JPWO2018097065A1 - 内視鏡装置の制御装置及び内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

制御装置(200)は、内視鏡(100)のモータ(182)にモータ電流を供給してモータ(182)の駆動を制御する電流制御部(2024)と、モータ電流の値を検出するモータ電流検出部(2021)と、モータ電流の値の変化量を検出するモータ電流変化量検出部(2022)と、変化量に応じて電流制御部(2024)によるモータ電流の供給を停止させるリミット制御部(2023)とを備える。

Description

本発明は、内視鏡装置の制御装置及び内視鏡装置に関する。
管腔内に挿入される内視鏡装置として、自走式の内視鏡装置が知られている。自走式の内視鏡装置では、例えば挿入部の周囲に設けられた回転体をモータによって回転させることによる推進力によって挿入部を進退させる。このような内視鏡装置では、使用者による挿入部の挿入又は抜去操作が補助される。
一般の内視鏡装置は、自走のためのモータのトルク(モータ電流)が所定のトルクリミット値以上となったときに回転を停止させるトルクリミット機能を有している。例えば日本国特開2014−004268号公報において提案されている内視鏡挿入補助具は、トルク履歴部に記憶されている所定期間内のトルクの最小値に一定値を加算した値をトルクリミット値に設定している。日本国特開2014−004268号公報では、自走機構の内部抵抗も考慮してトルクリミット値が設定される。
モータのトルクは、体内負荷の増加によって増加するだけではない。例えば、内視鏡装置の挿入部における自走機構の位置において湾曲が発生すると、自走機構を駆動するためのモータのトルクが増加する。このようなトルクの増加によっては、本来はトルクリミット機能を作動させる必要のない、体内負荷の低い状態であってもトルクリミット機能が作動してしまうことになる。トルクリミット機能が作動してしまうと、検査が中断されてしまう。すなわち、不要なトルクリミット機能の作動は、検査時間の長時間化につながる。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、不要なトルクリミット機能の作動を抑制することが可能な内視鏡装置の制御装置及び内視鏡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、本発明の第1の態様の内視鏡装置の制御装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータとを有する内視鏡装置の制御装置であって、前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御する電流制御部と、前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流の値の変化量を検出するモータ電流変化量検出部と、前記変化量に応じて前記電流制御部による前記モータ電流の供給を停止させるリミット制御部とを具備する。
前記の目的を達成するために、本発明の第2の態様の内視鏡装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータと、前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御する電流制御部と、前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流の値の変化量を検出するモータ電流変化量検出部と、前記変化量に応じて前記電流制御部による前記モータ電流の供給を停止させるリミット制御部とを具備する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の構成の概略を示す図である。 図2は、モータ電流の上昇率とトルクリミット値との対応付けテーブルの例を示す図である。 図3は、本発明の一実施形態の内視鏡装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図4は、変形例の内視鏡装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図5は、変形例の動作を説明するための図である。
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内視鏡装置の構成の概略を示す図である。この図に示すように、内視鏡装置1は、内視鏡100と、制御装置200とを有している。なお、内視鏡装置1は、実際には、内視鏡100による生体内の照明を制御するための光源装置及び内視鏡100によって得られる画像を表示するためのモニタも有している。しかしながら、図1では、光源装置及びモニタについては図示が省略されている。
内視鏡100は、回転自走式の内視鏡であって、挿入部102を有している。挿入部102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、内視鏡100の各種操作を行うためのコントロールユニット108を有している。コントロールユニット108は、使用者によって保持される。ここでは挿入部102の先端の側を先端側と称する。また、挿入部102のコントロールユニット108が設けられている側を基端側と称する。挿入部102の先端側から基端側に沿った方向を長手方向とする。内視鏡100のコントロールユニット108と制御装置200とは、ケーブル110によって接続されている。
挿入部102の先端部は、湾曲しないような構成を有している。この先端部には、撮像素子が設けられている。撮像素子は、例えば挿入部102の先端側の被写体像に基づく画像信号を生成する。撮像素子で生成された画像信号は、挿入部102及びケーブル110を通る画像信号用信号線を介して制御装置200に伝送される。
また、挿入部102の基端側は、コントロールユニット108に設けられた操作部181の操作に応じて能動的に湾曲する部分と、外力によって受動的に湾曲する部分とを有する。挿入部102の湾曲部には、コントロールユニット108に内蔵されたモータ182の駆動力を伝達するための回転部104が取り付けられている。また、回転部104の先端側には、回転体であるパワースパイラルチューブ106が取り付けられている。パワースパイラルチューブ106は、例えばゴムや樹脂といった軟性材料により筒形状に形成され、湾曲部の長手軸周りに回転可能に装着されている。パワースパイラルチューブ106の外周面には、パワースパイラルチューブ106の長手軸に沿って螺旋形状のフィン161が設けられている。なお、パワースパイラルチューブ106は、回転部104から取り外し可能に構成されていてもよい。
また、モータ182は、コントロールユニット108及びケーブル110を通るアクチュエータ電流信号用信号線を介して制御装置200に接続されている。このモータ182は、操作子204を用いた操作によって動作する。モータ182の回転力は、回転部104に伝達される。その結果、パワースパイラルチューブ106に設けられたフィン161は、長手軸周りに回転する。
フィン161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、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にフィン161が接触することによって挿入部102に摩擦力が作用する。この摩擦力によって挿入部102が自走する。挿入部102が自走することにより、使用者による挿入部102の挿入作業及び抜去作業が補助される。なお、挿入部102は、モータ182が正転したときに挿入方向に自走し、モータ182が逆転したときに抜去方向に自走する。また、モータ182は、パルス発生部を有している。パルス発生部は、モータ182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、ケーブル110を通る回転速度信号線を介して制御装置200に入力する。この回転速度信号によってモータ182の回転速度が制御される。
操作子204は、例えばフットスイッチである。フットスイッチは、前進ペダルと後退ペダルとを含む。前進ペダルは、使用者により踏まれることにより、モータ182を正転させるための指示信号を発する。後退ペダルは、使用者により踏まれることにより、モータ182を逆転させるための指示信号を発する。また、前進ペダル及び後退ペダルは、それぞれ、踏み込みの量に応じた大きさの信号を発生させるように構成されている。ここでは、操作子204は、フットスイッチであるとしているが、操作子204は、例えばコントロールユニット108に設けられるスイッチ等であってもよい。
制御装置200は、内視鏡装置1の各部を制御する。制御装置200は、少なくとも駆動制御部202を有している。駆動制御部202は、例えばCPUやASICによって構成され、モータ電流検出部2021の機能と、モータ電流変化量検出部2022の機能と、リミット制御部2023の機能と、電流制御部2024の機能とを有する。駆動制御部202の各機能は、単一のハードウェア又はソフトウェアによって実現されてもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアによって実現されてもよい。また、一部の機能は、駆動制御部202と別個に設けられていてもよい。
モータ電流検出部2021は、電流制御部2024から出力されるモータ182の駆動電流としてのモータ電流の値を検出する。そして、モータ電流検出部2021は、検出したモータ電流の値をモータ電流変化量検出部2022に入力する。
モータ電流変化量検出部2022は、一定期間(例えば200ms)のモータ電流の値の変化量を検出する。モータ電流の値の変化量は、例えば、一定期間のモータ電流の上昇率である。モータ電流の上昇率は、一定期間で取得されたモータ電流の差分を時間で除したものとして表される。
リミット制御部2023は、モータ電流変化量検出部2022で検出されたモータ電流の値の変化量に基づいてモータ182に対するトルクリミット機能の制御を行う。ここで、トルクリミット機能とは、電流制御部2024からモータ182へのモータ電流の供給を停止することによってモータ182を停止させ、これによってモータ182のトルクの上昇を抑制する処理である。本実施形態では、リミット制御部2023は、モータ電流値が所定の電流閾値であるトルクリミット値以上であるか否かを判定することによって、モータ182に対してトルクリミット機能を作動させるか否かを判定する。また、リミット制御部2023は、モータ電流の上昇率に応じてトルクリミット値を変更する。例えば、リミット制御部2023は、図2に示すような上昇率とトルクリミット値とが対応付けられたテーブルを記憶するためのメモリを有し、モータ電流変化量検出部2022で検出されたモータ電流の上昇率に応じたトルクリミット値を用いてトルクリミット機能を作動させるか否かを判定する。なお、図2に示すように、トルクリミット値は、上昇率が大きくなるほどに小さな値となる。モータ電流の上昇率が大きい状態とは、体内負荷の急激な増加が生じた状態等の真にトルクリミット機能を作動させるべき状態である。このような真にトルクリミット機能を作動させるべき状態であるときには、トルクリミット機能が作動しやすいようにトルクリミット値は小さく設定される。逆に、モータ電流の上昇率が小さい状態では、急いでトルクリミット機能を作動させる必要はない。このような真にトルクリミット機能を作動させるべき状態でないときには、トルクリミット機能が作動しにくいようにトルクリミット値は大きく設定される。なお、図2で示した数値及び数値範囲は一例であって適宜に変更され得る。
電流制御部2024は、コントロールユニット108のパルス発生部から入力される回転速度信号を所定のサンプリング期間毎に取り込み、取り込んだ回転速度信号をフィードバック信号として、モータ182の回転速度を操作子204によって指示された回転速度とするようにモータ電圧を変更することによって、モータ182に入力するモータ電流の値を制御する。また、電流制御部2024は、リミット制御部2023からのトルクリミット機能の作動指示を受けたときには、モータ182へのモータ電流の入力を停止する。
以下、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置1の動作を説明する。図3は、一実施形態の内視鏡装置1の動作の一例を示すフローチャートである。図3の動作は、制御装置200の駆動制御部202によって制御される。この動作は、例えば内視鏡装置1の電源がオンされたときに開始される。なお、図3の動作と並行して、撮像素子で得られた画像信号に基づく内視鏡画像をモニタに表示させる処理等が行われる。
ステップS101において、駆動制御部202は、操作子204の操作があったか否かを判定する。例えば、操作子204がフットスイッチであれば、前進ペダル又は後退ペダルの踏み込みがあったか否かが判定される。ステップS101において、操作子204の操作がないと判定されている間は、ステップS101の判定は繰り返される。ステップS101において、操作子204の操作があったと判定されたときに、処理はステップS102に移行する。
ステップS102において、駆動制御部202は、電流制御部2024によってモータ182の駆動を制御する。すなわち、駆動制御部202の電流制御部2024は、モータ182の回転速度が操作子204であるフットスイッチの踏み込み量に応じた回転速度となるようにモータ電圧を変更する。その後、処理はステップS103に移行する。
ステップS103において、駆動制御部202のモータ電流検出部2021は、モータ電流を検出する。モータ電流の検出は、一定期間毎に行われる。
ステップS104において、駆動制御部202のモータ電流変化量検出部2022は、モータ電流検出部2021において一定期間毎に検出されるモータ電流の上昇率を検出する。
ステップS105において、駆動制御部202のリミット制御部2023は、モータ電流検出部2021で検出されたモータ電流の値が、モータ電流変化量検出部2022で検出された上昇率に応じたトルクリミット値以上であるか否かを判定する。前述したように、上昇率とトルクリミット値との対応付けテーブルは、リミット制御部2023が有するメモリに予め記憶されている。ステップS105において、モータ電流の値がトルクリミット値以上でないと判定されたときには、処理はステップS101に戻る。ステップS105において、モータ電流の値がトルクリミット値以上であると判定されたときには、処理はステップS106に移行する。
ステップS106において、駆動制御部202のリミット制御部2023は、トルクリミット機能を作動させるように電流制御部2024に指示する。これを受けて、電流制御部2024は、モータ182へのモータ電流の供給を停止させることによってモータ182を停止させる。なお、トルクリミット機能の作動に伴って、トルクリミット機能が作動したことを使用者に対して報知してもよい。
ステップS107において、駆動制御部202は、操作子204の再操作があったか否かを判定する。例えば、操作子204がフットスイッチであれば、操作子204の再操作は、フットスイッチの踏み込みが解除され、その後に再度の踏み込みがあった状態である。ステップS107において、操作子204の再操作がないと判定されている間は、ステップS107の判定は繰り返される。ステップS107において、操作子204の再操作があったと判定されたときには、処理はステップS101に戻る。
以上説明したように本実施形態によれば、モータ電流の変化量に応じたトルクリミット値に応じてトルクリミット機能の作動を制御している。モータ電流の変化量として例えばモータ電流の上昇率を採用することにより、例えば体内負荷の急激な上昇が生じたときといった真にトルクリミット機能を作動させるべきときにはトルクリミット値を小さくし、それ以外のスパイラルチューブの部分の湾曲によってトルクが上昇したとき等のトルクリミット機能を作動させる必要がないときにはトルクリミット値を大きくすることができる。これにより、必要なとき以外のトルクリミット機能の作動を抑制することができる。したがって、検査時間の短縮等につながる。
[変形例]
以下、本実施形態の変形例について説明する。前述した実施形態ではモータ電流の変化量としてモータ電流の上昇率を用いている。しかしながら、モータ電流の変化量は、モータ電流の上昇率でなくてもよい。以下で説明する変形例は、モータ電流の変化量として一定期間のモータ電流の積算値を用いる例である。なお、本変形例の内視鏡装置の基本的な構成は、図1で説明したものと同様である。本変形例においては、モータ電流変化量検出部2022は、モータ電流の値の変化量として、一定期間のモータ電流の積算値を検出する。
以下、変形例に係る内視鏡装置1の動作を説明する。図4は、変形例の内視鏡装置1の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図3と同様の処理については適宜に説明を省略する。
ステップS201において、駆動制御部202は、操作子204の操作があったか否かを判定する。ステップS201において、操作子204の操作がないと判定されている間は、ステップS201の判定は繰り返される。ステップS201において、操作子204の操作があったと判定されたときに、処理はステップS202に移行する。
ステップS202において、駆動制御部202は、電流制御部2024によってモータ182の駆動を制御する。
ステップS203において、駆動制御部202のモータ電流検出部2021は、モータ電流を検出する。モータ電流検出部2021は、例えば一定期間(25ms)毎にモータ電流を検出する。
ステップS204において、駆動制御部202のモータ電流変化量検出部2022は、モータ電流検出部2021においてモータ電流の積算値を検出する。モータ電流の積算値は、例えば、所定のリミット基準値以上となったときからの積算値である。例えば、図5の例では、リミット基準値は150[mA]である。この場合、図5の破線枠で示すように、モータ電流の値が150[mA]以上となったときから積算値の検出が開始され、モータ電流の値がリミット基準値を下回ったときには、その時点で積算値の検出が終了される。このとき、積算値は、リセットされる。
ステップS205において、駆動制御部202のリミット制御部2023は、積算値の値が所定の閾値(例えば800[mA])以上であるか否かを判定する。なお、この閾値は、リミット制御部2023が有するメモリに予め記憶されている。ステップS205において、積算値が閾値以上でないと判定されたときには、処理はステップS201に戻る。ステップS205において、積算値が閾値以上であると判定されたときには、処理はステップS206に移行する。積算値によりトルクリミット機能の作動を判定するため、リミット基準値よりも大変大きいモータ電流が流れれば、トルクリミット機能が作動するまでの時間は短くなる(図5の1回目の積算部分)。一方、リミット基準値に近いモータ電流が流れれば、トルクリミット機能が作動するまでの時間は長くなる(図5の2回目の積算部分)。
ステップS206において、駆動制御部202のリミット制御部2023は、トルクリミット機能を作動させるように電流制御部2024に指示する。これを受けて、電流制御部2024は、モータ182へのモータ電流の供給を停止させることによってモータ182を停止させる。なお、トルクリミット機能の作動に伴って、トルクリミット機能が作動したことを使用者に対して報知してもよい。
ステップS207において、駆動制御部202は、操作子204の再操作があったか否かを判定する。ステップS207において、操作子204の再操作がないと判定されている間は、ステップS207の判定は繰り返される。ステップS207において、操作子204の再操作があったと判定されたときには、処理はステップS201に戻る。
以上説明したように本変形例によれば、一実施形態と同様にモータ電流の変化量に応じたトルクリミット値に応じてトルクリミット機能の作動を制御している。モータ電流の変化量として例えばモータ電流の積算値を採用することにより、上昇率を採用したときと同様に例えば体内負荷の急激な上昇が生じたときといった真にトルクリミット機能を作動させるべきときを判定することができる。
また、本変形例においては積算値によってトルクリミット機能を作動させるか否かを判定している。モータの起動時等でも瞬間的にモータ電流の値が急上昇するが、積算値によってトルクリミット機能を作動させるか否かを判定することで瞬間的なモータ電流の変化を無視することができる。したがって、トルクリミット機能の作動の誤判定の可能性を抑制することができる。
なお、本変形例では、積算値を直接閾値と比較しているが、一実施形態と同様に積算値とトルクリミット値との対応付けを行っておき、積算値に応じたトルクリミット値とモータ電流の値とを比較することでトルクリミット機能を作動させるか否かを判定するようにしてもよい。積算値とトルクリミット値との対応付けの際には、モータ電流の積算値が大きいときにはトルクリミット値は小さく設定され、モータ電流の積算値が小さいときにはトルクリミット値は大きく設定される。また、本変形例では、基準値を超えたモータ電流の積算値を閾値と比較しているが、基準値を超えていないモータ電流も含めての積算値を閾値と比較するようにしてもよい。
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。例えば、前述の実施形態では、内視鏡100の挿入部102を進退させる回転体は、パワースパイラルチューブ106である。これに対し、本実施形態の技術は、回転体によって挿入部102を進退させる各種の挿入装置に適用可能である。
また、上述した実施形態による各処理は、コンピュータである駆動制御部202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、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、駆動制御部202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。
前記の目的を達成するために、本発明の第1の態様の内視鏡装置の制御装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータと、を有する内視鏡装置の制御装置であって、前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御する電流制御部と、前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流検出部で検出された前記モータ電流の一定期間の積算値を前記モータ電流の値の変化量として検出するモータ電流変化量検出部と、前記積算値が所定値以上となったときに前記モータの動作を停止させるように前記電流制御部に指示をするリミット制御部とを具備する。
前記の目的を達成するために、本発明の第2の態様の内視鏡装置の制御装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータと、前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御するとともに、前記モータ電流が所定のトルクリミット値以上となったときに前記モータへの前記モータ電流の供給を停止する電流制御部と、前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流検出部で検出された前記モータ電流の一定期間の上昇率を前記モータ電流の値の変化量として検出するモータ電流変化量検出部と、前記上昇率が大きくなるのに応じて前記トルクリミット値を小さくするように設定するリミット制御部とを具備する。
前記の目的を達成するために、本発明の第の態様の内視鏡装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータと、前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御する電流制御部と、前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流検出部で検出された前記モータ電流の一定期間の積算値を前記モータ電流の値の変化量として検出するモータ電流変化量検出部と、前記積算値が所定値以上となったときに前記モータの動作を停止させるように前記電流制御部に指示をするリミット制御部とを具備する。

Claims (7)

  1. 細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータとを有する内視鏡装置の制御装置であって、
    前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御する電流制御部と、
    前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、
    前記モータ電流の値の変化量を検出するモータ電流変化量検出部と、
    前記変化量に応じて前記電流制御部による前記モータ電流の供給を停止させるリミット制御部と、
    を具備する内視鏡装置の制御装置。
  2. 前記モータ電流変化量検出部は、前記モータ電流検出部で検出された前記モータ電流の一定期間の積算値を前記変化量として検出し、
    前記リミット制御部は、前記積算値が所定値以上となったときに前記モータの動作を停止させるように前記電流制御部に指示をする請求項1に記載の内視鏡装置の制御装置。
  3. 前記モータ電流変化量検出部は、前記一定期間として、所定のリミット基準値以上の前記モータ電流の積算値を前記変化量として検出する請求項2に記載の内視鏡装置の制御装置。
  4. 前記電流制御部は、前記モータ電流が所定のトルクリミット値以上となったときに前記モータへの前記モータ電流の供給を停止し、
    前記モータ電流変化量検出部は、前記モータ電流検出部で検出された前記モータ電流の一定期間の積算値を前記変化量として検出し、
    前記リミット制御部は、前記積算値が大きくなるのに応じて前記トルクリミット値を小さくするように設定する請求項1に記載の内視鏡装置の制御装置。
  5. 前記電流制御部は、前記モータ電流が所定のトルクリミット値以上となったときに前記モータへの前記モータ電流の供給を停止し、
    前記モータ電流変化量検出部は、前記モータ電流検出部で検出された前記モータ電流の一定期間の上昇率を前記変化量として検出し、
    前記リミット制御部は、前記上昇率が大きくなるのに応じて前記トルクリミット値を小さくするように設定する請求項1に記載の内視鏡装置の制御装置。
  6. 前記上昇率と前記トルクリミット値とは、テーブルによって対応付けられている請求項5に記載の制御装置。
  7. 細長形状の挿入部と、
    回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、
    前記自走機構に駆動力を供給するモータと、
    前記モータにモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御する電流制御部と、
    前記モータ電流の値を検出するモータ電流検出部と、
    前記モータ電流の値の変化量を検出するモータ電流変化量検出部と、
    前記変化量に応じて前記電流制御部による前記モータ電流の供給を停止させるリミット制御部と、
    を具備する内視鏡装置。
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