JP5324953B2 - 内視鏡 - Google Patents
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Description
また、特許文献1〜3等に示されるように、通常、内視鏡の挿入部の先端付近には、湾曲部(アングル部)が設けられており、操作部に設けられた、上下方向および左右方向の湾曲用の操作ツマミ(操作ノブ)を回転することによって、上下左右に湾曲させることが可能になっている。
具体的には、湾曲部は、多数のリングを筒状に配列して連結して、この連結したリングにワイヤを挿通した構成を有する。各リングは、交互に、上下方向および左右方向(直交する2方向)に回転(揺動)可能に連結されている。この連結されたリング内に、上下方向に離間する2本のワイヤ、および、左右方向に離間する2本のワイヤの、計4本のワイヤを挿通して、ワイヤの先端を、最も最先端側に配置されるリングに固定する。
湾曲部のリングに挿通された、上下方向に離間する2本のワイヤは、UDツマミと一体で回転するプーリに掛け回される。同じく、左右方向に離間する2本のワイヤは、LRツマミと一体で回転するプーリに掛け回される。
従って、操作ツマミを回転することにより、湾曲部に連結されるワイヤの一方を牽引、他方を送り出して、湾曲部を、湾曲させることができる。また、UDツマミとLRツマミの両方を操作することで、湾曲部を上下方向および左右方向の両方向を含む上下左右の任意の方向に湾曲できる。
そのため、湾曲部を湾曲するとストレート状態に戻すように反力が働き、操作ツマミを離すと、自動的にストレート状態に戻る。また、湾曲量が大きくなるほど、反力が大きくなるので、湾曲量が大きい場合には、操作ツマミの回転や湾曲状態の維持など、操作にも大きな力が必要となる。
そのため、内視鏡による検査の種類によっては、医師(内視鏡の操作者)の負担が非常に大きくなってしまう。
すなわち、内視鏡の操作を行なう医師は、重量の有る操作部を持ったまま、強い反力に対向して操作ツマミを戻らないように押さえた状態で、挿入部を回転させる必要があり、非常に負担が大きい。また、不意に操作ツマミを離してしまうと、強い反力で一気に湾曲部がストレート状態に戻るので、人体を損傷してしまう可能性も有る。
ブレーキは、通常、摩擦力によって操作ツマミを固定することで、湾曲部を湾曲した状態で保持する。内視鏡では、操作ツマミを固定する摩擦力の違いによって、操作ツマミを完全に動かない状態とする固定状態(ロック状態)と、湾曲部の湾曲は維持するが、操作ツマミを回して湾曲部の湾曲量(湾曲量)を変更することが可能なハーフブレーキ状態とにすることができる。
従って、ブレーキを利用することにより、操作ツマミを押さえた状態で挿入部を回転させるという負担は無くすことができる。しかしながら、ハーフブレーキを掛けた状態で湾曲量を調整するためには、ハーフブレーキ状態を保つための摩擦力を超える力で操作ツマミを回転/操作する必要があるため、操作には力が必要であり、やはり医師に掛かる負担は大きい。
さらに、前記制御手段は、前記中立点の再設定に応じて湾曲部の湾曲状態の維持を開始した後、前記操作力0が検出されるまで、前記操作手段が操作されても、前記湾曲部の湾曲状態が変化しないように前記駆動手段を制御することが好ましい。
また、前記湾曲手段は、前記湾曲部に挿通されるワイヤを牽引することにより、前記湾曲部を湾曲するものであり、前記湾曲量検出手段は、このワイヤの移動量を検出することにより、前記湾曲部の湾曲量を検出することが好ましい。
また、前記湾曲量検出手段が、湾曲部の湾曲角度を検出することにより、前記湾曲部の湾曲量を検出することが好ましい。
従って、本発明によれば、前述の胃底の内視鏡検査のように、湾曲部を大きく湾曲した状態で、挿入部の回転や湾曲量の調整を行なう必要が有る場合でも、所望の湾曲状態で中立点を再設定して、内視鏡の操作を行なうことができる。そのため、湾曲部が湾曲していない状態と同様に、挿入部の回転等を行なうことができ、また、湾曲量を変更する場合にも、中立点を再設定できない内視鏡に比して、負担を低減できる。
図1に示す内視鏡10は、一例として、体腔(消化器官など)等の検査部位に挿入されて、検査部位の観察、写真や動画の撮影、さらには組織の採取等を行なうものである。
図示例において、内視鏡10は、通常の内視鏡と同様に、挿入部12、操作部14、コネクタ16、および、ユニバーサルコード18とを有して構成される。
この内視鏡10は、アングル部24の中立点(操作ツマミによる湾曲操作が行なわれていない、定常状態)を、アングル部24が湾曲していない状態(ストレート状態)から、所望の湾曲状態に設定/維持する、アングル部24の中立点の再設定機能を有する以外は、基本的に、公知の内視鏡(内視鏡装置)と同様のものである。
また、図示例の内視鏡10は、一例として、CCDセンサ等のイメージセンサを用いて検査部位を撮影する、いわゆる電子スコープであるので、先端部22には、撮影用の対物レンズやCCDセンサ、CCDセンサが撮影した画像の画像信号を処理する基板等も配置される。なお、本発明の内視鏡は、電子スコープに限定はされず、光ファイバ等を用いて検査部位を直接的に観察する、いわゆるファイバースコープであってもよく、その場合には、先端部22には観察レンズおよび観察窓等が、設けられる。
軟性部26は、先端部22およびアングル部24と、操作部14とを繋ぐ部位で、検査部位への挿入に対して十分な可撓性を有する長尺なものである。この軟性部26(およびアングル部24)には、鉗子を挿入するための鉗子チャネル(チューブ)、送気/送水ノズルに接続する送気/送水チャネル、検査部位の照明を行なうためのライトガイド、CCDセンサによる撮影画像(画像信号)を転送するためのケーブル等が収容される。
通常の内視鏡と同様に、鉗子やクリップ処置具等の処置具を挿入するための鉗子口28、先端部22の送気/送水ノズルから吸引を行なうための吸引ボタン30および同じく送気および送水を行なうための送気/送水ボタン32等が配置される。また、内視鏡10は、電子スコープであるので、操作部14には、静止画の撮影スイッチやズームスイッチなどの、検査部位の撮影等に関する各種の操作手段も設けられる。
具体的には、アングル部24を左方向および右方向に湾曲させるLRツマミ(レフト・ライトツマミ)36、および、アングル部24を前記左右方向と直交する上方向および下方向に湾曲させるUDツマミ(アップ・ダウンツマミ)38が、操作ツマミとして配置される。内視鏡10においては、各種の内視鏡と同様に、LRツマミ36を回すことにより挿入部12のアングル部24を左右方向に湾曲(屈曲)させ、UDツマミ38を回すことによりアングル部24を上下方向(LRツマミ36による湾曲方向と直交する方向)に湾曲させることができる。
また、操作部14には、アングル部24(LRツマミ36)を左右方向に湾曲した状態で固定するためのLRブレーキ40と、アングル部24(UDツマミ38)を上下方向に湾曲した状態で固定するためのUDブレーキ42が設けられる。
操作部14の操作ツマミおよびブレーキの構成、アングル部24の構成および湾曲の作用、さらに、再設定スイッチ44および解除スイッチ46に関しては、後に詳述する。
また、コネクタ16には、照明用のライトガイドと内視鏡プロセッサーに設置される光源とを接続するためのLG棒52、高周波処置具(スネアやナイフ等の、いわゆる電気メス)を使用する際に、内視鏡10に漏れてきた電流を逃がすためのSコードを接続するS端子54等も設けられる。
さらに、コネクタ16には、内視鏡10(そのCCDセンサ)が撮影した画像等を処理して表示するビデオプロセッサーと内視鏡10とを接続するための、ビデオコネクタ56が接続される。
ライトガイドや送気/送水チャンネル等は、コネクタ16からユニバーサルコード18を通って、操作部14に接続され、操作部14から、前述のように挿入部12の軟性部26を通って先端部22に接続される。
図2に、操作部14における、LRツマミ36、UDツマミ38、LRブレーキ40、およびUDブレーキ42の構成の一例の概略図(概略部分断面図)を示す。なお、本発明の内視鏡は、この構成に限定はされず、各種の内視鏡で利用される公知の構成が、全て利用可能である。
この固定部60bには、軸支部60aの中心を通過してハウジング60から外部に突出するように、円柱状の中心軸62が立設している。
さらに、固定部60bには、プーリ68の回転角から、アングル部24の左右方向の湾曲量を検出する湾曲量検出手段106が配置される。湾曲量検出手段106については、後に詳述する。
従って、LRツマミ36およびプーリ68も、中心軸62(その中心線)を回転中心として、中心軸62に回転自在に軸支される構成となり、LRツマミ36がオペレータによって回転されると、プーリ68も同量だけ回転して、ワイヤ70あるいは72の一方が牽引され、他方が送り出される(ワイヤが進退される)。
LRモータ74は、アングル部24の左右方向の中立点を再設定するための駆動手段を構成するものであり、図示しないステー等によって操作部14のハウジング60に固定されている。LRモータ74の回転軸には、ギア78が固定されている。また、ハウジング60には、ギア80が軸支される。このギア80は、LRモータ74の回転軸のギア78、および、前記プーリ68に形成されるギアに歯合している。
さらに、LRモータ74を用いて、連結管64によってプーリ68に直結するLRツマミ36の操作、すなわちアングル部24の左右方向の湾曲の操作をアシスト(補助)することも可能となる。
LRブレーキ40は、中心軸62に回転可能に軸支されている。他方、LRブレーキ部材76は円筒状で、中心軸62を挿通して、回転は不可能で、かつ、昇降可能(中心軸62の長手(上下)方向には移動可能)に、中心軸62に支持される。
LRブレーキ部材76は、上方に位置している状態では、LRツマミ36とは、全く離間した状態となっている。しかしながら、LRブレーキ部材76は、降下した際には、LRツマミ36に当接/押圧する。前述のように、LRブレーキ部材76は回転不可能に中心軸62に支持されるので、LRブレーキ部材76を押圧することにより、摩擦力によってLRツマミ36の回転を停止できる(LRツマミ36にブレーキを掛ける)。また、LRブレーキ部材76は、昇降は可能であるが回転不可能であるので、このブレーキを掛ける動作によって、LRツマミ36が回転することは無い。
固定状態とは、LRブレーキ部材76をLRツマミ36に強く押圧して、LRツマミ36の回転を不可能とした状態である。他方、ハーフブレーキ状態とは、LRツマミ36をLRブレーキ40で押圧して、湾曲しているアングル部24の反力によるLRツマミ36の自動的な回転は停止しているが、摩擦力によって回転が重くなっているだけで、LRツマミ36を回転することが可能な状態である。
UDツマミ38は、下面側に凹部を有する。この凹部の天井面には、連結管(回転軸)84が固定される。この連結管84の下端には、固定部60bに内包されるようにプーリ86が固定される。このプーリ86には、アングル部24に接続され、アングル部24を牽引して湾曲させる、2本のワイヤ88および90が掛け回される。
また、固定部60bには、プーリ86の回転量から、アングル部24の上下方向の湾曲量を検出する湾曲量検出手段108が配置される。湾曲量検出手段108については、後に詳述する。
従って、UDツマミ38およびプーリ86も、連結管64を回転中心として、連結管64に回転自在に軸支される構成となり、UDツマミ38がオペレータによって回転されると、プーリ86も同量だけ回転して、ワイヤ88および90の一方が牽引され、他方が送り出される。
ここで、前述のように、連結管64すなわちLRツマミ36は、中心軸62を中心に回転する。従って、連結管84すなわちUDツマミ38も、中心軸62を中心に回転する結果となり、すなわち、アングル部24を湾曲させる操作ツマミであるLRツマミ36およびUDツマミ38は、同軸で回転する。
UDモータ92は、アングル部24の左右方向の中立点を再設定するための駆動手段を構成するもので、操作部14のハウジング60に固定されており、その回転軸には、ギア96が固定されている。また、ハウジング60には、ギア98が軸支される。このギア98は、UDモータ92の回転軸のギア96、および、プーリ86に形成されるギアに歯合している。
さらに、UDモータ92を駆動することにより、連結管84によってプーリ86に直結するUDツマミ38の操作すなわちアングル部24の上下方向の湾曲の操作をアシストすることも可能となる。
円筒部42bは、UDツマミ38の前記凹部に上部を挿入するようにして、前記軸支部60aを挿通して、この軸支部60aに回転自在に軸支される、円筒状の部材である。また、操作レバー42aは、一端が円筒部42bに固定され、他端がUDツマミ38から突出する、いわばテコの把手のような物である。従って、操作レバー42aを揺動することにより、円筒部42bを回転することができる。
また、UDブレーキ42の円筒部42bの上には、UDツマミ38の回転を固定するためのUDブレーキ部材94が配置される。UDブレーキ部材94は、円筒部42bと同じ内外径を有する円筒状のもので、軸支部60aを挿通して、先のLRブレーキ部材76と同様に、回転不可能で、かつ、昇降可能に、軸支部60aに支持される。
前述のように、UDブレーキ部材94は回転不可能かつ昇降自在に軸支部60aに支持されており、先のLRブレーキ部材76と同様に、UDブレーキ部材94は、下方に位置している状態では、UDツマミ38とは、全く離間した状態となっているが、上昇すると、回転することなくUDツマミ38に当接/押圧して、摩擦力によってUDツマミ38の回転にブレーキを掛ける。
また、先のLRブレーキ40と同様、このUDブレーキ42も、回転量すなわち操作レバー42aの操作量によって、UDブレーキ部材94のUDツマミ38への押圧力を調整できるようになっており、UDツマミ38にかけるブレーキを、固定状態とハーフブレーキ状態の2種の状態にできる。
例えば、図2に示す構成を引用して図3に示すように、アングル部24を左右に湾曲するためのプーリ68の下部に円筒部68aを設ける。インナーロータのDDモータをLRモータ74Dとして用い、このLRモータ74Dのロータを、この円筒部68aに係合する。LRモータ74Dで、円筒部68aを回転することにより、アングル部24を左右方向に湾曲させ、また、プーリ68に回転力を掛けて湾曲状態で保つ。
また、上下方向の湾曲のアシストも、同様にインナーロータのDDモータをUDモータ92Dとして用い、UDモータ92Dのロータに連結管84を挿通して、係合する。UDモータ92Dで、連結管84を回転することにより、アングル部24を上下方向に湾曲させ、また、プーリ86に回転力を掛けて湾曲状態で保つ。
前述のように、内視鏡10において、アングル部24の湾曲操作は、操作ツマミを回転することでプーリを回転し、このプーリの回転方向に応じて、湾曲方向に離間する2本のワイヤの一方を牽引し他方を送り出すことで行なう。従って、プーリの回転角(回転量)は、アングル部24の湾曲量に対応し、すなわち、プーリの回転角を検出することにより、アングル部24の湾曲量を検出することができる。
また、連結管84の斜線で示す位置には、UDツマミ38に掛けられたトルクを検出するトルクセンサ102が配置される。同様に、UDツマミ38、連結管84、およびプーリ86は、一体的に回転する。すなわち、トルクセンサ102は、UDツマミ38に掛けられた操作力を検出する検出手段である。
すなわち、図示例の操作部14では、湾曲の操作ツマミに直結し、かつ、操作ツマミと一体で回転する円筒状の連結管の一部をトルクセンサとすることにより(あるいは連結管の一部にトルクセンサを配置することにより)、操作ツマミに掛けられたアングル部24の湾曲のための操作力を、直接的に検出している。
また、図示例の内視鏡10は、好ましい態様として、操作ツマミに掛けられた操作力をトルクセンサで検出して、この操作力に対する所定の力でプーリ68を回転するようにLRモータ74を駆動することにより、アングル部24の湾曲操作をアシストする。
一例として、プーリの外周部に、所定間隔で歯車状の切欠きを形成し、この切欠きに対応する位置に、プーリの回転方向と直交する方向に離間する受光部および発光部を有する光学式センサを用いて、切欠きを過った回数で回転角を検出する、いわゆる光学式エンコーダが例示される。なお、図示例の内視鏡10において、この光学式エンコーダを利用する際には、プーリ68および86に形成されるギアを、回転角検出のための切欠きとして利用してもよい。
また、光学式エンコーダ以外にも、ポテンショメータ(可変抵抗)を利用する回転角の検出手段も、好適に利用可能である。
一例として、プーリの回転角と同様に、左右方向の湾曲に対応するワイヤ70および72、ならびに、上下方向の湾曲に対応するワイヤ88および90の移動量も、アングル部の湾曲量に対応する。従って、ワイヤの移動量を検出することにより、アングル部24の湾曲量を検出してもよい。なお、ワイヤの移動量も、光学的な方法や機械的な方法等、公知の長尺物の移動量の検出手段で検出すればよい。
また、プーリ68および86に変えて、これらのプーリに直接的あるいは間接的に歯合するギア78および80や、ギア96および98の回転角を検出することにより、アングル部24の湾曲量を検出してもよい。これらのギアの回転角は、プーリと同様の手段で検出すればよい。
さらに、アングル部24の角度を検出することにより、アングル部24の湾曲量を検出してもよい。アングル部24の角度の検出方法にも、特に限定はなく、例えば、アングル部24の外皮を構成する弾性体カバーの歪み量を、隣接する2つの円形リング110の間の位置で検出することにより、アングル部24の湾曲量を検出してもよい。弾性体カバーの歪み量の検出には、電気抵抗線式の歪みゲージ等の公知の手段を利用すればよい。
また、本発明においては、連結管64や連結管84において、湾曲の操作力を検出するのに限定はされず、例えば、プーリ68でのトルクの検出やギア80でのトルクの検出など、アングル部24の湾曲の操作力を、直接的あるいは間接的に検出可能な、各種の位置や部位での検出が利用可能である。さらに、操作力の検出手段としては、トルクセンサ以外にも、各種の力の検出手段が利用可能である。
なお、本発明の内視鏡において、内視鏡のアングル部の湾曲機構は、図示例の機構に限定はされず、内視鏡で利用されているアングル部の湾曲手段(湾曲機構)が、全て、利用可能である。さらに、アングル部24の構成も、図示例に限定はされず、内視鏡で採用されている構成が、全て利用可能である。
図5に示すように、円形リング110は、側面の1方向から見た際に、軸線方向の上下の一方の側が凸状で、逆面が前記凸と同方向に凹む凹状の、上下面が開放する略円筒状の部材である。また、先端リング112は、略円筒状の部材で、アングル部24の最も先端部22側に配置される。
円形リング110は、挿入部12の長手方向に、凹凸の向きを交互にして配置される。連結部材114aは、凸状側の両中央において、左右方向(矢印a方向)に回転(揺動)可能に円形リング110を連結する。他方、連結部材114bは、凹側の両端部において上下方向(矢印b方向)に回転可能に、各円形リング110、および、先端の円形リング110と先端リング112とを接続する。
また、連結部材114aおよび連結部材114bは、交互に配置されて、円形リング110を連結する。すなわち、円形リング110は、交互に、上下方向および左右方向に回転可能に連結される。
さらに、図5では省略するが、アングル部24では、上下方向にアングル部24を湾曲させる前記2本のワイヤ88および90が、ワイヤガイドに案内されて上下方向(紙面に垂直方向)に離間して円形リング110内を挿通され、一例として、ワイヤ88の先端が先端リング112の内面上側に、ワイヤ90の先端が先端リング112の内面下側に、それぞれ、固定される。
従って、LRツマミ36の回転量によって、アングル部24の湾曲量(湾曲角)を調整することができる。
なお、以下の説明は、図4を参照して、アングル部24の左右方向の湾曲および中立点の再設定、ならびに、再設定した中立点を維持しているときの中立点の補正について説明するが、上下方向に関しても、湾曲および中立点の再設定、ならびに、再設定した中立点を維持しているときの中立点の補正は、同様にして行なわれる。また、この点に関しては、後に説明するアングル部24の湾曲のアシストに関しても、同様である。
制御手段118は、再設定スイッチ44が押圧され、その信号を受けると、再設定スイッチ44が押圧された時点のプーリ68の回転角(すなわち、その時点におけるアングル部24の湾曲量)を検知/記憶し、記憶した回転角を、設定湾曲量として維持するようにLRモータ74の駆動を制御する。
なお、記憶した回転角(設定湾曲量)を維持するためのLRモータ74の駆動制御方法には、特に限定はなく、例えば、PID制御など、この設定湾曲量を目標値とする各種の位置決め制御を利用すればよい。
ここで、後述するトルクセンサ100に検出されるトルク0すなわち医師の操作力0の状態を確実に得るために、この回転角を維持した状態では、操作者の力でLRツマミ36を回せないように、LRモータ74の駆動を制御するのが好ましい。言い換えれば、この回転角維持状態では、LRモータ74の駆動制御により、LRツマミ36をロックした状態とするのが好ましい。
これにより、アングル部24の中立点が、再設定スイッチ44が押圧された時点の湾曲量である設定湾曲量に再設定される。
そのため、この反力すなわち目的とする湾曲量を得るために医師がLRツマミ36にかけるトルクと、同じトルクが得られる電流値(モータトルクは、電流値と比例)でLRモータ74を駆動してプーリ68を回転すれば、アングル部24の反力とLRモータ74のトルクとを釣り合わせて、この湾曲状態でアングル部24を維持することができる。
従って、中立点の再設定を指示された時点のプーリ68の回転角を設定湾曲量として知見して、この設定湾曲量を維持するトルクに対応する電流値でLRモータ74を駆動することにより、再設定を指示された時点における湾曲量に、アングル部24の中立点を再設定することができる。
また、通常のストレート状態の中立点では、湾曲量と湾曲のためのトルク(内視鏡自身の負荷)との関係は、図6(B)の左に示す状態となっている。これに、アングル部の湾曲量をθとして中立点を再設定するために、LRモータ74を駆動すると、図6(B)の中央に示すLRモータ74のトルクが加算された状態となり、中立点を再設定した時点での設定湾曲量θとトルク(手に掛かるトータルの負荷)との関係は図6(B)の右に示す状態となる。すなわち、LRモータ74によるトルク分だけ、内視鏡に掛かる負荷が上方にシフトした状態となる。
そのため、例えば、設定湾曲量θの状態から、角度αだけアングル部24の湾曲量を変更しようとすると、中立点を再設定しない状態では、図6(C)の左側に示すように、負荷の大きな範囲で操作を行なう必要がある。これに対し、図6(C)の右側に示すように、設定湾曲量θで中立点を再設定した場合には、負荷の小さい通常のストレート状態の中立点での操作と同じ負荷で操作を行なうことができ、医師の負担を低減できる。特に、前述のように、湾曲量が大きくなるほど、操作には力が必要であるので、湾曲量を増す方向に操作をする場合には、操作力を大幅に低減できる。
これにより、アングル部24の中立点は、再設定スイッチ44が押圧された時点の正確な設定湾曲量に補正される。
制御手段118は、中立点の再設定を行なった時点の、湾曲量検出手段106が検出した設定湾曲量を取得し、記憶している。また、直近の中立点の補正時(あるいは、中立点の再設定時)の、LRモータ74のモータトルク定数KTと、LRモータ74に供給される電流値INO(オフセット電流値)とを取得し、記憶している。この中立点を維持するために必要なトルクは、KTINOとなる。
KTINO=KT1INO+TH
が成り立ち、これを用いて新たなモータトルク定数KT1を求める。
KT1=(KTINO−TH)/INO
このモータトルク定数KT1と、再設定された中立点を維持するために必要なトルクKTINOとから、正確な中立点を維持するためにLRモータ74に供給すべき新たなオフセット電流値INO1を求める。
INO1=KTINO/KT1
このオフセット電流値INO1でLRモータ74を駆動することで、中立点を再設定した後、再設定した中立点を維持しているときに、LRモータ74のモータトルク定数が熱で変動した場合や、湾曲部の湾曲機構の反力が変動した場合でも、中立点の再設定時の中立点に補正することができる。すなわち、アングル部24の設定湾曲量を中立点再設定時の設定湾曲量に補正することができる。
このように、過去に得られた複数のモータトルク定数KT1の平均値KTAを算出して、このモータトルク定数KTAから中立点を維持するためにLRモータ74に供給すべきオフセット電流値INO1を求めることで、電気ノイズなどによるトルクTHの検出誤差などの影響を低減することができる。
さらに、中立点を再設定すれば、アングル部24を大きく湾曲した状態で保持できるので、湾曲状態で不意に操作ツマミから手を離して、反力で急激にアングル部24がストレート状態に戻って、人体を損傷してしまう等の事故も防止できる。
制御手段118は、解除スイッチ46が押圧され、その信号を受けると、LRモータ74の駆動を停止して連結管64に掛けているトルクを開放し、アングル部24の中立点を通常のストレート状態に戻す。
ここで、制御手段118は、解除スイッチ46からの信号に応じて、直ちにLRモータ74の駆動を停止するのではなく、緩やかにアングル部24がストレート状態に戻るように、徐々に(好ましくは漸次)、LRモータ74の駆動電流を低減して、LRモータ74の駆動を停止するのが好ましい。これにより、アングル部24が、急激にストレート状態に戻ることによる、人体の損傷等を防止できる。
すなわち、再設定スイッチ44によって中立点の再設定が指示された時点におけるトルクすなわち操作力をトルクセンサ100から検出し、前述のモータトルク定数等を用いて、このトルクを出力するLRモータ74の駆動電流を算出し、この駆動電流(あるいは、設定時のトルク)を、設定湾曲量を維持するために必要な電流値(トルク)として、中立点を再設定する。
図4を参照して説明すると、アングル部24の実際の湾曲量(湾曲状態)と、プーリ68の回転角(ワイヤの移動量/ギアの回転角)との関係は、予め知見できる。これを利用して、アングル部24の実際の湾曲量と、プーリ68の回転角との関係を、予め知見してテーブル化しておき、かつ、操作部14に、再設定スイッチ44に加えて(あるいは変えて)、例えば、60°、90°、180°のように設定湾曲量の入力機能を設けおく。あるいは、ダイヤル等を用いて、任意に設定湾曲量を設定可能にしてもよい。
制御手段118は、中立点の再設定および設定湾曲量が指示(入力)されたら、指示された設定湾曲量に対応する回転角を前記テーブルから読み出し、湾曲量検出手段106によって、この回転角までプーリ68が回転したことが検出されるまでLRモータ74を駆動し、この回転角を設定湾曲量として中立点を再設定するように例えば位置決め制御する。
これにより、例えば、とりあえず入力指示によって180°で中立点を再設定した後に、LRツマミ36等の操作を行なって、アングル部24の湾曲量を調整し、最適と思われる湾曲量となった時点で、再度、再設定スイッチ44によって中立点の再設定指示を出すなど、様々な中立点再設定操作が可能となる。
あるいは、左右方向および上下方向に対して、独立して中立点の再設定および解除が行なえるようにしてもよい。
すなわち、本発明の内視鏡において、中立点を再設定できるのは、上方向の湾曲のみ、右方向の湾曲のみのような1方向であってもよく、上下方向の湾曲のみ、左右方向の湾曲のみのような2方向であってもよい。しかしながら、本発明の内視鏡においては、少なくとも上方向(いわゆるアップアングル)の湾曲は、中立点を再設定できるのが好ましく、さらに、少なくとも上下方向の湾曲で中立点で再設定できるのが、より好ましく、特に、図示例のように上下/左右の4方向の湾曲で中立点で再設定できるのが好ましい。
さらに、図示例の内視鏡10では、アングル部24の中立点を再設定する駆動手段として、モータを用いているが、本発明は、これに限定はされず、駆動手段としては、例えば、流体圧や電磁気的な力によって牽引を補助するソレノイドなどの各種のものが利用可能である。
図示例の内視鏡10は、好ましい態様として、これらを利用して、アングル部24の湾曲操作をアシスト(補助)するようにしてもよい。
制御手段118は、検出された操作トルクTHを基に、LRモータ74が加えるべきトルク(モータトルクTM)すなわちLRモータ74によるアシスト量を算出する。一例として、アシスト量を定める比例定数をkとして、
TM=kTH
制御手段118は、モータトルクTMを算出したら、このモータトルクTMを得るために必要な電流値Iを算出する。すなわち、モータ固有のトルク定数をKTとして、モータの性質「TM=KTI」から、
I=(1/KT)TM
によって、電流値Iを求める。あるいは、LRモータ74のトルクと電流値との関係を、予めテーブル化して持って、これを用いて電流値Iを求めてもよい。
さらに、制御手段18は、この電流値IによってLRモータ74を駆動するように、例えば、定電流制御を行なう。
I=(1/KT)TM+INO
一例として、LRモータ74によるアシストが無い場合に、目的とする湾曲量までアングル部を湾曲するのに必要なトルク(操作力)をTLとする。
上述の補助を行なうことにより、
TL=TH+TM
となる、ここで、
TM=kTH
であるので、
TL=kTH+TH=(1+k)TH
従って、
TH=[1/(1+k)]TL
となり、操作者が、アングル部24の湾曲操作を行なうのに必要なトルクは、「1/(1+k)」倍に、軽減される。従って、常に、操作者による操作トルクと同じ力でLRモータ74がアシストを行なう場合(k=1の場合)には、操作者によるトルク(操作力)を、湾曲に必要なトルクの50%とすることができる。
これに対し、LRモータ74によって、LRツマミ36の操作力に応じた所定割合のアシストを掛けた場合には、湾曲量θで中立点を再設定すると、LRモータ74のトルクは、図7(B)に一点鎖線で示すように、湾曲量θにおけるLRモータ74のトルクを中心にして、右上がりに傾斜する状態となり、その結果、湾曲量と湾曲のためのトルクとの関係は、図7(B)に実線で示す状態となり、操作力を低減することができる。
また、アングル部24の湾曲は、基本的に、LRツマミ36等の操作手段で行なうので、オペレータは、検査部位からアングル部24にかかる反力を感じながら操作を行なうことができ、穿孔事故などを好適に防止でき、さらに、微妙な操作も行い易い。
すなわち、図示例の操作部14では、好ましい態様として、湾曲の操作ツマミに直結し、かつ、操作ツマミと一体で回転する円筒状の連結管の一部をトルクセンサとすることにより(あるいは連結管の一部にトルクセンサを配置することにより)、操作ツマミに掛けられたアングル部24の湾曲のための操作力を、直接的に検出している。
アングル部24の操作が開始されると、前述のように、トルクセンサ100が操作トルクTHを検出し、操作トルクTHに対する所定割合kによる湾曲のアシストのためのモータトルクTMがTM=kTHにより算出され、このモータトルクを出力するのに必要な電流値に、中立点を維持するのに必要なオフセット電流値INOを加えた値が、モータに流すべき電流値Iとして算出され、モータに供給される。
すなわち、図9に概念的に示すモータトルク定数KTの補正タイミングのように、湾曲量検出手段106が検出した湾曲量が設定湾曲量と一致するたびに、モータトルク定数の補正値KT1を算出し、過去n回(図示例では3回)の補正値KT1から補正したモータトルク定数KTを求める。このモータトルク定数KTを用いて、オフセット電流値INOを補正し、中立点の維持を続ける。
その後、解除スイッチ46によって中立点再設定の解除指示が出されたら、オフセット電流値INOを0にして、中立点の再設定を解除する。
あるいは、操作力が所定値以下の小さい領域を、他の領域に比して操作力に対するアシスト力の割合が小さい領域としてもよい。例えば、前記不感帯に代えて、操作力が小さい領域を、操作力に対する応答(感度)が低い低感度域のようにして、この低感度域では、他の領域(操作力が所定値を超える領域)に比して、操作力に対するLRモータ74によるアシスト力の割合を小さくしてもよい。
あるいは、LRツマミ36に加えられた操作力が所定の値を超えた場合には、それ以上はLRモータ74によるアシスト力を増加せずに、一定とするようにしてもよい。すなわち、LRツマミ36に加えられた操作力に応じて、LRモータ74によるアシスト力に限界を設けてもよい。
例えば、前記操作力が小さい領域に不感帯を設ける態様と、操作力が所定値を超えた領域でモータによるアシストを打ち切る態様もしくはアシスト力に限界を設ける態様を組み合わせてもよい。
また、不感帯を設ける態様と、低感度域を設ける態様とを組み合わせて、第1の操作力までは不感帯として、第1の操作力を超える第2の操作力までは低感度域として、第2の操作力を超えた場合に、さらに、高い割合のアシスト力を加えるようにしてもよい。
さらに、アシスト力に限界を設ける態様と、アシストを打ち切る態様とを組み合わせて、第1の操作力までは、操作力に応じた所定割合の力でアシストを行い、第1の操作力を超える第2の操作力までは、第1の操作力におけるアシスト力を限界としてアシスト力を一定とし、第2の操作力を超えたら、アシストを行なわないようにしてもよい。
12 挿入部
14 操作部
16 コネクタ
18 ユニバーサルコード
22 先端部
24 アングル部
26 軟性部
28 鉗子口
30 吸引ボタン
32 送気/送水ボタン
36 LRツマミ
38 UDツマミ
40 LRブレーキ
42 UDブレーキ
44 再設定スイッチ
46 解除スイッチ
50 吸引コネクタ
52 LG棒
54 S端子
60 ハウジング
60a 軸支部
60b 固定部
62 中心軸
64,84 連結管
68,86 プーリ
70,72,88,90 ワイヤ
74 LR(中立点再設定)モータ
76 LRブレーキ部材
78、80、96、98 ギア
92 UD(中立点再設定)モータ
94 UDブレーキ部材
100,102 トルクセンサ
106,108 湾曲量検出手段
110 円形リング
112 先端リング
114a,114b 連結部材
118 制御手段
Claims (12)
- 挿入部の先端近傍に湾曲部を有する内視鏡であって、
前記湾曲部に挿通されるワイヤを牽引することにより、前記湾曲部を湾曲させる湾曲手段と、
前記ワイヤを牽引する操作力を外部から入力するための操作手段と、
モータによって前記湾曲手段を駆動し湾曲部を湾曲させる駆動手段と、
前記湾曲部の湾曲量を検出する湾曲量検出手段と、
前記操作手段にかかる操作力を検出する操作力検出手段と、
前記湾曲部を湾曲した状態で中立点とする設定湾曲量を設定するための、湾曲部の中立点再設定手段と、
前記中立点再設定手段によって再設定された中立点に応じて、対応する湾曲状態とするための前記駆動手段の駆動力に基づいて、前記モータを一定出力で駆動し続けるように制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記中立点再設定手段による中立点の再設定指示に応じて、この中立点の再設定が出された時点の前記湾曲部の設定湾曲量を前記湾曲量検出手段から取得して記憶しておき、前記中立点の再設定に応じて前記駆動手段による一定出力の駆動を開始した後、前記湾曲量検出手段が検出した湾曲量を取得して、記憶した前記設定湾曲量と比較し、この湾曲量と前記設定湾曲量とが一致したときに、前記操作力検出手段が検出した操作力および前記駆動手段の駆動力から、前記設定湾曲量を維持するための前記駆動手段の駆動力を補正することを特徴とする内視鏡。 - さらに、前記制御手段は、過去の前記駆動力の補正結果に基づいて、少なくとも1つの過去の前記駆動力の補正値と、前記操作力検出手段が検出した操作力および前記駆動手段の駆動力から求めた前記駆動力の補正値とを加重平均して、加重平均した補正値に基づいて前記駆動手段の駆動力を補正する請求項1に記載の内視鏡。
- 前記操作力検出手段は、前記操作手段による前記湾曲部の湾曲操作中は、常時、前記操作手段にかかる操作力を検出するものであり、
前記制御手段は、前記操作力検出手段によって検出された操作力に応じて、この操作力に対する所定割合の力で、前記駆動手段によって湾曲手段を駆動し前記湾曲部の湾曲を補助する請求項1または2に記載の内視鏡。 - 前記制御手段は、前記中立点再設定手段による中立点の再設定が出された時点での前記湾曲部の湾曲量を前記湾曲量検出手段から取得して、この取得した湾曲量を前記設定湾曲量として、前記湾曲部が維持するように、前記駆動手段を制御し、その後、前記操作力検出手段によって操作力が0になったことが検出された時点で、この時点における前記駆動手段の駆動力を検出し、以降は、この駆動力によって前記湾曲部を湾曲するように、前記駆動手段を制御する請求項1〜3のいずれかに記載の内視鏡。
- 前記制御手段は、前記中立点の再設定に応じて湾曲部の湾曲状態の維持を開始した後、前記操作力0が検出されるまで、前記操作手段が操作されても、前記湾曲部の湾曲状態が変化しないように前記駆動手段を制御する請求項4に記載の内視鏡。
- 前記制御手段は、前記中立点再設定手段による中立点の再設定指示に応じて、その時点における操作力を前記操作力検出手段から検出し、この操作力と、その時点における前記駆動手段との駆動力とを合計した力を、前記設定湾曲量を維持するために必要な駆動力として、前記駆動手段を制御する請求項1〜3のいずれかに記載の内視鏡。
- 前記湾曲量検出手段は、前記ワイヤが掛け回されるプーリの回転角を検出することにより、前記湾曲部の湾曲量を検出する請求項1〜6のいずれかに記載の内視鏡。
- 前記湾曲量検出手段は、前記ワイヤの移動量を検出することにより、前記湾曲部の湾曲量を検出する請求項1〜7のいずれかに記載の内視鏡。
- 前記湾曲量検出手段が、前記駆動手段に係合するギアの回転角を検出することにより、前記湾曲部の湾曲量を検出する請求項1〜8のいずれかに記載の内視鏡。
- 前記湾曲量検出手段が、湾曲部の湾曲角度を検出することにより、前記湾曲部の湾曲量を検出する請求項1〜9のいずれかに記載の内視鏡。
- 前記中立点再設定手段が、前記湾曲部の湾曲量の指示手段を有し、
前記制御手段は、前記中立点再設定手段による中立点の再設定指示、または、前記指示手段によって設定された湾曲量に応じて、この湾曲量だけ前記湾曲部を湾曲するように、前記駆動手段の駆動を制御する請求項1〜10のいずれかに記載の内視鏡。 - 上下左右の4方向に対応して、中立点の再設定が可能な請求項1〜11のいずれかに記載の内視鏡。
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