JP2008011913A - カプセル医療装置およびカプセル医療装置システム - Google Patents

Abstract

【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。
【解決手段】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。
【選択図】図３

Description

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。

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。

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。
特開２００６−７５５３７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_１，Ｍ_２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_１，Ｍ_２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_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_２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_１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。

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_２を発生する位置検出用磁界発生部３８とを備えている。

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_２を発生させる複数の信号発生コイル４１とを備えている。

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。

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_２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。

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_１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_１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。

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_１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_１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_１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。

カプセル医療装置１の方向をガイダンス用磁界Ｍ_１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_１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_１の向きとの角度が９０°となったときに最大となる。

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。

例えば、ガイダンス用磁界Ｍ_１の強度１００ｍＴ、周波数１０Ｈｚ、位置検出用磁界Ｍ_２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^-６ｍ^２、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_１による誘導信号の強度は約１００ｍＶ、位置検出用磁界Ｍ_２による誘導信号の強度は約２ｍＶとなる。

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_１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_２による誘導信号を精度よく検出することができない。

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_１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_１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_２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_１の影響を低減して、位置検出用磁界Ｍ_２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。

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_１が作用する空間Ｓに被検者を配置する。

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。

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。

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_２が発生する。

発生した位置検出用磁界Ｍ_２がカプセル医療装置１に作用すると、位置検出用磁界Ｍ_２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。

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。

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_１の算出に用いられる。

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_１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_１が発生する。

ガイダンス用磁界Ｍ_１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_１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_１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。

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。

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_１および位置検出用磁界Ｍ_２の両方が入射され、それぞれ、その磁界Ｍ_１，Ｍ_２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_１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_１の影響を低減して、位置検出用磁界Ｍ_２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。

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_１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。

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_２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_２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。

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。

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_２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_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１のカプセル医療装置システムのプロック図である。 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３のカプセル医療装置を示す縦断面図である。 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。 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

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

Claims (10)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Images