JP2000139828A - 送気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力側に不意の大流量が流れることがないよう
にして安全性を向上させた送気装置を提供する。 【解決手段】生体の体腔内に気体を注入する送気装置で
あって、供給源からの気体を生体へ注入するに先立って
送気圧力を調節する調節手段と、この調節手段をソフト
ウェアにより制御可能な制御手段と、前記調節手段をソ
フトウェアにより制御可能かどうかを判断する判断手段
とを具備し、調節手段をソフトウェアにより制御できな
い場合に、制御手段は、調節手段が動作しないように制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は送気装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば内視鏡手術において、生体内に炭
酸ガスなどの気体を注入するための送気装置が従来より
用いられている。図８は従来の送気装置の一構成例を示
す図である。送気装置３０１において、ガスボンベ２０
２から管路２０４を介して常温で６ＭＰｚ程度の高圧の
炭酸ガスを導き、１次減圧器２０５で約４ｋｆｇ／ｃｍ
² にまで減圧し、調整手段としての電空比例弁２０６で
０〜約１００ｍｍＨｇの範囲にまで減圧する。この電空
比例弁２０６は制御回路２１３と電気的に接続されてお
り、減圧された炭酸ガスを入力される電流値に比例した
圧力値に減圧して下流側に導く。また、電磁弁マニホー
ルド２０９により開閉制御を行ない、炭酸ガスを、管路
２０４、送気チューブ２１０、トラカール２２０を介し
て腹腔２５０へと導く。

【０００３】また、電空比例弁２０６と電磁弁マニホー
ルド２０９の間には送気流量の測定を行なうための流量
測定手段３０２が配置されている。この流量測定手段３
０２と制御回路２１３とは電気的に接続され、制御回路
２１３では、測定により得られた流量データと、電磁弁
マニホールド２０９から分岐して接続された腹腔圧力セ
ンサ２１２で検出された圧力データを基にして、電空比
例弁２０６の圧力制御及び電磁弁マニホールド２０９の
開閉制御を行ない、腹腔の圧力及び送気流量の自動制御
を行なう。

【０００４】さらに、送気装置３０１からは施設内の医
用コンセントに接続される電源供給用の電源コード２１
９が延出しており、電源スイッチ２２１を介して電源部
２２２に接続されている。そして、この電源部２２２か
ら前記制御回路２１３へ電力が供給される。

【０００５】送気装置３０１の装置本体の前面には、入
力部と、パネルからなる表示部とを備えたパネル表示ス
イッチ入力部２２３が設けられており、このパネル表示
スイッチ入力部２２３を介して設定される各種の設定値
がパネルコントローラ２２４を介して制御回路２１３に
入力される。

【０００６】以下に上記した構成を有する送気装置３０
１の作用を説明する。まず、手術を行なう前にトラカー
ル２２０、送気チューブ２１０を所定の状態に準備して
おく。次に、送気装置３０１の電源スイッチ２２１を操
作して電源を投入する。これにより制御回路２１３が作
動して送気装置３０１を初期状態に設定する。初期状態
では電空比例弁２０６が閉状態にあるので、ガスボンベ
２０２から供給された高圧の炭酸ガスは、１次減圧器２
０５で減圧された状態で電空比例弁２０６の前段で閉止
される。

【０００７】次に、パネル表示スイッチ入力部２２３に
より術式に合致した出力設定を行なうとともに、送気開
始の設定を行ない、パネル表示スイッチ入力部２２３に
設けられている送気開始スイッチ（図示せず）を操作し
て送気を開始する。すると、電空比例弁２０６は圧力と
流量の設定値に応じた出力で出力圧力を調整し、主管路
２０４を介して炭酸ガスを腹腔へ送る。

【０００８】図９は上記した図８に示す制御回路２１３
のうち、電空比例弁２０６の制御に関する部分の構成を
示している。図９において、ＣＰＵ４０１はＲＯＭ４０
２に書き込まれたプログラムをロードして実行する。Ｃ
ＰＵ４０１からＤＡコンバータ４０３に出力された電空
比例弁２０６を駆動するためのデータはアナログ電圧に
変換され、増幅回路４０４で電流値に増幅されて電空比
例弁２０６に送られる。このとき、電空比例弁２０６は
入力した電流値に比例した圧力を出力している。ドイツ
国特許ＤＥ３６１１０１８号や特開平６−６３０１１号
公報には上記したのと同様の流量調整器を用いた送気装
置が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の送気装
置においては、電源投入後、ＣＰＵがプログラムをＲＯ
ＭからロードしてＤＡコンバータの制御を開始するまで
の時間は、ＤＡコンバータの出力が不定となる。その結
果、電空比例弁の下流までの圧力が高くなり、その直後
に送気を開始したときに予想外の高圧が開放されてしま
う。これにより、低流量を要求したにもかかわらず瞬間
的に大流量が流れてしまう可能性があった。

【００１０】また、ソフトウェアが暴走したときにはウ
ォッチドッグ機能によりシステムにリセットがかかる。
ここで、ＣＰＵが初期化を再度実施し、初期化が終了す
るまでの間は、ＤＡコンバータの出力は不定となり、前
述の電源投入時と同様に大流量が流れてしまう場合があ
る。

【００１１】上記したドイツ国特許ＤＥ３６１１０１８
号や特開平６−６３０１１号公報はこれらの問題点に対
する対策について何ら開示していない。本発明はこのよ
うな課題に着目してなされたものであり、その目的とす
るところは、プログラムが動作していない状態での調整
手段の出力を確実に停止して出力側に不意の大流量が流
れないようにすることにより安全性を向上させた送気装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の送気装置は、生体の体腔内に気体を注入
する送気装置であって、供給源からの気体を生体へ注入
するに先立って送気圧力を調節する調節手段と、この調
節手段をソフトウェアにより制御可能な制御手段と、前
記調節手段をソフトウェアにより制御可能な状態にある
か否かを判断する判断手段とを具備し、前記制御手段
は、前記調節手段をソフトウェアにより制御できない場
合に、前記調節手段が動作しないように制御する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。 （第１実施形態）まず本発明の第１実施形態を説明す
る。第１実施形態の送気装置全体の構成は基本的に図８
に示す構成と同様であるが、制御回路の構成が異なって
いる。図１は第１実施形態における制御回路２１３の電
空比例弁２０６の駆動制御部分の構成を示している。図
１において、ＣＰＵ４０１はＲＯＭ４０２に書き込まれ
た制御プログラムを読み込んで所定の動作を行なう。Ｄ
Ａコンバータ４０３はＣＰＵ４０１が出力した電空比例
弁２０６出力用のデジタル信号を０〜５Ｖのアナログ信
号に変換し、増幅回路４０４に出力する。増幅回路４０
４は、入力されたアナログ信号の電圧に比例した電流値
（ここでは０〜約３００ｍＡ）を電空比例弁２０６に供
給する。

【００１４】また、増幅回路４０４から電空比例弁２０
６への２本の導線４０５の一方にはリレー４０６が挿入
されており、電空比例弁４０６に供給する電流を遮断で
きるように接続されている。ここで使用するリレー４０
６は機械式あるいは半導体式のどちらでもよいが、回路
が常時オープンのものを使用する必要がある。

【００１５】以下に、このリレー４０６の駆動方法につ
いて説明する。ＣＰＵ４０１のＩＯポート４０７の出力
信号と、ＩＯポート４１１に接続されたリセット回路４
０８のリセット信号はゲート回路４０９に接続されてい
る。

【００１６】このゲート回路４０９はリレー駆動回路４
１０を介して電空比例弁２０６に接続されたリレー４０
６に接続されている。ＣＰＵ４０１は電源投入後の初期
化処理の中で、ＩＯポート４０７の出力をアクティブ状
態にする処理を行なう。本実施形態では、リセット回路
４０８からのリセット信号が非アクティブな状態で、か
つ、ＩＯポート４０７がアクティブな状態のときだけゲ
ート回路４０９の２つの論理和条件が成立してリレー駆
動回路４１０に出力信号を送ってリレー４０６をオンさ
せるようにする。

【００１７】すなわち、リセット回路４０８は供給電源
の監視、及びＣＰＵ４０１のポート４１１からのウォッ
チドッグ信号入力の監視を行なっており、制御回路２１
３への供給電圧が低下しているとき、あるいはＣＰＵ４
０１のポート４１１からのウォッチドッグ信号入力が停
止したと判断されたときには、リセット信号をアクティ
ブ状態にする。したがって、リレー駆動回路４１０には
出力信号が供給されないのでリレー４０６はオンになら
ず、電空比例弁２０６は動作しない。

【００１８】以下に上記した構成の作用を説明する。図
２（Ａ）〜（Ｄ）は電源投入後の各部の動作を経時的に
表わしており、図２（Ａ）は電源電圧、図２（Ｂ）はリ
セット信号、図２（Ｃ）はＤＡ出力、図２（Ｄ）はリレ
ー出力の経時的変化を示している。まず、Ａ点で電源が
投入される。電源電圧は徐々に上昇し、Ｂ点で電源電圧
がリセット回路４０８の閾値（例えば４．７Ｖ）に到達
したとき、リセット回路４０８はリセット信号をアクテ
ィブ状態から非アクティブ状態に切り替える。ＣＰＵ４
０１はこのＢ点からプログラムを起動させて初期化を行
なう。初期化処理はＣ点でＤＡコンバータ４０３の出力
を初期値である０Ｖ（０ｍｍＨｇ）とする。次にＣＰＵ
４０１はＤ点でＩＯポート４０７をアクティブ状態に切
り替えてリレー駆動回路４１０を動作させ、リレー４０
６を閉じて電空比例弁２０６を動作可能状態にする。

【００１９】このように、電源投入後、ＣＰＵ４０１が
プログラムをＲＯＭ４０２からロードしてＤＡコンバー
タ４０３の制御を開始するまでの期間や、システムのリ
セット時においては、ＤＡコンバータ４０３の出力が不
定になるので、リレー４０６を動作させないように制御
し、前記不定期間が過ぎた後、ＩＯポート４０７をアク
ティブ状態にすることでゲート回路４０９の２つの入力
の論理和条件が満たされるように制御している。

【００２０】上記した第１実施形態によれば、電源投入
時などの、プログラム制御ができない状況においてもリ
レー４０６を制御することで電空比例弁の出力を確実に
停止することができるので出力側に不意な大流量が流れ
ることがなくなり、これによって安全性が向上する。 （第２実施形態）まず、第２実施形態に対する従来の技
術及びその問題点について述べる。

【００２１】送気装置の制御ソフトウェアにおいて、メ
インのルーチンとは別に、割り込み処理として一定時間
間隔で別の処理を行なうことが通常行われている。しか
し、ソフトウェアの暴走を監視するウォッチドッグ機能
の処理は通常、どちらか一方のルーチンで行なわれか、
あるいは、両方のルーチンで監視を行なっている。

【００２２】したがって、どちらか一方のルーチンだけ
で監視を行なう場合には、監視を行なっているルーチン
が正常に動作している限り、監視を行なっていないもう
一方のルーチンでソフトウェアの暴走があった場合にそ
れを検出することができない。また、両方のルーチンで
監視を行なうためには別々のハードウェアを設ける必要
があるのでコストが上昇してしまうという問題がある。

【００２３】本発明の第２実施形態はこのような問題点
に鑑みてなされたものであり、以下に第２実施形態につ
いて詳細に説明する。第２実施形態の構成は第１実施形
態と全く同様である。

【００２４】以下に第２実施形態の作用を説明する。こ
こでは、図１に示した送気装置の制御回路２１３におい
て、ＣＰＵ４０１からＩＯポート４１１を介してリセッ
ト回路４０８にウォッチドッグ信号を出力する方法を説
明する。

【００２５】図３（Ａ）、（Ｂ）は送気装置のプログラ
ムルーチンである。ここで、図３（Ａ）のメインルーチ
ンにおける「通常処理」では、電磁弁の動作圧力測定、
パネル表示スイッチ入力部の制御、などの処理を行な
う。また、「ウォッチドッグ処理１」では、ＩＯポート
４１１の出力をハイ（５Ｖ）に変更する処理を行なう。

【００２６】一方、図３（Ｂ）の割り込みルーチンにお
ける「割り込み処理」は、一定時間ごとに実行されるも
のであり、時間計測などの処理を行なう。また、「ウォ
ッチドッグ処理２」では、ＩＯポート４１１の出力をロ
ウ（０Ｖ）に変更する処理を行なう。

【００２７】メインルーチン及び割り込みルーチンの両
方が正常に処理されている間は、メインルーチンのウォ
ッチドッグ処理１によりＩＯポート４１１の出力をハイ
に変更することと、割り込みルーチンのウォッチドッグ
処理２によりＩＯポート４１１の出力をロウに変更する
ことが交互に繰り返されるのでリセット回路４０８に入
力されるウォッチドッグ信号は変化している。この場合
リセット回路４０８はリセット信号を非アクティブ状態
に制御してリセット動作が働かないようにする。

【００２８】これに対して、ウォッチドッグ処理１，２
のうちどちらか一方が動作しない場合、すなわちメイン
ルーチンまたは、割り込みルーチンのどちらか一方が動
作しない場合には、リセット回路４０８に入力されるウ
ォッチドッグ信号は０Ｖまたは５Ｖに固定されて変化し
ないことになる。このような場合、リセット回路４０８
は、一定時間（例えば、１００ｍｓｅｃ）の間、ＩＯポ
ート４１１の出力が変化しないことを検出してリセット
信号をアクティブ状態に変更する。このリセット信号は
ＣＰＵ４０１のリセット入力４１２へ出力されてシステ
ムをリセットする。

【００２９】上記した第２実施形態によれば、ウォッチ
ドッグ処理をメインルーチン及び割り込みルーチンの両
方で行なう、または、いずれか一方で行なうと、どちら
かのルーチンで無限ループに陥った場合のウォッチドッ
グによるシステムのリセットが不可能になるという問題
を克服することができ、ハードウェアの追加なしにソフ
トウェアの暴走を確実に検出することができ、これによ
って安全性が向上する。 （第３実施形態）以下に本発明の第３実施形態を説明す
る。図４は本発明の第３実施形態の構成を示す図であ
る。第３実施形態の構成は、前記した図８に示す流量測
定手段３０２が除かれ、電磁弁マニホールド２０９とは
異なる電磁弁マニホールド５０２が電空比例弁２０６の
下流に接続されている。この電磁弁マニホールド５０２
には流量センサ５０３と安全弁５１６とが接続されてい
る。図８の構成要素と同等の機能をもつ構成要素につい
ては同一の参照番号が付けられている。

【００３０】図５は、上記した電磁弁マニホールド５０
２の内部配管を示す図である。ポート５０４は入出力口
であり、電空比例弁２０６に接続される。電磁弁５０
５、５０６、５０７は制御回路２１３により開閉制御さ
れる。ポート５０８は腹腔圧力センサ２１２に接続され
る。ポート５０９、５１０は流量センサ５０３に接続さ
れる。ポート５１１は出口であり、主管路２０４に接続
される。また、ポート５１２は開放用ポートとして設け
られ、電磁弁５０７を開いて内部圧力を開放する場合に
これより排出される。ポート５１７は安全弁５１６に接
続される。この安全弁５１６は管路にかかる圧力が一定
値（例えば１００ｍｍＨｇ）を越えた場合に回路を開い
て安全性を確保するものである。

【００３１】図６に示すように、電磁弁マニホールド５
０２はヒンジ部５１５を使用して、インシュレータ５１
３を挟むようにして筐体底板５１４にネジ（図示せず）
を使用して固定される。

【００３２】以下に上記した構成の作用を説明する。流
量計測はポート５０９から流量センサ５０３を介してポ
ート５１０に流れる分流量を流量センサ５０３で測定
し、全体の主管路２０４に流れている流量を算出する。

【００３３】また、制御回路２１３は電空比例弁２０６
を設定した圧力及び流量に基づき制御を行なうが、出力
を最高値付近（約１００ｍｍＨｇ）とする場合、管路の
抵抗があるために、パルス状に圧力を変化させて炭酸ガ
スを流すと、一時的に安全弁５１６の開放値を超えてし
まうために、図７に示すように、時間をかけて設定値ま
で上昇させる。これはソフトスタートと呼ばれる。

【００３４】上記した第３実施形態によれば、電磁弁マ
ニホールドに流量計測部を組み込んだことで部品点数を
減らすことが可能になり、組立てコスト、部材コストの
低減が実現できる。

【００３５】また、電磁弁マニホールドの固定部分にイ
ンシュレータを組み込んだことで電磁弁開閉時の振動が
筐体に伝導するのを防止することができ、これにより静
粛性が向上する。

【００３６】さらに、電空比例弁をソフトスタートする
ことで安全弁からの放出がなくなって静粛性が向上す
る。なお、上記した具体的実施形態には以下の構成を有
する発明が含まれている。 （１） 生体の体腔内に気体を注入する送気装置であっ
て、供給源からの気体を生体へ注入するに先立って送気
圧力を調節する調節手段と、この調節手段をソフトウェ
アにより制御可能な制御手段と、前記調節手段をソフト
ウェアにより制御可能な状態にあるか否かを判断する判
断手段と、を具備し、前記制御手段は、前記調節手段を
ソフトウェアにより制御できない場合に、前記調節手段
が動作しないように制御することを特徴とする送気装
置。 （２） システムリセット回路をさらに具備し、前記調
節手段をソフトウェアにより制御できない場合あるい
は、システムのリセット時は、前記システムリセット回
路のリセット出力信号と、ソフトウェアによる制御信号
との論理和に基づいて、前記調節手段が動作しないよう
に制御する（１）に記載の送気装置。

【００３７】（１）または（２）に記載の発明によれ
ば、プログラムの動作していない状態での調節手段の出
力を確実に停止させることができるので、出力側に不意
な大流量の流れる可能性がなくなって安全性が向上す
る。 （３） 生体の体腔内に気体を注入する送気装置であっ
て、異なる２つ以上のループを持つソフトウェアの制御
により送気動作を制御する制御回路と、この制御回路の
システムを初期状態に戻すためのリセット回路と、前記
２つ以上のループの各々の動作を監視するために、各ル
ープに対応して設けられた監視手段と、を具備し、前記
制御手段は、各ループに対応して設けられた各監視手段
の監視結果の組み合わせに基づいて前記リセット回路を
起動させることを特徴とする送気装置。

【００３８】（３）に記載の発明によれば、二重化ある
いは多重化したソフトウェアの暴走をハードウェアの追
加なしに実現可能となり、ソフトウェアの暴走時のリセ
ット動作が確実に行われる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、プログラムが動作して
いない状態での調整手段の出力を確実に停止して出力側
に不意の大流量が流れないようにしたので、安全性を向
上させた送気装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る送気装置の構成を
示す図である。

【図２】電源投入後の各部の動作を経時的に表わすタイ
ムチャートである。

【図３】送気装置の２つのプログラムルーチンを示す図
である。

【図４】本発明の第３実施形態に係る送気装置の構成を
示す図である。

【図５】電磁弁マニホールドの内部配管を示す図であ
る。

【図６】電磁弁マニホールドの筐体底板への固定方法に
ついて説明するための図である。

【図７】電空比例弁２０６を制御するときのソフトスタ
ートについて説明するための図である。

【図８】従来の送気装置の一構成例を示す図である。

【図９】図８に示す制御回路２１３のうち、電空比例弁
２０６の制御に関する部分の構成を示す図である。

【符号の説明】

２０６…電空比例弁、 ２１３…制御回路、 ３０１…送気装置、 ４０１…ＣＰＵ、 ４０２…ＲＯＭ、 ４０３…ＤＡコンバータ、 ４０４…増幅回路、 ４０５…導線、 ４０６…リレー、 ４０７…ＩＯポート、 ４０８…リセット回路、 ４０９…ゲート回路、 ４１０…リレー駆動回路、 ４１１…ＩＯポート、 ４１２…リセット入力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体の体腔内に気体を注入する送気装置
   であって、 供給源からの気体を生体へ注入するに先立って送気圧力
   を調節する調節手段と、 この調節手段をソフトウェアにより制御可能な制御手段
   と、 前記調節手段をソフトウェアにより制御可能な状態にあ
   るか否かを判断する判断手段と、 を具備し、 前記制御手段は、前記調節手段をソフトウェアにより制
   御できない場合に、前記調節手段が動作しないように制
   御することを特徴とする送気装置。