JP2007181592A - 超音波カプセル内視鏡及び超音波カプセル内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】振動子ホルダを回転させるための回転駆動機構が必要であることから構成が複雑化してしまい、超音波カプセル内視鏡が大型化してしまう。また、振動子の回転の際に生じた振動が超音波断層画像にノイズとして発現してしまい、鮮明な画像を得ることが困難であった。
【解決手段】超音波カプセル内視鏡１の内部に複数の探触子４０を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波の発信及び受信を行う複数の探蝕子を備えた超音波カプセル内視鏡と、この超音波カプセル内視鏡から送信された超音波信号を解析して超音波断層画像を構築する超音波カプセル内視鏡システムに関する。

従来から、生体組織へ超音波を発信し、生体組織における音の伝播特性（音響インピーダンス）の違いで発生する反射波を受信して超音波断層画像を構築する超音波診断装置が利用されている。この超音波診断装置は、安全性に優れ、また超音波診断画像をリアルタイムで構築して被験者の体内状態を診断できることから、肝臓などの腹部検査を始めとして、循環器科領域や産婦人科領域などにおいて広く使用されている。

また、近年では、医療用に構成したカプセルを体内に送り込み、体内で撮影した撮影部位を体外の表示装置に映し出す機能、あるいは体内の病変部を採取、病変部に治療薬物を直接投与する機能等を有するカプセル型の内視鏡（以下カプセル内視鏡）の研究が進んでいる。

更に、ナノテクノロジーが進展する現在では、超音波を送信、受信する探触子（振動子ともいう）等の微細化や高性能化が進み、従来の超音波診断装置では到達困難であった体内組織深部にある下部消化管等を撮影して早期診断することができる超音波カプセル内視鏡の出現が望まれている。この超音波カプセル内視鏡として、本体内に探触子を配置した技術が特許文献１及び特許文献２に記載されている。これらに記載の技術は、カプセル内視鏡内の略管状に形成された振動子ホルダの外周面に振動子を配置し、駆動モータにより振動子ホルダを回転させることで円周方向に振動子を回転させると共に、この振動子から超音波を発信、受信することにより、ラジアル方向の超音波断層画像を得るものである。
特開２００４−２９８６０８号公報 特開２００４−２７５４０９号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２においては、振動子ホルダを回転させるための回転駆動機構が必要であることから構成が複雑化してしまい、超音波カプセル内視鏡が大型化してしまうという課題があった。被験者はカプセル内視鏡を嚥下、排泄しなければならないが、この内視鏡本体の大型化により嚥下、排泄することができず、超音波カプセル内視鏡による超音波検査を受けられない恐れが生じた。

また、回転する振動子から超音波を発信、受信して超音波断層画像を得るため、振動子の回転の際に生じた振動が超音波断層画像にノイズとして発現してしまい、鮮明な画像を得ることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波カプセル内視鏡を大型化することなく、鮮明な超音波断層画像を得ることができる超音波カプセル内視鏡及び超音波カプセル内視鏡システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の超音波カプセル内視鏡は、超音波の発信及び体内で反射した該超音波の受信を行う複数の探触子を備える。

また、上記目的を達成するために、請求項６に記載の超音波カプセル内視鏡システムは、請求項１〜５に記載の超音波カプセル内視鏡と、前記超音波カプセル内視鏡から送信された超音波信号を受信する外部通信部と、前記外部通信部が受信した超音波信号を解析して超音波断層画像を構築する画像処理部とを備える。

このような構成を備えることにより、探触子を回転させる回転駆動機構を必要としないので超音波カプセル内視鏡本体を小型に維持することができ、また、探触子を回転することなく超音波断層画像を構築することができるので、探触子の回転振動によるノイズが超音波断層画像に発現しなくなり、鮮明な超音波断層画像を得ることができる。

本発明によれば、探蝕子を回転することなく超音波断層画像が得られるため、カプセル内視鏡を小型化することができると共に、回転振動によるノイズが発現しないため、鮮明な超音波断層画像を得ることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を実施するための形態の説明において用いる用語や断定的な記載により、本発明の技術的範囲が限定されることはない。

図１は本発明の１例である超音波カプセル内視鏡システムの概略構成図であり、図２は図１に示す超音波カプセル内視鏡の内部構成を示す断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。

図１に示すように、超音波断層画像を得るための超音波カプセル内視鏡システム１は、被験者２の口部から嚥下されて体内管路を通過する際に超音波を発信、受信する超音波カプセル内視鏡３と、この超音波カプセル内視鏡３で受信した超音波（エコー）を無線通信により取得する被験者２の体外に設けられた外部通信部４と、外部通信部４で取得した超音波信号を解析して超音波断層画像をリアルタイムに構築する画像処理部５と、画像処理部５で構築した超音波断層画像を表示する表示部６と、超音波カプセル内視鏡３に対して超音波の発信指令等の指示をする指示部７とから構成される。

超音波カプセル内視鏡３は、超音波を発信、受信する複数からなる探触子、この探触子により受信した超音波を外部通信部４に送信する送受信アンテナ、被験者２の体内を撮影する観察光学系等を備えているが、この内部構成の詳細については後述する。

外部通信部４は、超音波カプセル内視鏡３から送信された超音波信号を受信したり、指示部７からの超音波発信指令等を超音波カプセル内視鏡３に送信するために送受信器及び送受信アンテナを備えている。この送受信機と送受信アンテナは、カプセル内視鏡３により撮影された被験者２の体内画像を受信することもできる。また、取得した超音波信号や体内画像を一時的に蓄えるため、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶媒体を備えていても良い。外部通信部４は、通信ケーブル８により画像処理部５と着脱自在に接続されている。通信ケーブル８としては、ＵＳＢ１．０、ＵＳＢ１．１、ＵＳＢ２、ＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４に規格されているようなシリアルデータ通信を行うものでも良いし、パラレルデータ通信を行うものであっても良い。

画像処理部５は、外部通信部４から通信ケーブル８を介して転送された超音波信号を解析し、超音波断層画像をリアルタイムに構築するための画像処理回路を備えている。また、超音波信号や超音波断層画像を記憶するために、例えば、容量が１００ＧＢのハードディスクが内蔵されている。この画像処理部５は、通信ケーブル８により表示部６と着脱自在に接続されており、画像処理回路により構築された超音波断層画像や被験者２の体内画像を表示部６に転送可能に構成されている。

表示部６は、ＣＲＴ、液晶、有機ＥＬ、プラズマ又は投影方式などのディスプレイにより構成されており、超音波断層画像、体内画像などを表示することができる。医師は、表示部６に表示された超音波診断画像や体内画像を確認しながら、被験者の体内状態を診断することができる。

指示部７は、マウス、キーボード等の入力機器からなり、医師が入力機器を操作することにより、外部通信部４を介して超音波カプセル内視鏡３に各種指示することができる。また、例えば、被験者２の診断結果を入力し、この診断結果を画像処理部５が備えるハードディスクに記憶させることにより、被験者２の診断履歴を作成することも可能である。

図２に示すように、超音波カプセル内視鏡３の外形は、上部消化器及び下部消化器内を速やかに移動できるように概略鶏卵形を小さくしたものであって、上面、側面から概略楕円形が好ましいが、球形、ラクビーボール型であっても良い。

超音波カプセル内視鏡３は、その前端側を略半球形状に形成された透明な前壁部２１と、その後端側を略半球形状に形成した後壁部２３と、前壁部２１及び後壁部２３を嵌合する中空で円筒形状に形成された中央部２２とにより、その内部が水密的な密閉構造となるカプセルを形成している。

超音波カプセル内視鏡３の内部には、対物レンズ３１、観察光学系３２、照明光学系３３、格納室３４、蓄電器３５、受信機３６、送信機３７、無線の送受信アンテナ３８、探触子４０が収納されている。なお、これらの部品は、図示しない基盤により一体的に取り付けられている。

観察光学系３２を構成する撮像素子は、撮影した被験者２の体内画像を電気信号に変換する装置であり、１画素が０．１μ〜３μ間隔に並ぶ微細ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の個体撮像素子が用いられる。

対物レンズ３１は、観察光学系３２の撮像素子に観察像を結像させるためのレンズであり、例えば、単又は複数の球面レンズ又は非球面レンズにより構成される。なお、この対物レンズ２は球面レンズよりも非球面レンズで構成するのが好ましい。非球面レンズで構成した場合、対物レンズのレンズ枚数を減らすことが可能となるため、超音波カプセル内視鏡３の全長を短くして、嚥下性、排泄性を向上させることができる。

照明光学系３３を構成する照明素子は、白色、緑色、赤色のＬＥＤ（以下ＬＥＤともいう）が常用される。

超音波カプセル内視鏡１の体内移動中において、照明素子から放出された照明光は、超音波カプセル内視鏡の透明な前壁部２１を透して撮影視野内に放出されて撮影視野内を照明する。撮像素子はこの照明された撮影視野内を対物レンズ３１を介して撮影する。撮像素子により撮影された信号は、図示しない信号処理回路で画像信号に変換された後、送信機３７、送受信アンテナ３８により外部通信部４に送信される。外部通信部４が取得した体内画像は、画像処理部５を介して表示部６に表示される。

格納室３４は、患部に送る薬液の格納室であり、また、採取した患部の生体試料を格納する試料室である。

蓄電器３５は、各素子や回路の電源として機能するものであり、病院内電源又は家庭用電源、太陽電池、燃料電池等で駆動されるものでも良いし、外部から送信される超音波、磁界や電界を電源に変換する変電器でも良い。

なお、観察光学系３２の撮像素子、照明光学系３３の照明素子、送信機３７等には、設定変更可能なプログラムを備えても良い。このようなプログラムを備えることにより、撮像素子による画像の撮影速度、照明素子による照明強度、送信機３７による画像の送信速度を任意に設定し、変更することができる。この設定変更は、超音波カプセル内視鏡の受信機３６、送受信アンテナ３８を介して、指示部７を操作することにより行うことができる。

また、図２に示すように、超音波カプセル内視鏡の短軸の長さをβ、この短軸と直交する長軸の長さをαとすると、α／β比をアスペクト比と定義する。このアスペクト比の範囲は１〜２．３であることが好ましい。特に好ましい範囲は１〜２である。また、カプセル内視鏡３の外表面に潤滑性材料である親水性媒体を塗工又は表面処理することが好ましい。これにより、カプセル内視鏡３を嚥下した際、消化器内の分泌物と親水性媒体とが親和して、カプセル内視鏡３の消化管腔との間の潤滑性が向上し、消化管を損傷させることなく、速やかに移動することができる。

探触子４０は、指示部７からの超音波発信指令に基づいて超音波を被験者２の体内に向けて発信したり、体内で反射した該超音波を受信したりすることができる。この探蝕子４０は、中央部２２の内部外周面沿って短軸方向に並んで複数個配置されている。探触子４０の配置方法は、図３（ａ）に示すように、９０度ごとに探触子４０を１個ずつ配置してカプセル内視鏡３内に合計４個配置する方法、図３（ｂ）に示すように、４５度ごとに探触子４０を１個ずつ配置してカプセル内視鏡３内に合計８個配置する方法、また図３（ｃ）に示すように、等間隔に４６個の探蝕子４０を配置する方法などがあるが、超音波断層画像の精度、製造コスト、超音波カプセル内視鏡３のサイズなどに応じて適宜選択することが可能である。

また、図示していないが、１列配置ではなく２列、３列、ｍ列というように超音波カプセル内視鏡３の長軸方向に複数列配置することも可能である。短軸方向にｎ個、長軸方向にｍ列の場合、ｎ×ｍ＝Ｎ個の探蝕子を配置することができる。このＮの範囲としては４〜２３０であるが、好ましい範囲は８〜４０である。８個未満であると精密な超音波断層画像を得ることが難しく、４０個を超えると干渉により超音波断層画像に現れるノイズ量が上昇するので、状況に応じて最適値を選択するのが好ましい。

探蝕子４０は、これを構成する材料により高分子型と無機型がある。高分子型は、特開平０８−０３６９１７号公報に記載されているように、フッ化ビニリデンと３フッ化ビニリデンの共重合体を用いることができる。高分子型の探蝕子は、曲げに強いため超音波カプセル内視鏡３の内部外周面に沿って配置するのに好ましい。

無機型の探蝕子としては、ＰＺＴ（鉛、ジルコニウム、チタン系）を用いることが一般的であるが、鉛を使用しないニオブを使用した系、例えば、特開２０００−２３２３３１号公報に示されるような材料を用いることが好ましい。

ここで、上述した超音波カプセル内視鏡システム１を使用して、被験者２の体内を診断する工程について説明する。

先ず、被験者２は、少量の水と共に超音波カプセル内視鏡３を嚥下する。嚥下された超音波カプセル内視鏡３は、被験者２の消化器の蠕動運動に従い消化器上部から下部に向かって移動する。その間、超音波カプセル内視鏡３は、対物レンズ３１、観察光学系３２、照明光学系３３により一定時間毎に被験者２の体内を撮影し、この撮影された体内画像を外部通信部５に送信する。外部通信部５が取得した体内画像は、画像処理部５を介して表示部６に表示される。

医師は、表示部６に表示された体内画像を見て被験者２の体内状況を診断すると共に、超音波断層画像による診断が必要な部位に超音波カプセル内視鏡３が到着したことを確認すると、指示部７を操作して超音波発信指令を入力する。この超音波発信指令は、外部通信部４に設けられた送受信アンテナ、送受信機により超音波カプセル内視鏡３に送信される。

超音波カプセル内視鏡３は、超音波発信指令を受信すると、探触子４０により超音波を発信する。探触子４０は複数設けられており、これらが超音波を同時に発信するとお互いに干渉してしまうので、所定のタイムラグを設けて次々に発信するようにすれば良い。

超音波カプセル内視鏡３は、体内で反射した超音波を探触子４０により受信し、これを超音波信号として送信機３７、送受信アンテナ３８を介して外部通信部４に送信する。外部通信部４は受信した超音波信号を画像処理部５に転送し、画像処理部５はこの超音波信号を解析して超音波断層画像を構築して表示部７に転送する。そして、表示部７が超音波断層画像を表示することにより、リアルタイムに超音波断層画像の診断が可能となる。この超音波検査後、超音波カプセル内視鏡３は被験者２の肛門に到達（嚥下して約８〜１０時間後）し、排泄により体外に放出される。

なお、超音波カプセル内視鏡３が被験者２の体内を移動中、体内の病変部を採集して格納室３４に格納するようにしても良い。この場合、体外に排出された超音波カプセル内視鏡３を回収し、超音波カプセル内視鏡３の格納室３４から採取した病原部を取り出して観察、検査することが可能となる。

また、超音波は空気中では伝搬されにくいことから消化器の表面に探蝕子４０を接触させることが好ましい。本実施例においては、探触子４０は超音波カプセル内視鏡３の内部外周面に沿って配置されているので、超音波カプセル内視鏡３の外面を消化器に接触させることにより、空気を介さずに超音波を伝搬することができる。この方法として、例えば、上下左右に反転させることができる架台の上に被験者２を乗せておき、超音波カプセル内視鏡３が超音波を発信する際に、超音波カプセル内視鏡３の外面が消化器に接触するように架台を反転させる方法などが考えられる。

超音波カプセル内視鏡システムの概略構成図である。 超音波カプセル内視鏡の内部構成を示す断面図である。 図２の超音波カプセル内視鏡のＡ−Ａ線断面図である。（ａ）４個の探触子を等間隔に配置した図である。（ｂ）８個の探触子を等間隔に配置した図である。（ｃ）６４個の探触子を等間隔に配置した図である。

符号の説明

１ 超音波カプセル内視鏡システム
３ 超音波カプセル内視鏡
４ 外部通信部
５ 画像処理部
６ 表示部
７ 操作部
２１ 前壁部
２２ 中央部
２３ 後壁部
３６ 受信機
３７ 送信機
３８ 送受信アンテナ
４０ 探蝕子

Claims (6)

1. 超音波の発信及び体内で反射した該超音波の受信を行う複数の探触子を備えたことを特徴とする超音波カプセル内視鏡。
2. 前記複数の探触子は本体の内部外周面に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波カプセル内視鏡。
3. 前記超音波カプセル内視鏡は、略半球形状の前壁部及び後壁部と、前記前壁部と後壁部を嵌合する中空で円筒形状の中央部とから形成され、前記複数の探蝕子は前記中央部の内部外周面に沿って配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波カプセル内視鏡。
4. 前記探触子は本体の短軸方向に並んで配置されることを特徴とする請求項３に記載の超音波カプセル内視鏡。
5. 前記探触子は本体の長軸方向に複数列配置されることを特徴とする請求項４に記載の超音波カプセル内視鏡。
6. 請求項１〜５に記載の超音波カプセル内視鏡と、前記超音波カプセル内視鏡から送信された超音波信号を受信する外部通信部と、前記外部通信部が受信した超音波信号を解析して超音波断層画像を構築する画像処理部とを備えたことを特徴とする超音波カプセル内視鏡システム。

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