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イレウスチューブバルーン内圧のセルフチューニング制御

Self-tuning control of balloon internal pressure in ileus tube

関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 芳野 純治*

Seki, Takeshi*; Naganawa, Akihiro*; Oka, Kiyoshi; Yoshino, Junji*

小腸内検査はダブルバルーン内視鏡やカプセル内視鏡で行われるが、小腸内に癒着や閉塞が存在する患者に対して適用することは困難である。そこで、著者らはこれらの症状のある患者に対して適用可能な、イレウスチューブと外径1.1mmの光ファイバスコープを組合せた新しい小腸内視鏡を開発した。本内視鏡は、イレウスチューブ先端に配置されるバルーンの内圧を制御しながら、一定速度でチューブを引き抜くことにより、小腸の全域検査が可能となる。これまでの研究により、イレウスチューブと医療用シリンジを組合せたバルーン内圧制御装置を開発し、その制御性能を検証した。本研究では、臨床で医師が用いる多種多様なシリンジに対して制御性能を保持させるため、逐次最小2乗法を用いた新しい2自由度制御系の設計を行い、本手法の効果を検証するための制御検証試験を行った。目標値応答特性では、バルーン内圧は規範モデル出力によく一致し、整定時では$$pm2%$$以内の制御精度が得られた。加えて、PID制御手法ではシリンジの違いによる影響が生じる外乱抑制特性に対しては、提案する制御手法を用いることで、その問題を解決することができた。

Enteroscopy was usually performed by the double balloon or capsule endoscopes. However, it is difficult to use these endoscopes in patients who suffer from intestinal obstruction and adhesion. We have developed a new endoscope that can be used in patients who suffer from these problems; the instrument consists of an ileus tube and an optical fiberscope (diameter 1.1 mm). The entire small intestine can be observed by controlling the internal pressure of the balloon in the ileus tube and by pulling the tube out at a constant speed. In our previous study, we developed an internal pressure control device that consists of a balloon attached to an ileus tube and a medical syringe. We also verified the control performance of this device. In this study, we have designed a new two-degrees-of-freedom control system having self-tuning capabilities that enhances the control performance for various types of syringes doctors use usually. The effects of the proposed method are illustrated by the experiment. The obtained results show that balloon pressure in the reference response satisfactorily tracks the output of the reference model and can be settled within $$pm$$2% in steady state. In addition, the disturbance rejection properties of the PID control method were affected by the changes in balloon pressure, but this problem can be solved by using the proposed control system.

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