JP3043877B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡スコープの先端
部に搭載したＣＣＤ等の固体撮像素子で被写体を撮像
し、撮像内容をモニタ表示する電子内視鏡装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、この種の電子内視鏡装置
における内視鏡スコープは、患者の体腔内に挿入される
部分にＣＣＤ撮像素子等の電気回路を持っている。その
ため、万一電気回路が短絡あるいは低抵抗となるような
故障をおこすとその部分が発熱し被検体に対して危害を
加える可能性がある。また、万一電気回路が断線、ある
いは抵抗が大きくなったりすると、正常な動作ではなく
なり画像が消えてしまう可能性がある。更に、内視鏡ス
コープの体腔内に挿入される部分の電気回路へ給電する
電源回路あるいは電流を十分に流すことができるドライ
バは、一般に負荷の変動に対して安定に供給出来るよう
にしておくため、上記の短絡あるいは低抵抗の状態や断
線あるいは高抵抗の状態になったときにそのままの状態
を維持することから、従来にあっては被検体に対し危険
な状態をつくりだすこともあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の電子内視鏡装置の場合においては、上記した短
絡あるいは低抵抗の状態や断線あるいは高抵抗の状態を
内視鏡操作時に全く知ることができなかったため、上記
した不具合、即ち次のような不具合があった。

【０００４】（１）体腔内に挿入される部分の故障で患
者に危害を加える可能性がある。

【０００５】（２）故障しても検出できないため、操作
者は危険であることに気がつかない。

【０００６】（３）故障に操作者が気づいたとしても、
操作者が電源を切る等の操作をしないと状況は変わらず
危険である。

【０００７】本発明は、上記した事情に着目してなされ
たもので、その目的とするところは、内視鏡スコープの
電気的な故障の有無を監視し、故障発生時に直ちに対応
処置を行える電子内視鏡装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、内視鏡スコープの先端部に少なくとも固
体撮像素子を含む電気回路を設置し、この電気回路から
の映像信号を内視鏡画像として表示手段に表示する電子
内視鏡装置において、前記電気回路への給電又は前記電
気回路からの信号伝送の状態を電流値により検出する検
出手段と、この検出手段により検出された電流値が、第
１の電流レベルより高ければ警告を発すると共に即装置
の電源を落とし、第１の電流レベルより低く第２の電流
レベルより高ければ警告を発すると共に第１の時間経過
後装置の電源を落とし、第３の電流レベルより低ければ
警告を発すると共に第１の時間より長い第２の時間経過
後装置の電源を落とすように制御する制御手段とを備え
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明による電子内視鏡装置は、制御手段が、
検出手段により検出された電流値が、第１の電流レベル
より高ければ警告を発すると共に即装置の電源を落と
し、第１の電流レベルより低く第２の電流レベルより高
ければ警告を発すると共に第１の時間経過後装置の電源
を落とし、第３の電流レベルより低ければ警告を発する
と共に第１の時間より長い第２の時間経過後装置の電源
を落とすように制御する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明が適用された第１実施例の電
子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。なお、本
実施例ではプロセッサに電流検出機構を設けているが、
これを内視鏡スコープに設けてもよい。

【００１１】この第１実施例の電子内視鏡装置は、図２
に示す如くの内視鏡スコープ１００のスコープ先端部１
００ａに、図１に示す関係でＣＣＤ撮像素子１と、この
ＣＣＤ撮像素子１からの信号（ＯＳ信号）のバッファア
ンプ３とにより構成されるＣＣＤモジュール２を備えて
いる。このようなスコープ先端部１００ａは患者の体腔
内に挿入される。このため、ＣＣＤモジュール２に何ら
かの故障が発生し、スコープ内部の電気回路が短絡ある
いは低抵抗で短絡状態になり、異常な過電流が流れて発
熱した場合は患者にやけどを負わせる危険性がある。

【００１２】また、ＣＣＤモジュール２へは電源用、Ｃ
ＣＤのＤＣバイアス用、バッファアンプ３のバイアス用
などでＤＣ電源４の給電がなされる。同時に、ＣＣＤ撮
像素子１には画素をスキャンするための垂直クロック
５、水平クロック６が供給される。これらは短絡等で過
電流が流れる可能性のある信号である。更に、ＣＣＤモ
ジュール２からの映像出力信号（ＯＳ信号）７はバッフ
ァアンプ３から供給されるため、ＣＣＤモジュール２に
て短絡事故が発生するとバッファアンプ３のバイアス電
流の過電流となる。

【００１３】そこで、本実施例では、ＣＣＤモジュール
２へ給電するＤＣ電源４とそのＣＣＤモジュール２へ供
給する垂直クロック５とは装置本体（不図示）のプロセ
ッサ２８で作り、また水平クロック６は内視鏡スコープ
１００内の水平クロックドライバ２９で作るとともに、
内視鏡スコープ１００へ供給される複数の電源電流８
と、プロセッサ２８内部の垂直クロックドライバー１６
への複数の供給電流９とを、電流センサ回路１０，１３
を用いてモニタリングすることで内視鏡スコープ１００
に生じた過電流の検出を行うものとした。なお、図１で
は、その電源電流８及び供給電流９はそれぞれ１つしか
示されていないが、実際は必要な電源だけある。例えば
垂直クロックドライバー１６への供給電源は、＋１５
Ｖ，＋５Ｖ，−７の３つ、内視鏡スコープ１００へは＋
１５Ｖ，＋９Ｖの２つがある。

【００１４】ＣＣＤ撮像素子１に印加されるＤＣ電源に
ついては次のように動作する。

【００１５】電源１７からの電流は電流センサ回路１
０、電流リミッタ回路１１、電流遮断回路１２を通って
スコープに供給される。これらは図１では１組しか図示
されていないが、ＤＣ電圧が複数あるときはそれぞれに
設ける。

【００１６】ＣＣＤ撮像素子１の電源は＋１５Ｖで通常
は１５ｍＡ程度しか流れない。そのため電流センサ回路
１０は部品ばらつき、ノイズなどを考慮して５０％増し
の２３ｍＡ以上の電流が流れたときに過電流信号１０ａ
を出力するようになっている。この信号１０ａがコント
ローラ２１で検出されると、コントローラ２１はグラフ
ィックメモリ２３にその過電流が流れていることを示す
警告を書き込む。このグラフィックメモリ２３の出力は
加算回路２５で映像信号と加算され表示装置２４に警告
が表示される。一方過電流信号は映像信号処理回路２２
にもつながっている。映像信号処理回路２２は過電流信
号があるときは内蔵の色処理回路をきりかえて表示装置
２４上の画像の色が明らかに異常と見えるように変え
る。このことで万が一にコントローラ２１、或いはグラ
フィックメモリ２３がおかしくても異常が発生している
ことが操作者に分かるようになっている。

【００１７】一方過電流が検出されるとタイマー１９が
働く。これはＣＣＤモジュール２の異常で過電流が発生
してはいるが、画像が出ている場合にすこしでも画像を
出し続けるために設けてある。内視鏡検査では手術を行
ったりするため画像がすぐにきえると危険である。その
ため画像が出るのなら少しでも出し続けたいためであ
る。通常は３０秒程度で体内からぬき去ることが出来る
とされているためタイマー１９は３０秒としている。こ
のタイマー１９が働いている間は表示画像には警告が表
示され、また色も明かに異常であることが分かるように
変化しているため操作者は異常が発生していることを知
って速やかに内視鏡スコープ１００を体内からぬき去る
操作をする。

【００１８】タイマー１９の設定時間がくるとこのタイ
マー１９は電流遮断回路１２を働かせてＣＣＤモジュー
ル２への電源をすべて遮断する。このことで操作者が内
視鏡スコープ１００をぬき去る操作をしなくても患者に
危険を与えかねない状況から抜け出せる。

【００１９】以上の場合はモジュールの短絡ではなく低
抵抗を持った短絡で、スコープ先端部の温度上昇が緩や
かであり、また画像も出続けていた。しかしほとんど抵
抗の無い状態での短絡も考えられる。この場合スコープ
先端部で短絡が起きるとスコープ先端部の温度は急激に
上昇してしまう。この例ではその対策としては電流リミ
ッタ１１で行っている。この電流リミッタ１１は一定電
流までは何等働きをしないが、あらかじめ設定されてい
る電流以上の電流が流れようとすると電圧をさげその設
定電流までしか流れないようになっている。実験的にス
コープ先端部の発熱の状態から１００ｍＡ程度であれば
３０秒間では危険な温度にならないことから、この例で
は１００ｍＡをリミッタの設定値としている。負荷が短
絡して抵抗が小さくなってもこのため１００ｍＡ以上は
流れない。またこのときも電流センサ回路１０は過電流
を検出しているから先に述べたように警告表示があり、
３０秒で全ての電源が切られる。

【００２０】このようにＣＣＤ撮像素子１に印加される
ＤＣ電源をモニタリングし、異常を検出した際に電源を
遮断等することになる。このことは垂直クロック、水平
クロックにも適用される。しかし、クロックの場合は、
発熱をひき起すことになるエネルギーが時間的な平均値
となる。これは、ちょうどクロックドライバーへ供給さ
れる電源電流であることから、本実施例では、先に述べ
たＤＣ電源の場合と同様に、垂直クロックドライバー１
６への供給電流を電流センサ回路１３でモニタリング
し、この電流センサ回路１３に過電流信号１３ａが生じ
たことをコントローラ２１で検出し、グラフィックメモ
リ２３にその過電流が流れたことを示す警告を書き込
み、表示装置２４に警告が表示されるようにしている。
また、過電流検出によりタイマー２０が働き、一定時間
経過後、信号遮断回路１５を働かせてＣＣＤモジュール
２への垂直クロック信号の供給を止めたり、あるいは電
流リミッタ回路１４で信号供給を抑制するものとしてい
る。なお、水平クロックについては、ＤＣ電源の遮断に
合せるものとしている。

【００２１】次に、照明系の異常時の遮断について説明
する。

【００２２】内視鏡では体内の照明をしなければならな
い。一般的にはプロセッサ内部の強力なランプ１０２の
光を光ファイバからなるライトガイド１０１で先端まで
導いて照明する。ランプ１０２からライトガイド１０１
までのあいだに絞り等をもうけ照明の強さを変化させる
ことが出来るようになっている。通常動作ではＣＣＤ１
から出力される映像信号の輝度が一定範囲になるように
この照明の強さを変化させる。その機構がＡＬＣ（auto
matic lighit contrller）２６である。ここで問題とな
るのは照明が強力であるため熱が発生することである。
スコープ先端部ではライトガイド１０１から照明用のレ
ンズ（不図示）をとおして照明しているが、大きさの制
約があるためガラス−空気との間の光のロスを小さくす
ることがむずかしい。そのため照明するとそのロスの分
が熱となってしまう。

【００２３】通常観察では光量が最大になることは希で
あるため発熱は問題となるほどではない。しかしＣＣＤ
モジュール２が故障して、画像が出なくなるとＡＬＣ２
６は光量を最大としてしまうためスコープ先端部の発熱
のため危険な状態になってしまう。

【００２４】対策としてこの実施例ではコントローラ２
１が異常を検出すると一定時間経過後にランプコントロ
ーラ２７に指令をおくりランプ１０２を消すようになっ
ている。この時間は過電流で電源を遮断する時間よりも
少し長くなるように設定することで画像が出る間はでき
るかぎり画像出し続けるようになっている。

【００２５】次に、電流センサ回路、タイマー、電流リ
ミッタの組合せからなる過電流検出回路について各実施
例を説明する。

【００２６】図３は、過電流検出遮断回路の第１実施例
の構成を示す回路図である。動作を以下に示す。

【００２７】過電流の検出は抵抗２０１とトランジスタ
２０２で構成される。負荷にながれる電流が増えると抵
抗２０１での電圧降下が大きくなる。この電圧がトラン
ジスタ２０２のエミッタ・ベース電圧（ＶBE）を越える
とトランジスタ２０２がＯＮする。それによってトラン
ジスタ２０３がＯＮとなるからゲート２０４の出力はＨ
となる。たとえばトランジスタ２０２にシリコントラン
ジスタをつかうとＶBEは約０．６Ｖであるから、検出電
流を２５ｍＡにするためには抵抗２０１を２４Ωとすれ
ばよい。

【００２８】電流リミッタはトランジスタ２０５とトラ
ンジスタ２０６で構成され、電流遮断はトランジスタ２
０６とトランジスタ２０９がおこなう。リミット値より
も少ない電流では抵抗２１０の電圧降下はトランジスタ
２０５をＯＮさせずトランジスタ２０５は動作に関係し
ない。そのときはゲート２０８の出力がＨとなるとトラ
ンジスタ２０９がＯＮしてトランジスタ２０６のベース
電流が流れトランジスタ２０６がＯＮする。ゲート２０
８の出力がＬとなるとベース電流が流れなくなるためト
ランジスタ２０６がＯＦＦして電流を遮断できる。

【００２９】トランジスタ２０９がＯＮ状態で電流が流
れているとき、その電流が大きくなると抵抗２１０の電
圧降下が大きくなり、トランジスタ２０５のＶBEに達す
るとトランジスタ２０５のコレクタ電流が流れ始める。
そうすると抵抗２１１の電圧降下が大きくなりトランジ
スタ２０６のベース電流が減る。トランジスタ２０６の
ベース電流が減ることで負荷への電流が制限され、電流
リミッタとしてはたらく。リミット電流を約１００ｍＡ
にするには抵抗２１０の電圧降下が０．６Ｖとなるよう
に抵抗２１０を６Ωとすれば良い。

【００３０】これらはトランジスタのＶBEを利用するた
め温度変化の影響をうけるが、過電流検出、電流リミッ
トともにその値は余裕があるため、使用温度範囲におい
ては問題となる誤差は生じない。

【００３１】図４は、過電流検出遮断回路の第２実施例
の構成を示す回路図である。これはＣＰＵから設定電圧
を可変出来るようになっている。動作としてはＣＰＵが
データバスを通じてレジスタ３０１に設定したい電圧デ
ータを書き込むとＤ／Ａコンバータ３０２がそれに応じ
た電圧を出力する。この電圧を直流アンプが増幅して出
力する。３０３はオペアンプでトランジスタ３０４，３
０５とともに直流アンプを構成する。負荷の電流は電源
から抵抗３０６、抵抗３０７、トランジスタ３０８の経
路で流れる。第１実施例と同じように過電流の検出は抵
抗３０６、トランジスタ３０９でおこなう。

【００３２】ここでコンデンサ３１０は抵抗３１１と時
定数を形成している。通常負荷にはノイズ対策などから
コンデンサがふくまれる。そのため設定電圧を高くした
瞬間はそのコンデンサの充電に必要な電流が流れる。こ
の電流は一瞬であるため発熱とは関係がないが過電流検
出回路では検出されてしまう。そのためコンデンサ３１
０、抵抗３１１の時定数で一定時間以上過電流が継続し
たときだけ出力を出すようになっている。この例ではコ
ンデンサと抵抗でその時間をきめているが、一定のクロ
ックをカウンタで数えるなどのデジタル回路とすると精
度がよくなる。

【００３３】図３では電流の遮断は出力電圧を０Ｖとす
ることでおこなう。ＣＰＵが０Ｖを設定してもよいが信
頼性をあげるためハードで０Ｖと出来るのが望ましい。
この例ではレジスタ３０１のリセット（クリア）信号を
使っている。この信号がＬとなるとレジスタの出力はす
べてＬとなりＤ／Ａコンバータ３０２は０Ｖを出力す
る。これによって電流を遮断する。

【００３４】前述した本発明の各実施例では、過電流の
検出しかできなかったが、電流値が規定値よりも少ない
ときも断線等の故障が考えられる。この場合は発熱等で
危害を加える可能性としては過電流よりも少ないが故障
であることには変わり無く異常検出が重要である。

【００３５】そこで、本発明の第２実施例の電子内視鏡
装置では、図５に示すように、電流センサとして、電線
のまわりに発生する磁気の量で電流を検出する電流セン
サ４０１を用いる。この電流センサ４０１の出力をアン
プ４０２で増幅し、Ａ／Ｄコンバータ４０３でデジタル
化してＣＰＵへ伝える。

【００３６】ＣＰＵでは図６のような処理をおこなう。
この処理はたとえばタイマー割り込みなどを使い一定間
隔で常に行うようにすることでいつ異常が発生しても対
応できるようになる。

【００３７】まずステップＳＴ１で電流センサを読み込
む。つぎにステップＳＴ２でこの値が正常範囲かどうか
を判断する。ＩＭＩＮとＩＭＡＸ１の間であれば正常で
あるから、そのまま何もせずに抜ける。もし電流が多す
ぎたり、少なすぎたりした場合はここで分岐しステップ
ＳＴ３のタイマー処理でＴ１だけ待った後再びステップ
ＳＴ４で電流センサを読み込む。このタイマー処理は突
入電流なとどの過渡的な過電流を排除するものでたとえ
ば数十ミリ秒の時間を待つ。

【００３８】再び電流センサを読み込んだ値がＩＭＡＸ
２よりも大きいときはステップＳＴ５で分岐する。この
値はショート等ですぐに電流を遮断すべき値とする。た
とえば２００ｍＡ程度とする。これ以上の電流であった
らステップＳＴ８で表示し、すぐにステップＳＴ１３で
出力を遮断する。また同時にステップＳＴ１４で照明ラ
ンプも消す。図１の第１実施例の内視鏡装置ではこれだ
けしかおこなわなかったが、たとえば操作者が動転し送
気状態を続けたりしても危険であるため次のステップＳ
Ｔ１５で送気用のポンプも切るようにしている。

【００３９】また電流値がＩＭＡＸ２を越え無くともＩ
ＭＡＸ１を越えたときはステップＳＴ６で分岐する。こ
の値は異常ではあるがすぐに危険なほどの発熱にならず
また画像がでるためすこしでも長く画像を出し続けた
い。そのためステップＳＴ９の警告表示と同時にステッ
プＳＴ１０のタイマー処理でＴ２の時間だけ待つように
している。たとえばこのＩＭＡＸ１は２５ｍＡ、Ｔ２は
３０秒とすることができる。なお、ステップＳＴ９での
警告表示は、３０秒で画像がきえるから早急に体内から
抜くように指示する。Ｔ２後は同様に出力をきり（ステ
ップＳＴ１３）、ランプを消し（ステップＳＴ１４）、
ポンプを止める（ステップＳＴ１５）。

【００４０】つぎに電流がＩＭＩＮよりも少ないときは
ステップＳＴ７で分岐する。この場合はすぐに危険とい
うわけではないが故障である。したがってステップＳＴ
１１で警告を発っし、Ｔ３だけ待つ。この時間はＴ２よ
りも長くてもよいがあまり長いと故障が拡大してしまう
可能性もあるためたとえば１分程度とする。この場合も
先の２例と同様に出力を遮断する。

【００４１】以上の３つの異常が検出されるとステップ
ＳＴ１６をとおる。これは電流異常があったことをスコ
ープの履歴管理メモリーにかきこむことで次からそのス
コープをプロセッサに接続した時点で異常が過去にあっ
たことを表示し、使用できないことをしめすために用い
られる。このメモリーはたとえばＥＥＰＲＯＭのような
不揮発性のものをつかう。メモリーはプロセッサ内部に
もってもよいが、スコープ内部にそのメモリーをもつこ
とで修理のときのデータとしても使用できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モニタリング機構によって内視鏡スコープ内部の電気回
路の故障を検出し、これを操作者に報知させることがで
き、また自動的に安全となるように処理動作を可能にす
ることができる。これにともない、電子内視鏡装置の信
頼性が従来に比して大幅に向上したものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された第１実施例の電子内視鏡装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】内視鏡スコープの外観を示す斜視図である。

【図３】過電流検出回路の第１実施例の構成を示す回路
図である。

【図４】過電流検出回路の第２実施例の構成を示す回路
図である。

【図５】本発明が適用された第２実施例の電子内視鏡装
置におけるモニタリング機構の要部を示す回路図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例の電子内視鏡装置における
モニタリング機構の処理動作を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ ＣＣＤ撮像素子 ２ ＣＣＤモジュール ３ バッファアンプ ４ ＤＣ電源 ５ 垂直クロック ７ 映像出力信号 ８ 内視鏡スコープへ供給する電源電流 ９ 垂直クロックドライバーへ供給する電流 １０ 電流センサ回路 １１ 電流リミッタ回路 １２ 電流遮断回路 １３ 電流センサ回路 １４ 電流リミッタ回路 １５ 信号遮断回路 １６ 垂直クロックドライバー １７ 電源 １８ タイミングジェネレータ １９ タイマー ２０ タイマー ２１ コントローラ ２２ 映像信号処理回路 ２３ グラフィックメモリ ２４ 表示装置 ２５ 加算回路 ２６ ＡＬＣ ２７ ランプコントローラ ２８ プロセッサ ２９ 水平クロックドライバー １００ 内視鏡スコープ １０１ ライトガイド １０２ ランプ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡スコープの先端部に少なくとも固
   体撮像素子を含む電気回路を設置し、この電気回路から
   の映像信号を内視鏡画像として表示手段に表示する電子
   内視鏡装置において、 前記電気回路への給電又は前記電気回路からの信号伝送
   の状態を電流値により検出する検出手段と、 この検出手段により検出された電流値が、第１の電流レ
   ベルより高ければ警告を発すると共に即装置の電源を落
   とし、第１の電流レベルより低く第２の電流レベルより
   高ければ警告を発すると共に第１の時間経過後装置の電
   源を落とし、第３の電流レベルより低ければ警告を発す
   ると共に第１の時間より長い第２の時間経過後装置の電
   源を落とすように制御する制御手段とを備えることを特
   徴とする電子内視鏡装置。
2. 【請求項２】 前記警告は、前記内視鏡画像の色を変更
   することにより行うことを特徴とする請求項１記載の電
   子内視鏡装置。
3. 【請求項３】 前記警告が発せられるような異常が検出
   されたことを記憶しておく記憶手段をさらに備えること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子内視鏡装
   置。