JP2006026059A - 被検体内導入装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被検体内導入装置内の電池に蓄積された電力を消尽させて、中間電位状態での回路の誤動作を防止すること。
【解決手段】保護回路26cは、電池29からカプセル内機能実行回路30に到る電力供給経路上のA点での電圧を検出しており、このA点の電圧が、予め設定された閾値(所定の中間電位)を下回ると、スイッチ素子26aを切り替え制御して電池29と抵抗負荷26bとを接続させて、カプセル内機能実行回路30への駆動電力の供給を停止し、同時に抵抗負荷26bへの電力の供給を可能にし、電池29に蓄積された電力を、抵抗負荷26bによって消尽させる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、たとえば飲み込み型のカプセル型内視鏡の各部位に電力を供給する被検体内導入装置に関し、特に電池の電力を消尽させる被検体内導入装置に関するものである。
近年、内視鏡の分野では、撮像機能と無線機能とが装備されたカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、観察(検査)のために被検体である被検者に飲み込まれた後、被検者の生体から自然排出されるまでの観察期間、胃、小腸などの臓器の内部(体腔内)をその蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて順次撮像する構成である。
また、これら臓器内の移動によるこの観察期間、カプセル型内視鏡によって体腔内で撮像された画像データは、順次無線通信などの無線機能により、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、外部装置内に設けられたメモリに蓄積される。被検者がこの無線機能とメモリ機能を備えた外部装置を携帯することにより、被検者は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの観察期間、不自由を被ることなく行動が可能になる。観察後は、医者もしくは看護士によって、外部装置のメモリに蓄積された画像データに基づいて、体腔内の画像をディスプレイなどの表示手段に表示させて診断を行うことができる。
この種のカプセル型内視鏡では、たとえば特許文献1に示すような飲み込み型のものがあり、カプセル型内視鏡の駆動を制御するため、内部に外部磁場によってオン・オフするリードスイッチを備え、この外部磁場を供給する永久磁石を含むパッケージに収容された構成が提案されている。すなわち、カプセル型内視鏡内に備わるリードスイッチは、一定強度以上の磁場が与えられた環境下では、オフ状態を維持し、外部磁場の強度が低下することによってオンする構造を有する。このため、パッケージに収容されている状態では、カプセル型内視鏡は駆動しない。そして、飲み込み時に、このカプセル型内視鏡をパッケージから取り出すことで、永久磁石から離隔してカプセル型内視鏡が磁力の影響を受けなくなり、駆動を開始する。このような構成を有することによって、パッケージ内に収容された状態では、カプセル型内視鏡の駆動が防止可能となり、パッケージから取り出し後は、カプセル型内視鏡の照明機能、撮像機能による画像の撮像および無線機能による画像信号の送信が行われていた。
国際公開第01/35813号パンフレット 特開2002−345743号公報
ところが、カプセル型内視鏡は、たとえばボタン型乾電池などの電池から電力を供給することによって、照明機能、撮像機能および無線機能などの予め設定された所定の機能を実行する機能実行手段を駆動させているので、長時間電池を使用すると、電池の供給電力が低下して中間電位となり、この中間電位によって機能実行手段の負荷側にラッチアップなどの現象が発生し、故障モードに入ることがある。そこで、中間電位の状態では、電池と機能実行手段との接続を切断する回路構成のものも考えられるが、このように構成したとしても、この切断を行うための切り替え回路も動作が不安定になったり、ラッチアップ現象を生じることがあり、これによって回路に誤動作が生じるという問題があった。また、特許文献2に示すように、電池を低消費電力で使用するものもあるが、長時間電池を使用する状況の場合には、上記の問題点を解決することはできなかった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、被検体内導入装置内の電池に蓄積された電力を消尽させて、中間電位状態での回路の誤動作を防止することができる被検体内導入装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる被検体内導入装置は、導入された被検体内において所定の機能を実行する機能実行手段と、前記機能実行手段を駆動させるための駆動電力を蓄積する電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段から供給される電力を検出する検出手段と、前記電力蓄積手段の電力を消尽させる前記機能実行手段とは別に設けられた消尽手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記電力蓄積手段からの電力供給を前記機能実行手段から前記消尽手段へ切り替える切替制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項2の発明にかかる被検体内導入装置は、上記発明において、前記切替制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記機能実行手段から前記消尽手段への切り替えを同時に行うことを特徴とする
また、請求項3の発明にかかる被検体内導入装置は、上記発明において、前記切替制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記電力蓄積手段からの電力供給を前記機能実行手段および前記消尽手段に同時に行った後に、前記機能実行手段への電力供給を停止可能に切り替えることを特徴とする。
また、請求項4の発明にかかる被検体内導入装置は、上記発明において、前記機能実行手段は、前記被検体内を照明する照明手段と、前記照明された被検体内の画像情報を取得する取得手段と、前記取得手段が取得した前記被検体内の画像情報を外部に無線送信する無線送信手段と、を少なくとも備え、前記切替制御手段は、前記検出手段の検出結果および予め設定された前記画像情報の誤り率に基づいて、前記電力蓄積手段から前記機能実行手段および前記消尽手段への電力供給の切り替えを行うことを特徴とする。
本発明にかかる被検体内導入装置は、検出手段の検出結果に基づいて、電力蓄積手段からの電力供給を機能実行手段から消尽手段へ同時または段階的に切り替えることで、被検体内導入装置内の電池に蓄積された電力を消尽させて、中間電位状態での回路の誤動作を防止することができるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる被検体内導入装置の実施の形態を図1〜図8の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の図において、図1と同様の構成部分に関しては、説明の都合上、同一符号を付記するものとする。また、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施の形態が可能である。
(実施の形態1)
図1は、本発明にかかる無線型被検体内情報取得システムの概念を示すシステム概念図である。図1において、この無線型被検体内情報取得システムは、被検体1の体腔内に導入される被検体内導入装置としての飲み込み型のカプセル型内視鏡2と、被検体1の外部に配置されて、カプセル型内視鏡2との間で各種の情報を無線通信する体外装置である通信装置3とを備えている。また、無線型被検体内情報取得システムは、通信装置3が受信したデータに基づいて画像表示を行う表示装置4と、通信装置3と表示装置4間でデータの入出力を行う携帯型記録媒体5とを備えている。
カプセル型内視鏡2は、図2のブロック図に示すように、たとえば被検体1の体腔内における被検部位を照射するための照明手段としての発光素子(LED)20と、LED20の駆動状態を制御する第1の駆動手段としてのLED駆動回路21と、LED20によって照射された領域からの反射光である体腔内の画像(被検体内情報)を撮像する取得手段としての電荷結合素子(CCD)22と、CCD22の駆動状態を制御する第1の駆動手段としてのCCD駆動回路23と、この撮像された画像信号をRF信号に変調するRF送信ユニット24と、RF送信ユニット24から出力されたRF信号を無線送信する無線送信手段としての送信アンテナ部25とを備えている。また、カプセル型内視鏡2は、これらLED駆動回路21、CCD駆動回路23およびRF送信ユニット24の動作を制御するシステムコントロール回路26を備えることにより、このカプセル型内視鏡2が被検体1内に導入されている間、LED20によって照射された被検部位の画像データをCCD22によって取得するように動作している。この取得された画像データは、さらにRF送信ユニット24によってRF信号に変換され、送信アンテナ部25を介して被検体1の外部に送信されている。
また、カプセル型内視鏡2は、通信装置3から送信された無線信号を受信可能に構成された無線受信手段としての受信アンテナ部27と、この受信アンテナ部27で受信された信号から所定の入力レベル(たとえば受信強度レベル)のコントロール信号を検出するコントロール信号検出回路28と、システムコントロール回路26およびコントロール信号検出回路28に電力を供給する電池29を備えている。
コントロール信号検出回路28は、コントロール信号の内容を検出し、必要に応じてLED駆動回路21、CCD駆動回路23およびシステムコントロール回路26に対してコントロール信号を出力している。システムコントロール回路26は、電池29から供給される駆動電力を他の構成要素(機能実行手段)に対して分配する機能を有している。なお、この実施の形態では、カプセル型内視鏡2内に備わる撮像機能、照明機能および無線機能(一部)を有するものを総称して、所定の機能を実行する機能実行手段としている。具体的には、システムコントロール回路26、受信アンテナ部27およびコントロール信号検出回路28を除いたものは、所定の機能を実行する機能実行手段であり、以下では必要に応じてカプセル内機能実行回路30と総称する。
図3は、図2に示した実施の形態1にかかるシステムコントロール回路の回路構成を示す回路図である。なお、図3において、電池29は、電力供給手段としての、たとえば複数個のボタン型乾電池から構成される。
このシステムコントロール回路26は、消尽手段としての抵抗負荷26bと、電池29とカプセル内機能実行回路30または抵抗負荷26bとの接続切替を行うスイッチ素子26aと、スイッチ素子26aの切り替え制御を行う保護回路26cとを備える。このスイッチ素子26aは、電池29からの駆動電力をカプセル内機能実行回路30に供給して、図4に示すように、カプセル内機能実行回路30が動作期間となり、抵抗負荷26bがオフ状態となる。保護回路26cは、電池29から供給される電力を検出する検出手段としての機能と、検出した電力に基づいて、スイッチ素子26aの切り替え制御を行う切替制御手段としての機能を有している。
すなわち、保護回路26cは、たとえば電池29側のC点から駆動電力の供給を受けるとともに、カプセル内機能実行回路30側のA点の電圧値を検出している。この保護回路26cには、予め所定の中間電位に閾値が設定されている。この閾値は、図4に示すように、たとえばA点での電圧値がこの中間電位を下回ると、カプセル内機能実行回路30が通常の動作が困難になる値であるが、保護回路26cの動作には影響を与えない値に予め設定されている。保護回路26cは、この検出した電圧値が設定した閾値より低い値になると、カプセル内機能実行回路30の通常動作が妨げられると判断して、スイッチ素子26aに切り替え用の制御信号を出力する。スイッチ素子26aは、この制御信号が入力すると、接続をカプセル内機能実行回路30側から抵抗負荷26b側に切り替えて、電池29と抵抗負荷26bを接続させ、カプセル内機能実行回路30への電力供給を停止させるとともに、電池29に蓄積された電力が抵抗負荷26bに供給される期間となって、この蓄積された電力を抵抗負荷26bによって消尽させる。
通信装置3は、起動用信号をカプセル型内視鏡2に送信する無線送信手段として送信装置の機能と、カプセル型内視鏡2から無線送信された体腔内の画像データを受信する無線受信手段として受信装置の機能を有する。図5は、図1に示した通信装置3の内部構成を示すブロック図である。図5において、通信装置3は、被検体1に着用されるとともに、複数の受信用アンテナA1〜Anおよび複数の送信用アンテナB1〜Bmを有する送受信用衣類(たとえば送受信ジャケット)31と、送受信された無線信号の信号処理などを行う外部装置32とを備える。なお、n,mは、必要に応じて設定されるアンテナの任意の個数を示している。
外部装置32は、受信用アンテナA1〜Anによって受信された無線信号に対して復調などの所定の信号処理を行い、無線信号の中からカプセル型内視鏡2によって取得された画像データを抽出するRF受信ユニット33と、抽出された画像データに必要な画像処理を行う画像処理ユニット34と、画像処理が施された画像データを記録するための記憶ユニット35とを備え、カプセル型内視鏡2から送信された無線信号の信号処理を行う。なお、この実施の形態では、記憶ユニット35を介して携帯型記録媒体5に画像データが記録されている。
また、外部装置32は、カプセル型内視鏡2の駆動状態を制御するためのコントロール信号(起動用信号)を生成するコントロール信号入力ユニット36と、生成されたコントロール信号を無線周波数に変換して出力するRF送信ユニット回路37とを備えており、RF送信ユニット回路37で変換された信号は、送信用アンテナB1〜Bmに出力されて、カプセル型内視鏡2に対して送信される。さらに、外部装置32は、所定の蓄電装置またはAC電源アダプタなどを備えた電力供給ユニット38を備え、外部装置32の各構成要素は、電力供給ユニット38から供給される電力を駆動エネルギーとしている。
表示装置4は、カプセル型内視鏡2によって撮像された体腔内画像を表示するためのものであり、携帯型記録媒体5によって得られるデータに基づいて画像表示を行うワークステーションなどのような構成を有する。具体的には、表示装置4は、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイなどによって直接画像を表示する構成としても良いし、プリンタなどのように、他の媒体に画像を出力する構成としても良い。
携帯型記録媒体5は、外部装置32および表示装置4にも接続可能であって、両者に対して挿入されて、接続された時に情報の出力または記録が可能な構造を有する。この実施の形態では、携帯型記録媒体5は、カプセル型内視鏡2が被検体1の体腔内を移動している間は、外部装置32に挿入されてカプセル型内視鏡2から送信されるデータを記録する。次に、カプセル型内視鏡2が被検体1から排出された後、つまり、被検体1の内部の撮像が終了した後には、外部装置32から取り出されて表示装置4に挿入され、この表示装置4によって、表示装置4に記録されたデータが読み出される構成を有する。たとえば、この携帯型記録媒体5は、コンパクトフラッシュ(登録商標)メモリなどから構成され、外部装置32と表示装置4とのデータの入出力を、携帯型記録媒体5を介して間接的に行うことができ、外部装置32と表示装置4との間が有線で直接接続された場合と異なり、被検体1が体腔内の撮影中に自由に動作することが可能となる。
次に、図3のブロック図を用いて、実施の形態1にかかるカプセル型内視鏡2の動作を説明する。図3において、たとえば、被検体1内への導入前のカプセル型内視鏡2は、内部に外部磁場によってオン・オフする図示しないリードスイッチを備え、この外部磁場を供給する永久磁石を含むパッケージに収容された状態で保管されている。この状態では、カプセル型内視鏡2は駆動しない。
そして、飲み込み時に、このカプセル型内視鏡2がパッケージから取り出されると、パッケージの永久磁石から離隔してカプセル型内視鏡2が磁力の影響を受けなくなり、電池29から保護回路26cに電力が供給される。この電力供給によって、保護回路26cが動作して、スイッチ素子26aをカプセル内機能実行回路30側に接続することで、電池29から駆動電力がカプセル内機能実行回路30に供給される。
また、保護回路26cは、A点の電圧を検出しており、この電圧値が設定した閾値以上の場合には、カプセル内機能実行回路30の通常動作が可能と判断して、カプセル内機能実行回路30側に接続されているスイッチ素子26aの状態を維持する。また、検出したA点の電圧値が設定した閾値を下回ると、保護回路26cは、カプセル内機能実行回路30の通常動作が困難と判断して、スイッチ素子26aを抵抗負荷26b側に接続することで、電池29に蓄積された電力を抵抗負荷26bによって、図4に示すような傾き特性を示しながら消尽させることができる。
このように、この実施の形態では、電池電圧が予め設定した閾値(中間電位)を下回ると、カプセル内機能実行回路から抵抗負荷への切り替えを行って、カプセル内機能実行回路への電力供給の停止と、電池に蓄積された電力の消尽を同時に行うので、被検体内導入装置内の電池に蓄積された電力を消尽させて、中間電位状態での回路の誤動作を防止することができる。
なお、この実施の形態では、A点での電圧値を検出したが、たとえばC点での電圧値を検出しても良く、また検出する電池電圧は、たとえば所定時間内の電圧の変化量を検出し、この変化量が閾値を超えた場合に、スイッチ素子26aの切り替えを行うように構成することも可能である。
また、カプセル内機能実行回路へ供給される電力の消費が進むと、RF送信ユニット回路37が正常に機能しなくなり、画像データの送信に送信誤りが発生して、画像データの送信が正常に行えなくなる。このように、送信誤り率と消費される電池電力との間には、相関関係がある。そこで、許容範囲内の画像データの送信誤り率に対する電池電圧を閾値に設定して、検出する電池電圧とこの閾値に基づいて、電池からカプセル内機能実行回路および抵抗負荷への電力供給の切り替えを行うように構成することも可能である。この場合には、上記効果の他に、画像データの信頼性を高めることが可能となる。
(実施の形態2)
図6は、図2に示した実施の形態2にかかるシステムコントロール回路の回路構成を示すブロック図である。図6において、図3の実施の形態1と異なる点は、スイッチ素子26aは、電池29とカプセル内機能実行回路30とのオン/オフ状態の切り替えが可能なように構成するとともに、電池29と抵抗負荷26bとのオン/オフ状態の切り替えが可能なFET(電界効果トランジスタ)26dと、保護回路26cとは別にC点の電圧値を検出して、このFET26dの切り替え制御を行う電圧検出回路26eとを備える点である。
保護回路26cには、図7に示すように、実施の形態1の閾値とほぼ同様のに設定された第1の閾値が設定されており、保護回路26cは、A点での電圧値がこの第1の閾値を下回ると、カプセル内機能実行回路30が通常の動作が困難になると判断して、スイッチ素子26aをオフ状態に切り替え制御して、カプセル内機能実行回路30への電力供給を停止させる。
FET26dは、ソース端子が電池29に、ドレイン端子が抵抗負荷26bに、またゲート端子が電圧検出回路26eにそれぞれ接続されている。また、電圧検出回路26eには、図7に示すように、第1の閾値より高い電圧値の第2の閾値が設定されている。この第2の閾値は、たとえばC点の電圧値が下回って抵抗負荷26bによる駆動電力の消尽が行われても、カプセル内機能実行回路30の通常動作には影響を与えない値に予め設定されている。すなわち、この実施の形態では、カプセル内機能実行回路30と抵抗負荷26bの両負荷に伴に電力が供給されるt期間が設けられており、この両負荷への電力供給により電池29に蓄積された電力の消耗をさらに早めることができる。なお、本発明では、スイッチ素子26aを上述したFETで構成することも可能である。
次に、図6のブロック図を用いて、実施の形態2にかかるカプセル型内視鏡2の動作を説明する。図6において、実施の形態1と同様に、カプセル型内視鏡2がパッケージから取り出されることによって、電池29から駆動電力がカプセル内機能実行回路30に供給される。また、電圧検出回路26eは、C点の電圧を検出しており、この電圧値が第2の閾値以上の場合には、カプセル内機能実行回路30にのみ電力が供給されている。
次に、カプセル内機能実行回路30への電力供給により、電池電力の消耗がなされ、C点の電圧が第2の閾値を下回ると、電圧検出回路26eからFET26dのゲート端子に出力が発生し、この出力によってFET26dのソース・ドレイン端子間に電流が流れ、抵抗負荷26bに電池29からの電力が供給されることとなる。この状態では、カプセル内機能実行回路30および抵抗負荷26bに伴に電力が供給され、図7に示すように、電池電力の消耗をさらに早めることとなる。
この状態で電池電力の消耗がさらに進んで、A点の電圧が設定した閾値を下回ると、保護回路26cは、これを検出してカプセル内機能実行回路30の通常動作が困難と判断し、スイッチ素子26aをオフ状態に切り替えて、カプセル内機能実行回路30への電力供給を停止する。これにより、電池電力は、抵抗負荷26bにのみ供給されて、図7に示すような傾き特性を示しながら消尽させることができる。
このように、この実施の形態では、電池電圧が予め設定した第2の閾値を下回ると、FETをオン状態にして、カプセル内機能実行回路と抵抗負荷へ電力供給を行って電池電力の消費を早め、さらに電池電圧が第1の閾値を下回るようになると、スイッチ素子をオフ状態に切り替えて、カプセル内機能実行回路への電力供給の停止させて、抵抗負荷によって電池に蓄積された電力の消尽を行うので、被検体内導入装置内の電池に蓄積された電力を迅速に消尽させて、中間電位状態での回路の誤動作をさらに容易に防止することができる。
また、この実施の形態では、抵抗負荷の抵抗値をたとえばR1からR2(ここでR2<R1)に変化させることによって、図8の電池電圧の変化を示す図に示すように、電池電圧が実線Aの変化から点線Bの変化に変わって、さらに被検体内導入装置内の電池に蓄積された電力を短い時間で迅速に消尽させることが可能となる。
本発明にかかる無線型被検体内情報取得システムの概念を示すシステム概念図である。 図1に示したカプセル型内視鏡の内部構成を示すブロック図である。 図2に示した実施の形態1にかかるシステムコントロール回路の回路構成を示すブロック図である。 図3に示した保護回路に設定された閾値と、この閾値に基づくスイッチ素子の切り替えタイミングを示す図である。 図1に示した通信装置の内部構成を示すブロック図である。 図2に示した実施の形態2にかかるシステムコントロール回路の回路構成を示すブロック図である。 図6に示した保護回路および電圧検出回路に設定された閾値と、この閾値に基づくスイッチ素子およびFETの切り替えタイミングを示す図である。 同じく、図6に示した抵抗負荷の抵抗値を変化させた場合の電池電圧の変化を示す図である。
符号の説明
1 被検体
2 カプセル型内視鏡
3 通信装置
4 表示装置
5 携帯型記録媒体
20 発光素子(LED)
21 LED駆動回路
22 電荷結合素子(CCD)
23 CCD駆動回路
24 RF送信ユニット
25 送信アンテナ部
26 システムコントロール回路
26a スイッチ素子
26b 抵抗負荷
26c 保護回路
26d FET
26e 電圧検出回路
27 受信アンテナ部
28 コントロール信号検出回路
29 電池
30 カプセル内機能実行回路
31 送受信ジャケット
32 外部装置
33 RF受信ユニット
34 画像処理ユニット
35 記憶ユニット
36 コントロール信号入力ユニット
37 RF送信ユニット回路
38 電力供給ユニット
A1〜An 受信用アンテナ
B1〜Bm 送信用アンテナ

Claims (4)

  1. 導入された被検体内において所定の機能を実行する機能実行手段と、
    前記機能実行手段を駆動させるための駆動電力を蓄積する電力蓄積手段と、
    前記電力蓄積手段から供給される電力を検出する検出手段と、
    前記電力蓄積手段の電力を消尽させる前記機能実行手段とは別に設けられた消尽手段と、
    前記検出手段の検出結果に基づいて、前記電力蓄積手段からの電力供給を前記機能実行手段から前記消尽手段へ切り替える切替制御手段と、
    を備えることを特徴とする被検体内導入装置。
  2. 前記切替制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記機能実行手段から前記消尽手段への切り替えを同時に行うことを特徴とする請求項1に記載の被検体内導入装置。
  3. 前記切替制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記電力蓄積手段からの電力供給を前記機能実行手段および前記消尽手段に同時に行った後に、前記機能実行手段への電力供給を停止可能に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の被検体内導入装置。
  4. 前記機能実行手段は、
    前記被検体内を照明する照明手段と、
    前記照明された被検体内の画像情報を取得する取得手段と、
    前記取得手段が取得した前記被検体内の画像情報を外部に無線送信する無線送信手段と、
    を少なくとも備え、前記切替制御手段は、前記検出手段の検出結果および予め設定された前記画像情報の誤り率に基づいて、前記電力蓄積手段から前記機能実行手段および前記消尽手段への電力供給の切り替えを行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の被検体内導入装置。
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