JP6125122B1 - ワイヤレス内視鏡 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス内視鏡は、被写体を撮像する撮像部と、電力を保持する蓄電部品と、前記撮像部及び蓄電部品を内蔵する内視鏡本体に着脱自在に取り付けられて内視鏡観察に必要な電力を発生するバッテリの前記内視鏡本体への接続状態を検出する検出部と、前記検出部から前記バッテリの未接続状態の検出結果が与えられると、前記蓄電部品からの電力を前記内視鏡観察に必要な電力として用いると共に、前記バッテリからの電力によって前記内視鏡観察を行う通常時動作モードに比べて低い電力で前記内視鏡観察を行う交換時動作モードを設定する制御部とを具備する。

Description

本発明は、バッテリにより駆動可能なワイヤレス内視鏡に関する。

従来、半導体技術の進歩によって、携帯電話、スマートフォンやタブレットＰＣ等の種々の機器が小型化、低消費電力化され、携帯可能に構成されるようになってきた。携帯機器はバッテリを搭載し、バッテリを充電することで、継続的に使用可能に構成されることが多い。

医療分野においても、装置の小型化が促進されており、例えば、消費電力が比較的大きい内視鏡においても、充電式のバッテリを搭載したワイヤレス内視鏡が開発されている。ワイヤレス内視鏡は、例えば医療分野、工業分野等、様々な分野において用いられている。医療分野におけるワイヤレス内視鏡は、体腔内の臓器の観察、処置具を用いての治療処置、内視鏡観察下における外科手術等に用いられる。なお、ワイヤレス内視鏡については、日本国特開２００９−７７８７５号公報に開示されており、この提案では、観察中の電池切れの防止と電池容量の効率的な利用とを両立させる技術が開示されている。

ワイヤレス内視鏡によって得た撮像画像は、画像処理を行うプロセッサに伝送される。プロセッサによって医療画像のモニタへの表示や記録媒体への記録が行われる。ワイヤレス内視鏡は、撮像素子によって得た内視鏡画像をプロセッサに伝送するための無線通信部や被写体を照明するための光源装置等を内蔵してワイヤレスに構成することで、携帯性、作業性に優れている。

しかしながら、携帯性を考慮すると、ワイヤレス内視鏡に搭載するバッテリの重量には制限があり、バッテリ容量も制限される。従って、ワイヤレス内視鏡に搭載された１つのバッテリだけで、内視鏡を用いる手技の全期間にワイヤレス内視鏡を駆動することができるとは限らない。このため、手技の途中でバッテリを交換することを考慮する必要がある。

バッテリを取り外すと、通信部や光源装置の動作も停止することになり、被写体の照明や内視鏡画像の伝送が行われなくなり、被写体の画像確認ができなくなる。そこで、バッテリ取り外し前に、内視鏡の挿入部を体内から取り出しておいた方がよい。即ち、バッテリを交換する毎に、それまでの撮影時のベストアングルを解除する必要があり、内視鏡を再挿入してベストアングルを得るために煩雑な作業が必要となる。

また、バッテリを再装着した後、電源の投入操作や各種設定が必要な場合があり、被写体の撮影までに煩雑な作業が必要となる場合がある。特に、無線通信部において相手機器との通信の確立には比較的長時間を要することがあり、バッテリの交換の度に、手技の進行が長時間妨げられることがあるという問題があった。

本発明は、電力を保持する部品を内蔵すると共に、バッテリ交換時に省電力動作を可能にすることにより、バッテリ交換前後及び交換途中において円滑な内視鏡観察を可能にすることができるワイヤレス内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様によるワイヤレス内視鏡は、被写体を撮像する撮像部と、電力を保持する蓄電部品と、前記撮像部及び蓄電部品を内蔵する内視鏡本体に着脱自在に取り付けられて内視鏡観察に必要な電力を発生するバッテリの前記内視鏡本体への接続状態を検出する検出部と、前記検出部から前記バッテリの未接続状態の検出結果が与えられると、前記蓄電部品からの電力を前記内視鏡観察に必要な電力として用いると共に、前記バッテリからの電力によって前記内視鏡観察を行う通常時動作モードに比べて低い電力で前記内視鏡観察を行う交換時動作モードを設定する制御部とを具備するワイヤレス内視鏡において、前記制御部は、前記検出部から前記バッテリの前記内視鏡本体への再接続状態の検出結果が与えられると、前記交換時動作モードから前記通常時動作モードに復帰させる。

本発明の一実施の形態に係るワイヤレス内視鏡を示すブロック図。 図１のワイヤレス内視鏡の外観を示す説明図。 図１のワイヤレス内視鏡の外観を示す説明図。 手術室に配置される内視鏡システムの全体構成を示す説明図。 実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。 実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。 実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係るワイヤレス内視鏡を示すブロック図である。また、図２及び図３は図１のワイヤレス内視鏡の概要を示す説明図である。また、図４は手術室に配置される内視鏡システムの全体構成を示す説明図である。

先ず、図２乃至図４を参照してワイヤレス内視鏡を用いた内視鏡システムの概略について説明する。図２はワイヤレス内視鏡１にバッテリ３１を装着した状態を示し、図３はワイヤレス内視鏡１からバッテリ３１を取り外した状態を示している。

図４に示すように、内視鏡システムは、ワイヤレス内視鏡１、プロセッサ６０及びモニタ７０によって構成される。図４に示すように、手術室においては、カート７５上に各種医療機器及びモニタ７０が配置される。カート７５上には、無線部６０ａが別体に構成されたプロセッサ６０が載置される。無線部６０ａは図示しないコネクタによってプロセッサ６０に接続される。なお、カート７５上には、医療機器としては、例えば電気メス装置、気腹装置、ビデオレコーダ等の装置類や、二酸化炭素を充填したガスボンベ等も載置される。

ワイヤレス内視鏡１は、バッテリ３１を装着することで通常の内視鏡観察のための撮影動作を行うことができるようになっており、プロセッサ６０とは無線にて接続されるワイヤレス構成である。

ワイヤレス内視鏡１は、先端側に挿入部１１を有し、基端側に操作部２１を有する内視鏡本体により構成される。挿入部１１の先端部にはＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等によって構成される撮像素子を有する撮像部５０（図２乃至図４では図示省略）が配設される。また、挿入部１１には、被写体を照明するための照明光を発生する照明部４９（図２乃至図４では図示省略）が設けられており、照明部４９が発生した光は、挿入部１１の先端のレンズ１２を介して被写体に照明光１５として照射されるようになっている。

被写体からの戻り光は、挿入部１１の先端のレンズ１３を介して入射され、撮像部５０の撮像面に結像するようになっている。撮像部５０は光電変換によって被写体光学像に基づく撮像画像を得る。撮像部５０は撮像画像を挿入部１１内の図示しない信号線を介して操作部２１内の基板２２に伝送するようになっている。操作部２１に設けられた基板２２には、各種ＩＣ２３ａ〜２３ｃが搭載されている。これらのＩＣ２３ａ〜２３ｃ等によって、図１の各回路部が構成されている。

なお、撮像部５０及び照明部４９は、挿入部１１の先端に設けられているものとして説明したが、カメラヘッドのように撮像部が操作部２１側に設けられていてもよく、また、光源を操作部側等に設けて照明光をライトガイド等によって挿入部１１の先端に導くものであってもよい。

操作部２１には、バッテリ３１を装着するための図示しないバッテリ接続部が設けられており、このバッテリ接続部にバッテリ３１を着脱自在に装着することができるようになっている。バッテリ接続部には、電源線２６ａ，２６ｂが接続されており、電源線２６ａ，２６ｂは、基板２２上に搭載された電源部４６にバッテリ３１からの電力を供給することができるようになっている。

本実施の形態においては、操作部２１内には、電力を保持する蓄電部品であるキャパシタ２４が設けられている。キャパシタ２４は、後述する交換時動作モードにおいて内視鏡観察に必要な電力を発生することができるようになっている。キャパシタ２４には、電源線２５ａ，２５ｂが接続されており、キャパシタ２４は電源線２５ａ，２５ｂを介してバッテリ３１により充電されるようになっている。また、電源線２５ａ，２５ｂは、基板２２上に搭載された電源部４６にキャパシタ２４からの電力を供給することができるようになっている。

なお、本実施の形態においては、バッテリ３１によって充電可能なキャパシタ２４を電力を保持する部品として採用していることから、キャパシタ２４を操作部２１から取り出すことなく、内視鏡観察に必要な電力を保持させることができる。なお、蓄電部品としては、バッテリ３１の交換時に、ワイヤレス内視鏡１を駆動することが可能な電力を保持していればよく、充電可能なキャパシタや２次バッテリだけでなく、１次バッテリを採用してもよい。

図１において、ワイヤレス内視鏡１には、制御部４１が設けられている。制御部４１は、図示しないＣＰＵ等のプロセッサによって構成することができ、メモリに記憶されたプログラムに従って各部を制御することができるようになっていてもよい。

図１においては、太線によって、電力供給ラインを示している。電源部４６は電源ライン４６ａを介して電力の供給を受けて、内視鏡観察に必要な電力を発生する。例えば、電源部４６は、ワイヤレス内視鏡１の制御部４１、画像処理及び制御部４７、無線部４８、照明部４９及び撮像部５０に供給する電力を発生する。照明部４９は、電源部４６から電力の供給を受け、画像処理及び制御部４７に制御されて被写体を照明するための光を発生する。撮像部５０は電源部４６から電力の供給を受け、画像処理及び制御部４７に駆動されて、被写体を撮像し、撮像画像を画像処理及び制御部４７に出力する。

画像処理及び制御部４７は、電源部４６から電力の供給を受け、撮像部５０からの撮像画像に対して所定の画像処理を施した後、無線部４８に出力する。例えば、画像処理及び制御部４７は、画像処理として画像圧縮処理が可能である。通信部である無線部４８は、電源部４６から電力の供給を受け、画像処理及び制御部４７に駆動されて、撮像画像を無線部６０ａを介してプロセッサ６０等に無線送信する。本実施の形態においては、画像処理及び制御部４７は、制御部４１に制御されて、後述するように、通常時動作モード及び交換時動作モードの２つの動作モードで各部を制御するようになっている。

バッテリ３１はスイッチ部４３及び電源ライン４６ａを介して電源部４６に接続される。バッテリ３１とスイッチ部４３との間には、バッテリ３１の取り外しが可能な状態になっているか否かを検出する検出部４２が設けられている。検出部４２は、例えば、バッテリ３１を操作部２１のバッテリ接続部に固定するロック機構を有するメカスイッチによって構成することができ、このメカスイッチをオフにすることでバッテリ３１の取り外が可能となるようになっている。検出部４２の検出結果、即ち、バッテリ３１が取り外し可能な状態になっているか否かの検出結果は制御部４１に供給されるようになっている。

なお、検出部４２は、バッテリ３１の取り外しが可能な状態になっているか否かを検出するものとして説明したが、検出部４２としては、バッテリ３１の電気的な接続を検出するものであってもよく、バッテリ３１がバッテリ接続部から電気的に取り外されたことを検出するものであってもよい。以下の説明においては、検出部４２は、バッテリ３１が取り外し可能な状態になっているか否かを検出するものとして説明するが、バッテリ３１がバッテリ接続部に対して電気的未接続状態であるか否かを検出するものであっても、実施の形態を同様に適用可能である。

キャパシタ２４は、充電回路４４及びスイッチ部４３を介して電源ライン４６ａに接続されると共に、放電回路４５、スイッチ部４３及び電源ライン４６ａを介して電源部４６に接続される。スイッチ部４３は、バッテリ３１と電源ライン４６ａとの接続を制御するスイッチａ、充電回路４４と電源ライン４６ａとの接続を制御するスイッチｂ、放電回路４５と電源ライン４６ａとの接続を制御するスイッチｃとによって構成される。充電回路４４は、バッテリ３１からの電力が電源ライン４６ａ及びスイッチ部４３を介して供給されると、キャパシタ２４を充電することができるようになっている。放電回路４５は、キャパシタ２４から供給された電力をスイッチ部４３及び電源ライン４６ａを介して電源部４６に供給することができるようになっている。スイッチ部４３は制御部４１によって各スイッチａ〜ｃがオン，オフ制御されるようになっている。

制御部４１は、検出部４２からの検出結果によってバッテリ３１が取り外し可能な状態になっていないことが示されている場合には、通常時動作モードを設定して、スイッチ部４３のスイッチａ，ｂをオンにし、スイッチｃをオフにする。この通常時動作モードでは、バッテリ３１からの電力がスイッチ部４３を介して電源ライン４６ａに供給され、電源部４６はバッテリ３１からの電力を用いて、各部に供給する電力を発生する。また、通常時動作モードでは、バッテリ３１からスイッチａを介して電源ライン４６ａに供給された電力は、スイッチｂを介して充電回路４４にも供給される。充電回路４４は、電源ライン４６ａに現れた電力を用いてキャパシタ２４を充電する。

次に、検出部４２からの検出結果によってバッテリ３１が取り外し可能な状態になっていることが示されるものとする。この場合には、制御部４１は交換時動作モードを設定して、スイッチ部４３のスイッチａ，ｂをオフにし、スイッチｃをオンにする。この交換時動作モードでは、キャパシタ２４からの電力は放電回路４５に与えられる。放電回路４５が発生した電力はスイッチ部４３を介して電源ライン４６ａに供給され、電源部４６はキャパシタ２４からの電力を用いて、各部に供給する電力を発生する。

制御部４１は、画像処理及び制御部４７を制御して、通常時動作モードと交換時動作モードとで、異なる処理を実行させる。例えば、画像処理及び制御部４７は、通常時動作モードに比べて、交換時動作モードにおける消費電力が低下するように、各部を駆動制御する。例えば、画像処理及び制御部４７は、交換時動作モードにおける撮影フレームレートを通常時動作モードよりも低くするように撮像部５０を制御するようにしてもよい。また例えば、画像処理及び制御部４７は、交換時動作モードにおける画像圧縮率を通常時動作モードよりも高くなるように撮像画像に対する圧縮処理を行うようにしてもよい。また例えば、画像処理及び制御部４７は、交換時動作モードにおける照明光量を通常時動作モードよりも低下させるように照明部４９を制御するようにしてもよい。更に、画像処理及び制御部４７は、無線部４８を制御して、交換時動作モードでは通常時動作モードよりも消費電力が低減されるようなデータ伝送方法、例えば時分割伝送等を採用させるようにしてもよい。

例えば、画像処理及び制御部４７は、照明部４９の照明光量については通常時動作モードよりも交換時動作モードにおいて必ず低下させ、画像の圧縮率、撮像部５０の撮影フレームレートについては、任意に調整可能にしてもよい。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図５乃至図７を参照して説明する。図５及び図６は実施の形態の動作を説明するためのフローチャートであり、図７は実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５は制御部４１の動作フローを示し、図６は画像処理及び制御部４７の動作フローを示している。

制御部４１は、図５のステップＳ１において、検出部４２の検出結果を取込み、バッテリ３１が接続部から取り外し可能な状態になっているか否かを判定する（ステップＳ２）。いま、操作部２１にバッテリ３１が装着されている状態であるものとする。この場合には、制御部４１は、検出部４２の検出結果に基づいてスイッチ部４３のスイッチａ，ｂをオンにし、スイッチｃをオフにする。これにより、バッテリ駆動が行われ（ステップＳ３）、バッテリ３１からの電力は、スイッチ部４３及び電源ライン４６ａを介して電源部４６に供給される。電源部４６は、供給された電力に基づいて、ワイヤレス内視鏡１の各部に供給する電力を発生する。

制御部４１は、ステップＳ４において画像処理及び制御部４７に通常時動作モードを設定する。画像処理及び制御部４７は、図６のステップＳ１１において、交換時動作モードが設定されているか否かを判定する。画像処理及び制御部４７は、通常時動作モードが設定されると、処理をステップＳ１２に移行して、撮像部５０の撮影フレームレート、照明部４９の照明光量及び画像処理における圧縮率を設定する。図７では、バッテリ取外し前の期間、即ち、通常時動作モードにおいて、撮影フレームレートが６０ｆ／ｓに設定され、画像の圧縮率がαに設定され、照明光量が１００％に設定されていることを示している。こうして、ワイヤレス内視鏡１の各部は通常の消費電力で駆動される。

なお、通常時動作モードにおいては、電源ライン４６ａからの電力により、充電回路４４はキャパシタ２４を充電している。これにより、バッテリ３１の装着時には、キャパシタ２４は、ワイヤレス内視鏡１を動作させるために必要な電力を保持している。

ここで、バッテリ３１の容量不足等の理由から、バッテリ交換を行うものとする。術者は、バッテリ３１を取り外すために、例えばメカスイッチ等の検出部４２を操作する。これにより、制御部４１は、ステップＳ２において、バッテリが取り外し可能となったものと判定する。

この場合には、制御部４１は、検出部４２の検出結果に基づいてスイッチ部４３のスイッチａ，ｂをオフにし、スイッチｃをオンにする。これにより、キャパシタ駆動が行われ（ステップＳ５）、キャパシタ２４からの電力は、放電回路４５に供給され、放電回路４５からスイッチｃを介して電源ライン４６ａに電力が供給される。こうして、電源部４６はワイヤレス内視鏡１の動作に必要な電力を受けて、各部を駆動するための電力を発生する。

制御部４１は、ステップＳ６において画像処理及び制御部４７に交換時動作モードを設定する（ステップＳ６）。画像処理及び制御部４７は、図６のステップＳ１１において、交換時動作モードが設定されているものと判定し、処理をステップＳ１４に移行して、撮像部５０の撮影フレームレート、照明部４９の照明光量及び画像処理における圧縮率を再設定する。図７では、バッテリ取外し後の期間、即ち、交換時動作モードにおいて、撮影フレームレートが３０ｆ／ｓに設定され、画像の圧縮率がβ（＞α）に設定され、照明光量が７０％に設定されていることを示している。

撮影フレームレートは低いほど撮像部５０における消費電力を削減することができる。また、圧縮率は高い程、無線部４８における伝送時の電力を小さくすることができる。また、照明光量は低い程、照明部４９における消費電力を削減することができる。こうして、交換時動作モードでは、通常時動作モードよりも少ない消費電力での低消費電力駆動が行われる（ステップＳ１５）。

キャパシタ２４の容量は、例えばワイヤレス内視鏡１を低消費電力での駆動ならば少なくとも数分程度駆動することができる容量に設定されており、バッテリ３１の取り外しから数分以内に充電したバッテリ３１を再装着することで、ワイヤレス内視鏡１による内視鏡観察を停止させることなく、バッテリ交換が可能である。

バッテリ３１が再度装着されると、制御部４１は、検出部４２の検出結果に基づいてスイッチ部４３を制御してバッテリ駆動を行う（ステップＳ３）。電源部４６は、電源ライン４６ａを介してバッテリ３１から供給された電力に基づいて、ワイヤレス内視鏡１の各部に供給する電力を発生する。

また、制御部４１は、ステップＳ４において画像処理及び制御部４７に通常時動作モードを設定し、画像処理及び制御部４７は、処理をステップＳ１２に移行して、撮像部５０の撮影フレームレート、照明部４９の照明光量及び画像処理における圧縮率を再設定する。こうして、図７に示すように、バッテリ取付け後の期間には、撮影フレームレートが６０ｆ／ｓに、画像の圧縮率がαに、照明光量が１００％に戻される。こうして、ワイヤレス内視鏡１の各部は通常の消費電力での駆動に復帰する。

このように本実施の形態においては、バッテリを交換する場合でも、キャパシタからの電力を利用することで、内視鏡の動作を継続させることができる。これにより、バッテリ交換前後及び交換途中においてベストアングルを解除することなく、被写体の撮影を継続することができ、バッテリ交換に伴って、ベストアングルを得るための煩雑な操作や電源の再投入や各種設定操作等を行う必要がなく、手技を円滑に進めることができる。また、交換時動作モードでは、通常時動作モードよりも低消費電力での動作が可能であり、比較的少ない容量のキャパシタを用いた場合でも、バッテリの交換に必要な十分な時間だけワイヤレス内視鏡を駆動することができる。従って、キャパシタとして、比較的軽量のものを採用することができ、操作性が悪化するはない。

また、本発明は、上記各実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本出願は、２０１５年８月１８日に日本国に出願された特願２０１５−１６１１３６号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (5)

1. 被写体を撮像する撮像部と、
   電力を保持する蓄電部品と、
   前記撮像部及び蓄電部品を内蔵する内視鏡本体に着脱自在に取り付けられて内視鏡観察に必要な電力を発生するバッテリの前記内視鏡本体への接続状態を検出する検出部と、
   前記検出部から前記バッテリの未接続状態の検出結果が与えられると、前記蓄電部品からの電力を前記内視鏡観察に必要な電力として用いると共に、前記バッテリからの電力によって前記内視鏡観察を行う通常時動作モードに比べて低い電力で前記内視鏡観察を行う交換時動作モードを設定する制御部と
   を具備するワイヤレス内視鏡において、
   前記制御部は、前記検出部から前記バッテリの前記内視鏡本体への再接続状態の検出結果が与えられると、前記交換時動作モードから前記通常時動作モードに復帰させることを特徴とするワイヤレス内視鏡。
2. 前記内視鏡本体に設けられ前記被写体を照明する照明部と、
   前記内視鏡本体に設けられ前記撮像部からの画像に対する画像処理を行う画像処理部と、
   前記内視鏡本体に設けられ前記画像処理後の画像を外部に送信する通信部と、
   前記制御部によって前記交換時動作モードが指定されると、前記通常時動作モードに比べて、前記照明部による照明光量の削減、前記撮像部の撮影フレームレートの低減、前記画像処理部による画像の高圧縮率化の少なくとも１つの低消費電力化を行う第２の制御部と
   を具備したことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス内視鏡。
3. 前記第２の制御部は、前記交換時動作モードが指定されると、少なくとも前記照明部による照明光量の削減を実施する
   ことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス内視鏡。
4. 前記制御部は、前記通常時動作モードにおいて、前記バッテリからの電力によって前記蓄電部品を蓄電する蓄電路を導通させ、前記交換時動作モードにおいて、前記前記蓄電部品からの放電路を導通させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス内視鏡。
5. 前記蓄電部品は、キャパシタにより構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス内視鏡。

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