JP2008119056A - カプセル型撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像範囲を能動的に変化させる。
【解決手段】電磁石１００を励磁するとシート状の永久磁石からなるヒレ部１０１に磁気反発力が作用し、ヒレ部１０１の自由端側を外側に変位させるように駆動できる。そして、消化管内に存在する液体（胃液など）中においてヒレ部１０１を駆動すれば、同時に駆動するヒレ部１０１の組合せと個数に応じて本体１の姿勢を制御してカメラモジュール２による撮像範囲を能動的に変化させることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カプセル型の本体内にカメラモジュールを収納してなり、カメラモジュールで撮像した消化管内の画像を無線媒体で体外に送信するカプセル型撮像装置に関するものである。

従来より、カプセル型の本体内にカメラモジュールを収納してなり、カメラモジュールで撮像した消化管内の画像を無線媒体で体外に送信するカプセル型撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されている従来例では、カプセル型撮像装置を患者の口腔から消化管内に挿入し、カプセル型撮像装置から電波のような無線媒体で送信される消化管内の画像を体外において受信し、受信した画像をモニタ装置で確認するとともに、カプセル型撮像装置が患部近傍に到達したら本体内に収納されている薬剤を散布して患部を治療したり、あるいは本体に付設されているカップ部材を用いて患部の全部又は一部を切除し且つ回収することで治療や診断に利用されている。
特開２００３−３２５４３８号公報（段落００９９〜０１０３並びに図１３参照）

ところで上記従来例では、カプセル型撮像装置の姿勢を制御する構成を有しておらず、撮像範囲を能動的に変化させることができなかった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、撮像範囲を能動的に変化させることができるカプセル型撮像装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、消化管内に挿入されるカプセル型の本体と、照明光を照射する発光素子並びに消化管内を撮像する撮像素子が立体成形回路基板に実装されてなり本体内に収納されるカメラモジュールと、本体内に収納されてカメラモジュールで撮像された画像を無線媒体により体外に送信する通信モジュールと、本体の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備え、姿勢制御手段は、一端が本体に固定され他端が変位自在である１乃至複数のヒレ部を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、姿勢制御手段は、永久磁石からなる前記ヒレ部と、本体内に収納され磁界によってヒレ部を変位させる電磁石とを有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、消化管の患部を切除する切除手段と、本体内に収納される位置と本体外に退出する位置との間で切除手段を移動させる移動手段と、切除手段を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、切除手段は、一対の刃を有した鋏からなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３の発明において、切除手段は、線材によって環状に形成され環内に患部が挿通された状態で縮径することにより当該患部を切除することを特徴とする。

本発明によれば、一端が本体に固定されたヒレ部の他端を変位させることで本体の姿勢が制御できて撮像範囲を能動的に変化させることができる。また、患部を切除するための切除手段を備えた場合、本体の姿勢が制御できるために切除手段による患部の切除が容易に行える。さらに、加熱手段によって加熱された切除手段で患部を焼いて止血することにより、患部を切除すると同時に切除後の止血を行うことができる。

（実施形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施形態１を詳細に説明する。本実施形態は、消化管内に挿入されるカプセル型の本体１と、消化管内を撮像するカメラモジュール２と、カメラモジュール２で撮像された画像を無線媒体により体外に送信する通信モジュール５と、本体１の姿勢を制御する姿勢制御手段と、消化管の患部を切除する切除手段と、本体１内に収納される位置と本体１外に退出する位置との間で切除手段を移動させる移動手段と、切除手段を加熱する加熱手段と、本体１内に収納される電池３とを備えている。なお、以下の説明では図１（ａ）における左右方向を前後方向、上下方向を上下方向、紙面に垂直な方向を左右方向とする。

カメラモジュール２は、図１〜図４に示すように照明光を照射する３つの発光素子２０と、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳからなる固体撮像素子２１と、撮像レンズ２２とが立体成形回路基板２３に実装されて構成されている。立体成形回路基板２３は、図３の（ａ），（ｂ），（ｆ）に示すように前後方向からみて一部（円弧と弦で囲まれた領域）が欠如した略円形の平板状に形成され、略中央に角筒形の貫通孔２３ａが設けられ、かかる貫通孔２３ａを塞ぐ形で後側に固体撮像素子２１が実装されるとともに前側に両凸レンズからなる撮像レンズ２２が実装されている。また、立体成形回路基板２３前面にはすり鉢状の３つの凹所２３ｂが貫通孔２３ａを囲むように撮像レンズ２２の光軸を中心とする同心円上に並べて形成されている。これらの凹所２３ｂ底面には、白色ＬＥＤからなる発光素子２０が各々実装されている。また、凹所２３ｂの底面並びに周面はめっき等による鏡面加工が施されており、発光素子２０から放射される光を効率よく前方へ照射できるようになっている。なお、発光素子２０や撮像素子２１は立体成形回路基板２３に形成されている導体パターン２３ｃによって第一制御部４と電気的に接続されている。

第一制御部４は、撮像素子２１から出力される映像信号を無線通信に適した形式に変換する機能や、電池３から撮像素子２１への電力供給を制御する機能、発光素子２０の発光を制御する機能等を実現する１チップの集積回路からなる。通信モジュール５は、第一制御部４から受け取った映像信号を無線媒体（電波）によって送信する送信機能と、外部から無線媒体（電波）で送信されてくる制御信号を受信して第一制御部４に渡す受信機能とを実現する１チップの集積回路からなる。なお、第一制御部４並びに通信モジュール５は、立体回路成形基板からなる電池ケース６の前面に実装されている。

電池ケース６は、図１〜図３に示すようにボタン形の電池３を軸方向に３個重ねて収納可能な有底筒状のケース本体６０と、ケース本体６０後面の電池挿入口を閉塞する電池蓋６１と、ケース本体６０前面より前方へ突出する周壁６２とが一体に形成されており、ケース本体６０前面の周壁６２に囲まれた部位に第一制御部４と通信モジュール５が実装され、さらに、周壁６２の前端面にカメラモジュール２が結合されている。なお、電池３と第一制御部４、第一制御部４と通信モジュール５並びにカメラモジュール２とは各々電池ケース６に形成された導体パターン６３によって電気的に接続されている（図３参照）。

また、電池ケース６の後面（電池蓋６１の後面）と正対する平板状の実装部６５が、ケース本体６０後面の下端から後方に向かって突設された連結片６４によって電池ケース６と連結されている。この実装部６５には、後述する第二制御部７、無線受信部８、移動機構駆動部９、姿勢制御部（姿勢制御手段）１０が実装されている。さらに、電池ケース６（電池蓋６１）の後面には後述する昇圧回路１１が実装されている。

電池ケース６が本体１に収納された状態では、図１，図２に示すように本体１内が３つの区画に区分される。すなわち、１つめはカメラモジュール２やケース本体６０等が収納される第一区画、２つめはケース本体６０と実装部６５並びに周壁６２前面の下端部から前方へ突出する隔壁６６によって囲まれた第二区画、３つめは実装部６５と本体１の後端部に囲まれた第三区画であって、それぞれが水密区画となっている。

ここで、第二区画には切除手段、移動手段（移動機構）、加熱手段が収納される。切除手段は一対の刃３０，３０で構成される鋏（はさみ）からなり、移動機構と一体に形成されている。移動機構は従来周知のトグルリンク機構であって、短冊状の多数のアーム３１が両端（若しくは一端）と中央において各々異なる他のアーム３１と軸ピン３２により回動自在に連結されてなり、最先端に位置する一対のアーム３１，３１に鋏を構成する一対の刃３０，３０がそれぞれ一体に形成されている。なお、これら一対の刃３０，３０並びにアーム３１，３１は、例えば、表面がアルミナで被覆された高硬度ステンレス鋼（マルテンサイト系ステンレス鋼など）を加工して形成される。かかる移動機構は、最後端に位置する一対のアーム３１，３１を互いの中央で連結している軸ピン３２がケース本体６０下面から突出する突部６７に枢支されることで電池ケース６に取り付けられている。そして、これら最後端に位置する一対のアーム３１，３１の後端部を後方へ引けば、全てのアーム３１が上下方向で重なる向きに回動し、その結果、移動機構の先端に設けられている鋏が前方へ移動するとともに、一対の刃３０，３０がアーム３１と同様に上下方向で重なることによって刃３０，３０の間に挿入された患部が切除できるものである。

本体１は、前端の半球状の部分を除いた収納部１ａと、収納部１ａの前端に被せられて第一区画を閉塞するカバー１ｂと、収納部１ａの前端に回動自在に設けられ閉じた状態で第二区画を閉塞する扉１ｃとで構成され、扉１ｃが閉まった状態ではカバー１ｂと扉１ｃ全体で半球状となっている。カバー１ｂは透明な材料で形成され、カメラモジュール２を前方から覆うように収納部１ａに結合されている。扉１ｃは、後端部において収納部１ａに回動自在に軸支され、収納部１ａとの間に掛け渡された復帰ばね４０によって閉まる向きに弾性付勢されている（図１（ａ）参照）。従って、移動機構によって前方に移動する鋏（刃３０，３０）が扉１ｃに当たり、復帰ばね４０の弾性力に抗して後方から押すことにより扉１ｃが開き、第二区画が開放されることで鋏を本体１外に退出させることができる。また、移動機構によって鋏が本体１（第二区画）内に戻されれば、復帰ばね４０の弾性力によって扉１ｃが閉じる。

次に、移動機構を駆動するための移動機構駆動部９について説明する。移動機構駆動部９は、一端が実装部６５に固定されるとともに他端が最後端のアーム３１，３１後端に固定された一対の第一ばね体９０，９０と、一端が連結片６４の前端寄りの部位に固定されるとともに他端が最後端のアーム３１，３１後端に固定された一対の第二ばね体９１，９１と、実装部６５に実装されて第一ばね体９０，９０を加熱するヒータ９２，９２（図３（ｊ）参照）と、連結片６４に実装されて第二ばね体９１，９１を加熱するヒータ９３，９３（図４（ｃ）参照）とを具備する。第一ばね体９０，９０並びに第二ばね体９１，９１は何れも形状記憶合金製であって、ヒータ９２，９３で加熱されたときに短縮し、ヒータ９２，９３による加熱が停止されて放熱により冷却されると伸長する。つまり、一方のヒータ９２，９２に通電して加熱することにより第一ばね体９０，９０を短縮させれば、鋏を前方へ移動させる向きに移動機構を駆動することができ、他方のヒータ９３，９３に通電して加熱することにより第二ばね体９１，９１を短縮させれば、鋏を後方へ移動させる向きに移動機構を駆動することができる。

加熱手段は、移動機構を介して鋏（一対の刃３０，３０）を加熱するものであって、図５に示すように刃３０，３０の表面に形成されたＶ字形のパターンを有した導体からなる加熱部１２と、電池３の電池電圧を昇圧する昇圧回路１１と、アーム３１の表面に形成された導体からなり昇圧回路１１と加熱部１２を電気的に接続するリード部１３とで構成される。加熱部１２並びにリード部１３は、例えば、それぞれ刃３０，３０並びにアーム３１表面のアルミナ被膜上にレジストを利用したクロム鍍金によって導体パターンが形成され、当該導体パターン上にニッケル鍍金が施された後に加熱拡散によってニッケルクロム合金からなる導体として形成される。このとき、合金化の際の加熱後に急冷することで刃３０，３０並びにアーム３１を形成する素材の硬度（ＨＶ）が５００以上となる。ここで、一対の刃３０，３０の各加熱部１２は、中央の軸ピン３２が挿通されている孔（図示せず）を通して互いの一端同士が接続されるとともに各々他端が端部の軸ピン３２が挿通されている孔（図示せず）を通して異なるアーム３１表面のリード部１３と接続されている。またリード部１３は、最後端の一対のアーム３１，３１を中央で連結している軸ピン３２が挿通されている孔を通してケース本体６０の導体パターン２３ｃ，２３ｃと接続され、さらに、昇圧回路１１の一対の出力端子とそれぞれ接続されている（図３（ｈ）参照）。

昇圧回路１１は、コア１１０と、コア１１０に巻設された１次巻線１１１、２次巻線１１２からなるトランスで構成されている。コア１１０は、図６に示すように３つの窓を有する「目」の字状に形成されたコア本体１１０ａと、コア本体１１０ａの四隅からそれぞれ垂設された角柱状の支持部１１０ｂとが一体に形成されてなる。コア本体１１０ａに１次巻線１１１並びに２次巻線１１２がそれぞれ交互に隣り合う形で巻設され、１次巻線１１１の端末が第一制御部４に接続され、２次巻線１１２の端末（昇圧回路１１の出力端子）がケース本体６０の導体パターン２３ｃ，２３ｃを介してリード部１３の両端に接続されている。

ところで、消化管内において患部を撮像しさらには当該患部を切除手段で切除するためには本体１の姿勢を制御する必要があり、そのために姿勢制御部１０が設けられている。この姿勢制御部１０は、４つの電磁石１００と、電磁石１００が発生する磁力によって変位する４つのヒレ部１０１とで構成される。ヒレ部１０１は、可撓性を有し且つ長手方向において異極に着磁された矩形シート状の永久磁石からなり、長手方向の一端部が固定ピン１０２によって本体１（収納部１ａ）の外周面に固定されている。但し、ヒレ部１０１並びに固定ピン１０２は本体１外周面に設けられた凹部１ｄ内に収納されており、後述する駆動時以外は凹部１ｄ内に収められて本体１外周面より突出しないようになっている。また、４つのヒレ部１０１のうち、２つは前端側が固定ピン１０２で固定されて後端側が変位し、他の２つは後端側が固定ピン１０２で固定されて前端側が変位する。さらに、前端側が固定されている一対のヒレ部１０１，１０１は１８０度回転対称な位置に配置され、後端側が固定されている他の一対のヒレ部１０１，１０１も１８０度回転対称な位置に配置されている。但し、各一対のヒレ部１０１同士は互いに９０度回転対称な配置となっている。

電磁石１００は、巻線１００ａ、コイルボビン１００ｂ、鉄心１００ｃで構成される。コイルボビン１００ｂは、図７に示すように短冊状に形成された支持片１００ｄと、支持片１００ｄの一面から同一方向に突設された一対の円筒形の巻線部１００ｅ，１００ｅとが一体に形成されてなる。巻線１００ａは、各巻線部１００ｅ，１００ｅの外周面に巻設された導体パターンからなる。鉄心１００ｃは各巻線部１００ｅ，１００ｅ内に挿入される円柱状のコア部１００ｆ，１００ｆと、とコア部１００ｆ，１００ｆを支持する平板状のアーマチュア部１００ｇとが一体に形成されてなる。そして、図７（ｂ）に示すように鉄心１００ｃの一対のコア部１００ｆ，１００ｆを各巻線部１００ｅ，１００ｅに挿入し且つアーマチュア部１００ｇを支持片１００ｄに固着することで電磁石１００が組み立てられる。このように構成された電磁石１００は、本体１を挟んで各ヒレ部１０１と対向するようにケース本体６０と実装部６５に各々２つずつが実装される（図４参照）。従って、電磁石１００を励磁するとシート状の永久磁石からなるヒレ部１０１に磁気反発力が作用し、ヒレ部１０１の自由端側を外側に変位させるように駆動できる。そして、消化管内に存在する液体（胃液など）中においてヒレ部１０１を駆動すれば、同時に駆動するヒレ部１０１の組合せと個数に応じて本体１の姿勢を制御してカメラモジュール２による撮像範囲を能動的に変化させることが可能である。例えば、後端側が自由端となる一対のヒレ部１０１，１０１を同時に駆動することで本体１を前方へ移動させることができ、前端側が自由端となる一対のヒレ部１０１，１０１を同時に駆動することで本体１を後方へ移動させることができる。また、４つのヒレ部１０１の何れか一つのヒレ部１０１のみを駆動すれば、本体１を上下左右に回転させることができる。

本実施形態のブロック図を図８に示す。第一制御部４は電池３を電源として動作し、通信モジュール５で受信する制御信号に応じて電池３からカメラモジュール２への電源供給を入切するとともにカメラモジュール２から出力される映像信号を無線通信に適した形式に変換する。そして、変換された映像信号が無線媒体により通信モジュール５から送信されて体外の通信機（図示せず）で受信される。通信機で受信された映像信号に基づいてカメラモジュール２の撮像画像がモニタ装置（図示せず）に表示され、患者の消化管内の様子がオペレータ（例えば、医師）によって確認できる。通信機並びにモニタ装置にはコンピュータ装置が接続されており、かかるコンピュータ装置を利用し、モニタ装置に映し出された消化管内の画像を見ながらオペレータが患者の体内にあるカプセル型撮像装置に対して姿勢制御や患部の切除を指示すれば、かかる指示に対応した制御信号が通信機より無線媒体によって送信される。

上記制御信号は無線受信部８で受信されて第二制御部７に渡される。第二制御部７では、当該制御信号の指令に応じて姿勢制御部１０の電磁石１００を励磁して本体１の姿勢を制御し、さらに、移動機構駆動部９の第一ばね体９０に通電することで移動機構を駆動して鋏を本体１外へ退出させるとともに患部を鋏で切除させる。第二制御部７は、患部切除の指示に応じて移動機構を制御する際、電池３の電池電圧を断続した入力電圧を昇圧回路１１の入力側（１次巻線１１１の端末間）に印加することで昇圧回路１１によって電池電圧よりも高い電圧に昇圧された出力電圧（２次巻線１１２の端末間の電圧）をリード部１３を介して加熱部１２に供給する。その結果、加熱部１２から発する熱によって鋏（刃３０，３０）が加熱され、切除した患部周囲の組織が焼かれて止血されることになる。ここで、電池ケース６に収納可能な電池３の電池電圧では患部周囲の組織が焼ける程度の温度まで刃３０，３０を加熱することは難しいが、本実施形態では昇圧回路１１で電池電圧を昇圧して加熱部１２に供給しているために刃３０，３０を十分に加熱することができる。しかも、昇圧回路１１がトランス構造の立体成形回路で構成されているので、昇圧回路１１を収納するために必要なスペースが少なくて済み、本体１の大型化が防げるという利点がある。

（実施形態２）
図９を参照して本発明の実施形態２を説明する。但し、本実施形態は切除手段に特徴があり、その他の構成は実施形態１と共通である。従って、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、一対の刃３０，３０からなる鋏の代わりに金属製の線材で略円環状に形成された切除環３３を移動機構の最先端のアーム３１，３１に設けている。また、ケース本体６０前面の周壁から前方へ突出する隔壁６６の下面には、移動機構によって本体１内に戻される際に切除環３３を縮径させる縮径部６８が設けられている。この縮径部６８は、下方から見て略円弧状の曲面を有する一対の突起６８ａ，６８ａが前方に向かって互いの間隔が狭くなるように対向配置されてなり、突起６８ａ，６８ａ間の隙間を通って本体１の内外を移動する際に切除環３３の径を強制的に縮める（縮径する）ものである。そして、切除環３３が金属製であるため、アーム３１に形成されているリード部（図示せず）を介して切除環３３にも通電され、通電によって生じるジュール熱で切除環３３が加熱されることになる。

而して、移動機構により本体１外に退出させた切除環３３を患部に外挿し、患部が内側に挿入された状態で移動機構により切除環３３を本体１へ収納する向きに移動すれば、縮径部６８によって縮径された切除環３３で患部を切除することができ、同時に加熱された切除環３３で患部の周囲の組織を焼いて止血することができる。

本発明の実施形態１を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はカバー並びに扉を外した状態の左側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面を左から見た断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面を左から見た断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線断面を左から見た断面図、（ｆ）はカメラモジュールを右から見た平面図、（ｇ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線断面を右から見た断面図、（ｈ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線断面を右から見た断面図である。 同上を示し、（ａ）は本体を破断した正面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は本体を破断した下面図である。 同上の本体を除いた状態を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はカバー並びに扉を外した状態の左側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面を左から見た断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面を右から見た断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ’線断面を左から見た断面図、（ｆ）はカメラモジュールを右から見た平面図、（ｇ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線断面を左から見た断面図、（ｈ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線断面を右から見た断面図、（ｉ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ’線断面を右から見た断面図、（ｊ）は右側面図である。 同上の本体を除いた状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は下面図である。 同上における移動機構並びに切除手段を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。 同上における昇圧回路の斜視図である。 同上における電磁石を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。 同上のブロック図である。 本発明の実施形態２を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。

符号の説明

１ 本体
２ カメラモジュール
３ 電池
４ 第一制御部
５ 通信モジュール
７ 第二制御部
８ 無線受信部
９ 移動機構駆動部
１０ 姿勢制御部
１１ 昇圧回路
１２ 加熱部
３０ 刃
３１ アーム

Claims (5)

1. 消化管内に挿入されるカプセル型の本体と、照明光を照射する発光素子並びに消化管内を撮像する撮像素子が立体成形回路基板に実装されてなり本体内に収納されるカメラモジュールと、本体内に収納されてカメラモジュールで撮像された画像を無線媒体により体外に送信する通信モジュールと、本体の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備え、
   姿勢制御手段は、一端が本体に固定され他端が変位自在である１乃至複数のヒレ部を有することを特徴とするカプセル型撮像装置。
2. 姿勢制御手段は、永久磁石からなる前記ヒレ部と、本体内に収納され磁界によってヒレ部を変位させる電磁石とを有することを特徴とする請求項１記載のカプセル型撮像装置。
3. 消化管の患部を切除する切除手段と、本体内に収納される位置と本体外に退出する位置との間で切除手段を移動させる移動手段と、切除手段を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のカプセル型撮像装置。
4. 切除手段は、一対の刃を有した鋏からなることを特徴とする請求項３記載のカプセル型撮像装置。
5. 切除手段は、線材によって環状に形成され環内に患部が挿通された状態で縮径することにより当該患部を切除することを特徴とする請求項３記載のカプセル型撮像装置。

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