JP2010088661A

JP2010088661A - 内視鏡

Info

Publication number: JP2010088661A
Application number: JP2008261736A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 寛伊藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-04-22
Also published as: US20100087712A1

Abstract

【課題】内視鏡の挿入部の先端部に内蔵される撮像素子やＬＥＤといった電子部品を、内視鏡が使用される環境温度以下に冷却することが可能な冷却機構を備える内視鏡を提供することにある。
【解決手段】本発明は、挿入部を備える内視鏡において、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品と、前記電子部品を冷却するために、前記内視鏡の管内に設けられているジュール・トムソン型冷凍機と、を備えることを特徴とする内視鏡である。
【選択図】図２

Description

本発明は、先端部に内蔵される電子部品を冷却するためのジュール・トムソン型冷凍機を備える内視鏡に関するものである。

内視鏡を用いた観察において、病変部をより容易に見分けられるようにする方法として、これまでの白色光照明下での観察ではない、特殊光観察といわれる手法が普及してきている。特殊光観察には、狭帯域光観察（ＮＢＩ, ＮａｒｒｏｗＢａｎｄＩｍａｇｉｎｇ）、自家蛍光観察（ＡＦＩ, ＡｕｔｏＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ）などがある。特殊光観察では、光の波長の一部を観察に使うため、高感度の撮像素子が必要となる。特にＡＦＩにおいては、反射光ではなく、微弱な蛍光を用いるため、より高感度の撮像素子が必要となる。微弱光観察で良好な画質を得るためには、暗電流を抑えるために撮像素子を冷却することが有効である。

また、内視鏡の先端部の撮像モジュールの高機能化、高密度化、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明化が進むにつれ、内視鏡の先端部での発熱量が増大することにより撮像素子の温度が上昇し、画質の劣化がおこる。良好な画質を得るために、内視鏡の先端部での熱の放熱、冷却が必要とされている。

例えば、特許文献１にあるように、発光ダイオードユニット（以下、ＬＥＤユニットと称す。）を照明として備える内視鏡において、ＬＥＤユニットからの発熱を逃がすために、液体を流す液体流路を設け、流体により放熱させる技術が提案されている。

この方法について図７を用いて説明する。図７は、従来の内視鏡５０２の概略的なブロック図である。
内視鏡５０２は、ＬＥＤ５３４を有する光源部５２０、ポンプ５４２、水Ｗの入ったタンク５２３、循環管路として各管５４１Ａ、５４１Ｂ、５４５Ａ、５４５Ｂ、中継管５４６、温度センサ５３２を備える。内視鏡５０２の操作部に設けられた発熱源である光源部５２０の温度が温度センサ５３２により測定され、測定温度が所定温度以上の場合、ポンプ駆動制御回路５４４がポンプ５４２を作動させる。その結果、水Ｗは光源部５２０を冷却するために、管５４１Ａ、管５４５Ａ、中継管５４６、管５４５Ｂ、管５４１Ａによって構成される循環管路を循環しながら流れつづける。冷却用の水Ｗは、循環管路を通過しているときに、発熱源である光源部５２０から熱を吸収し、冷却する。

特開２００３−３８４３７号公報

しかしながら上記の内視鏡５０２のように、操作部内にＬＥＤ等を配置した構成の場合には水Ｗを循環させることで冷却が可能かもしれないが、内視鏡の挿入部の先端部において、撮像モジュールの高機能化、高密度化、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明化した構成では、水Ｗを循環させるだけでは、放熱、冷却性能を十分に得られない。これは、ポンプ５４２から吐出する前、もしくは、後に、水Ｗを冷却してポンプ５４２で吐出したとしても、内視鏡５０２の場合、挿入部の径を細くするために、水Ｗが流れる液体流路を許容できる径は小さく、かつ、その長さは比較的長尺であるため、吐出される液量は非常に少なく、ゆっくりと挿入部内部の細くて長い流路を通過している間に、水Ｗが環境温度である人体の体温程度まで温度が上昇してしまい、ＬＥＤ等の電子部品を冷却・放熱することが困難である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、挿入部を備える内視鏡において、挿入部の先端部に内蔵される撮像素子やＬＥＤといった電子部品を、冷却することが可能、特に内視鏡が使用される環境温度以下に冷却することが可能な冷却機構を備える内視鏡を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、挿入部を備える内視鏡において、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品と、前記電子部品を冷却するために、前記内視鏡の管内に設けられているジュール・トムソン型冷凍機（以下、適宜「ＪＴ冷凍機」と称す。）と、を備えることを特徴とする内視鏡を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記ジュール・トムソン型冷凍機は、直線状の二重内腔管を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記二重内腔管は、可撓性を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記ジュール・トムソン型冷凍機は、少なくとも前記内視鏡の湾曲部に延在し減圧部として機能する極細径内腔管を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記減圧部の長さが内視鏡の湾曲部の長さよりも長く、前記内視鏡の湾曲部全体にわたって減圧部が位置し、樹脂材料からなることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記二重内腔管を構成する内管及び外管は、ともに樹脂材料からなり、前記減圧部が先端チップ内にあることが望ましい。
なお、本明細書において、電子部品の冷却とは、電子部品からの発熱を放熱もしくは冷却することを意味する。

本発明にかかる内視鏡では、電子部品等の冷却対象近傍に、冷却対象を冷却させるＪＴ冷凍機を設けるため、環境温度に制限されること無く、冷却対象を環境温度以下まで冷却することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる内視鏡の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。なお、構成の明瞭化のため、図面において断面を示す斜線（ハッチング）を適宜省略した。

本発明に係る内視鏡の実施例１を、内視鏡システム１０１に組み込んだ例を説明する。図１は内視鏡システム１０１の全体構成を示す図であり、図２は実施例１の内視鏡１０２の先端部の断面構成を示す図である。
内視鏡システム１０１は、内視鏡１０２と、ビデオプロセッサ１０６と、光源１０７と、モニタ１０８と、冷媒ガスコントローラー１１１と、冷媒ガスボンベ１１０によって、主に構成される。冷媒ガスボンベ１１０は、配管１１３により冷媒ガスコントローラー１１１に接続され、冷媒ガスの流量は、先端チップ２１１の温度がある温度で一定となるように、ガスコントローラー１１１により調節され、適当な高圧状態となる。冷媒ガスコントローラー１１１により調節された冷媒ガスは、配管１１２、ビデオプロセッサ１０６、ユニバーサルケーブル１０５の内部に設けられた配管（図示せず）を通って、内視鏡１０２内部のＪＴ冷凍機２１０に供給される。

図３は、ＪＴ冷凍機２１０の斜視構成を示す図であり、図４は、図３の平面ＡＢＣに沿った断面構成を示す図である。放熱・冷却手段であるＪＴ冷凍機は、熱交換器２１５（内管２１４と外管２１２からなる）、減圧部２１３、先端チップ２１１からなる。内管２１４と外管２１２は可撓性を有する細径内腔管で、内管２１４と外管２１２とを略同心位置に配置した、直線状の二重内腔管を構成する。さらに、内管２１４と外管２１２は内視鏡１０２の挿入部１０３内に延在し、内管２１４がユニバーサルケーブル１０５内の常温高圧の冷媒ガス供給用の配管（図示せず）に接続している。

外管２１２及び内管２１４とユニバーサルケーブル１０５内の配管を接続するときは、二重内腔管構造である外管２１２及び内管２１４は、別々の２本の配管に分離され接続される。減圧部２１３も可撓性を有する極細径内腔管であり、内管２１４よりも小さい内径を有し、減圧部２１３は、内管２１４の接続部２５１において気密に接続される。先端チップ２１１は内部に冷媒ガスが流れる空洞２１１ａを有し、外管２１２の接続部２５０において気密に接続される。
先端チップ２１１は低熱抵抗となるように、冷却対象の電子部品である撮像モジュール２２０と熱伝導グリスなどを介して接触している。冷媒ガスが先端チップ２１１の空洞２１１ａ内を流れることにより、先端チップ２１１を介して撮像モジュール２２０の発熱を吸熱する。先端チップ２１１は熱伝導率の高い材料からなることが望ましく、さらには、冷却対象（本実施例では撮像モジュール２２０）と接しない面２３０側は断熱され、ＪＴ冷凍機２１０の吸熱を、冷却対象からの発熱のみにできるだけ限ることが望ましい。
図２では、撮像モジュール２２０を冷却する場合を示したが、ＬＥＤ照明を用いた内視鏡では、先端チップ２１１によりＬＥＤモジュールを冷却してもよい。

図５は、内視鏡１０２の硬性部２０１、湾曲部２０２、蛇管部２０３と、ＪＴ冷凍機２１０の熱交換器２１５、減圧部２１３、先端チップ２１１との相対的な位置関係を断面構成で示す図である。図５では、撮像モジュール、ライトガイドは省略している。

先端チップ２１１は硬性部２０１内に、熱交換器２１５は蛇管部２０３内に位置する。減圧部２１３は湾曲部２０２全体にわたって位置し、減圧部２１３の両端はそれぞれ硬性部２０１、蛇管部２０３内にある。

蛇管部２０３内に位置する熱交換器２１５の内管２１４の材質は、蛇管部２０３に必要とされる可撓性を有する金属、もしくは樹脂からなる。樹脂はＰＥＥＫ（ヴィクトレックス社登録商標：ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ポリイミド、ポリウレタン等が用いられる。流路２１６と流路２１７の熱交換効率向上の観点からは金属であることが望ましい。例えば、ＳＵＳ３０４からなり、内径φ０．３ｍｍ、外径φ０．４ｍｍの内腔管は、蛇管部２０３として必要十分な可撓性を有している。外管２１２は、外管２１２の内部と外部との間が断熱されていることが望ましいので、熱伝導率の低い樹脂材料から作製することが好適である。熱交換器２１５は長尺な構造とすることで、熱交換効率を高めている。

減圧部２１３は湾曲部２０２全体にわたって位置し、樹脂材料により構成される事が望ましい。減圧部２１３の樹脂材料についても、外管２１２と同様な材料が使用される。特に湾曲部２１３で必要とされる大きな可撓性を満たすために、その部分において曲げ剛性の小さい材料を使用する。すなわち、湾曲部２０２に位置する減圧部２１３及び外管２１２は共に樹脂材料からなることにより、内視鏡１０２において一番屈曲性が必要とされる部分で、ＪＴ冷凍機２１０に十分な可撓性を持たせることが可能となる。上述のように、可撓性を有する減圧部２１３は湾曲部２０２全体にわたって配置される事が望ましいが、少なくとも内視鏡湾曲部に延在し減圧部として機能していれば、湾曲部２０２の一部に延在して配置されていても良い。この減圧部２１３は、後述する常温高圧冷媒ガスを必要な低温低圧状態にする為であり、上記機能を満たすよう、例えば減圧部２１３の必要な長さ、内径、材質が最適に選定されるものである。

冷媒ガスコントローラー１１１（図１参照。）により適当な圧力に調整された常温高圧の冷媒ガスは、熱交換器２１５の内管２１４の内部である流路２１６に流入する。冷媒ガスは、流路２１６を通過する間に、内管２１４と外管２１２の間の流路２１７を流れる、膨張後の低圧低温の冷媒ガスによって予冷される。ＪＴ冷凍機２１５では、一般にジュール・トムソン係数（単位圧力変化あたりの温度変化量）が温度に大きく依存するため、減圧部２１３で常温高圧の冷媒ガスを減圧する前に、当該冷媒ガスを予冷することが、効率よく冷媒ガスの温度を下げるために重要となる。
熱交換器２１５により予冷された冷媒ガスは、次に減圧部２１３に流入する。減圧部２１３は、内管２１４の内径より細い内径を有する極細管（極細径内腔管）であるため、冷媒ガスの大きな圧力損失により高圧の冷媒ガスの圧力が低下し、ジュール・トムソン効果により冷媒ガスの温度も低下する。減圧部２１３を介して、冷媒ガスは、常温高圧状態から低温低圧状態となり、先端チップ２１１内において先端チップ２１１と熱交換を行い、先端チップ２１１から吸熱し、ひいては冷却対象物である撮像モジュール２２０から吸熱し、流路２１７に流入する。

ここで低圧とは、初期の高圧状態よりも圧力が低く、大気圧、もしくは、大気圧に近い状態にあることを指す。流路２１７に流入した時点で、通常、冷媒ガスは常温まで戻っていないので、先に述べたように、流路２１７を流れている間に熱交換器２１５において、流路２１６を流れる常温高圧の冷媒ガスを予冷する。流路２１７を通って、ほぼ常温に戻った冷媒ガスは、その後大気に放出される。

冷媒ガスの種類については、使用する温度範囲でジュール・トムソン係数が正、つまり、冷媒ガスの圧力低下により温度が下がるものであればよい。具体的には、空気、窒素、アルゴン、二酸化炭素、Ｎ_２Ｏなどがある。これらの中で、ジュール・トムソン係数が大きく、引火性、毒性のないガスが望ましいので、二酸化炭素、Ｎ_２Ｏが特に好適とされる。また、ジュール・トムソン係数が大きい混合ガスを用いても良い。

このように、実施例１のＪＴ冷凍機２１０を長尺で略同心の二重内腔管構造とすることで、内視鏡に必要な可撓性を満たしながら、冷却対象物近傍で低温を発生させることができ、特に、１ｍ以上の挿入部を備える内視鏡のような長尺細径構造の先端を冷却したい場合でも、環境温度以下に冷却対象物を冷却することが可能となる。

次に、減圧部が先端チップ内にあるジュール・トムソン型冷凍機を備える内視鏡である実施例２について説明する。図６は、実施例２の減圧部２４０が先端チップ３１１内にあるジュール・トムソン型冷凍機３１０の断面構成を示す図である。内管２１４は単一の内腔管からなり、接続部２５３において気密に先端チップ３１１と接続される。また、外管２１２は接続部２５０において気密に接続される。内管２１４内の流路２１６に導入された常温高圧の冷媒ガスは熱交換器２１５で予冷されて、先端チップ３１１内の減圧部２４０により減圧されて、低温低圧となった冷媒ガスが減圧部２４０から噴出する。減圧部２４０から噴出した低圧低温の冷媒ガスは、先端チップ３１１内で熱交換をし、流路２１７を通りながら流路２１６を通る冷媒ガスを予冷したのち、外部に放出される。

内視鏡の湾曲部２０２（図２参照。）において十分な湾曲性を有し、ＪＴ冷凍機３１０全体の断熱性を確保するため、外管２１２、内管２１４ともに樹脂材料が好適である。減圧部２４０は、図５に示す実施例１の減圧部２１３に比べて短い距離で同様な圧力降下を起こす必要があるので、減圧部２１３の流路径に比べて、減圧部２４０の流路径はかなり小さいものとなる。

この構成においては、極細径内腔管を絞りとする場合と比較して、減圧部２４０が先端チップ３１１内に機械加工やＭＥＭＳプロセスにより作りこまれるので、寸法精度良く作成することが可能となる効果がある。

なお、上記実施例２については、実施例１と異なる部分についてのみ説明している。従って、特に説明しない要素については、実施例１と同様の構成である。例えば、実施例２のＪＴ冷凍機３１０を装着した内視鏡及び内視鏡システムは図示していないが、図１、２に関連して説明した実施例１の内視鏡１０２のＪＴ冷凍機２１０と同様に装着できることは言うまでもない。

上記実施例１及び２では、湾曲部を有する軟性鏡の例としたが、硬性鏡に本構成を適用する事も可能である。

内視鏡システムの全体構成を示す図である。実施例１の内視鏡の先端部の断面構成を示す図である。ＪＴ冷凍機の斜視構成を示す図である。図３の平面ＡＢＣに沿った断面構成を示す図である。内視鏡の硬性部、湾曲部、蛇管部と、ＪＴ冷凍機の熱交換器、減圧部、先端チップとの相対的な位置関係を断面構成で示す図である。実施例２の減圧部が先端チップ内にあるＪＴ型冷凍機の断面構成を示す図である。従来の内視鏡の概略的なブロック図である。

符号の説明

１０１内視鏡システム
１０２内視鏡
１０３挿入部
１０５ユニバーサルケーブル
１０６ビデオプロセッサ
１０７光源
１０８モニタ
１１０冷媒ガスボンベ
１１１冷媒ガスコントローラー
１１３配管
２０１硬性部
２０２湾曲部
２０３蛇管部
２１０、３１０ＪＴ冷凍機
２１１、３１１先端チップ
２１２外管
２１３、２４０減圧部
２１４内管
２１５熱交換器
２１６、２１７流路
２５０、２５１、２５３接続部

Claims

挿入部を備える内視鏡において、
前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品と、
前記電子部品を冷却するために、前記内視鏡の管内に設けられているジュール・トムソン型冷凍機と、を備えることを特徴とする内視鏡。
前記ジュール・トムソン型冷凍機は、直線状の二重内腔管を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
前記二重内腔管は、可撓性を有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
前記ジュール・トムソン型冷凍機は、少なくとも前記内視鏡の湾曲部に延在し減圧部として機能する極細径内腔管を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内視鏡。
前記減圧部の長さが内視鏡の湾曲部の長さよりも長く、前記内視鏡の湾曲部全体にわたって減圧部が位置し、樹脂材料からなることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡。
前記二重内腔管を構成する内管及び外管は、ともに樹脂材料からなり、前記減圧部が先端チップ内にあることを特徴とする請求項４または５に記載の内視鏡。