をさらに具備する請求項１に記載の挿入装置。
3. 前記駆動電流を検知する駆動電流検知部と、
   前記駆動電流に応じて設定されたトルクリミット値を保持するトルクリミット値保持部と、
   前記駆動電流が前記トルクリミット値以上になったときに、前記モータの回転を停止させる駆動制御部と、
   をさらに具備する請求項１に記載の挿入装置。
4. 前記モータは、前記加温素子としての金属部材を介して前記回転筐体と接続され、前記金属部材を介して前記回転筐体に加温エネルギーを供給する請求項１に記載の挿入装置。
5. 前記加温素子は、前記回転筐体が装着される範囲に内蔵されている請求項１に記載の挿入装置。

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