JP2020519316A - 医療器具の放熱能力を高めるための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

放熱能力を高める方法及び装置が開示される。機器は、細長い部材、ハウジング、及びヒートポンプ装置を有する。細長い部材は、先端部及び基端部を有する。ハウジングは、細長い部材の基端部に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材とハウジングとの間に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材とハウジングとの間で熱エネルギーを移動させるように構成される。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１７年５月９日に出願された米国仮出願第６２／５０３，５２１号の利益を主張するものであり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、医療器具、特に熱を発生する医療器具を対象とする。より具体的には、本開示は、内視鏡等の医療器具に沿った放熱能力を高めるためのシステム及び方法を対象とする。

患者の解剖学的構造内の届き難い空間又はコンパクトな空間の視覚的検査のために、低侵襲性撮像器具が使用され得る。内視鏡は、低侵襲性撮像器具の例であり、この器具は患者の体内に挿入できる先端チップを有するシャフトを含み得る。ハウジングが、このシャフトの他端部に接続され得る。ハウジングは、例えば、人間のオペレータがシャフトの先端チップで取り込んだ画像を見る及び／又は記録するのを可能にする様々な光学部品及び電子部品を含み得る。内視鏡は、検査対象の解剖学的領域に照明を提供し得る。

光学部品及び電子部品のいくつかをシャフトの先端チップの近くに配置することにより、撮像器具の画質及び電力効率を改善することが望ましい場合がある。既存のシステムでは、通常、安全規制によって設定される最大接触温度よりも低い温度に先端チップ／解剖学的構造の接触温度を維持する必要があるため、そのような改善は制限されている。最大接触温度は、例えば、先端チップが身体内部又は患者の組織の選択された範囲又はその範囲内で安全に直接的に接触することができる最高温度であり得る。こうして、先端チップを最大接触温度以下の温度に維持するための改善されたシステム及び方法が所望され得る。

本発明の実施形態は、以下の特許請求の範囲によって要約される。

例示的な一実施形態では、機器は、細長い部材、ハウジング、及びヒートポンプ装置を有する。細長い部材は、先端部及び基端部を有する。ハウジングは、細長い部材の基端部に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材とハウジングとの間に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材とハウジングとの間で熱エネルギーを移動させるように構成される。

別の例示的な実施形態では、機器は、細長い部材、ハウジング、及びヒートポンプ装置を有する。細長い部材は、先端部及び基端部を有する。ハウジングは、細長い部材の基端部に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材及びハウジングの少なくとも一方に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材の第１の放熱能力を変化させ、ハウジングの第２の放熱能力を変化させるように構成される。

さらに別の例示的な実施形態では、機器は、細長い部材、ハウジング、及び複数のヒートポンプ装置を有する。細長い部材は、先端部及び基端部を有する。ハウジングは、細長い部材の基端部の近くに配置される。複数のヒートポンプ装置のそれぞれは、細長い部材の先端部とハウジングとの間に形成された熱経路に沿った複数の位置のそれぞれに配置される。複数のヒートポンプ装置は、細長い部材の第１の放熱能力を変化させ且つハウジングの第２の放熱能力を変化させるように熱エネルギーを移動させる。

さらに別の例示的な実施形態では、方法が提供される。熱エネルギーが、細長い部材の先端部で生成される。熱エネルギーは、細長い部材とハウジングとの間に熱的に結合されたヒートポンプ装置を作動させることにより、細長い部材と細長い部材の基端部に結合されたハウジングとの間で移動される。

前述した一般的な説明及び以下の詳細な説明は、本質的に例示及び説明であり、本開示の範囲を限定することなく本開示の理解を与えることを意図していることを理解されたい。その点に関して、本開示の追加の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになろう。

本開示の態様は、添付の図面と併せて読むとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴を縮尺通りに描いていないことを強調しておく。実際に、議論を明確にするために、様々な特徴の寸法を適宜拡大又は縮小し得る。さらに、本開示は、様々な例において参照番号及び／又は文字を繰り返す場合がある。この繰返しは、単純化及び明瞭化を目的とするものであり、それ自体、議論する様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を規定するものではない。
例示的な実施形態による撮像システムの図である。 例示的な実施形態による撮像システムの概略図である。 例示的な実施形態による放熱能力を高めるための方法の図である。 例示的な実施形態による放熱能力を高めるための方法の図である。 例示的な実施形態による、チップ及びハウジングの放熱能力対細長い部材及びハウジングの温度のグラフである。

以下の説明では、本開示と一致するいくつかの実施形態を説明する特定の詳細が記載される。実施形態の完全な理解を与えるために多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、これらの特定の詳細の一部又は全てがなくてもいくつかの実施形態を実施し得ることが当業者には明らかであろう。本明細書に開示される特定の実施形態は例示的であり、限定的ではないことを意味する。当業者は、本明細書に具体的に説明していないが、本開示の範囲及び精神の範囲内にある他の要素を理解し得る。また、不必要な繰返しを避けるために、一実施形態に関連して図示及び説明した１つ又は複数の特徴は、他に特段の記載のない限り、又は１つ又は複数の特徴によって実施形態が機能しなくなる場合を除き、他の実施形態に組み込まれ得る。いくつかの例では、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、よく知られた方法、手順、構成要素、及び回路は詳細に説明していない。

例示的な実施形態は、内視鏡等の医療器具の先端部の構成要素の動作によって発生した熱を放散するための装置及び方法を有することが望ましい場合があることを認識しており、これを考慮に入れる。熱は、先端部から患者の体外に配置されたハウジングに伝達される。次に、熱は、ハウジングの周りの周囲環境に吸収される場合がある。例示的な実施形態は、様々な要因によって内視鏡の先端部での放熱能力が制限される可能性があることを認識している。これらの要因には、例えば、限定するものではないが、先端チップの最大接触温度、周囲環境の周囲温度、及び先端チップとハウジングとの間に配置された電気部品及び機械部品の熱抵抗が含まれ得る。こうして、例示的な実施形態は、これらの制限要因の文脈において、チップの放熱能力及びハウジングの放熱能力を高めるための装置及び方法を提供する。

以下に説明する例示的な実施形態は、内視鏡等の医療用撮像器具に沿った様々な関心領域で放熱能力を高めるための方法及び装置を提供する。例示的な一実施形態では、機器は、細長い部材、ハウジング、及びヒートポンプ装置を有する。細長い部材は、先端部及び基端部を有する。ハウジングは、細長い部材の基端部に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材とハウジングとの間に結合される。ヒートポンプ装置は、細長い部材とハウジングとの間で熱エネルギーを移動させるように構成される。この熱エネルギーの移動には、先端部及びハウジングの放熱能力が含まれ得る。特に、ヒートポンプ装置を使用することによって、周囲温度を変更する必要なく、また内視鏡に望ましくない重量又は体積を追加することなく、先端部からの熱をハウジングを介して放散させることができる。

さらに、先端部及びハウジングにおける放熱能力を高めることにより、先端部の温度が最大接触温度を超えることなく、熱を発生する構成要素をチップに又はその近くで使用できるようになり得る。例えば、内視鏡の画質、電力効率、及び堅牢性を高めるために、１つ又は複数の照明部品、１つ又は複数の電子部品、又はそれらの組合せを内視鏡の先端部のチップに又はその近くに再配置してもよい。特に、これらの構成要素をチップに向けて移動させると、光学系の簡素化に役立ち、それにより内視鏡の全体重量を減らすことができる。

図面の図１を参照すると、例示的な実施形態による撮像システム１００が示されている。撮像システム１００は、患者の解剖学的構造内の様々な身体内部及びキャビティを視覚的及び医学的に検査するために使用できる器具であり得る。例えば、撮像システム１００は、患者の解剖学的構造の内部のビューを提供するために使用される内視鏡の形態をとってもよい。

例示的な一実施形態では、撮像システム１００は、細長い部材１０２、ハウジング１０６、及びヒートポンプ装置１０８を含む。実施態様に応じて、細長い部材１０２は、剛性、可撓性、関節運動性、部分的な可撓性、又はこれらの組合せであり得る。さらに、細長い部材１０２は、金属、プラスチック、これら２つの組合せ、又は他の何らかの適切な材料で構成してもよい。例示的な一例として、細長い部材１０２は、１つ又は複数の内部通路を有するシャフトの形態をとってもよい。細長い部材１０２は、放熱を高めるのに役立つように選択された熱抵抗を有し得る。

撮像システム１００を使用して患者の内部の解剖学的構造を視覚化する医療処置中に、細長い部材１０２の一部を患者の解剖学的構造の内部に挿入する一方、細長い部材１０２の別の部分を患者の解剖学的構造の外部に保持することができる。例えば、限定するものではないが、細長い部材１０２の第１の部分１１０が患者の解剖学的構造の内部に配置される一方、第２の部分１１２が患者の解剖学的構造の外部に配置され得る。

細長い部材１０２は、先端部１１４及び基端部１１６を有する。シャフトの先端チップ１０４が、先端部１１４に配置される。例示的な一実施形態では、チップ１０４は、細長い部材の一体化部分であってもよい。他の例示的な実施形態では、チップ１０４は、細長い部材１０２に結合される別個の部品であってもよい。

ハウジング１０６は、細長い部材１０２の基端部１１６の近くに配置される。この例示的な実施形態では、ハウジング１０６は、ヒートポンプ装置１０８を介して細長い部材１０２の基端部１１６に間接的に結合され得る。ハウジング１０６には、様々な構成要素をいくつでも含めることができる。例えば、限定するものではないが、ハウジング１０６は、人間のオペレータが撮像システム１００の先端部１１４で取り込まれた画像を見るのを可能にする１つ又は複数の光学素子を含むことができる。これらの光学部品は、例えば、限定するものではないが、１つ又は複数のミラー、１つ又は複数のレンズ、１つ又は複数の他の光学部品、又はこれらの組合せを含んでもよい。実施態様に応じて、ハウジング１０６は追加の構成要素を含んでもよい。

さらに、ハウジング１０６は、放熱を高めるために選択された１つ又は複数の材料から構成してもよい。例示的な一実施形態では、ハウジング１０６はアルミニウムから構成される。

撮像システム１００は、先端部１１４に配置された構成要素１１７も含む。構成要素１１７は、先端部１１４の温度を上昇させる熱エネルギーを生成し得る。いくつかの例示的な実施形態では、構成要素１１７は、熱エネルギーを生成する発光ダイオード（ＬＥＤ）又は別のタイプの電力供給を受ける光源又は照明源の形態をとる。他の例示的な実施形態では、構成要素１１７は、熱エネルギーを生成するセンサー又は信号送信機等の電動電子部品であってもよい。熱エネルギーを生成する構成要素１１７が省略される代替実施形態では、本明細書に記載の放熱システムを使用して、体熱を放散する、又は他に先端部１１４を冷却することもできる。

先端部１１４、従ってチップ１０４は、先端部１１４が身体内部又は患者の組織の選択された範囲と又はその範囲内で直接的に接触する場合に安全であると考えられる最大接触温度（Ｔ_Ｃ）を有する。例示的な一例では、この選択された範囲は、約２ミリメートル〜約１０ミリメートルの間であり得る。先端部１１４の最大接触温度は、安全基準により調整され得る。例示的な一例として、最大接触温度は、約４０℃度〜４５℃の間の値であり得る。他の例示的な例では、最大接触温度は、約４０℃〜約５０°の間の値であり得る。従って、先端部１１４の温度は、先端部１１４が最大接触温度を超える温度に到達しないことを確実するように制御する必要があり得る。

この実施形態では、先端部１１４の温度は、構成部品１１７によって生成された熱エネルギーをチップ１０４からの主熱経路に沿ってハウジング１０６の周りの周囲環境１１８に放散することにより制御され得る。一例として、熱は、先端部１１４のチップ１０４から細長い部材１０２に沿って伝達され、次にハウジング１０６に拡がり、最終的にハウジング１０６から周囲環境１１８に放散され得る。

周囲環境１１８は、周囲温度（Ｔ_Ａ）を有し得る。場合によっては、周囲温度は可変であり得る。例えば、限定するものではないが、周囲環境１１８は、病院又は診療所の手術室であってもよい。場合によっては、手術室は、約１８℃〜２３℃の間で選択された温度に維持され得る。周囲環境１１８のタイプに応じて、周囲温度は、約１８℃〜約２８℃の間の値に維持され得る。

主熱経路は、先端部１１４の最大接触温度（Ｔ_Ｃ）及び周囲環境１１８の周囲温度（Ｔ_Ａ）によって範囲制限されるシステム全体の温度差（ΔＴ_Ｏ）を有する。例えば、最大接触温度が約４０℃〜４５℃であり、周囲温度が約２３℃〜２６℃である場合に、システム全体の温度差は約１６℃〜２０℃であり得る。

ヒートポンプ装置１０８は、主熱経路に沿った熱の移動を加速させる。この実施形態では、ヒートポンプ装置１０８は、細長い部材１０２とハウジング１０６との間に位置付けされる。より具体的には、ヒートポンプ装置１０８は、ヒートポンプ装置１０８の片側で細長い部材１０２の基端部１１６に結合され、且つヒートポンプ装置１０８の反対側でハウジング１０６の先端側１０７に結合され得る。このようにして、細長い部材１０２は、ヒートポンプ装置１０８を介してハウジング１０６に間接的に結合され得る。

ヒートポンプ装置１０８は、細長い部材１０２の放熱能力及びハウジング１０６の放熱能力を高めるために使用される。特に、ヒートポンプ装置１０８は、細長い部材１０２の放熱能力及びハウジング１０６の放熱能力を高めて、主熱経路に沿った全体的な放熱を加速させ、且つ先端部１１４からの熱の除去を加速させることができる。細長い部材の放熱能力は、チップの放熱能力、先端部の放熱能力、又は細長い部材の放熱能力と呼ばれることもあり得る。ハウジングの放熱能力は、ハウジング放熱能力と呼ばれることもあり得る。

図２は、撮像システム１００の概略図である。この例示的な実施形態では、ヒートポンプ装置１０８は、熱電冷却器の形態をとる。しかし、他の例示的な実施形態では、熱源からヒートシンクに熱エネルギー（すなわち、熱）を移動させる他のタイプの装置が使用され得る。

図示のように、ヒートポンプ装置１０８は、シャフト側２００及びハウジング側２０２を有する。この例示的な実施形態では、シャフト側２００は細長い部材１０２に熱的に結合され、ハウジング側２０２はハウジング１０６に熱的に結合される。ヒートポンプ装置１０８によって、細長い部材１０２の基端部１１６の温度（Ｔ_１）を周囲環境１１８の周囲温度より低いレベルに制御するのを可能にする。さらに、ヒートポンプ装置１０８によって、ハウジング１０６の先端側１０７の温度（Ｔ_２）を先端部１１４の最大接触温度よりも高いレベルに制御することを可能にする。

例えば、周囲温度が約２５℃に設定されている場合に、細長い部材の温度Ｔ_１は、ヒートポンプ装置１０８の動作により約２０℃に維持され得る。さらに、ヒートポンプ装置１０８は、ハウジング１０６の先端側１０７の温度Ｔ_２を、先端部１１４の最大接触温度よりも実質的に高い値に制御する。例えば、限定するものではないが、最大接触温度が約４２℃に設定されると、結果として得られる温度Ｔ_２は約５０℃になり得る。このようにして、温度Ｔ_２と温度Ｔ_１との間の差は、約３０℃となり得、システム全体の温度差（Ｔ_Ｃ−Ｔ_Ａ）の約１７℃よりも大きい。

従って、細長い部材１０２の基端部１１６は、ヒートポンプ装置１０８によって制御される温度を有し、この温度はハウジング１０６の温度よりも低い温度を有し得る。さらに、ヒートポンプ装置１０８のシャフト側２００は、ヒートポンプ装置１０８のハウジング側２０２より低い温度を有し得る。ヒートポンプ装置１０８によって、熱をシャフト側２００のより冷たい細長い部材１０２からハウジング側２０２のより暖かいハウジング１０６に移動させるのを可能にする。こうして、ヒートポンプ装置１０８は、細長い部材１０２とハウジング１０６との間の熱移動を加速させる。

例示的な一実施形態では、ヒートポンプ装置１０８を動作させるために供給される外部電力は廃熱を生成する。ヒートポンプ装置１０８は、この廃熱をハウジング１０６を介して放散させることもできる。ハウジング１０６の放熱能力と細長い部材１０２の放熱能力との差が廃熱を生成する速度よりも大きい場合に、ハウジング１０６は、細長い部材１０２とヒートポンプ装置１０８との両方から放熱させることができる。一例では、ヒートポンプ装置を使用して達成されるハウジング１０６の放熱能力は、約７ワットであり得る。ヒートポンプ装置１０８を使用して達成される細長い部材１０２の放熱能力は、約３ワットであり得る。ヒートポンプ装置１０８による廃熱を生成する速度が約４ワット未満である場合に、ハウジング１０６は、先端部１１４とヒートポンプ装置１０８との両方から効果的に放熱させることができる。

図１及び図２の図解は、異なる例示的な実施形態を実施し得る方法に対する物理的又は構造的な制限を暗示することを意図していない。図示された構成要素に加えて、又はその構成要素の代わりに、他の構成要素を使用できる。一部の構成要素はオプションであり得る。

いくつかの例示的な実施形態では、複数のヒートポンプ装置を含むヒートポンプシステムが、撮像システム１００の主熱経路に沿って使用され得る。例えば、複数のヒートポンプ装置は、主熱経路に沿った複数の位置に配置され、各位置での熱エネルギーの移動を加速させ、それにより細長い部材１０２の放熱能力及びハウジング１０６の放熱能力を高めることができる。複数のヒートポンプ装置は、主熱経路に沿った複数の位置に複数の選択された温度差を生じさせ得る。集合的に又は個別的に、複数の位置のそれぞれの位置での複数の選択された温度差は、システム全体の温度差より大きくなり得る。従って、複数の位置のそれぞれで移動される熱エネルギー又は熱が増大する。

図３は、例示的な実施形態に従って描かれた、放熱能力を高める方法の図である。図３に示される方法３００を使用して、以前の図で説明した撮像システム１００のチップ１０４とハウジング１０６との間の細長い部材１０２等の医療器具に沿った放熱能力を高めることができる。方法３００は、１組の動作又はプロセス３０２及び３０４として示される。示されるプロセス３０２及び３０４の全てが、方法３００の全ての実施形態で実行されるわけではない。さらに、図３に明確に示されていない１つ又は複数のプロセスが、プロセス３０２及び３０４の前に、後に、間に、又はプロセスの一部として含まれ得る。いくつかの実施形態では、プロセス３０２及び３０４のうちの１つ又は複数はオプションであり、従って省略され得る。

方法３００は、細長い部材の先端部で熱エネルギーを生成することを含むプロセス３０２で開始し得る。プロセス３０２において、先端部又はその近くで電力供給を受ける構成要素を動作させることにより、熱エネルギーが生成され得る。例えば、限定するものではないが、先端部又はその近くの発光ダイオード等の照明源の動作によって熱が発生し得る。別の例では、先端部又はその近くでの電子部品の動作によって熱が発生し得る。

プロセス３０４において、ヒートポンプ装置が作動される。ヒートポンプは、細長い部材とハウジングとの間に熱的に結合され得る。

プロセス３０６において、熱エネルギーは、細長い部材とハウジングとの間で移動される。こうして、ヒートポンプの使用によって、ヒートポンプ装置を省略した同様のシステムと比較して、細長い部材の放熱能力及びハウジングの放熱能力を高めることができる。従って、ヒートポンプ装置によって、ヒートポンプ装置が省略される場合と比較して、より強力な構成要素を先端チップ又はその近くで使用することを可能にし得る。例示的な一実施形態では、ヒートポンプ装置は熱電冷却器であってもよい。実施態様に応じて、熱エネルギーは、細長い部材からハウジングに、ハウジングから細長い部材に、又は両方に移動され得る。

より詳細には、ヒートポンプ装置は、ヒートポンプ装置のシャフト側の細長い部材の温度を制御することができる。いくつかの例示的な実施形態では、ヒートポンプ装置は、シャフト側の温度を周囲温度よりも低いレベルに制御することができる。さらに、ヒートポンプ装置は、ヒートポンプ装置のハウジング側のハウジングの温度を制御することができる。いくつかの例示的な実施形態では、ヒートポンプ装置は、ハウジング側の温度を先端部１１４の最大接触温度よりも高い値に制御することができる。

図４は、例示的な実施形態に従って描かれた、放熱能力を高めるための方法の図である。図４に示される方法４００を使用して、内視鏡等の撮像システムの放熱能力を高めることができる。方法４００は、１組の動作又はプロセス４０２〜４１０として示される。示されるプロセス４０２〜４１０の全てが、方法４００の全ての実施形態で実行されるわけではない。さらに、図４に明確に示されていない１つ又は複数のプロセスが、プロセス４０２〜４１０の前に、後に、間に、又はプロセスの一部として含まれ得る。いくつかの実施形態では、プロセス４０２〜４１０のうちの１つ又は複数はオプションであり、従って省略され得る。

方法は、内視鏡の先端部を患者の解剖学的構造の内部に挿入することを含むプロセス４０２で開始し得る。プロセス４０４では、内視鏡の先端部に配置された照明源が作動される。照明源は、例えば、発光ダイオードであってもよい。発光ダイオードを作動させることは、例えば、発光ダイオードに電力を供給することを含み得る。この例では、発光ダイオードの作動に応答して、内視鏡の先端部で熱が発生する。

プロセス４０６では、内視鏡の先端部で発生した熱は、内視鏡のシャフトに沿って運ばれる。プロセス４０８では、熱は、ヒートポンプ装置によってシャフトから内視鏡のハウジングに移動される。ヒートポンプ装置は、シャフトの放熱能力及びハウジングの放熱能力を高めることができる。プロセス４０８において、ハウジングは患者の解剖学的構造の外部に配置される。

プロセス４０８において、ヒートポンプ装置は、シャフト側の温度をハウジングの周りの周囲環境の周囲温度より低い値に維持する。さらに、ヒートポンプ装置を使用して、ハウジング側の温度を内視鏡の先端部１１４の最大接触温度を超える値に維持することができる。従って、ヒートポンプ装置は、シャフトとハウジングとの間の温度差を、先端部１１４と周囲環境との間のシステム全体の温度差よりも大きくさせ、それによってシャフトの放熱能力及びハウジングの放熱能力を高める。他の例示的な実施形態では、ヒートポンプ装置を使用して、ハウジング側の温度を内視鏡の先端部１１４の最大接触温度より低いが周囲温度よりも高い値に維持することができる。

プロセス４１０では、熱は、ハウジングからハウジングの周りの周囲環境に放散される。このタイプの放散は、周囲環境への熱吸収とも呼ばれ得る。

図５は、例示的な実施形態に従って描かれた、チップ及びハウジングの放熱能力対細長い部材及びハウジングの温度のグラフ５００である。グラフ５００は、図１の撮像システム１００のヒートポンプ装置１０８を使用して、図１の細長い部材１０２、従って先端部１１４の放熱能力、及びハウジング１０６のハウジング放熱能力を高めることができる方法を示している。

グラフ５００は、温度軸５０２、チップの放熱能力軸５０４、及びハウジングの放熱能力軸５０６を含む。温度軸５０２は、摂氏温度の温度値を特定する。チップの放熱能力軸５０４は、先端部１１４におけるチップ１０４の放熱能力値をワットで特定する。ハウジングの放熱能力軸５０６は、ハウジング１０６の放熱能力値をワットで特定する。

グラフ５００は、線５０８、線５１０、線５１２、線５１４、及び線５１６も含む。この例示的な例では、第１の線５０８は、細長い部材１０２が１ワット当たり約６℃の熱抵抗を有する場合の撮像システム１００の細長い部材１０２の放熱能力を表す。第２の線５１０は、細長い部材１０２が１ワット当たり約１０℃の熱抵抗を有する場合の撮像システム１００の細長い部材１０２の放熱能力を表す。第３の線５１２は、細長い部材１０２が１ワット当たり約１５℃の熱抵抗を有する場合の撮像システム１００の細長い部材１０２の放熱能力を表す。

さらに、第１のハウジング線５１４は、ハウジングがアルミニウムで構成される場合の撮像システム１００のハウジング１０６の放熱能力を表す。第２のハウジング線５１６は、ハウジングがステンレス鋼で構成される場合の撮像システム１００のハウジング１０６の放熱能力を表す。

この例示的な実施形態では、ハウジング１０６は、約１２０ミリメートルの長さ及び１平方メートルケルビン当たり約３０ワット（Ｗ／ｍ^２Ｋ）の熱貫流率（thermal transmittance）を有し得る。ハウジング１０６の周りの周囲環境１１８の周囲温度は、約２７℃に設定され得る。さらに、先端部１１４、従ってチップ１０４の最大接触温度は、約４２℃であってもよい。こうして、システム全体の温度差は、最大接触温度と周囲温度との間の差であり、約１５℃である。

細長い部材１０２とハウジング１０６との間のヒートポンプ装置１０８を使用して、細長い部材１０２の温度は、ヒートポンプ装置１０８においてハウジング１０６の温度から切り離される。例えば、ヒートポンプ装置１０８を使用して、細長い部材１０２を周囲温度よりも低い温度に保ち、且つハウジング１０６を先端部１１４の最大接触温度よりも高い温度に保つことができる。

線５０８に沿った点５１８によって示されるように、ハウジング１０６がアルミニウムで作製され、細長い部材が１ワット当たり約６℃の熱抵抗を有する場合に、ヒートポンプ装置１０８を使用して、シャフト側の温度を約２５℃に維持することができる。さらに、線５１４に沿った点５２０によって示されるように、ヒートポンプ装置１０８を使用して、ハウジング側の温度を約５０℃に維持することができる。こうして、細長い部材１０２とハウジング１０６との間に生じる温度差は、約２５℃であり得、これは、システム全体の温度差よりも大きい。

細長い部材１０２とハウジング１０６との間にこのより大きな温度差を生じさせることにより、ヒートポンプ装置は、チップの放熱能力を約３ワットに、ハウジングの放熱能力を約７ワットに増大させることができる。ヒートポンプ装置が、ハウジングとチップの放熱能力の差である４ワット未満の速度で廃熱を生成する場合に、ヒートポンプ装置は、チップからの熱とヒートポンプ装置からの廃熱との両方を放散させることができる。

第１の線５０８と線５１４の交差点５２２によって示されるように、ヒートポンプ装置１０８がなければ、細長い部材１０２及びハウジング１０６は、細長い部材１０２とハウジング１０６との間の接合部で約３５℃の温度を有するだろう。さらに、ヒートポンプ装置１０８がなければ、チップの放熱能力は約１．３３ワットのみであり、ハウジングの放熱能力は約２．３７ワットのみである。

こうして、例示的な実施形態は、内視鏡等の医療器具に沿った放熱能力を高めるための方法及び装置を提供する。チップ及びハウジングの放熱能力を高めることによって、より多くの熱を発生する構成要素を内視鏡のチップ又はその近くで使用するのを可能する。例えば、高出力の発光ダイオードを内視鏡のチップに使用して、チップの最大接触温度を超えることなく、且つハウジングの再設計や周囲温度の変更を必要とせずに、より良い照明を提供することができる。

さらに、ヒートポンプ装置として熱電冷却器を使用することによって、内視鏡に望ましくない重量又は体積を追加しないようにすることができる。さらに、熱電冷却器を使用することによって、内視鏡の動作中に追加の不要な音響又は電気ノイズが発生しないことが保証され得る。

本発明の特定の例示的な実施形態について説明し、添付の図面に示したが、そのような実施形態は広範な発明の単なる例示であり、広範な発明を限定するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の実施形態は、当業者には様々な他の修正が考えられるので、図示及び説明した特定の構造及び構成に限定されないことを理解されたい。

さらに、本発明の実施形態の詳細な説明では、開示された実施形態の完全な理解を与えるために、多くの特定の詳細が記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細なしに本開示の実施形態を実施し得ることは当業者には明らかであろう。場合によっては、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、よく知られた方法、手順、及び構成要素は詳細に説明していない。

Claims (29)

1. 機器であって、当該機器は、
   先端部及び基端部を有する細長い部材と、
   該細長い部材の前記基端部に結合されたハウジングと、
   前記細長い部材と前記ハウジングとの間に結合されたヒートポンプ装置であって、前記細長い部材と前記ハウジングとの間で熱エネルギーを移動させるように構成されたヒートポンプ装置と、を有する、
   機器。
2. 前記ヒートポンプ装置は、
   前記細長い部材の前記基端部に結合された第１の側と、
   前記ハウジングに結合された第２の側と、を含む、請求項１に記載の機器。
3. 前記ヒートポンプ装置は、該ヒートポンプ装置の前記第１の側における前記細長い部材の第１の温度を、前記ハウジングの周りの周囲温度よりも低くなるように制御する、請求項２に記載の機器。
4. 前記ヒートポンプ装置は、該ヒートポンプ装置の前記第２の側における前記ハウジングの第２の温度を、前記細長い部材の前記先端部の最大接触温度よりも高くなるように制御する、請求項２に記載の機器。
5. 前記ヒートポンプ装置は、前記ヒートポンプ装置によって生成された廃熱を前記ハウジングを介して放散する、請求項２に記載の機器。
6. 前記ヒートポンプ装置は、前記細長い部材の前記基端部の基端部温度が前記ハウジングのハウジング温度よりも低くなるように、前記細長い部材から前記ハウジングに熱エネルギーを移動させるように構成される、請求項２に記載の機器。
7. 前記ヒートポンプ装置は熱電冷却器を含む、請求項１に記載の機器。
8. 前記細長い部材の前記先端部は、前記熱エネルギーを生成する発熱装置を含む、請求項１に記載の機器。
9. 前記発熱装置は照明源である、請求項８に記載の機器。
10. 機器であって、当該機器は、
    先端部及び基端部を有する細長い部材と、
    該細長い部材の前記基端部に結合されたハウジングと、
    前記細長い部材及び前記ハウジングの少なくとも一方に結合されたヒートポンプ装置であって、前記細長い部材の第１の放熱能力を変化させ、且つ前記ハウジングの第２の放熱能力を変化させるように構成されるヒートポンプ装置と、を有する、
    機器。
11. 前記ヒートポンプ装置は、
    前記細長い部材の前記基端部に結合された第１の側と、
    前記ハウジングに結合された第２の側と、を含む、請求項１０に記載の機器。
12. 前記ヒートポンプ装置は、該ヒートポンプ装置の前記第１の側における前記細長い部材の第１の温度を、前記ハウジングの周りの周囲温度よりも低くなるように制御する、請求項１１に記載の機器。
13. 前記ヒートポンプ装置は、該ヒートポンプ装置の前記第２の側における前記ハウジングの第２の温度を、前記細長い部材の前記先端部の最大接触温度よりも高くなるように制御する、請求項１１に記載の機器。
14. 前記ヒートポンプ装置は、前記細長い部材の第１の温度を、前記ハウジングの周りの周囲温度よりも低い第１の値に実質的に維持させ、且つ前記ハウジングの第２の温度を、前記細長い部材の前記先端部の最大接触温度よりも高い第２の値に実質的に維持させる、請求項１０に記載の機器。
15. 前記ヒートポンプ装置は、廃熱が生成される速度が前記第２の放熱能力と前記第１の放熱能力との間の差よりも小さい場合に、前記ヒートポンプ装置によって生成された前記廃熱の放散を与える、請求項１０に記載の機器。
16. 前記ヒートポンプ装置は、前記細長い部材の前記基端部の基端部温度が前記ハウジングのハウジング温度よりも低くなるように、前記細長い部材から前記ハウジングに熱を移動させる、請求項１０に記載の機器。
17. 前記ヒートポンプ装置は熱電冷却器を含む、請求項１０に記載の機器。
18. 前記細長い部材の前記先端部は、熱エネルギーを生成する発熱装置を含む、請求項１０に記載の機器。
19. 前記発熱装置は発光装置である、請求項１８に記載の機器。
20. 機器であって、当該機器は、
    先端部及び基端部を有する細長い部材と、
    前記細長い部材の前記基端部の近くに配置されたハウジングと、
    複数のヒートポンプ装置であって、各ヒートポンプ装置は、前記細長い部材の前記先端部と前記ハウジングとの間に形成される熱経路に沿った複数の位置のそれぞれに配置され、前記複数のヒートポンプ装置は、前記細長い部材の第１の放熱能力を変化させ、且つ前記ハウジングの第２の放熱能力を変化させように熱エネルギーを移動させる、複数のヒートポンプ装置と、を有する、
    機器。
21. 前記複数のヒートポンプ装置は集合的に内部温度差を生じさせ、該内部温度差はシステム全体の温度差よりも大きい、請求項２０に記載の機器。
22. 前記システム全体の温度差は、前記細長い部材の前記先端部の最大接触温度と、前記ハウジングの周りの環境の周囲温度とによって制限される、請求項２１に記載の機器。
23. 方法であって、当該方法は、
    細長い部材の先端部において熱エネルギーを生成するステップと、
    前記細長い部材と該細長い部材の基端部に結合されたハウジングとの間に熱的に結合されたヒートポンプ装置を作動させることにより、前記細長い部材と前記ハウジングとの間で熱エネルギーを移動させるステップと、を含む、
    方法。
24. 前記熱エネルギーを移動させるステップは、前記ヒートポンプ装置の第１の側における前記細長い部材の第１の温度を、前記ハウジングの周りの周囲温度よりも低くなるように制御するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記熱エネルギーを移動させるステップは、前記ヒートポンプ装置の第２の側における前記ハウジングの第２の温度を、前記細長い部材の前記先端部の最大接触温度よりも高くなるように制御するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記ヒートポンプ装置の第１の側と該ヒートポンプ装置の第２の側との間の内部温度差が、前記先端部の最大接触温度と前記ハウジングの周りの周囲温度との間の全体的な温度差よりも大きい、請求項２３に記載の方法。
27. 前記ヒートポンプ装置を作動させることは廃熱を生成し、該廃熱は前記ハウジングを介して放散される、請求項２３に記載の方法。
28. 前記ヒートポンプ装置を作動させることは、熱電冷却器を作動させることを含む、請求項２３に記載の方法。
29. 前記細長い部材の前記先端部において前記熱エネルギーを生成するステップは、照明源を作動させるステップを含む、請求項２３に記載の方法。
    
    

Images