CN103002789B - 内窥镜用温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

内窥镜用温度控制装置具有：加热器；电源电路，其与电源连接，产生供给加热器的电力，经由电源线对加热器供给所产生的电力；温度检测部，其检测由加热器加热的被加热物的温度；半导体开关，其设置在电源线上，切换针对加热器的电力的供给/切断；控制部，其根据温度检测部的温度检测结果控制半导体开关来进行被加热物的温度控制，并且，根据温度检测结果进行断开半导体开关的加热停止控制；机械开关，其设置在从电源到加热器的电力供给用的线上，切换线的导通/切断；以及加热停止电路，其在加热器的温度控制产生异常的情况下，进行断开机械开关的加热停止控制。

Description

内窥镜用温度控制装置
技术领域
本发明涉及对内窥镜前端的温度进行控制的内窥镜用温度控制装置。
背景技术
近年来，内窥镜装置例如用于医疗领域、工业领域等各种领域中。在医疗领域中，内窥镜装置例如用于体腔内的脏器观察、使用处置器械的治疗处置、内窥镜观察下的外科手术等。
在这种医疗领域中，内窥镜被***与体温相等的温度、且湿度较高的环境的体内。在内窥镜***这种环境的情况下，有时在配置于内窥镜前端部的玻璃罩上产生模糊。为了防止该模糊，需要对玻璃罩进行加温后***体内，从而导致不方便。
因此，在日本特开2007-175230号公报中公开了如下装置：通过加热器对内窥镜前端的玻璃罩进行加热，并且，通过检测玻璃罩温度的温度传感器来控制加热器，进行温度控制。
但是，在现有例中，在温度调整用的各元件之一产生故障的情况下，无法可靠地进行温度计测，不能进行准确的温度控制，存在无法防止玻璃罩的模糊的问题。
本发明的目的在于，提供在温度控制用的各元件之一产生故障的情况下等能够强制停止加热的内窥镜用温度控制装置。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的内窥镜用温度控制装置的特征在于，具有：加热器，其配置在内窥镜中，伴随电力供给而被加热；电源电路，其与电源连接，产生供给所述加热器的电力，经由电源线对所述加热器供给所产生的电力；温度检测部，其检测由所述加热器加热的被加热物的温度；半导体开关，其设置在所述电源线上，切换针对所述加热器的电力的供给/切断；控制部，其根据所述温度检测部的温度检测结果控制所述半导体开关来进行所述被加热物的温度控制，并且，根据所述温度检测结果进行断开所述半导体开关的加热停止控制；机械开关，其设置在从所述电源到所述加热器的电力供给用的线上，切换所述线的导通/切断；以及加热停止电路，其在所述加热器的温度控制产生异常的情况下，进行断开所述机械开关的加热停止控制。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜用温度控制装置的框图。
图2是示出采用图1的内窥镜用温度控制装置的内窥镜装置的概略结构的外观图。
图3是***部6的概略结构图。
图4是沿着图3的II-II线的概略剖视图。
图5是横轴取时间、纵轴取热敏电阻27的温度来说明基于FPGA30的温度控制的曲线图。
图6是用于说明各部的故障和故障时的控制的流程图。
图7是示出变形例的框图。
图8是示出变形例的框图。
图9是示出变形例的框图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜用温度控制装置的框图。图2是示出采用图1的内窥镜用温度控制装置的内窥镜装置的概略结构的外观图。
首先，参照图2对内窥镜装置的概要进行说明。如图2所示，内窥镜装置1构成为包括内窥镜2、光源装置3、进行温度控制的照相机控制单元（以下简记为CCU）4。
内窥镜2构成为包括***观察对象中的***部6、以及与***部6的基端部连接的操作部7。该操作部7设有用于对内窥镜2进行操作的开关类，与光源装置3和CCU4连接。CCU4在内部具有包含CPU8的各种装置和电路。
通过将内窥镜2的***部6***人体来进行基于该内窥镜装置1的观察。该情况下，例如以穿过人体的腹壁的方式配置未图示的套管，将***部6***该套管中，从而引导到期望的观察部位。
在***部6中内插有后述的光导，能够对观察部位照射来自光源装置3的照明光。进而，***部6在前端部配置有摄像单元，该摄像元件根据CCU4的控制对来自观察部位的反射光进行摄像。
而且，CCU4通过包含CPU8的各种装置和电路而进行动作，对所摄像的图像进行处理，处理后的图像例如被输出到未图示的监视器等进行显示。
接着，使用图3对***部6的详细结构进行说明。
图3是***部6的概略结构图。如图3所示，***部6构成为包括内管10、以及直径比内管10大且配置成覆盖内管10的外周面的外管11。由于外管11有时直接接触活体组织，所以，内管10和外管11由绝缘材料构成。
并且，如图3所示，内管10具有透镜12、构成摄像部的电荷耦合元件（以下简记为CCD）13、构成发热部的加热器14。加热器14为环形状，其环形状的外周面沿着内管10的前端部的内壁面配置。
透镜12配置在内管10的前端部的环形状的加热器14的内周侧。并且，CCD13配置成受光面位于透镜12使来自外部的光在内管10的内部成像的位置。
另一方面，在外管11中，沿着外管11的轴向内插有作为光导纤维的光导15，光导15的前端在外管11的前端面露出。并且，在外管11的前端部配置有由透射光的部件构成的圆板状的玻璃罩16。
而且，作为温度检测部的温度传感器17配置成接触玻璃罩16的与透镜12对置的内侧的面。作为温度传感器17，例如可以采用热敏电阻。为了准确地检测温度，优选温度传感器17配置在玻璃罩16的附近。另外，玻璃罩16也可以由透镜构成。并且，也可以不设置光导15，而在***部6的前端部具有发光二极管。
下面，使用剖视图对更加详细的***部6的结构进行说明。
图4是沿着图3的II-II线的概略剖视图。如图4所示，CCD13、加热器14和温度传感器17分别经由信号线L与CCU4连接。加热器14和温度传感器17分别配置在CCD13的摄像范围（图中双点划线示出摄像范围）以外的位置。
另外，加热器14不限于上述位置和形状，只要配置在从内管10的前端部到对置的玻璃罩16的对置面之间、且CCD13的摄像范围以外即可，可以是任意位置和形状。
如上所述，光源装置3中产生的照明光由光导15导光，从***部6的前端、即外管11的前端进行照射。来自被照明的观察部位的反射光透射过玻璃罩16，通过透镜12在CCD13的受光面上成像。CCD13由CCU4控制，对所成的像进行摄像，向CCU4输出摄像信号。
并且，加热器14和温度传感器17是用于防止在将***部6***人体内时产生的玻璃罩16的模糊的结构要素。通过CCU4，加热器14被施加电压而发热，对玻璃罩16进行加温。
通过温度传感器17检测玻璃罩16的温度。该温度传感器17的电阻值例如根据温度而变化，始终通过CCU4检测电阻值。而且，CCU4根据检测到的温度来控制对加热器14施加的电压，使得玻璃罩16的温度成为规定温度。
在图1中，加热器26和热敏电阻27相当于图3和图4的加热器14和温度传感器17。即，图1所示的内窥镜用温度控制装置中的加热器26和热敏电阻27内置在内窥镜2中。图1的其他结构要素内置在CCU4中。
经由设置在电源线20上的开关23、24和寄存器25对加热器26供给例如+20V的电源电压。另外，开关23是机械式继电器，开关24是MOS开关等半导体开关。从电源经由开关32对DCDC转换器（以下简记为DCDC）22提供+5V的电源电压，DCDC22将电源电压转换为例如+20V而供给到电源线20。
加热器26的一端与寄存器25连接，另一端与基准电位点连接。在开关32、23、24接通的情况下，经由寄存器25对加热器26供给+20V的电源电压，加热器26进行加热。FPGA30通过对开关24进行接通、断开控制，对加热器26的温度进行控制。
如上所述，热敏电阻27成为与玻璃罩16的温度对应的电阻值。AMP28产生与热敏电阻27的电阻值对应的电压并输出到A/D转换器29。A/D转换器29将所输入的模拟值转换为数字信号并输出到FPGA30。这样，对FPGA30提供玻璃罩16的温度的检测结果。FPGA30对开关24进行接通、断开控制，使得温度的检测结果为规定范围内的值。
图5是横轴取时间、纵轴取热敏电阻27的温度来说明基于FPGA30的温度控制的曲线图。
在使用内窥镜装置进行外科手术等时，有时在配置于内窥镜***部的前端部的玻璃罩16中产生模糊。因此，通过将玻璃罩16确保为高于体温且不会使活体组织引起烫伤的程度的温度、例如38℃以上42℃以下，能够防止模糊。
FPGA30例如根据玻璃罩16的温度检测结果，每隔10ms对开关24的接通、断开进行控制。当加热器26的加热开始后，FPGA30每隔10ms检测温度。当检测温度超过42℃时，FPGA30断开开关24。由此，停止对加热器26供给电源电压。于是，加热器26的温度停止上升，加热器26的温度开始下降。与此相伴，当热敏电阻27的检测温度为40℃以下时，FPGA30再次接通开关24。这样，再次开始对加热器26供给电源电压，加热器26的温度上升。
FPGA30此后反复进行同样的动作，进行温度控制，使得检测温度大致成为40℃与42℃之间的温度。
在本实施方式中，FPGA30在检测到各部的故障后，断开开关24。即，开关24具有进行温度控制用的电源电压的供给断开的功能，并且，具有在部件故障时停止对加热器26供给电源的加热停止开关的功能。
为了进行温度控制，这种开关24比较频繁地反复进行接通、断开。因此，当考虑接通、断开耐性时，作为开关24，需要使用半导体开关。但是，半导体开关在故障时成为短路状态。即，在开关24故障的情况下，无法通过FPGA30断开开关24，无法停止对加热器26供给电源。
因此，在本实施方式中，在电源线20上与开关24串联地配置开关23。通过使用在故障时成为开放状态的机械式继电器作为开关23，在开关24故障时能够可靠地停止对加热器26供给电源，能够防止加热器26的过加热。
并且，在本实施方式中，在对电源线20供给电源电压的DCDC22的输入端侧配置作为机械式继电器的开关32。通过断开开关32，停止从DCDC22供给电源电压，能够防止开关24故障时的加热器26的过加热。
在本实施方式中，通过比较器33对开关23进行接通、断开控制。对比较器33提供AMP28的输出。比较器33对AMP28的输出和规定阈值电压进行比较，在AMP28的输出超过阈值电压的情况下，断开开关23。由此，在从AMP28产生异常电压值的情况下，能够断开开关23，能够防止加热器26成为过加热状态。
另外，在本实施方式中，说明了通过比较器33对开关23进行接通、断开控制的例子，但是，如图7所示，也可以通过FPGA30对开关23进行接通、断开控制。
进而，说明了比较器33对开关23进行接通、断开控制的例子，但是，如图8所示，也可以通过比较器33对开关32进行接通、断开控制。
并且，在本实施方式中，通过监视定时器（以下称为WDT）31对开关32进行接通、断开控制。对WDT31供给来自FPGA30的时钟，通过停止从FPGA30供给时钟，WDT31对FPGA30的异常等进行检测。当停止从FPGA30供给时钟时，WDT31断开开关32。由此，在FPGA30产生异常的情况下，能够断开开关32，能够防止加热器26成为过加热状态。
另外，在本实施方式中，说明了WDT31对开关32进行接通、断开控制的例子，但是，如图9所示，WDT31也可以对开关23进行接通、断开控制。
并且，在本实施方式中，寄存器25的输入输出端的电压被供给到运算放大器34。运算放大器34求出寄存器25的输入输出端的电压差，检测电源线20中流过的电流。运算放大器34向A/D转换器29输出基于检测到的电流值的输出。A/D转换器29将运算放大器34的检测电流提供给FPGA30。FPGA30在判定为运算放大器34的检测电流存在异常的情况下，断开开关24，或者停止对WDT31供给时钟。另外，A/D转换器29以时间分割的方式取入AMP28的输出和运算放大器34的输出，转换为数字信号并输出。
接着，参照图6的流程图对各部的故障和故障时的控制进行说明。
开关23、32由机械式继电器构成，通常时接通。因此，在通常时，对DCDC22供给电源电压，DCDC20对电源线供给+20V。在通常时，由于开关23接通，所以，电源线20的+20V的电压在开关24接通时经由寄存器25施加给加热器26，在开关24断开时不施加给加热器26。
在步骤S1中，热敏电阻27检测玻璃罩16的温度。并且，在步骤S11中，运算放大器34检测寄存器25中流过的电流。并且，在步骤S21中，WDT31监视FPGA30输出的时钟。
热敏电阻27的输出通过AMP28放大并通过A/D转换器29转换为数字信号后，供给到FPGA30。FPGA30存储温度检测结果（步骤S2），监视温度检测结果的历史（步骤S3）。
（1）热敏电阻27的故障
考虑由于热敏电阻27的故障而使热敏电阻27成为开放状态或短路状态。例如，考虑由于机械冲击等而切断热敏电阻27或与热敏电阻27连接的缆线。该情况下，AMP28的输出和A/D转换器29的输出根据热敏电阻27的开放或短路状态而成为规定上限值或下限值。FPGA30在A/D转换器29的输出成为规定上限值或下限值的情况下，判定为热敏电阻27产生故障（步骤S4），断开开关24。由此，加热器26的加热停止（步骤S10）。
（2）加热器26的故障
考虑由于加热器26的故障而使加热器26成为开放状态或短路状态。在加热器26开放的情况下，电流不从电源线20经由加热器26流到基准电位点。因此，寄存器25中不流过电流。运算放大器34检测到寄存器25未产生电压降，将检测结果输出到A/D转换器29。A/D转换器29向FPGA30输出运算放大器34的输出。在开关24的接通期间内寄存器25中不流过电流的情况下，FPGA30在步骤S12中判断为加热器26的故障，此后断开开关24。
并且，在加热器26成为短路状态的情况下，寄存器25中流过与加热器26正常的情况不同的电流。运算放大器34检测寄存器25中流过的电流，将检测结果输出到A/D转换器29。FPGA30根据寄存器25中流过的电流的检测结果判断为加热器26处于短路状态时（步骤S12），此后断开开关24。
（3）开关24（MOS开关）的故障
开关24故障时成为短路状态。在通常时，开关23也接通，寄存器25中始终流过电流。通过运算放大器34检测该电流，检测结果经由A/D转换器29供给到FPGA30。FPGA30在对开关24进行断开控制的期间内检测到寄存器25中流过电流的情况下，判断为开关24产生故障（步骤S12），停止对WDT31供给时钟。
当停止从FPGA30供给时钟时（步骤S22），WDT31断开开关32。由此，停止对DCDC22供给电源，DCDC22停止对电源线20供给+20V的电压。由此，防止加热器26的加热，并且还防止泄漏电流（步骤S10）。
另外，在本实施方式中，在开关24故障时，通过断开开关32来防止加热器26的加热，但是，显而易见，也可以构成为根据FPGA30的输出而断开开关23。
（4）开关23（机械式继电器）的故障
开关23在故障时开放。因此，即使开关23产生故障，加热器26也不会被加热。因此，在本实施方式中，不对应于开关23的故障。
（5）AMP28等的故障
考虑由于开关24的故障等而使加热器26的温度上升得超过规定阈值。比较器33检测AMP28的输出是否超过规定阈值电压（步骤S4），在超过的情况下，输出断开开关23的输出。通过这种比较器33的控制停止加热器26的加热（步骤S10），由此，能够防止加热器26的温度异常上升。
但是，在AMP28产生故障的情况下，虽然由热敏电阻27检测到的温度较低，但是，有时从AMP28输出较高的电压。该情况下，能够通过比较器33断开开关23，没有问题。
但是，相反，由于AMP28的故障，有时相对于由热敏电阻27检测到的温度而从AMP28输出较低的电压。该情况下，无法通过比较器33断开开关23。但是，该情况下，FPGA30也存储开关24的状态与来自A/D转换器29的检测温度之间的关系，在连续规定时间接通开关24、检测温度也没有上升到规定温度的情况下，能够判断为AMP28或A/D转换器29等的故障（步骤S6）。FPGA30在检测到AMP28或A/D转换器29的故障的情况下，此后断开开关24。
（6）FPGA30的故障
能够通过WDT31检测FPGA30的故障。WDT31在由于停止从FPGA30供给时钟而检测为其故障时（步骤S22），断开开关32。由此，防止加热器26的加热（步骤S10）。
（7）加热器26或热敏电阻27从玻璃罩16附近脱落
例如，在热敏电阻27从安装位置脱落的情况下，根据脱落的场所，有时热敏电阻27无法充分检测玻璃罩16的温度，有时成为加热器26的温度上升到必要以上的设定。在正常时，在开关24接通的情况下，加热器26被施加电压而加热，认为热敏电阻27的温度必定上升。FPGA30例如以10ms间隔取入来自热敏电阻27的温度检测结果，对开关24进行接通、断开控制，判定检测温度是否上升与该间隔对应的上升量（步骤S5）。FPGA30在未检测到期待的温度上升的情况下，估计为由于热敏电阻27的脱落或高压蒸汽引起的故障等。
FPGA30在开关24的接通控制时未产生期待的温度上升的情况下，判断为脱落等的异常，断开开关24。由此，能够防止由于热敏电阻27的脱落等的异常而使加热器26异常被加热（步骤S10）。
这样，在本实施方式中，根据玻璃罩的检测温度对半导体开关进行接通、断开控制，进行加热器的温度控制。该情况下，FPGA检测到异常时，进行断开半导体开关的加热停止操作。进而，在本实施方式中，考虑在半导体开关产生故障的情况下成为短路状态，在电源线或电源供给线上设置机械式继电器等的机械开关，通过FPGA或其他部件对这些开关进行控制，可靠地防止加热器的过加热。由此，在本实施方式中，能够防止玻璃罩的模糊，并且，在产生单一故障的情况下也进行加热停止控制，能够确保安全的温度。
本申请以2010年9月22日在日本申请的日本特愿2010-212525号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容被引用到本申请说明书、权利要求书和附图中。

Claims (10)

1.一种内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
该内窥镜用温度控制装置具有：
加热器，其配置在内窥镜中，伴随着电力供给而被加热；
电源线，其与电源连接，用于将该电源产生的电力供给到所述加热器；
温度检测部，其检测由所述加热器加热的被加热物的温度；
半导体开关，其设置在所述电源线上，切换针对所述加热器的电力的供给/切断；
控制部，其根据所述温度检测部的温度检测结果控制所述半导体开关来进行所述被加热物的温度控制，并且，根据所述温度检测结果进行断开所述半导体开关的加热停止控制；
机械开关，其设置在所述电源线上，切换所述电源线的导通/切断；以及
加热停止电路，其在所述加热器的温度控制产生异常的情况下，进行断开所述机械开关的加热停止控制，
在根据所述温度检测结果检测到所述温度检测部和所述加热器中的至少一方的异常的情况下，所述控制部进行断开所述半导体开关的加热停止控制。
2.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述加热停止电路至少检测所述半导体开关的故障，进行断开所述机械开关的加热停止控制。
3.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
在根据所述温度检测结果检测到所述被加热物的温度为规定阈值以上的高温的情况下，所述加热停止电路进行断开所述机械开关的加热停止控制。
4.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述内窥镜用温度控制装置具有控制部监视电路，该控制部监视电路检测所述控制部的故障，进行断开所述机械开关的加热停止控制。
5.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
在根据所述温度检测结果检测到所述被加热物的温度为规定阈值以上的高温的情况下，所述控制部进行断开所述半导体开关的加热停止控制。
6.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述加热停止电路由所述控制部的一部分功能构成，
所述加热停止电路至少检测所述半导体开关的故障，进行断开所述机械开关的加热停止控制。
7.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述加热停止电路具有：
电流检测部，其检测所述电源线中流过的电流；以及
开关控制部，其根据所述电流检测部的检测结果对所述机械开关进行接通/断开控制。
8.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述机械开关是机械式继电器。
9.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述半导体开关是MOS开关。
10.根据权利要求1所述的内窥镜用温度控制装置，其特征在于，
所述机械开关设置在所述电源线上、并且在所述电源与电源电路之间，所述电源电路产生用于供给所述加热器的电力。
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