JP2008119053A - カプセル型内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】カプセル型内視鏡の複数の送信用電極に発生する静電気の内部回路に対する影響を抑制可能なカプセル型内視鏡を提供すること。
【解決手段】カプセル型内視鏡の外周面に配置された送信用電極１６ａ、１６ｂに静電気の保護素子２２ａ、２２ｂを接続する。これにより、静電気による過電圧が送信用電極１６ａ、１６ｂに印加された場合に、送信用電極１６ａ、１６ｂから保護素子２２ａ、２２ｂを介してＧＮＤ電極２３に電流が流れ、カプセル型内視鏡の内部回路への過電圧の印加が防止される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被検体内に導入され、該被検体内を移動しながら、被検体を信号伝達媒体として被検体内情報を体外受信装置へ送信するカプセル型内視鏡に関するものである。

現在、内視鏡の分野において、飲み込み型のカプセル型内視鏡が実用化されている。このカプセル型内視鏡は、撮像機能と無線通信機能とを有しているものである。そして、カプセル型内視鏡は、観察（検査）のために被検体の口から導入された後、自然排出されるまでの間、体腔内、例えば胃や小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に従って移動しながら順次撮像を行い、被検体内の情報を取得する。

カプセル型内視鏡が体腔内を移動する間に得られた被検体内情報（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。無線通信機能とメモリ機能とを備えた受信機を携帯することにより、被検体は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの間に渡って自由に行動できる。

さらに、カプセル型内視鏡における無線通信方式の一つとして、被検体を信号伝達媒体として利用し、画像データを外部に送信する人体通信方式が提案されている。例えば、特許文献１においては、カプセル型内視鏡の外周面に２つの信号電極を設け、画像データに応じた電位差を２極間に発生させて被検体内に電流を流す。そして、この電流を被検体外に配置された体外受信装置の受信電極で受け、受信電極間に流れる電流量を検出することで、人体を信号伝達媒体として利用して画像データを伝送することが可能である。
特表２００６−５１３６７０号公報

ここで、従来の人体通信方式を利用したカプセル型内視鏡においては、外部からの静電気が内部回路の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。即ち、従来の人体通信方式を利用したカプセル型内視鏡は、送信用電極が外表面に配置される構成となっている。そのため、無線通信方式等の通信方式が異なる他のカプセル型内視鏡に比べて外部からの静電気を送信用電極で直接受けやすく、これによってカプセル型内視鏡の内部回路に対して影響を及ぼしやすいことが考えられる。これに対し、特許文献１では、静電気に対する内部回路の保護に関して明確な対策がないため、カプセル型内視鏡を被検体に適用した時に、人体に帯電した静電気の影響により、内部回路の動作に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、カプセル型内視鏡の複数の送信用電極に発生する静電気の内部回路に対する影響を抑制可能なカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様のカプセル型内視鏡は、被検体内に導入され、移動しながら前記被検体内の情報を取得し、取得した前記被検体内の情報を被検体外へ送信するカプセル型内視鏡において、前記被検体内の情報を前記被検体外へ送信するために前記カプセル型内視鏡の外周面に配置された複数の送信用電極と、前記複数の送信用電極に接続され、静電気により、前記送信用電極に生じた閾値以上の電圧を制限する静電気保護手段とを具備することを特徴とする。

この第１の態様によれば、カプセル型内視鏡の外表面に配置された送信用電極に、静電気によって閾値以上の電圧が発生した場合に、その電圧が静電気保護手段によって制限される。これによって静電気の内部回路に対する影響を抑制可能である。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカプセル型内視鏡を用いたカプセル型内視鏡システムの全体構成を示す模式図である。図１に示すカプセル型内視鏡システムは、カプセル型内視鏡２と、受信装置３と、表示装置４と、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、被検体１の内部に導入され、被検体１の内部を移動しながら繰り返し撮像を行って被検体内情報（例えば、被検体１の内部の画像）を取得し、この取得した被検体内情報を含む所定信号を受信装置３に送信する。

受信装置３は、カプセル型内視鏡２からの送信信号を受信し、受信した信号から画像を導出する。図１に示すように受信装置３は、受信用電極６ａ〜６ｎと、処理装置７とから構成されている。受信用電極６ａ〜６ｎは被検体１の外表面に配置され、カプセル型内視鏡２からの送信信号を受信するための電極である。処理装置７は、受信用電極６ａ〜６ｎにおける受信信号から被検体１の内部の画像を導出する。

表示装置４は、カプセル型内視鏡２によって得られた被検体１の内部の画像等を表示する。この表示装置４は、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等として構成される。より具体的には、表示装置４は、携帯型記録媒体５に記録されたデータから映像信号を再生してＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ等に表示する機能を有する。

携帯型記録媒体５は、処理装置７及び表示装置４に対して着脱可能であって、両者に対する装着時に情報の出力および記録が可能な構造を有する。具体的には、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処理装置７に装着されてカプセル型内視鏡２の被検体内情報を記録する。そして、カプセル型内視鏡２が被検体１から排出された後に、処理装置７から取り出されて表示装置４に装着され、携帯型記録媒体５に記録されている被検体内情報が表示装置４によって読み出される。携帯型記録媒体５によって処理装置７と表示装置４との間でのデータの受け渡しを行うことで、処理装置７と表示装置４との間が有線接続された場合とは異なり、カプセル型内視鏡２が被検体１の内部を移動中であっても、被検体１が自由に行動することが可能となる。

図２は、カプセル型内視鏡２の内部の詳細な構成を示すブロック図である。即ち、カプセル型内視鏡２は、バッテリー８と、電源回路９と、ＬＥＤ１０と、ＬＥＤ駆動回路１１と、撮像素子（ＣＣＤ）１２と、撮像素子駆動回路１３と、信号生成回路１４と、整合回路１５と、送信用電極１６ａ、１６ｂと、静電気保護回路１７と、システムコントロール回路１８とから構成されている。

バッテリー８は、カプセル型内視鏡２の内部で電力を使用するための電源である。電源回路９は、バッテリー８からカプセル型内視鏡２の内部の各構成要素に供給するための電力を生成し、この電力をカプセル型内視鏡２の各構成要素に供給する。カプセル型内視鏡２の各構成要素は電源回路９から供給される電力を駆動エネルギーとして動作する。

ＬＥＤ１０は、被検体１の内部の撮像を行う際に被検体１の内部の撮像領域を照明するための光源である。ＬＥＤ駆動回路１１は、ＬＥＤ１０を駆動するための駆動回路である。撮像素子１２は、ＬＥＤ１０によって照明された撮像領域からの反射光像を撮像して被検体内情報（画像信号）を取得するＣＣＤ方式の撮像素子である。撮像素子駆動回路１３は、撮像素子１２を駆動する駆動回路である。撮像素子１２において取得された画像信号は、システムコントロール回路１８においてデジタル化され、これによって被検体１の体内の画像データが生成される。

ここで、光源及び撮像素子として、ＬＥＤ及びＣＣＤ方式の撮像素子を用いることは必須ではない。例えば撮像素子としてＣＭＯＳ方式の撮像素子を用いるようにしても良い。

信号生成回路１４は、システムコントロール回路１８において取得された被検体１の画像データに対して変調等の処理を行い、受信装置３へデータを送信するための送信信号を生成する。

整合回路１５は、送信用電極１６ａ、１６ｂと被検体１との間でのインピーダンス整合を行うために、信号生成回路１４により生成された送信信号の特性インピーダンスを変更する。具体的には、整合回路１５は、具体的には、コンデンサ成分、インダクタ成分、抵抗成分のインピーダンスを可変する構成を備え、その回路内部において送信信号の特性インピーダンスを可変する。このためには、例えば、整合回路１５として、送信用電極１６ａ、１６ｂとの間に直列または並列にインピーダンス可変素子を挿入する構成を採用すれば良い。このような整合回路１５により、送信信号の特性インピーダンス、送信信号の電力、送信信号の位相、送信信号の周波数などの特性を変更することができる。

さらに、整合回路１５は、被検体１の内部に流れる電流の最大値を制限するための電流保護抵抗素子を備えている。

送信用電極１６ａ、１６ｂは、整合回路１５から出力される送信信号を被検体１の内部に送信するための電極である。送信用電極１６ａ、１６ｂは導電性を有し、且つ耐食性に優れ人体に無害な金属で構成され、カプセル型内視鏡２の外周面に配置される。

静電気保護回路１７は、カプセル型内視鏡２の外部より送信用電極１６ａ、１６ｂに生じる静電気による過電圧を抑制する。静電気保護回路１７はカプセル外周面に配置される送信用電極１６ａ、１６ｂに一端が接続され、もう一端が電源回路９にて生成されるＧＮＤ電位と等電位のＧＮＤ電極に接続されている。なお、送信用電極１６ａ、１６ｂに接続された静電気保護回路１７については、後述にて詳細動作を記載する。

ここで、静電気保護回路１７は、送信用電極１６ａ、１６ｂへ接続されるだけでなく、さらにカプセル型内視鏡の電源回路９に追加して接続しても良い。つまり、静電気保護回路１７の一端を電源回路９の内部の電源端子に接続し、もう一端をＧＮＤ電極に接続することでも、外部より送信用電極１６ａ、１６ｂに生じる静電気がカプセル型内視鏡２の電源回路９に与える影響を抑制することが可能となる。

システムコントロール回路１８は、ＬＥＤ駆動回路１１、撮像素子駆動回路１３、信号生成回路１４、及び電源回路９の動作を制御すると共に、撮像素子１２で得られる画像信号をから被検体１の画像データを生成する。

図３は、整合回路１５及び静電気保護回路１７の回路ブロック図である。ここで、図３の回路においては、整合回路１５と静電気保護回路１７とが整合回路基板２５上に実装される例を示している。

整合回路１５は、ポート１９と、ドライブ回路２０と、抵抗素子２１ａ、２１ｂとから構成されている。ドライブ回路２０は、入力がポート１９に接続され、出力が抵抗素子２１ａ、２１ｂに接続されている。そして、ドライブ回路２０は、信号生成回路１４からポート１９を介して入力される送信信号に対してバッファ動作を行う。抵抗素子２１ａ、２１ｂは、送信用電極１６ａと送信用電極１６ｂとの間が短絡状態のときに、送信用電極１６ａと送信用電極１６ｂとの間に流れる電流の量を制限する。抵抗素子２１ａ、２１ｂは、数百Ωの抵抗値を有する抵抗素子で構成され、ドライブ回路２０と送信用電極１６ａ、１６ｂとの間にそれぞれ直列に接続されている。

静電気保護回路１７は、保護素子２２ａ、２２ｂと、ＧＮＤ電極２３とから構成されている。保護素子２２ａ、２２ｂは、人体からの静電気が送信用電極１６ａ、１６ｂに印加された場合に、カプセル型内視鏡２の内部回路を保護する。図３の回路では、保護素子２２ａ、２２ｂがバリスタ素子で構成されている。そして保護素子２２ａ、２２ｂは、一端が送信用電極１６ａ、１６ｂに接続され、もう一端がＧＮＤ電極２３に接続されている。バリスタ素子は、素子自身が持つ固有の閾値電圧に対して、それよりも大きい電圧が生じると、抵抗値が急激に低下する性質を持つ。

ここで、保護素子２２ａ、２２ｂはバリスタ素子に限るものではない。例えば、２つのツェナーダイオードを逆並列に接続したものを保護素子として利用しても良いし、また１つのツェナーダイオードを利用し、ツェナーダイオードのカソード電極を送信用電極に、アノード電極をＧＮＤ電極に接続する構成としてもよい。更に、保護素子は、上記と異なるサージアブソーバ素子を用いても良いし、コンデンサや抵抗素子を併せて用いる構成としても良い。

図３に示した構成により、送信用電極間に、静電気によってバリスタ素子の閾値以上の過電圧が生じた場合にバリスタ素子の抵抗値が低下し、これによって送信用電極１６ａ、１６ｂからＧＮＤ電極２３に電流を流すことにより、カプセル型内視鏡２の内部回路に過電圧が印加されることを防止するという効果を得ることができる。

図４は、カプセル型内視鏡２の内部に図３の回路を配置した場合の断面図である。図４に示すように、カプセル型内視鏡２は、カプセルケース部２４と撮像ドーム部２７とを組み合わせたカプセル形状の筐体の内部に図１で示した各回路が配置されて構成されている。ここで、図４においては、説明を簡単にするために、図１に示す一部の回路の図示を省略している。

撮像ドーム部２７は、ＬＥＤ１０により外部を照明すると共に、外部からの光を撮像素子１２により受光することが可能なように透明材料で構成されている。また、送信用電極１６ａ、１６ｂは、絶縁体で構成されるカプセルケース部２４の外周面に配置され、送信用電極１６ａと送信用電極１６ｂとの間はカプセルケース部２４によって絶縁されている。そして、送信用電極１６ａ、１６ｂには、整合回路基板２５の出力部である送信パッド２６ａ、２６ｂが接続され、これら送信パッド２６ａ、２６ｂより送信信号が供給される。

また、図４に示すように、保護素子２２ａ、２２ｂは送信パッド２６ａ、２６ｂを介して送信用電極１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続されると共に、カプセル型内視鏡の内部で電源回路９により生成されるＧＮＤ電位と等電位に設定されたＧＮＤ電極２３に接続される。また、図４では図示を省略しているが整合回路基板２５上には、電源回路９から供給される電源電圧を受けるための電源供給パッドや整合回路機能を実行する素子（抵抗素子２１ａ、２１ｂ）や配線等も備える。

ここで、図４に示すように、整合回路基板２５は、カプセル型内視鏡２の内部において、カプセルケース部２４の中央付近ではなく、カプセルケース部２４の端面に近接して配置することが好ましい。これは、送信用電極１６ａ、１６ｂと整合回路基板２５との間の配線長を短くして、送信信号を伝送する際の送信用電極１６ａ、１６ｂと整合回路基板２５との間の配線における放電を抑制するためである。また、保護素子２２ａ、２２ｂについても送信用電極１６ａ、１６ｂの近傍に配置されるようにして整合回路基板２５上に配置することが好ましい。これも保護素子２２ａ、２２ｂと送信用電極１６ａ、１６ｂとの間での放電を抑制するためである。

図４に示すようにして各回路や素子を配置することにより、送信用電極１６ａ、１６ｂの近傍に整合回路基板２５と保護素子２２ａとを配置して静電気保護機能を実現することが可能である。

以上説明したように、第１の実施形態では、カプセル型内視鏡２の外周面に配置された送信用電極１６ａ、１６ｂに保護素子２２ａ、２２ｂを接続することにより、カプセル型内視鏡２の内部回路を静電気から保護することが可能となる。より詳しくは、カプセル型内視鏡２の外周面に配置された送信用電極１６ａ、１６ｂに対して、カプセル型内視鏡２の内部の整合回路基板２５上に適切に配置された保護素子２２ａ、２２ｂを用いることで、送信用電極１６ａ、１６ｂの近傍で静電気による過電圧を抑制することが可能となる。また、図４に示すように、保護素子２２ａ、２２ｂを送信用電極１６ａ、１６ｂの近傍に配置することで、不要な静電気の放電現象を抑えることが可能である。

［変形例］
図５は、本発明の第１の実施形態の変形例のカプセル型内視鏡の内部に図３の回路を配置した場合の断面図である。ここで、カプセル型内視鏡２は、図４と同様に、カプセルケース部２４と撮像ドーム部２７とを組み合わせたカプセル形状の筐体で構成され、外周面には送信用電極１６ａ、１６ｂが設けられている。

そして、変形例においてはカプセルケース部２４の内周面に、ＧＮＤ電極２３が設けられ、このＧＮＤ電極２３に保護素子２２ａ、２２ｂが接続されている。さらに、保護素子２２ａ、２２ｂは、送信用電極１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続されている。また、送信用電極１６ａ、１６ｂは、整合回路基板２５の送信パッド２６ａ、２６ｂにもそれぞれ接続されている。

即ち、図５に示すように、保護素子２２a、２２ｂは、送信用電極１６ａ、１６ｂとＧＮＤ電極２３との間に、配線長が最短となるようにカプセルケース部２４の内周面に接触する形で配置されている。ここで、図５では、カプセルケース部２４の内周面に設けられるＧＮＤ電極２３が１つのみ図示されているが、ＧＮＤ電極は１つに限るものではなく、保護素子２２ａ用と保護素子２２ｂ用とに分割して配置しても良い。

以上説明した変形例により、保護素子２２ａ、２２ｂを、送信用電極１６ａ、１６ｂだけでなく、ＧＮＤ電極２３に対しても極めて接近して配置することが可能となる。したがって、送信用電極１６ａ、１６ｂに静電気による過電圧が供給された場合に、送信用電極１６ａ、１６ｂの直近において過電圧保護を実行でき、この際、過電圧が余分な経路を通らずにＧＮＤ電極に伝わるため、内部回路を保護する効果がより高くなる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るカプセル型内視鏡の整合回路１５及び静電気保護回路１７の回路ブロック図である。第２の実施形態は、静電気保護回路としての保護素子を整合回路の一部として利用する例である。なお、図６において、図３と同様の参照符号を付している構成については図３と同様の機能を有するものなので説明を省略する。

図６において、抵抗素子２１ａ、２１ｂは一端がドライブ回路２０の出力に接続され、もう一端が送信用電極１６ａ、１６ｂと被検体１とのインピーダンス整合を行うためのインダクタ素子２９ａ、２９ｂにそれぞれ接続されている。さらに、インダクタ素子２９ａ、２９ｂにはそれぞれ、静電気保護回路１７の保護素子として、逆並列に接続されたツェナーダイオード３０ａ、３０ｂが接続されている。これらツェナーダイオード３０ａ、３０ｂのもう一端はＧＮＤ電極２３に接続されている。

ツェナーダイオード３０ａ、３０ｂは、送信用電極１６ａ、１６ｂに静電気により閾値電圧（ツェナー電圧）以上の過電圧が印加された場合には、その過電圧がカプセル内部回路に印加されることを防ぐ機能を有する。また、閾値以上の電圧が印加されていない場合には、固有の容量値を持つ素子として動作する機能を有する。

つまり、ツェナーダイオード３０ａ、３０ｂは、送信用電極１６ａ、１６ｂを介して静電気による過電圧が印加された時には静電気保護素子として動作し、送信用電極１６ａ、１６ｂを介して過電圧が印加されていない時にはキャパシタ素子として動作する。このとき、ツェナーダイオード３０ａ、３０ｂは、送信用電極１６ａ、１６ｂと被検体１とのインピーダンス整合を、インダクタ素子２９ａ、２９ｂと共に行うように動作する。

ここで、図６において、送信用電極１６ａ、１６ｂと被検体１とのインピーダンス整合を行うための素子として示したインダクタ素子２９ａ、２９ｂは、キャパシタ素子によって構成することもできる。また、接続方法も送信用電極１６ａ、１６ｂに対して直列に接続するだけでなく並列に接続することにより構成することも可能である。

なお、第２の実施形態では、保護素子をツェナーダイオード３０ａ、３０ｂにより構成したが、第１の実施形態で示したバリスタ素子やその他のサージアブゾーバ素子により構成しても良い。

また、第２の実施形態においては、図６の回路が実装される整合回路基板及び保護素子の位置については特に限定していないが、第１の実施形態及びその変形例において説明したように、これらは送信用電極の近傍に配置することが好ましい。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、静電気保護素子が閾値電圧以上の電圧が印加されない場合にキャパシタ素子として動作する性質を利用し、静電気が印加されない場合には、保護素子を送信用電極と被検体とのインピーダンス整合素子として機能させ、静電気が印加された時には静電気保護素子として機能させることが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係るカプセル型内視鏡を用いたカプセル型内視鏡システムの全体構成を示す模式図である。 カプセル型内視鏡の内部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における整合回路及び静電気保護回路の回路ブロック図である。 カプセル型内視鏡の内部に図３の回路を配置した場合の断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例のカプセル型内視鏡の内部に図３の回路を配置した場合の断面図である。 本発明の第２の実施形態における整合回路及び静電気保護回路の回路ブロック図である。

符号の説明

２…カプセル型内視鏡、３…受信装置、４…表示装置、５…携帯型記録媒体、６ａ〜６ｎ…受信用電極、７…処理装置、８…バッテリー、９…電源回路、１０…ＬＥＤ、１１…ＬＥＤ駆動回路、１２…撮像素子（ＣＣＤ）、１３…撮像素子駆動回路、１４…信号生成回路、１５…整合回路、１６ａ，１６ｂ…送信用電極、１７…静電気保護回路、１８…システムコントロール回路、２０…ドライブ回路、２１ａ，２１ｂ…抵抗素子、２２ａ，２２ｂ…保護素子、２３…ＧＮＤ電極

Claims (4)

1. 被検体内に導入され、移動しながら前記被検体内の情報を取得し、取得した前記被検体内の情報を被検体外へ送信するカプセル型内視鏡において、
   前記被検体内の情報を前記被検体外へ送信するために前記カプセル型内視鏡の外周面に配置された複数の送信用電極と、
   前記複数の送信用電極に接続され、静電気により、前記送信用電極に生じた閾値以上の電圧を制限する静電気保護手段と、
   を具備することを特徴とするカプセル型内視鏡。
2. 前記静電気保護手段は、前記送信用電極と前記カプセル型内視鏡の内側に配置されるＧＮＤ電極との間に接続されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
3. 前記静電気保護手段は、前記送信用電極の近傍に配置されることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型内視鏡。
4. 前記静電気保護手段は、前記送信用電極に閾値以上の電圧が生じていない場合には、整合回路の一部として動作することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のカプセル型内視鏡。

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