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【発明の名称】 カプセル医療装置およびカプセル医療装置システム
【発明者】 【氏名】内山 昭夫

【氏名】木村 敦志

【氏名】佐藤 良次

【氏名】千葉 淳

【要約】 【課題】カプセル医療装置の位置検出を良好に行いながら、消費電力を低減することができるカプセル医療装置およびカプセル医療装置システムを提供することを目的とする。

【構成】被検体外に設けられて位置検出用信号を送信する外部装置と、被検体内に導入されて被検体の生体情報を取得するとともに、外部装置から送信された位置検出用信号を受信するカプセル医療装置1とを設ける。カプセル医療装置1は、被検体内の撮影を周期的に行う撮像部5と、撮像部5の動作と同期して位置検出用信号の受信動作と動作休止とを周期的に繰り返す信号受信装置Reと、撮像部5が取得した画像情報と信号受信装置Reが受信した位置検出用信号の情報と信号受信装置Reの動作周期と同期する同期信号とを送信する無線送信機10とを設ける。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体内に導入されて該被検体の生体情報を取得するとともに、前記被検体外に設けられた外部装置から送信された位置検出用信号を受信するカプセル医療装置であって、
前記被検体の生体情報の取得を行う生体情報取得装置と、
該生体情報取得装置の動作と同期して前記位置検出用信号の受信動作を行う信号受信装置と、
前記生体情報取得装置が取得した前記生体情報と前記信号受信装置が受信した位置検出用信号の情報と該信号受信装置の動作と同期する同期信号とを送信する無線送信装置とを有しているカプセル医療装置。
【請求項2】
前記生体情報取得装置が、前記被検体の生体情報の取得を周期的に行い、
前記信号受信装置が、前記生体情報取得装置の動作と同期して受信動作と動作休止を繰り返す請求項1に記載のカプセル医療装置。
【請求項3】
前記生体情報取得装置が前記被検体内を撮像して画像信号を出力する撮像部であり、
前記同期信号が、前記撮像部の出力する前記画像信号に予め含まれている信号である請求項1または2に記載のカプセル医療装置。
【請求項4】
前記同期信号が、前記画像信号の垂直同期信号である請求項3に記載のカプセル医療装置。
【請求項5】
前記同期信号は、前記画像信号の水平同期信号である請求項3に記載のカプセル医療装置。
【請求項6】
前記信号受信装置が、前記生体情報取得装置の動作期間と異なる期間に動作する請求項1または2に記載のカプセル医療装置。
【請求項7】
被検体内に導入されて該被検体の生体情報を取得するとともに該生体情報を無線送信する請求項1から6のいずれかに記載のカプセル医療装置と、
前記被検体外に設けられて前記カプセル医療装置が発する前記生体情報を受信する外部装置とを有し、
前記外部装置は、
位置検出用信号を無線送信する位置検出用信号発生装置と、
前記カプセル医療装置の前記無線送信装置が発する信号を受信する無線受信装置と、
該無線受信装置が受信した信号から前記同期信号を抽出する同期信号抽出装置と、
該同期信号抽出装置で抽出された前記同期信号に基づいて前記位置検出用信号発生装置の前記位置検出用信号の発生タイミングを前記カプセル医療装置の信号受信装置の動作タイミングと同期させる同期装置とを有しているカプセル医療装置システム。
【請求項8】
前記カプセル医療装置の前記信号受信装置が、一定の時間間隔をあけて複数回動作することで複数の前記位置検出用信号を受信する構成とされており、
前記外部装置の前記位置方向計算装置が、前記無線受信装置が受信した前記位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する周波数選択部と、
該周波数選択部で選択された周波数成分に基づいて前記カプセル医療装置の位置と向きとのうちの少なくともいずれか一方を算出する位置方向データ処理部とを有している請求項7に記載のカプセル医療装置システム。
【請求項9】
前記位置方向計算装置が、前記無線受信装置で受信した信号のフーリエ変換を行うFFT処理部を有し、
前記周波数選択部が、前記FFT処理部の処理結果を受け前記位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する請求項8に記載のカプセル医療装置システム。
【請求項10】
前記カプセル医療装置が内部に磁石を有し、
前記外部装置が前記磁石に作用して前記カプセル医療装置を誘導するガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置とを有しており、
前記カプセル医療装置の前記信号受信装置が、前記ガイダンス用磁界の有する周波数成分を除去するフィルタ装置を有している請求項8に記載のカプセル医療装置システム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、被検体内に導入され、被検体の内部を移動するカプセル医療装置と、強度に関して位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて被検体の内部におけるカプセル医療装置の位置を検出する位置検出装置とを備えたカプセル医療装置システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、内視鏡の分野においては、飲込み型のカプセル型内視鏡(カプセル医療装置)を用いたカプセル内視鏡システム(カプセル医療装置システム)が提案されている。このカプセル型内視鏡には、撮像機構と無線通信機構とが設けられている。また、観察(検査)のために被検体の口等から体腔内に導入された後、外部から磁力を加えることで、体腔内、例えば胃、小腸などの臓器の内部を移動させることができるカプセル型内視鏡も提案されている。これによって体腔内の所望の部位を撮像することができるようになっている。カプセル型内視鏡が被検体の体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって撮像された体腔内の画像データは、順次無線通信により外部に送信され、外部に設けられたメモリに蓄積されるか、外部に設けられた表示装置に画像として表示される。
【0003】
従来のカプセル型内視鏡システムにおいては、体腔内におけるカプセル型内視鏡の位置を検出する機構を備えたものが提案されている。例えば、後記の特許文献1には、カプセル型内視鏡を導入する被検体の内部に強度に関して位置依存性を有する磁場を形成し、カプセル型内視鏡に内蔵された磁場センサによって検出された磁場の強度に基づき被検体内におけるカプセル型内視鏡の位置を検出するカプセル型内視鏡システムが記載されている。
かかるカプセル型内視鏡システムでは、磁場を形成するために、所定のコイルを被検体外部に配置した構成を採用しており、かかるコイルに所定の電流を流すことによって、被検体内部に磁場を形成することとしている。かかるシステムでは、例えば、画像データを取得すると共に画像データが取得された位置を検出することが可能となり、医師等の診断において、画像データと被検体内の位置との対応関係の理解が容易になる等の利点を有する。
【特許文献1】特開2006−75537号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、位置検出機能を備えたカプセル型内視鏡システムでは、カプセル型内視鏡の位置を検出するために、被検体外に配置したコイルおよびカプセル型内視鏡に内蔵した磁場センサを常時作動させておかなくてはならないので、披検体外の装置およびカプセル型内視鏡の消費電力が大きい。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カプセル医療装置の位置検出を良好に行いながら、消費電力を低減することができるカプセル医療装置およびカプセル医療装置システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、被検体内に導入されて該被検体の生体情報を取得するとともに、前記被検体外に設けられた外部装置から送信された位置検出用信号を受信するカプセル医療装置であって、前記被検体の生体情報の取得を行う生体情報取得装置と、該生体情報取得装置の動作と同期して前記位置検出用信号の受信動作を行う信号受信装置と、前記生体情報取得装置が取得した前記生体情報と前記信号受信装置が受信した位置検出用信号の情報と該信号受信装置の動作と同期する同期信号とを送信する無線送信装置とを有しているカプセル医療装置を提供する。
【0007】
このように構成されるカプセル医療装置では、信号受信装置と無線送信装置が同期して動作することができるため、信号受信装置は、外部装置(位置検出用信号発生装置)が発生する位置検出用信号の位相など位置検出用信号の状態をあらかじめ解った状態で動作させることができ、目的の状態のときのみ信号受信装置を動作させることができる。これにより、動作時間を短く抑えることができカプセル医療装置の消費電力を短く抑えることができる。
さらに、前記生体情報取得装置が、前記被検体の生体情報の取得を周期的に行い、前記信号受信装置が、前記生体情報取得装置の動作と同期して受信動作と動作休止を繰り返すように構成することが望ましい。
このように構成されるカプセル医療装置では、信号受信装置が受信動作と動作休止とを交互に繰り返すので(すなわち間欠的に動作するので)、消費電力を低減することができる。
さらに、このカプセル医療装置では、無線送信装置から信号受信装置の動作周期と同期した同期信号が発せられるので、この同期信号に基づいて、信号受信装置の動作している期間を知ることができる。これにより、位置検出用信号を発生させる外部装置(位置検出用信号発生装置)を、信号受信装置の動作している期間のみ動作させ、それ以外の期間は休止させることができ、外部装置の消費電力を低減することができる。
【0008】
ここで、生体情報取得装置が被検体内を撮像して画像信号を出力する撮像部であり、同期信号が、撮像部の出力する画像信号に予め含まれている信号であってもよい。
この場合には、画像信号にもともと含まれている信号(例えば同期信号)を用いて外部装置との同期を取ることができる。これにより、従来のカプセル医療装置に対してわずかな修正を加えるだけで、本発明のカプセル医療装置を得ることができる。
【0009】
この同期信号は、画像信号の垂直同期信号であってもよく、また、画像信号の水平同期信号であってもよい。
なお、カプセル医療装置が、撮像部の撮像した画像情報を圧縮して圧縮画像信号を生成するデータ圧縮装置を有している場合には、画像信号の垂直同期信号や画像信号の水平同期信号も圧縮されていて、圧縮画像信号自体からこれらの同期信号を直接検出することはできない。この場合には、圧縮画像信号のうち、位置が特定できるデータ(例えば圧縮画像信号の先頭のデータブロック)を検出してこれを同期信号として利用してもよい。
【0010】
また、このカプセル医療装置は、前記信号受信装置が、前記生体情報取得装置の動作期間と異なる期間に動作する構成とされていてもよい。
この場合には、生体情報取得装置と信号受信装置とのうちの一方が動作している期間は他方が休止しているので、これら装置の動作時におけるカプセル医療装置の電源部の供給する電圧の低下が抑えられ、カプセル医療装置に搭載された装置への供給電圧の低下による影響を低減することができる。
【0011】
また、本発明は、被検体内に導入されて該被検体の生体情報を取得するとともに該生体情報を無線送信する上記本発明のカプセル医療装置と、前記被検体外に設けられて前記カプセル医療装置が発する前記生体情報を受信する外部装置とを有し、前記外部装置は、位置検出用信号を無線送信する位置検出用信号発生装置と、前記カプセル医療装置の前記無線送信装置が発する信号を受信する無線受信装置と、該無線受信装置が受信した信号から前記同期信号を抽出する同期信号抽出装置と、該同期信号抽出装置で抽出された前記同期信号に基づいて前記位置検出用信号発生装置の前記位置検出用信号の発生タイミングを前記カプセル医療装置の信号受信装置の動作タイミングと同期させる同期装置とを有しているカプセル医療装置システムを提供する。
【0012】
このように構成されるカプセル医療装置システムでは、信号受信装置と無線送信装置が同期して動作することができるため、信号受信装置は、外部装置(位置検出用信号発生装置)が発生する位置検出用信号の位相など位置検出用信号の状態をあらかじめ解った状態で動作させることができるため目的の状態のときのみ信号受信装置を動作させることができる。これにより、動作時間を短く抑えることができカプセル医療装置の消費電力を短く抑えることができる。
また、カプセル医療装置の信号受信装置に動作と休止とを交互に繰り返させることで(すなわち間欠的に動作させることで)、カプセル医療装置の消費電力を低減することができる。
また、位置検出用信号発生装置は、制御装置によって動作タイミングを制御されている。制御装置は、カプセル無線送信装置の無線送信装置が発する同期信号に基づいて、位置検出用信号の発生タイミングをカプセル医療装置の信号受信装置の動作タイミングと同期させる。
すなわち、このカプセル医療装置システムでは、被検体外に設けられた位置検出用信号発生装置を、信号受信装置の動作している期間のみ動作させ、それ以外の期間は休止させることができるので、外部装置の消費電力を低減することができる。
【0013】
ここで、前記カプセル医療装置の前記信号受信装置が、一定の時間間隔をあけて複数回動作することで複数の前記位置検出用信号を受信する構成とされており、前記外部装置の前記位置方向計算装置が、前記無線受信装置が受信した前記位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する周波数選択部と、該周波数選択部で選択された周波数成分に基づいて前記カプセル医療装置の位置と向きとのうちの少なくともいずれか一方を算出する位置方向データ処理部とを有していてもよい。
【0014】
この場合には、外部装置の無線受信装置が受信した信号(カプセル医療装置の無線送信装置が送信した信号を含む信号)が周波数選択部によって処理されて前記位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する。
すなわち、外部装置の無線受信装置が受信した信号から、カプセル医療装置の無線送信装置が送信した信号(信号受信装置が受信した複数の位置検出信号を含む信号)が抽出されて、ノイズ等の不要な成分が除去される。
これにより、位置方向データ処理部のデータ処理量を低減することができる。また、位置方向データ処理部が、無線受信装置の受信した信号を格納する記憶装置(一時的な記録を行う記憶装置も含む)を有している場合には、記憶装置にはカプセル医療装置の位置と向きとのうちの少なくともいずれか一方を算出するのに必要な最小限の情報のみ記憶させればよいので、記憶装置の記憶容量を低減することができる。
さらに、前記位置方向計算装置が、前記無線受信装置で受信した信号のフーリエ変換を行うFFT処理部を有し、前記周波数選択部が、前記FFT処理部の処理結果を受け前記位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する様構成してもよい。
この場合には、外部装置の無線受信装置が受信した信号(カプセル医療装置の無線送信装置が送信した信号を含む信号)がFFT処理部によって処理されて、この処理結果から、周波数選択部が位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する。
すなわち、外部装置の無線受信装置が受信した信号から、カプセル医療装置の無線送信装置が送信した信号(信号受信装置が受信した複数の位置検出用信号を含む信号)が抽出されて、ノイズ等の不要な成分が除去される。
これにより、位置方向データ処理部のデータ処理量を低減することができる。また、位置方向データ処理部が、無線受信装置の受信した信号を格納する記憶装置(一時的な記録を行う記憶装置も含む)を有している場合には、記憶装置にはカプセル医療装置の位置と向きとのうちの少なくともいずれか一方を算出するのに必要な最小限の情報のみ記憶させればよいので、記憶装置の記憶容量を低減することができる。
【0015】
また、前記カプセル医療装置が内部に磁石を有し、前記外部装置が前記磁石に作用して前記カプセル医療装置を誘導するガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置とを有しており、前記カプセル医療装置の前記信号受信装置が、前記ガイダンス用磁界の有する周波数成分を除去するフィルタ装置を有していてもよい。
カプセル医療装置の信号受信装置に磁界が作用すると、磁気誘導により誘導信号が発生する。
そこで、上記のように、信号受信装置にフィルタ装置を設けることで、フィルタ装置によって、発生した誘導信号のうち、ガイダンス用磁界による誘導信号が減衰される。これにより、信号受信装置が受信した位置検出用信号に対するガイダンス用磁界の影響が低減されるので、位置検出用信号を正確に検出することができ、カプセル医療装置の位置検出用精度が向上して、カプセル医療装置のスムーズな誘導を行うことができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明にかかるカプセル医療装置およびカプセル医療装置システムによれば、カプセル医療装置の位置検出を良好に行いながら、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明の一実施形態に係るカプセル医療装置1およびカプセル医療装置システム2について、図1から図8を参照して、以下に説明する。
本実施形態にかかるカプセル医療システム2は、図1および図2に示されるように、被検者(図示略)の体腔内に投入されるカプセル医療装置1と、被検者の体外に配置される外部装置3とを備えている。
【0018】
カプセル医療装置1は、図3および図4に示されるように、その内部に各種の機器を収納する外装4と、被検者の体腔内を撮影して画像情報(生体情報)を取得する撮像部(生体情報取得装置)5と、外装4内部の各種機器に動力を供給する電源部6と、外部装置3から受ける磁界M,Mに応じて誘導信号を発生する磁界センサコイル(以下、単にコイルという)7と、該コイル7により発生された誘導信号を濾波するフィルタ8と、フィルタ8を通過した誘導信号を処理する誘導信号処理部9と、処理された誘導信号を体外に向けて送信する無線送信機10と、電源部6、撮像部5、誘導信号処理部9および無線送信機10の動作を制御する制御部11と、外部装置3から受ける磁界M,Mに応じて駆動力を発生する永久磁石(磁石)12とを備えている。
なお、後述するように、外部装置3が発する磁界Mは、カプセル医療装置1の位置検出用信号を含んでおり、上記コイル7、フィルタ8、および誘導信号処理部9は、位置検出用信号を受信する信号受信装置Reを構成している。
【0019】
外装4は、カプセル型医療装置1の長手軸Rを中心軸とする赤外線を透過する円筒形状のカプセル本体4aと、該カプセル本体4aの前端を覆う透明で半球形状の先端部4bと、カプセル本体4aの後端を覆う半球状の後端部4cとから形成され、水密構造で密閉されたカプセル容器を形成している。
また、外装4のカプセル本体4aの外周面には、長手軸Rを中心として断面円形の線材を螺旋状に巻いた螺旋部13が備えられている。
【0020】
撮像部5は、長手軸Rに対して略垂直に配置された基板14aの先端部4b側の面に配置されたイメージセンサ15と、被検者の体腔内面の像をイメージセンサ15に結像させるレンズ群16と、体腔内面を証明するLED(Light Emitting Diode)17とを備えている。
【0021】
イメージセンサ15は、先端部4bおよびレンズ群16を介して結像された光を電気信号(画像信号)に変換して制御部11へ出力している。このイメージセンサ15としては、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCDを用いることができる。
また、LED17は基板14aより先端部4b側に配置された支持部材18に、長手軸Rを中心として周方向に間隔をあけて複数配置されている。
フィルタ8は、例えば、前記基板14a上に備えられていて、例えば、カットオフ周波数が、約1kHzの1次のハイパスフィルタが用いられる。
【0022】
前記誘導信号処理部9は、フィルタ8を通過した誘導信号をデジタル信号に変換するA/D変換器(図中ではADCと表示)19と、該A/D変換器19を制御するとともに、A/D変換器19から出力された誘導信号およびイメージセンサ15により取得された画像信号を所定のタイミングで無線送信機10に引き渡すA/D変換器制御部(図中ではADC制御部と表示)20とを備えている。
【0023】
さらに具体的には、A/D変換器制御部20は、図5に示されるように、前記制御部11に接続され、該制御部11から受信するクロック信号Clockおよび制御部11に入力された画像信号から得られる同期信号(例えば、垂直同期信号V−Syncや水平同期信号H−Sync等)に基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成回路21と、A/D変換器19から出力されたデジタルの誘導信号を記憶するメモリ22と、該メモリ22、タイミング生成回路21および前記制御部11に接続され、制御部11からの画像信号と、メモリ22からの誘導信号とをタイミング生成回路21からのタイミング信号により切り替えて出力するマルチプレクサ23とを備えている。また、タイミング生成回路21は、A/D変換器19に対し、クロック信号ClockとA/D変換イネーブル信号とを出力するようになっており、これによって、A/D変換器19が、イメージセンサ15の動作と同期して動作と動作休止とを周期的に繰り返すようになっている。また、本実施形態では、A/D変換器19は、イメージセンサ15およびLED17の動作期間とは異なる期間に動作するようになっている。
【0024】
制御部11は、基板14a〜14dおよびフレキシブル基板24a,24bを介して電池(電源部)25に電気的に接続されているとともに、基板14aを介してイメージセンサ15と電気的に接続され、基板14a、フレキシブル基板24aおよび支持部材18を介してLED17と電気的に接続されている。さらに、制御部11は、イメージセンサ15が取得した画像信号をA/D変換器制御部20に出力するとともに、イメージセンサ15およびLED17のオン・オフを制御している。これにより、イメージセンサ15およびLED17は、周期的に動作を行うように制御されている。
【0025】
また、制御部11は、無線送信機11を制御して、A/D変換器制御部20のマルチプレクサ23から出力されてくる信号を外部に向けて送信させるようになっている。
すなわち、無線送信機10は、例えば、所定の長さを有する画像信号と誘導信号とを連続させたデータ形態で外部に向けて送信するようになっている。
【0026】
永久磁石12は、無線送信機10の後端部4c側に配置されている。永久磁石12は、長手軸Rに対して直交方向(例えば、図4中の上下方向)に磁化方向(磁極)を有するように配置または着磁されている。永久磁石12の先端部4b側には、基板14c上に配置されたスイッチ部26が備えられている。スイッチ部26は赤外線センサ26aを有し、電源部6と電気的に接続されているとともに、基板14cおよびフレキシブル基板24aを介して電池25と電気的に接続されている。
【0027】
また、スイッチ部26は長手軸Rを中心として周方向に等間隔に複数配置されるとともに、赤外線センサ26aが直径方向外側に面するように配置されている。本実施形態においては、スイッチ部26が4つ配置されている例を説明するが、スイッチ部26の数は4つに限られることなく、その個数がいくつであってもよい。
スイッチ部26の先端部4b側には、電池25が基板14b、14cに挟まれて配置されている。
【0028】
前記コイル7は、外装4のカプセル本体4aの半径方向内方に円筒状に巻かれて配置されている。図中、符号27は、中心軸が長手軸Rと略一致する円柱形状に形成されたフェライトからなる芯部材(磁性体コア)である。
これにより、コイル7の開口方向は、永久磁石12の磁化方向に対して直交する方向に配置されている。その結果、永久磁石12により形成される磁界がコイル7の内部を通過することが防止され、永久磁石12の形成する磁界によりコイル7に誘導信号が発生しないようになっている。
【0029】
前記外部装置3は、図2および図6に示されるように、カプセル医療装置1から送られてくる信号を受信し、位置検出用の磁界Mを発生する体外装置28と、該体外装置28により受信された信号に基づいて画像を生成するとともにカプセル医療装置1の位置および向きを算出する外部制御部29と、該外部制御部29から出力されるカプセル医療装置1の位置および向きの情報に基づいてガイダンス用磁界Mを発生するガイダンス用磁界発生部30と、外部制御部29から出力される画像信号に基づいて画像を表示する表示装置31とを備えている。
【0030】
前記体外装置28は、カプセル医療装置1から送られてくる画像信号および誘導信号を、アンテナユニット32を介して受信する無線受信機33と、受信した信号を画像信号と誘導信号とに分離するデータ分離部34と、分離された画像信号を圧縮する画像データ圧縮部35と、圧縮された画像信号と分離された誘導信号とを合成するデータ合成部36と、合成されたデータを記憶するメモリ37と、無線受信機33により受信された信号に基づいて位置検出用の磁界Mを発生する位置検出用磁界発生部38とを備えている。
【0031】
無線受信機33により受信される信号には、画像信号と誘導信号とが含まれているが、画像信号は、予め設定された所定の長さを有しているので、データ分離部34は、画像信号とそれに続く誘導信号とを容易に分離することができる。
また、位置検出用磁界発生部38は、画像情報に含まれるトリガ信号、例えば、垂直同期信号V−Syncや水平同期信号H−Syncを検出するトリガ検出部(同期信号抽出装置)39と、検出されたトリガ信号を基準としたタイミングで位置検出用の信号を出力する位置検出用信号発生部(同期装置)40と、該位置検出用信号発生部40により出力された信号に基づいて位置検出用の磁界Mを発生させる複数の信号発生コイル41とを備えている。
【0032】
前記外部制御部29は、体外装置28から送られてくる圧縮された画像信号を伸張して表示装置31に出力する画像伸張処理部42と、体外装置28から送られてくる誘導信号に基づいてカプセル医療装置1の位置および向き等を算出し、表示装置31に出力する位置方向計算部(位置方向データ処理部)43と、表示装置31に表示された体腔内面の画像およびカプセル医療装置1の位置および向きに基づいて、オペレータに、カプセル医療装置1の進行方向および/または進行速度を指示させる操作部44とを備えている。
【0033】
位置方向計算部43の前段には、送られてきた誘導信号のフーリエ変換を行うFFT処理部43aと、FFT処理部43aの処理結果に基づいて、前記誘導信号から、位置検出用磁界発生部40が発生させた位置検出用磁界Mの周波数と略同一の周波数の特定周波数信号を抽出する周波数選択部43bとが設けられている。位置方向計算部43は、このようにして抽出された特定周波数信号に基づいてカプセル医療装置1の位置と向きとのうちの少なくともいずれか一方を算出する。本実施形態では、FFTを用いて特定周波数信号を抽出したが、FFTではなくデジタルフィルタ回路を用いても同様に特定周波数を抽出することができる。また、同様に、FFT処理でなくウェーブレット変換などの信号処理方法を選択することができる。
【0034】
前記ガイダンス用磁界発生部30は、前記外部制御部29から出力されてくるオペレータからの動作指令信号およびカプセル医療装置1の位置および向き等の情報に基づいてガイダンス用磁界Mの制御信号を発生するガイダンス用磁界制御部45と、該ガイダンス用磁界制御部45からの制御信号に基づいて、ガイダンス用磁界Mを発生させる複数のガイダンスコイル46と、これらガイダンスコイル46に電流を供給するガイダンスコイルドライバ47とを備えている。
【0035】
ここで、上述したフィルタ8の作用について説明する。
前記ガイダンス用磁界発生部30において発生されるガイダンス用磁界Mとしては、例えば、1mT〜1Tという強カな磁界が使用される。また、ガイダンス用磁界Mは、カプセル医療装置1の位置と向きを制御するために、100Hz以下の周波数で発生方向や磁界強度を変更される。
これに対して、位置検出用の磁界Mとしては、カプセル医療装置1の位置において、0.01μT〜100マイクロT程度の磁界強度を有し、数kHz〜数100kHzの周波数を有するものが使用される。
【0036】
カプセル医療装置1の方向をガイダンス用磁界Mにより変更しようとする場合、カプセル医療装置1内部の永久磁石12の磁化方向とガイダンス用磁界Mの向きの間に角度を持たせることにより磁気トルクを発生させる。磁気トルクは、永久磁石12の磁化方向とガイダンス用磁界Mの向きとの角度が90°となったときに最大となる。
【0037】
カプセル医療装置1内のコイル7は、磁界を受けて誘導(電圧)信号を発生する。この誘導信号をVとすると、
V=2πfBSNcosθ
となる。ここで、f:磁界の周波数、B:磁界の強度、S:コイルの断面積、N:コイル7の巻数、θ:磁界方向とコイル7の開口方向とのなす角である。
【0038】
例えば、ガイダンス用磁界Mの強度100mT、周波数10Hz、位置検出用磁界Mの強度1μT、周波数10kHz、コイル7の開口方向と磁界の方向とのなす角60°、コイル7の断面積10×10-6、コイル7の巻数400として、コイル7により発生される誘導信号Vを求めると、ガイダンス用磁界Mによる誘導信号の強度は約100mV、位置検出用磁界Mによる誘導信号の強度は約2mVとなる。
【0039】
この状態で検出される信号は、図7のようになる。
そして、この信号をそのままA/D変換すると、A/D変換器19のダイナミックレンジの大部分をガイダンス用磁界Mにより発生する誘導信号に費やしてしまい、位置検出用磁界Mによる誘導信号を精度よく検出することができない。
【0040】
本実施形態においては、コイル7に、カットオフ周波数が約1kHzのハイパスフィルタ8を接続することにより、ガイダンス用磁界Mの周波数10Hzにおける誘導信号を一40dB減衰することが可能となる。これにより、図8に示されるように、ガイダンス用磁界Mにより発生する誘導信号を約1mVまで減衰させ、位置検出用磁界Mにより発生する誘導信号を約2mVのまま透過することができる。
このように、コイル7にフィルタ8を接続することにより、ガイダンス用磁界Mの影響を低減して、位置検出用磁界Mにより発生する誘導信号を精度よく検出することができる。
【0041】
このように構成された本実施形態に係るカプセル医療装置1およびカプセル医療装置システム2の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るカプセル医療装置システム2を用いて、被検者の体腔内の画像を取得するには、まず、図1に示されるように配列されたガイダンスコイル46によるガイダンス用磁界Mが作用する空間Sに被検者を配置する。
【0042】
次いで、カプセル医療装置1の赤殊線センサ26aに、図示しない赤外線発生装置で赤外線を当て、カプセル医療装置1の電源を入れる。そして、カプセル医療装置1を被検者の口部または肛門から体腔内に投入する。また、外部装置3においても体外装置28の電源スイッチ49を電池50により作動させて電源部51をオン状態に切り替えることにより、各ユニットの電源を供給する。
【0043】
体腔内に投入されたカプセル医療装置1においては、所定時間後に撮像部5の作動が開始され、LED17からの照明光により照明された体腔内面の画像が、イメージセンサ15により取得される。取得された画像信号は、制御部11を介してA/D変換器制御部20に送られ、制御部11の生成するクロック信号Clockおよびトリガ信号(例えば垂直同期信号V−Sync)に基づいてタイミング生成回路21により設定されたタイミングで、無線送信機10に引き渡され、無線送信機10を介して体外に送信される。
【0044】
送信された画像信号は、体外装置28に設けられたアンテナユニット32を介して無線受信機33により受信される。受信された画像信号は、位置検出用磁界発生部38に入力され、垂直同期信号V−Syncのようなトリガ信号が検出される。そして、検出されたトリガ信号に基づいて、位置検出用信号発生部40が起動され、信号発生コイル41が励磁されて、被検者が配置されている空間Sに位置検出用磁界Mが発生する。
【0045】
発生した位置検出用磁界Mがカプセル医療装置1に作用すると、位置検出用磁界Mがカプセル医療装置1内のコイル7内を通過することにより、コイル7に誘導信号が誘導される。誘導信号は、フィルタ8を介して誘導信号処理部9に入力され、タイミング生成回路21により設定されたタイミングに従ってA/D変換された後、メモリ22に記憶される。そして、タイミング生成回路21により設定されたタイミングで切り替えられるマルチプレクサ(図中、MUXと表示)23を介して無線送信機10に引き渡され、無線送信機10を介して体外に送信される。
【0046】
送信された誘導信号は、体外装置28に設けられたアンテナユニット32を介して無線受信機33により受信される。受信された誘導信号は、データ分離部34により画像信号から分離される。分離された誘導信号は、そのまま外部制御部29に送られ、画像信号は画像データ圧縮部35において圧縮処理された後に外部制御部29に送られる。また、誘導信号および圧縮された画像信号はデータ合成部36において、相互に対応づけられた形態に合成され、メモリ37に記憶される。
【0047】
外部制御部29に送られた画像信号は、画像伸張処理部42において伸張処理され、表示装置31に送られて表示される。外部制御部29に送られた誘導信号は、FFT処理部43aおよび周波数選択部43bを介して位置方向計算部43に送られて、カプセル医療装置1の位置および向きを算出するために使用される。算出されたカプセル医療装置1の位置および向きは、表示装置31に送られて表示される一方、ガイダンス用磁界発生部30に送られて、発生すべきガイダンス用磁界Mの算出に用いられる。
【0048】
表示装置31に表示された体腔内面の画像およびカプセル医療装置1の位置および向きの情報を確認したオペレータは、外部制御部29の操作部44を操作することにより、カプセル医療装置1の進行方向および進行速度をガイダンス用磁界発生部30に入力する。ガイダンス用磁界発生部30は、操作部44から入力された進行方向および進行速度の指令信号および位置方向計算部43から入力されたカプセル医療装置1の位置および向きの情報に基づいて、発生すべきガイダンス用磁界Mの強度および方向が達成されるようにガイダンスコイルドライバ47を作動させる。これにより、ガイダンスコイル46が励磁され、被検者の存在している空間Sに所望のガイダンス用磁界Mが発生する。
【0049】
ガイダンス用磁界Mがカプセル医療装置1に作用すると、カプセル医療装置1に配置されている永久磁石12が、その磁化方向をガイダンス用磁界Mの方向に一致させるようにカプセル医療装置1を回転させる駆動力が発生する。ガイダンス用磁界Mが永久磁石12の磁化方向に対して、カプセル医療装置1の長手軸Rに傾斜する方向に発生すると、カプセル医療装置1の向きが変更されるよう駆動力が発生する。一方、駆動力が、永久磁石12の磁化方向に対して、カプセル医療装置1の周方向に傾斜して発生すると、カプセル医療装置1が長手軸R回りに回転させられるよう駆動力が発生する。
【0050】
カプセル医療装置1の外装の外周面には螺旋機構13が設けられているので、前記駆動力によりカプセル医療装置1がその長手軸R回りに回転すると、螺旋機構13により長手軸R方向に沿う推進力が発生する。これにより、カプセル医療装置1が長手軸R方向に推進されることになる。
【0051】
この場合において、カプセル医療装置1に配置されているコイル7には、ガイダンス用磁界Mおよび位置検出用磁界Mの両方が入射され、それぞれ、その磁界M,Mの強度等に応じた誘導信号が発生するが、本実施形態に係るカプセル医療装置1およびカプセル医療装置システム2によれば、コイル7にフィルタ8が接続されているので、ガイダンス用磁界Mによる誘導信号が減衰させられた状態でA/D変換され、外部装置3に送信される。したがって、外部装置3においては、上述したように、ガイダンス用磁界Mの影響を低減して、位置検出用磁界Mにより発生する誘導信号を精度よく検出することができる。
【0052】
したがって、このようにして精度よく検出された位置検出用の誘導信号を用いて、カプセル医療装置1の位置および向きが精度よく計算されるので、ガイダンス用磁界制御部45は、オペレータからの指令に応じて正確なガイダンス用磁界Mを発生させるよう、ガイダンスコイルドライバ47を駆動することができる。その結果、カプセル医療装置1を精度よく誘導して、体腔内の所望の部位の画像を取得することができるという効果がある。
【0053】
また、本実施形態に係るカプセル医療装置システム2においては、画像信号から抽出した垂直同期信号V−Syncや水平同期信号H−Syncに基づいて生成されたタイミングにより、カプセル医療装置1および外部装置3が同期して作動させられるので、体外装置28から位置検出用磁界Mを発生しているときにのみ、カプセル医療装置1がコイル7からの誘導信号をA/D変換することができる。したがって、位置検出用磁界Mが発生していない期間に誘導信号処理部9による誘導信号の処理を停止しておくことができ、省電カを図ることができる。
【0054】
具体的には、カプセル医療装置1の制御装置11は、図9に示すように、撮像部5による撮影を開始させてから所定の遅延時間(カプセル内部ディレイ)をおいたのち、A/D変換器19を動作させ、処理が終了し次第、A/D変換器19を停止させる。このカプセル内部ディレイは、撮像部5の撮影開始時点から画像データの無線通信が完了するまでにA/D変換器19の処理が終了するように設定される。これにより、画像データの無線通信が完了し次第、位置方向検出用データの送信を行うことができ、無線送信機10の動作時間を最小限にして、省電力化を図ることができる。
以降は、撮像部5による撮影が行われるたびに、この動作が繰り返される。
これにより、カプセル医療装置1では、A/D変換器19が最小限必要な期間のみ動作させられることになり、省電力化が図られる。
【0055】
一方、外部装置3では、無線受信機33が受信した信号に含まれる同期信号がトリガ検出部39に検出された時点から、所定の遅延時間(体外ディレイ)をおいたのち、位置検出用磁界発生部38が位置検出用磁界Mを発生させる。この体外ディレイは、無線送信機10が同期信号を発してからトリガ検出部39に同期信号が検出されるまでのタイムラグを考慮した上で、位置検出用磁界発生部38が位置検出用磁界Mを発生させている期間がA/D変換器19の動作している期間に重なるように設定される。
以降は、撮像部5による撮影が行われるたびに、この動作が繰り返される。
これにより、体外装置3では、位置検出用磁界発生部38が最小限必要な期間のみ動作させられることになり、省電力化が図られる。また、位置検出用磁界発生部38から発生する位置検出用磁界M2の位相など、信号情報を予め解った状態で信号受信装置Reは動作できるため、動作時間を最小に抑えることができ、このことからも省電力化を達成できる。
【0056】
ここで、本実施形態では、同期信号として、撮像部5の出力する画像信号に予め含まれている信号が用いられているので、従来のカプセル医療装置に対してわずかな修正を加えるだけで、本発明のカプセル医療装置1を得ることができる。
【0057】
また、このカプセル医療装置1では、A/D変換器19が、撮像部5の動作期間と異なる期間に動作する構成とされているので、これら装置の動作時におけるカプセル医療装置1の電源部6の供給電圧の低下が抑えられ、カプセル医療装置1に搭載された各装置への供給電圧の低下による影響を低減することができる。
【0058】
また、このカプセル医療装置システム2では、外部装置3の無線受信装置が受信した信号がFFT処理部43aによって処理されて、この処理結果から、周波数選択部43bが位置検出用信号に対応する周波数成分を抽出する。
すなわち、外部装置3の無線受信が受信した信号から、カプセル医療装置の無線送信装置が送信した信号(信号受信装置Reが受信した複数の位置検出用信号を含む信号)が抽出されて、ノイズ等の不要な成分が除去される。
これにより、位置方向計算部43のデータ処理量を低減することができる。また、無線受信機33の受信した信号を格納するメモリ37には、カプセル医療装置1の位置および向きを算出するのに必要な最小限の情報のみ記憶させればよいので、メモリ37の記憶容量を低減することができる。また、カプセル医療装置1内部の信号受信装置Reの信号処理回路に複雑な周波数選択処理を行わせなくてよいため、カプセル医療装置1の省電力化を実現できる。
【0059】
なお、本実施形態においては、画像信号から抽出した垂直同期信号V−Syncに基づいて生成されたタイミングにより、カプセル医療装置1および外部装置3を同期させることとしたが、これに限定されるものでなく、画像信号から抽出される水平同期信号等、他のトリガ信号に基づいて生成されたタイミングにより同期させることとしてもよい。
例えば、カプセル医療装置1が、撮像部5の撮像した画像情報を圧縮して圧縮画像信号を生成するデータ圧縮装置を有している場合には、画像信号の垂直同期信号や画像信号の水平同期信号も圧縮されていて、圧縮画像信号自体からこれらの同期信号を直接検出することはできない。この場合には、圧縮画像信号のうち、位置が特定できるデータ(例えば圧縮画像信号の先頭のデータブロック)を検出してこれを同期信号として利用してもよい。
なお、このようにカプセル医療装置1にデータ圧縮装置を設けた場合には、外部装置3の画像データ圧縮部35は省略される。
【0060】
また、本実施形態では、フィルタ8として、カットオフ周波数が1kHzのハイパスフィルタを採用したが、これに代えて、バンドパスフィルタを採用してもよい。
また、本実施形態では、カプセル医療装置1に永久磁石12を内蔵して外部磁界により誘導を行うカプセル医療システムを元に説明を行ったが、これに限らず、本発明を、経口的に被験者の体腔内に導入されて、被験者の消化管の蠕動により消化管内を進行し、その間に体腔内の生体情報を取得するカプセル医療装置や、体腔内に留置されるカプセル医療装置に適用しても、同様の結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】本発明の一実施形態に係るカプセル医療装置システムを示す全体構成図である。
【図2】図1のカプセル医療装置システムのプロック図である。
【図3】本実施形態に係るカプセル医療装置を示すプロック図である。
【図4】図3のカプセル医療装置を示す縦断面図である。
【図5】図3のカプセル医療装置に内蔵される誘導信号処理部を示すブロック図である。
【図6】図1のカプセル医療装置システムの外部装置を示すブロック図である。
【図7】図3のカプセル医療装置において磁界センサコイルに誘導される誘導信号の一例を示す波形図である。
【図8】図3のカプセル医療装置において誘導信号処理部に入力される誘導信号の一例を示す波形図である。
【図9】本実施形態に係るカプセル医療装置システムの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【0062】
1 カプセル医療装置
2 カプセル医療装置システム
3 外部装置
5 撮像部(生体情報取得装置)
6 電源部
8 フィルタ
10 無線送信機
30 ガイダンス用磁界発生部
33 無線受信機
38 位置検出用磁界発生部(位置検出用信号発生装置)
39 トリガ検出部(同期信号抽出装置)
40 位置方向検出信号発生部(同期装置)
43 位置方向計算部(位置方向データ処理部)
43a FFT処理部
43b 周波数選択部
12 永久磁石
Re 信号受信装置
【出願人】 【識別番号】304050923
【氏名又は名称】オリンパスメディカルシステムズ株式会社
【出願日】 平成18年7月3日(2006.7.3)
【代理人】 【識別番号】100118913
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生


【公開番号】 特開2008−11913(P2008−11913A)
【公開日】 平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願番号】 特願2006−183424(P2006−183424)