JP7187671B2

JP7187671B2 - 送気装置、送気量制御方法及び送気システム

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Publication number: JP7187671B2
Application number: JP2021506101A
Authority: JP
Inventors: 剛毅沼田; 都敏平賀
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: WO2020188803A1; JPWO2020188803A1; US20220000348A1

Description

本発明の実施形態は送気装置、送気量制御方法及び送気システムに関し、特に、内視鏡装置に接続して空気や不活性ガスを内視鏡装置の先端から腹腔内及び管腔内などに注入する送気装置、送気量制御方法及び送気システムに関する。

近年、患者の管腔内臓器などを観察したり、必要に応じて処置具を用いて管腔内の部位や組織に対して各種治療処置を行ったりする、内視鏡が広く用いられている。内視鏡を用いた観察・各種処置においては、内視鏡の視野を確保する目的及び処置具を操作するための領域を確保する目的で、送気装置が用いられている。

送気装置は、体腔内に送気用気体として例えば二酸化炭素ガスなどを術野に注入し、内視鏡の視野や処置具の操作領域を確保する（例えば、特開２０１６－１４４５７９号公報参照）。

送気装置は、送気管路中に送水ボトルなど流体貯留部が設けられており、流体貯留部を介して送気用気体を送出する。非送気時において、流体貯留部には送気用気体が充填された状態である。この状態から送気を開始すると、充填されていた気体が一気に送気管路から体腔内に向けて開放されるため、送気流量が一時的に設定値を超えて過送気状態となってしまう問題があった。

そこで、本発明は、送気開始時における過送気を防止することのできる、送気装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の送気装置は、所定の気体を送気する送気源に連通し、内視鏡に設けられた送気管路を介して患者の管腔へ前記所定の気体を供給する送気装置であって、前記送気装置と前記内視鏡の前記送気管路との間に設けられ前記所定の気体を貯留する気体貯留部内の圧力を測定する圧力測定部と、前記気体貯留部に接続された排気管路と、前記排気管路を開閉する開放弁と、前記圧力測定部の測定結果が、一定値を保持している状態から減少し始めるタイミングを検知し、検知した前記タイミングにおいて前記開放弁を開に切り替えるように制御する制御部と、を有する。
本発明の一態様の送気量制御方法は、所定の気体を供給する送気装置の送気量制御方法であって、前記所定の気体を貯留する気体貯留部内の圧力を測定し、前記圧力の測定結果が、一定値を保持している状態から減少し始めるタイミングを検知し、検知した前記タイミングにおいて、前記気体貯留部に接続された排気管路を開閉する開放弁を、開に切り替えるように制御する。
本発明の一態様の送気システムは、所定の気体を送気する送気源に連通し、内視鏡に設けられた送気管路を介して患者の管腔へ前記所定の気体を供給する送気装置と、前記送気装置と前記内視鏡の前記送気管路との間に設けられ前記所定の気体を貯留する気体貯留部と、を含む送気システムであって、前記送気装置は、前記気体貯留部内の圧力を測定する圧力測定部と、前記気体貯留部に接続された排気管路と、前記排気管路を開閉する開放弁と、前記圧力測定部の測定結果が、一定値を保持している状態から減少し始めるタイミングを検知し、検知した前記タイミングにおいて前記開放弁を開に切り替えるように制御する制御部と、を有する。

本発明の第１実施形態に係わる送気システムの全体構成の一例を説明する図。送気ボトル内圧の経時変化の一例を示す図。送気流量の経時変化の一例を示す図。第２実施形態に係わる送気システムの全体構成の一例を説明する図。送気流量と管腔内圧との関係の一例を説明する図。第２の実施形態の変形例に係わる送気システムの全体構成の一例を説明する図。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係わる送気システムの全体構成の一例を説明する図である。図１に示すように、本実施形態の送気システムは、送気装置１と、送気ボトル２５とから構成される。

送気装置１には、高圧ガス用ホース２２を介して、ガス供給源２１（例えば、炭酸ガスボンベ）が接続されている。高圧ガス用ホース２２の他端は、送気装置１に設けられた高圧コネクタ２３と接続されている。また、送気装置１には、送気コネクタ２４が設けられており、送気コネクタ２４には、送気チューブ２６の一端が接続されている。送気チューブ２６の他端は、気体貯留部としての送気ボトル２５に接続されている。送気ボトル２５には、送気チューブ２７の一端が接続されている。送気チューブ２７の他端は、図示しない内視鏡コネクタを介し、内視鏡３０に接続されたユニバーサルケーブル３４内に挿通されている図示しない送気管路に接続されている。

内視鏡３０は、長尺で細長な挿入部３５と、操作部３６と、ユニバーサルケーブル３４と、を有して構成されている。内視鏡３０の挿入部３５は、先端から順に、先端部３１と、湾曲部３２と、可撓管部３３と、を有して構成されている。先端部３１には、被写体を結像する対物レンズ（図示せず）が配置されている。さらに、この対物レンズの結像位置には、撮像手段として、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの固体撮像素子（図示せず）が配置されている。

操作部３６には、挿入部３５の湾曲部３２を湾曲操作するための湾曲操作ノブ４０が回転自在に配設されると共に、各種内視鏡機能のスイッチ類などが設けられている。なお、湾曲操作ノブ４０は、湾曲部３２を上下方向に湾曲操作するためのＵＤ湾曲操作ノブ３８と、湾曲部３２を左右方向に湾曲操作するためのＲＬ湾曲操作ノブ３９とが重畳するように配設されている。また、操作部３６には、管腔内に二酸化炭素などの気体を供給するための送気ボタン４１と、吸引ボタン４２とも設けられている。

また、挿入部３５と操作部３６の連結部は、ユーザによる把持部を兼ねる把持部３７と、この把持部３７及び挿入部３５の可撓管部３３の一端の間に設けられた折れ止め部に配設されて、挿入部３５に配設された各種処置部を挿通する処置具チャネルの開口部となる処置具チャネル挿通部４３とを有して構成されている。

操作部３６から延設されたユニバーサルケーブル３４は、延出端に図示しない内視鏡コネクタを有している。送気ボトル２５から延出された送気チューブ２７は、内視鏡コネクタを介して、ユニバーサルケーブル３４内に挿通された図示しない送気管路に接続されている。すなわち、送気装置１から吐出される気体は、送気チューブ２６、送気ボトル２５、送気チューブ２７を介して、図示しない送気管路に供給される。送気管路に供給された気体は、操作部３６の送気ボタン４１を押下することにより、挿入部３５の先端部３１から管腔内へ供給される。

送気装置１内には、１次減圧器１１と、２次減圧器１２と、流量制御弁１３とが設けられており、シリコンやフッ素樹脂などで形成された送気管路１９によって、これらの部位はこの順に接続されている。また、送気装置１には、リリーフ弁１４と、圧力センサ１５も設けられており、これらの部位は、排気管路２０に接続されている。また、送気装置１には、制御回路１６と、設定入力部１７と、電源１８とも設けられている。

１次減圧器１１と高圧コネクタ２３、及び、流量制御弁１３と送気コネクタ２４も、送気管路１９によって接続されている。すなわち、ガス供給源２１から送り出され、高圧ガス用ホース２２を介して送気装置１に供給された気体は、送気管路１９によって、１次減圧器１１、２次減圧器１２、流量制御弁１３をこの順に通過し、所定の圧力・流量に調整された後、送気コネクタ２４を介して送気チューブ２６から吐出される。

１次減圧器１１と２次減圧器１２とは、高圧コネクタ２３を介して供給された、二酸化炭素などの気体を、人体に危険のない程度の圧力にまで減圧する。例えば、ガス供給源２１から１ＭＰａ程度の高圧で供給されるガスを、６～５０ｋＰａ程度にまで減圧する。

流量制御弁１３は、内視鏡３０に供給する気体の流量を所定の値に調整できるように構成されている。流量制御弁１３は、例えば、電磁駆動弁の一種であり、駆動部に電磁コイルを用いた調節弁で構成される。電磁コイルに電流を流すと磁力が生じ、プランジャを吸引して弁の開閉を行う。電磁コイルに流す電流の大きさによりプランジャの位置を制御することで、弁部の開度を制御し、送気管路内を流れる気体の流量を所定の値に調整できるように構成されている。

開閉弁であるリリーフ弁１４は、排気管路２０を介して送気コネクタ２４に接続されている。リリーフ弁１４は、送気動作中も送気停止中も基本的には閉になされているが、送気ボトル２５内の気体を開放する必要がある時には、制御回路１６から入力される制御信号に基づいて開閉動作を行う。すなわち、リリーフ弁１４が開になされると、送気チューブ２６、送気コネクタ２４、排気管路２０、リリーフ弁１４を介し、送気ボトル２５内に貯留している気体が大気中に放出される。

なお、送気ボトル２５内に貯留している気体を迅速に放出するために、排気管路２０の抵抗は内視鏡の挿入部に挿通された送気管路の抵抗よりも低抵抗で構成することが望ましい。例えば、排気管路２０を内視鏡の送気管路よりも太い径の管路で構成することで、低抵抗の管路とすることができる。管路径で抵抗値を調整する場合、例えば、内視鏡の送気管路が１ｍｍ程度である場合、排気管路２０は１～２ｃｍ程度の太さの管で構成することができる。

圧力測定部としての圧力センサ１５は、排気管路２０、送気コネクタ２４、送気チューブ２６を介して送気ボトル２５内の圧力を測定する。圧力の測定は、送気停止中に行われる。圧力センサ１５での測定結果は、制御回路１６へ出力される。

設定入力部１７は、ユーザ等が、送気流量の設定を行なったり送気開始や送気停止の指示を入力したりするユーザインタフェースである。なお、設定入力部１７を、送気流量の設定を行なう流量設定部と、送気開始・停止の指示を行なう送気スイッチとに分離して構成してもよい。設定入力部１７からの指示内容は、制御回路１６に出力される。

電源１８は、送気装置１の各部位に対する電力供給のオン・オフを切り替える。

制御部としての制御回路１６は、設定入力部１７からの指示に従い、流量制御弁１３に対し、弁の開閉動作や設定流量に応じた弁の開度の指示を行なう。また、圧力センサ１５から入力される圧力測定値に基づき、リリーフ弁１４に対し、開閉動作の指示を行なう。

次に、制御回路１６の指示に基づくリリーフ弁１４の開閉動作について説明する。図２は、送気ボトル内圧の経時変化の一例を示す図である。すなわち、圧力センサ１５の測定値の経時変化を示している。

内視鏡３０の送気ボタン４１により送気が停止されている状態において、送気ボトル２５内の圧力は、設定された送気流量によらず、２次減圧器１２で減圧された送気圧力となっている。すなわち、送気ボトル２５内に貯留している気体の圧力は、送気中における送気圧力よりも高い圧力となっている。この状態で、送気ボタン４１が操作されて送気装置１から内視鏡３０を介して管腔への送気が開始されると、送気ボトル２５内に貯留している気体が内視鏡３０の先端部３１から管腔へ放出されるため、送気ボトル２５内の圧力が低下する。すなわち、図２において、送気ボトル内圧力が一定値から低下し始めるタイミングＴｓにおいて、送気が開始されたと推定することができる。

制御回路１６は、圧力センサ１５から入力される測定値をモニタし、送気ボトル２５内の圧力の低下開始を検知すると、リリーフ弁１４を開にするよう制御する。リリーフ弁１４が開に切り替わることで、送気ボトル２５内に貯留している気体が、送気チューブ２６、送気コネクタ２４、排気管路２０、リリーフ弁１４を介して大気中に開放され、送気ボトル２５内の圧力が低下する。制御回路１６は、リリーフ弁１４を開に切り替えてから、予め設定された所定時間後にリリーフ弁１４を閉に切り替える。リリーフ弁１４を開にしている間は、内視鏡３０への送気がほとんどなされず、大気中に送気すべき気体が開放される。従って、リリーフ弁１４を開にした後、送気ボトル２５内に貯留している気体を大気中に開放されたら、遅滞無くリリーフ弁１４を閉に切り替えて、通常の送気状態にすることが望ましい。

図３は、送気流量の経時変化の一例を示す図である。同図において、送気開始直後にリリーフ弁１４の開閉動作を行う場合の送気流量の経時変化を実線で示している。また、リリーフ弁１４の開閉動作を行なわない場合の送気流量の経時変化を点線で示している。送気ボタン４１により送気が開始されたタイミングＴｓより前は、送気が停止されているので、送気流量はゼロである。

送気開始タイミングＴｓの直後、リリーフ弁１４の開閉動作を行なわない場合、送気ボトル２５内に貯留している気体が一気に送気チューブ２７へ送出されるので、送気流量が設定流量Ｌｃよりも大きくなってしまう。高流量で送出された気体は、内視鏡３０の先端部３１から管腔へ開放されるため、短時間で設定流量Ｌｃになる。しかし、送気開始タイミングＴｓの直後の過送気により、管腔が必要以上に膨らんでしまい、患部に蠕動運動が生じる可能性がある。また、一般的に、送気装置１により管腔内に送気を行う場合、管腔内臓器と先端部３１との距離を細かく調整するために、設定流量Ｌｃは低い値になされている。（例えば、０．９Ｌ／ｍｉｎ程度。）従って、送気流量のわずかな変動によっても、先端部３１と患部との距離が離れてしまう可能性もある。このような患部の蠕動運動や、先端部３１と患部とが離れてしまうことで、患部の処置が困難になってしまうという問題があった。

これに対し、送気開始タイミングＴｓの直後、リリーフ弁１４の開閉動作を行なう場合、送気開始直後に送気ボトル２５内に貯留している気体をリリーフ弁１４から大気へ開放することができるので、送気流量のオーバーシュートを防ぎ、先端部３１への送気流量を送気開始直後から設定流量Ｌｃに安定的に調整することができる。従って、管腔への過送気を防ぐことができる。

このように、本実施形態によれば、送気ボトル２５内の圧力を測定する圧力センサ１５を設け、圧力センサ１５の測定値に基づき送気停止から送気開始に切り替わるタイミングを検知し、内視鏡３０への送気量を制御する制御回路１６を設けている。送気開始直後に、送気ボトル２５内に貯留している気体を大気に開放することにより、送気開始直後の送気流量のオーバーシュートを防ぐことができ、管腔への過送気を防ぐことができる。

なお、上述では、管腔に送気が可能なシステムの構成を一例にあげて説明したが、送気ボトル２５として送水ボトルを用い、送気ボタン４１として送気と送水を切り替えて実行可能な送気・送水ボタンを用いることで、送気だけでなく送水も可能な送気送水システムに対し、本実施形態を適用することも可能である。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態の送気システムにおける送気装置１では、管腔内に送気が開始されたタイミングで、リリーフ弁１４を開放することにより送気ボトル２５内の圧力を低減し、送気開始直後の送気流量のオーバーシュートを抑制していた。これに対し、本実施形態においては、圧力制御弁５１を設け、送気流量の設定値に応じて送気ガスの圧力を調整することにより、送気開始直後の送気流量のオーバーシュートを抑制する点が異なっている。

以下、本実施形態における送気システムの構成について、図４を用いて説明する。図４は、第２実施形態に係わる送気システムの全体構成の一例を説明する図である。なお、本実施形態の送気システムにおいて、送気装置１´以外の構成要素は第１の実施形態と同様である。また、送気装置１´において、圧力制御弁５１、電磁弁５２、及び、メモリ５３以外の構成要素は第１の実施形態と同様である。同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、送気装置１に含まれていた、流量制御弁１３、リリーフ弁１４、及び、圧力センサ１５は、送気装置１´には設けられていない。

圧力制御弁５１は、送気管路１９を流れる気体の圧力（以下、管路内圧と示す）を調整可能な制御弁である。例えば、弁部に作用する減圧ばねの力を変化させることにより、管路内圧が所定の値になるように、電気的に調整するよう構成されている。電磁弁５２は、制御回路１６から入力される制御信号に基づいて開閉動作を行う。メモリ５３には、送気ガスの設定流量と管路内圧との関係が予め登録されている。図５は、送気流量と管腔内圧との関係の一例を説明する図である。

図５に示す表は、例えば、実際の手技に使用する前に、送気装置１´を用いて送気動作テストを事前に行い、送気流量と管路内圧とを実際に測定して取得したデータに基づいて生成されている。メモリ５３に予め登録しておく送気流量と管路内圧との関係は、実測値に基づくものでなくともよく、シミュレーションや装置の設計値など、他の手法から両社の関係を取得し登録してもよい。また、メモリ５３には、送気流量と管路内圧との関係を、上述のように対応表形式で登録しておいてもよいし、送気流量と管路内圧の相関を表す式の形式で登録しておいてもよい。

制御回路１６は、設定入力部１７から入力された送気流量の設定値を、メモリ５３に登録されている送気流量と管路内圧との対応関係データと照合し、管路内圧の設定値を算出する。例えば、送気流量が１．５５Ｌ／ｍｉｎに設定されている場合、管路内圧の設定値は、３８．０ｋＰａとなる。制御回路１６は、算出した管路内圧の設定値に基づき、圧力制御弁５１の動作を制御する。

このように、本実施形態によれば、送気管路１９の途中に圧力制御弁５１を設け、送気流量の設定値に応じた管路内圧を保持するように、圧力制御弁５１を制御する。従って、管路内圧が送気流量に応じた値に常に制御されるため、送気開始直後においても送気流量のオーバーシュートを防ぐことができ、管腔への過送気を防ぐことができる。

図６は、第２の実施形態の変形例に係わる送気システムの全体構成の一例を説明する図である。図６に示すように、第２の実施形態の送気装置１´において、第１の実施形態の送気装置１に設けられていた圧力センサ１５を用い、排気管路２０´を通じて送気ボトル２５内の圧力をモニタする構成にしてもよい。制御回路１６は、送気流量に基づき管路内圧の設定値を算出して圧力制御弁５１を制御しつつ、圧力センサ１５の測定値の変動に応じて圧力制御弁５１の制御値を調整する。これにより、管路内圧を更に安定的に制御することができ、送気開始直後における送気流量のオーバーシュートの防止効果を更に高めることが可能となる。従って、管腔への過送気を防ぐことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

所定の気体を送気する送気源に連通し、内視鏡に設けられた送気管路を介して患者の管腔へ前記所定の気体を供給する送気装置であって、
前記送気装置と前記内視鏡の前記送気管路との間に設けられ前記所定の気体を貯留する気体貯留部内の圧力を測定する圧力測定部と、
前記気体貯留部に接続された排気管路と、
前記排気管路を開閉する開放弁と、
前記圧力測定部の測定結果が、一定値を保持している状態から減少し始めるタイミングを検知し、検知した前記タイミングにおいて前記開放弁を開に切り替えるように制御する制御部と、
を有する送気装置。
前記制御部は、前記圧力測定部の測定結果に基づき前記開放弁の開閉動作を制御する、請求項１に記載の送気装置。
前記排気管路の内径は、前記送気管路の内径よりも太いことを特徴とする、請求項１に記載の送気装置。
所定の気体を供給する送気装置の送気量制御方法であって、
前記所定の気体を貯留する気体貯留部内の圧力を測定し、
前記圧力の測定結果が、一定値を保持している状態から減少し始めるタイミングを検知し、
検知した前記タイミングにおいて、前記気体貯留部に接続された排気管路を開閉する開放弁を、開に切り替えるように制御する
送気量制御方法。
所定の気体を送気する送気源に連通し、内視鏡に設けられた送気管路を介して患者の管腔へ前記所定の気体を供給する送気装置と、
前記送気装置と前記内視鏡の前記送気管路との間に設けられ前記所定の気体を貯留する気体貯留部と、
を含む送気システムであって、
前記送気装置は、
前記気体貯留部内の圧力を測定する圧力測定部と、前記気体貯留部に接続された排気管路と、前記排気管路を開閉する開放弁と、前記圧力測定部の測定結果が、一定値を保持している状態から減少し始めるタイミングを検知し、検知した前記タイミングにおいて前記開放弁を開に切り替えるように制御する制御部と、
を有する送気システム。
前記送気システムは、前記気体貯留部と前記送気管路を介して接続される前記内視鏡を更に有し、
前記制御部は、前記圧力測定部の測定結果に基づき前記開放弁の開閉動作を制御する、請求項５に記載の送気システム。