JP2008506419A

JP2008506419A - 管腔内ポリープの検出

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Publication number: JP2008506419A
Application number: JP2006544679A
Authority: JP
Inventors: キムチ、ヨアブ
Original assignee: チェックキャップエルエルシー
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: EP1694207A4; CN1897873A; EP1694207B1; CN1897873B; ATE517576T1; CN101791220A; WO2005058129A2; JP4759519B2; EP1694207A2; HK1101754A1; WO2005058129A3; CN101791220B; US7787926B2; US20070161885A1

Abstract

被検者54により飲み込まれるように適合されたカプセル50を含み、前記カプセル50は、(a)少なくとも10keVのエネルギーの放射線を放射するように適合された少なくとも１つの放射線源60と、(b)前記放射された放射線からの反応により生成された少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出するように適合された少なくとも１つの光子検出器とを含む、装置40が提供される。前記装置40はさらに、被検者54の消化管72に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため光子に関する情報を解析するために適合された、コントロールユニット64を含む。

Description

関連出願との相互参照
本出願は、（a）2003年12月17日に提出され、「管腔内ポリープの検出」(“Intra lumen polyp detection”)と題する米国仮特許出願第60/531,690号と、（b）2004年3月31日に提出され、「管腔内ポリープの検出」(”Intra-lumen polyp detection”)と題する米国仮特許出願第60/559,695号の、出願の利益を請求するものである。前記出願はいずれも本出願の譲受人に付与され、本発明の参考文献に組み入れられている。

本発明は、一般に体腔部の状態を検出する分野に関するものであり、詳細には大腸内を移動して解剖学的変形を検出する飲み込み可能な装置に関するものである。

西側諸国では、大腸癌が死因の上位にある。臨床的根拠によれば、原発性大腸癌を早期に検出すれば5年生存率が90%を上回るが、検出時、すでに転移が認められれば5年生存率は50%を下回り、再発率が30%になると言われている。大腸癌のスクリーニングおよび早期検出がこの悪性疾患の予後にとってプラスの影響を与えることは確かである。

ここで参照されている以下の参考文献は、いずれも重要である：
シャンクス(Shanks)による米国特許第5,721,462号、
トレベスら(Trebes et al.)による米国特許第6,134,300号および第6,353,658号、
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ハガＡらによる「小型X線チューブ」（原著：Haga A et al.,"A miniature x-ray tube," Applied Physics Letters 84(12):2208-2210(2204)）、
マドセン JLらによる「テクネシウム-99m-標識セルロース線維およびインジウム-111-標識プラスチック粒子の消化管内通過」（原著：Madsen JL et al.,"Gastrointestinal transit of technetium-99m-labeled cellulose fiber and indium-111-labeled plastic particles,"J Nucl Med 30(3):402-406(1989)）、
パイス・アブラハムによる「神は老獪にして...アインシュタインの人と学問」（原著：Pais,Abraham,'Subtle is the Lord...'The Science and the Life of Albert Einstein,Oxford(1982)）、
プロアノMらによる「固形物のヒト大腸内通過：未処置の腸での限局的な定量」（原著：Proano M et al.,"Transit of solids through the human colon:regional quantification in the unprepared bowel,"Am J Physiol 258(6 Pt 1):−G862（1990)）、
タルタリＡらによる「主成分分析による深層のコンプトン散乱の要素的イメージング」（原著：Compton scattering elemental imaging of a deep layer performed with the principal component analysis,"Proceedings of the 15th World Conference on Non-Destructive Testing, Conservation and Restoration in Art and Architecture,Rome (October 15-21,2000)）、及び、
医療用画像事典第1巻から「X-線造影剤」メドサイクロペディア^TM（原著："X-ray contrast medium," Medcyclopaedia^TM(www.medcyclopaedia.com),from The Encyclopaedia of Medical Imaging Volume I)）
米国特許第5,721,462号米国特許第6,134,300号米国特許第6,353,658号米国特許出願公開2002/0099310号 PCT国際公開WO 02/058531 米国特許第6,453,199号米国仮特許出願第60/531,690号米国仮特許出願第60/559,695号ブロチャード Jらによる「自動補正機能を用いる3D構造表面の挙動パラメタの算出」カミレリ Mらによる「ヒト胃内容排出および固形物の大腸内充満を対象とする新法による解明」カナーBEらによる「99Tcm-ラテックス粒子を用いるヒト消化管の機能評価」コンプトン、アーサーH グットマンGらによる「針に基づく新規小型X線発生システム」ハガＡらによる「小型X線チューブ」マドセン JLらによる「テクネシウム-99m-標識セルロース線維およびインジウム-111-標識プラスチック粒子の消化管内通過」パイス・アブラハムによる「神は老獪にして...アインシュタインの人と学問」プロアノMらによる「固形物のヒト大腸内通過：未処置の腸での限局的な定量」タルタリＡらによる「主成分分析による深層のコンプトン散乱の要素的イメージング」医療用画像事典第1巻から「X-線造影剤」メドサイクロペディアTM グットマン Gらによる「針型の新規小型X-線発生装置」

本発明の実施形態は、ポリープをはじめ、消化管の癌のなかでも特に大腸癌である可能性を有する臨床的な意義をもつ特徴を検出することを志向するものである。

本発明に関する実施形態のいくつかでは、被検者が造影剤を飲み込み、多くは一定時間待ってから複数のγ線源および／またはX線源および放射線検出器によって構成されるカプセルを飲み込む。カプセルが消化管内を移動するにつれて、放射線源がカプセル周辺を“照らし出す”。消化管内容物（造影剤を含む）、消化管壁および消化管の外側組織は、原則的にコンプトン散乱の過程を経て、放射した放射線に対して散乱を媒介する役割を演じることが多い。散乱した光子は、こうして造影剤の入った消化管を介して戻っていく。放射線検出器がコンプトン後方散乱光子を適宜カウントし、被検者が装着している外部記録ユニットにカウント・レートの情報を送る。

検出器から回収された単位時間間隔あたりのカウント・レートは、既定の光子エネルギーウインドウに関してだけ分析されることが多い。消化管内にポリープないし何らかの解剖学的変形が認められる可能性を医師自らが評価できるような方式に則って、このようなデータを医師に提示する。また、実施形態のいくつかでは、そのような異常が認められるような大腸の領域全体を明らかにするため、データを分析する。このようなポリープないし解剖学的変形は、腫瘍が消化管内で成長を始めたことによって生じたものである。医師は、癌性または前癌性であると考えられるようなポリープまたは何らかの解剖学的変形の存在を疑えば、大腸鏡検査など、診断的な精密検査のために被検者を入院させることが多い。

このため、被検者の消化管にみられる臨床的な意義をもつ特徴を解明するための有用な情報を生成するべく、本発明の実施形態に従って、被検者に飲み込まれるカプセルであって、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも1個の放射線源と、放射される放射線に反応して少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも1個の光子検出器と、光子に関するデータを分析するコントロールユニットによって構成されるカプセルを搭載する装置を提供する。

本発明の実施形態では、装置が、被検者に投与する経口造影剤を含んでいる。装置は、被検者に投与するようになっている高Ｚ（high Z）を有する経口造影剤を代用的または追加的に含んでいる。

用途によっては、装置は、造影剤及び高Ｚ剤（high Z agent）から構成される一覧（リスト）のなかから選択した経口薬剤を含み、前記薬剤は強磁性粒子を含んでおり、カプセルは強磁性粒子を引き寄せる磁石を含んでいる。

本発明の実施形態では、放射線源が小型X線発生装置を搭載している。実施形態では、放射線源に放射線同位元素が含まれている。用途によっては、放射線源がγ線を放射する。放射線源には、X線を代用的ないし追加的に放射するものがある。

用途によっては、情報を生成するため、コントロールユニットがデータの時間微分を分析する。

用途によっては、放射線源は、放射線源が放射する放射線をコリメートする少なくとも1個のコリメータを搭載している。用途によっては、光子検出器は、光子検出器が検出する光子をコリメートする少なくとも1個のコリメータを搭載する。

用途によっては、コントロールユニットが、消化管内のガスと臨床的な意義をもつ特徴とを識別する。

実施形態では、コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するX線蛍光（XRF）光子を分析する。実施形態では、コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するXRF光子と、放射する放射線に反応して発生するコンプトン後方散乱光子とを分析する。

用途によっては、カプセルが加速センサを搭載する。

用途によっては、装置は、被検者の体外に置かれる外部記録ユニットを搭載しており、カプセルが消化管内にあるとき、カプセルからデータ記録装置に無線で情報を送る。

用途によっては、カプセルが、造影剤および高Ｚ剤（high Z agent）から構成される一覧のなかから選択した薬剤を含み、カプセルが薬剤を蓄えていて、消化管内で臨床的な意義をもつ領域に達すると薬剤を放出する。装置は、造影剤および高Ｚ剤（high Z agent）から構成される一覧のなかから選択した薬剤を含む薬剤内蔵カプセルを代用的ないし追加的に含み、この薬剤内蔵カプセルは薬剤を蓄えており、消化管内で臨床的に関心の寄せられる領域に達すると前記薬剤を放出する。

用途によっては、カプセルが圧力センサを搭載する。

用途によっては、光子に関するデータは、複数の既定の光子エネルギーウインドウに関するデータを搭載し、コントロールユニットがエネルギーウインドウを分析する。

実施形態では、光子に関するデータが時間間隔あたりの光子数を含み、光子検出器が検出した光子をカウントし、コントロールユニットが、カウントされた光子数を分析する。

実施形態では、コントロールユニットがカプセルの位置から消化管壁までの距離を算出する。用途によっては、距離と検出した光子のカウント値が反比例の関係にあるアルゴリズムを用いて距離を算出する。用途によっては、コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するコンプトン後方散乱光子を分析するようになっている。用途によっては、装置が、被検者に投与する経口造影剤を含み、コントロールユニットが、コンプトン後方散乱光子の分析に反応してカプセルの位置と消化管壁の間にある造影剤の深さを算出することによって、距離を計算する。

用途によっては、コントロールユニットが、距離と検出した光子のカウント値とが直接的な関係にあるアルゴリズムを用いて距離を算出する。用途によっては、コントロールユニットは、放射する放射線に反応して発生するXRF光子を分析する。装置は、高Ｚ剤（high Z agent）を含み、被検者に投与する経口造影剤を含んでおり、放射する放射線に反応して発生する経口造影剤によってXRF光子が発生し、コントロールユニットが、XRF光子の分析に反応してカプセルの位置から消化管壁までにある造影剤の深さを算出することによって距離を計算する。

実施形態では、カプセルが消化管内にとどまっている時間に限って、カプセルから放射線を放射する。用途によっては、カプセルが、消化管内で突発的な動きをするのを示すパラメータを感知するセンサを搭載しており、放射線源がセンサによるパラメータの感知に反応して、カプセルが放射線を放射する。用途によっては、放射線源が小型X線発生装置を搭載しており、一定時間に限って放射線を放射するように設計されている。

用途によっては、放射線源が放射性同位元素を含み、カプセルが放射線シールドを搭載し、カプセルがアクチュエータを搭載しており、一定時間に限って放射線源から放射される放射線がシールドによって阻止されることのないよう、放射線源およびシールドのいずれかひとつが動くようになっている。用途によっては、カプセルがコリメータを複数搭載しており、コリメータとシールドはいつでも、放射線源から放射する放射線が全コリメータを残らず通過するわけではないようになっている。用途によっては、カプセルがロッドを搭載しており、放射線源がロッドに連結し、アクチュエータがロッドを動かして放射線源を動かす。用途によっては、カプセルが少なくとも1個のバネを搭載しており、ロッドとバネが機械的振動系を形成する。

実施形態では、カプセルが膨張可能なバルーンを搭載しており、カプセルの周囲を膨らませる。用途によっては、バルーンが膨張した時点でカプセルがバルーンの中心部に近づくように設計されている。用途によっては、バルーンはカプセルが消化管内で臨床的に意義のある領域に達すると膨張するように設計されている。用途によっては、バルーンが弁を搭載しており、カプセルが臨床的に意義のある領域に達してから一定時間だけ開くようになっていて、そしてバルーンを収縮させることもできる。

用途によっては、コントロールユニットが(a) バルーン内でのカプセルの位置からバルーン表面でのバルーンの位置までという第1の距離と、(b) バルーンの位置から消化管壁までという第2の距離とを合計することによって、カプセルに関するカプセルの位置から消化管壁までの壁距離（a wall distance）を算出する。用途によっては、コントロールユニットは光子検出器が検出するコンプトン後方散乱光子のカウント値の変化を測定、分析することによって、第1の距離を算出する。用途によっては、コントロールユニットは光子検出器が検出したコンプトン後方散乱光の投射サイズに対応して、第1の距離を計算する。用途によっては、バルーンは表面に高密度材の入った点粒子（point particle)を含み、コントロールユニットは光子検出器が検出するXRF光子のカウント値を測定、分析し、第1の距離を算出する。用途によっては、バルーンの表面に点放射線源（radiation point sources）を搭載しており、コントロールユニットが点放射線源（point sources）から放射して光子検出器に検出される放射線を測定、分析することによって、第1の距離を計算する。用途によっては、コントロールユニットは光子検出器が検出するXRF光子のカウント値を分析することによって第2の距離を計算する。

実施形態では、消化管が被検者の大腸を含み、大腸を対象に臨床的に意義のある特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、コントロールユニットがデータを分析する。用途によっては、カプセルはカプセルの外表に連結する電極およびパルス発生装置を搭載しており、コントロールユニットが、パルス発生装置を稼動させることによって、大腸内での内容物の動きを誘導することの可能な電気信号を大腸に送るようになっている。用途によっては、コントロールユニットが大腸の筋肉の配置（geometry）に関する情報を生成する。

実施形態では、コントロールユニットが情報に関するグラフィック表現（graphical representation）を生成する。用途によっては、コントロールユニットが形態を随時生成することによってグラフィック表現を生成する。コントロールユニットは、用途によっては各地点でのカプセルの位置と、消化管壁の各地点との距離を示す小区分を有する第1の表面を生成し、第1の表面の小区分のひとつと、前記小区分のひとつに隣接する複数の小区分との距離をそれぞれ示すそれぞれの画素を有する第2の表面を生成することによって、グラフィック表現を生成するようになっている。

用途によっては、コントロールユニットが複数の点で第2の表面を随時反復的に生成し、複数の点に対応する第2の表面を随時アニメーションで表示することによってグラフィック表現を生成する。

用途によっては、コントロールユニットが被検者の座標系に関するグラフィック表現を生成する。また、コントロールユニットがカプセルの座標系に関する再現図を生成する。

実施形態では、光子検出器を複数個であり、複数の検出方向から到達する光子を検出するように配列されている。用途によっては、少なくとも1個の放射線源がコリメータを複数搭載しており、検出方向に対して複数の放射方向にそれぞれ放射線を放射するように配列されている。

実施形態では、用途によってはカプセルが少なくとも１個の放射線シールドを搭載している。用途によっては、少なくとも1個のシールドが、カプセルを囲む球体に対して単一の範囲限定固体セクタ（single confined solid sector）の方向以外の方向に放射線源から放射線が放射されることを防ぐように設計されている。

実施形態では、放射線源が第1の複数エネルギーレベルを有する放射線を放射し、コントロールユニットが、第1の複数エネルギーレベルとは異なる第2複数のエネルギーレベルを有する光子のカウント値を分析する。用途によっては、放射線源が第1のエネルギーおよび第２のエネルギーを有する放射線を放射し、コントロールユニットが（a）第３のエネルギーレベルを有する光子検出器に検出される光子のカウント値と、（b）第４のエネルギーレベルを有する光子検出器に検出される光子のカウント値との間の数学的関係を分析する。用途によっては、関係は（b）第４のエネルギーレベルを有する光子のカウント値に対する（a）第３のエネルギーレベルを有する光子のカウント値の比を含み、コントロールユニットがこの比を算出する。用途によっては、コントロールユニットがこの関係を分析し、カプセルの位置と消化管壁との間で実際に校正された距離を明らかにする。

実施形態では、臨床的な意義をもつ特徴が消化管の病理学的異常を含む。実施形態では、病理学的異常がポリープを含む。

実施形態では、コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するコンプトン後方散乱光子を分析する。用途によっては、コントロールユニットが、180°±30°以内の範囲パラメタ、たとえば180°±20°以内または180°±10°以内、の後方散乱角を示すエネルギーレベルを有するコンプトン後方散乱光子を分析する。

実施形態では、コントロールユニットは、カプセルが消化管内で臨床的に関係のある領域に達したことを検出する。実施形態では、領域に大腸が含まれており、コントロールユニットは、カプセルが大腸に達したことを検出する。用途によっては、コントロールユニットがXRF光子を検出、分析することによって、カプセルが領域に達したことを検出する。カプセルは代用的または追加的にpH-感受性素子（pH-sensitiv element）を搭載し、コントロールユニットは、pH感受性素子に影響を及ぼすような領域でのpHの変化に反応して、カプセルが該当領域に達したことを検出するようになっている。さらに代用的または追加的に、装置は領域への入り口付近で被検者の体表と通信する(be coupled)タグを含んでおり、コントロールユニットはカプセルがタグの放射する信号に反応する領域に達したことを検出する。さらに、カプセルは圧力センサを代用的または追加的に搭載しており、コントロールユニットが、圧力センサに感知される圧力変化に反応して、カプセルが領域に達したことを検出するようになっている。用途によっては、装置が該当領域への入り口付近で被検者の体表と通信する(be coupled)ようになっているタグを代用的または追加的に含んでおり、コントロールユニットは、カプセルが (a)タグが放射するシグナルと（b）圧力の変化と、の組み合わせに反応して領域に達したことを検出する。用途によっては、コントロールユニットがXRF光子を検出、分析して圧力の変化に反応することによって、カプセルが領域に達したことを検出する。

実施形態では、コントロールユニットが消化管壁の組織にみられる密度のばらつき（variation）を検出し、このばらつきによって臨床的な意義をもつ特徴の存在が明らかになる。用途によっては、コントロールユニットはカプセルの少なくとも一部が消化管壁と物理的接触を起こしたことを検出すると、ばらつきを検出する。用途によっては、複数の光子検出器を搭載しており、コントロールユニットが、複数の光子検出器によって、壁のある位置からのコンプトン後方散乱光子のカウント値を分析する。用途によっては、コントロールユニットが主成分分析(PCA)を用い、コンプトン後方散乱光子のカウント値を分析する。用途によっては、コントロールユニットが、大きなデータ分散が単一基本成分(PC)によって表現されることがありえないという事実に基づいて、密度の分散を検出する。

実施形態では、カプセルが少なくとも1個の拡張素子（extending element）を搭載しており、拡張すると、カプセルが消化管壁と一定の距離を維持する。用途によっては、カプセルが消化管内で臨床的に関連ある領域に達すると、拡張素子（extending element)が拡張されるように設計されている。用途によっては、拡張素子が少なくとも1個の脚形素子（leg-shaped element）を含んでおり、拡大可能な（expandable）輪状構造（ring structure）および／または展開素子（unfolding element）が含まれている。

実施形態では、カプセルが少なくとも1個の拡張素子を搭載しており、拡張すると、消化管の長軸方向にほぼ平行となるように前記カプセルの長軸方向を向けるようになる。用途によっては、拡張素子が可動式チャンバー（flexible chamber）を含んでいる。用途によっては、可動式チャンバーが超吸収ハイドロゲルを含んでおり、ハイドロゲルが消化管から液体を吸収すると伸展するよう。

また、本発明の実施形態に従って、被検者に飲み込まれ、少なくとも10keVのエネルギーをもつ光子を検出するようになっている少なくとも1個の光子検出器を搭載するカプセルと、被検者の消化管に関して臨床的に意義のある特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、光子に関するデータを分析するコントロールユニットを搭載する装置を提供する。

実施形態では、装置が被検者によって飲み込まれ、放射性エネルギーを有する放射線を放射する標識剤を含んでおり、コントロールユニットが放射性エネルギーを有する光子に関するデータを分析する。

実施形態では、光子検出器はコリメートされている。

実施形態では、コントロールユニットがカプセルの位置から消化管壁までの距離を算出する。用途によっては、コントロールユニットが、距離と検出した光子の間に直接の関係（direct relationship）がみられるようなアルゴリズムを用いて距離を計算する。

さらに、本発明の実施形態に従って、被検者に飲み込まれ、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を放射する少なくとも1個の放射線源を含むカプセルと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出し、カプセルと物理的に連結していない少なくとも1個の光子検出器と、被検者の消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を解明するための有用な情報を生成するため、光子に関するデータを分析するコントロールユニットと、を含む装置を提供する。

実施形態では、放射線源は、放射線源から放射する放射線をコリメートする少なくとも1個のコリメータを搭載している。実施形態では、放射線源は小型X線発生装置を含んでいる。代わりに放射線源に放射性同位元素を格納することがある。

さらに、本発明の実施形態に従って、被検者に飲み込まれ、複数の光子検出器を搭載するカプセルと、表面に、少なくとも10keVのエネルギーを放射する複数の放射線源を含み、前記放射線源から生成される少なくとも10keVのエネルギーの光子は光子検出器により検出するように適合されている、バルーンと、被検者の消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするための有用な情報を生成するため、光子に関するデータを分析するコントロールユニットと、を含む装置を提供する。

実施形態では、バルーンの表面上の位置から消化管壁までの距離を算出するため、コントロールユニットが、光子検出器が検出するXRF光子を分析する。

実施形態では、コントロールユニットは後方散乱の角度が180°±30°以内の範囲パラメータを示すエネルギーレベルをもつコンプトン後方散乱光子を分析する。

実施形態では、コントロールユニットは放射線源が放射する放射線エネルギーと同一のエネルギーを有する投射光子を分析する。用途によっては、コントロールユニットは、投射光子も、後方散乱の角度が180°±30°以内の範囲にあることを示すエネルギーレベルを有するコンプトン後方散乱光子も分析する。用途によっては、装置が放射線源よりも光子検出器を多く搭載している。

用途によっては、コントロールユニットが、複数の光子検出器により測定した投射光子数とコンプトン後方散乱光子数とを組み合わせて分析することによって、特徴のマップを作成する。用途によっては、コントロールユニットが複数の放射線源の位置をそれぞれ測定し、複数の検出器により測定した投射光子数とコンプトン後方散乱光子数とを組み合わせて分析することによって、特徴のマップを作成する。用途によっては、コントロールユニットが複数の放射線源の位置にそれぞれ対応してバルーンの表面の形を外から推定する。

さらに、本発明の実施形態に従って、光子検出器を複数搭載し、被検者によって飲み込まれるカプセルと、膨張すると少なくともカプセルの一部を囲み、膨張するとカプセルとは直接物理的に接触しない複数位置を位置決めするように形成され、前記複数位置には少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する放射線源をそれぞれ配置する膨張構造であって、前記光子検出器は、前記放射した放射線に反応的に生成された少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する、膨張構造と、被検者の消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために前記光子に関するデータを分析するコントロールユニットとを有する装置を提供する。

さらに、本発明の実施形態に従って、関心ある対象物に応じて用いる装置であって、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも1個の放射線源と、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出するようになっている少なくとも1個の光子検出器と、放射線源と目標物の間に置かれるようになっている高Ｚ（high Z）剤と、放射線源と目標物の距離を算出するため、放射する放射線に反応して高Ｚ剤から放射され、少なくとも1個の光子によって検出されるXRF光子を分析するようになっているコントロールユニットを搭載する装置を提供する。

さらに、本発明の実施形態に従って、関心ある対象物に使用するための装置であって、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも1個の放射線源と、放射線源と目標物の間に置かれる造影剤と、放射線源と目標物の距離を算出する目的で放射する放射線に反応して造影剤から放射され、少なくとも1個の光子検出器によって検出されるコンプトン後方散乱光子を分析するコントロールユニットを搭載する装置を提供する。

さらに、本発明の実施形態に従って、関心ある対象物に使用するための装置であって、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも1個の光子検出器と、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射し、光子検出器と目標物の間に置かれる標識剤と、光子検出器と目標物との距離を算出するため、標識剤が放射する光子を分析するコントロールユニットを搭載する装置を提供する。

さらに、本発明の実施形態に従って、被検者の消化管から少なくとも10keVのエネルギーをもつ放射線を放射すること、放射する放射線に反応して消化管内から放射し、少なくとも10keVのエネルギーをもつ光子を検出すること、消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、検出する光子に関するデータを分析することを含む方法を提供する。

実施形態では、経口造影剤を被検者に投与することが、方法に組み入れられている。本発明の実施形態では、放射線を放射する標識剤の被検者への経口投与が放射線の放射に含まれている。

実施形態では、被検者に飲み込み可能なカプセルを経口投与することも、カプセルからの放射ならびに検出も、放射および検出の一部になっている。実施形態では、被検者に飲み込み可能なカプセルを経口投与することも、カプセルから検出することも、検出に含まれている。

このほか、本発明の実施形態に従って、被検者の消化管内で少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、消化管に関する臨床的に意義のある特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、検出した光子に関するデータを分析するための方法を提供する。

このほか、消化管に関する臨床的に意義のある特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、本発明の実施形態に従って、被検者の消化管内から少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射させる方法と、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、検出した光子に関するデータを分析することを含む方法を提供する。

このほか、本発明の実施形態に従って、被検者の消化管内で第1の複数の地点で光子を検出することと、第1の複数の地点の周囲にある第2の複数の地点で少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射し、放射する放射線に反応して光子が発生し、光子が少なくとも10keVのエネルギーを有するような放射であることと、消化管に関する臨床的に意義のある特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、検出する光子に関するデータを分析することを含む方法を提供する。

さらに、本発明の実施形態に従って、第1の位置と第2の位置の間に高Ｚ(high Z)剤を置くことと、第1の位置から少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射することと、放射する放射線に反応して高Ｚ(high Z)剤から放射され、検出されるXRF光子を分析することによって第1の位置と第２の位置の間の距離を算出することを含む方法を提供する。

さらに、本発明の実施形態に従って、第１の位置と第2の位置の間に造影剤をおくことと、最初の位置から少なくとも10keVのエネルギーをもつ放射線を放射することと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、放射する放射線に反応して造影剤から放射し、検出されるコンプトン後方散乱光子を分析することによって、第１の位置と第２の位置との距離を算出すること含む方法を提供する。

このほか、本発明の実施形態に従って、第１の位置と第２の位置の間に少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射するような標識剤を置くことと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、標識剤から放射、検出される光子を分析することによって、第１の位置と第２の位置の間の距離を算出することを含む方法を提供する。
本発明は、次に示す実施形態の詳細な説明と図面に従って、さらに詳細に理解される。

図2A〜Dは、本発明の実施形態に従って、本発明の実施形態のいくつかに基づく典型的実験を実施するための装置の概略図である。コンテナ12が液状または低粘性ゲル状の放射線不透過性造影剤10を充填しており、コンテナの下には保存槽17が置かれ、水11が充填されている。コンテナの底部には、水を満たした小型のバルーン18が置かれている。この実験では、造影剤10を充填したコンテナ12が、造影剤を満たした大腸を模し、水を充填した保存槽17が大腸外部の組織と臓器を模し、水を満たしたバルーン18がポリープなどの解剖学的異常を模している。

実験では、放射線源14と放射線検出器16が近接するように置かれている。放射線源14に関するコリメータ13の末端開口部と、検出器16に関するコリメータ19は液体コンテナに面している。放射線源14は（a）単一の放射エネルギーレベルまたは（b）多数の放射エネルギーレベルで放射線を放射することが多く、少なくともいずれか一方が比較的低く、少なくとももう一方が比較的高い。放射線検出器16は、造影剤10、水入りバルーン18の水および保存槽17の水によって光子が約180°のコンプトン後方散乱を示す特徴をもつようなエネルギーレベル（エネルギーレベルが多数あるときはレベルが複数になる）をもつ光子のカウント値を検出するように設計されている。

放射線源14と検出器16は、底部からの距離を一定に保ちながらコンテナ12上部を通過する。放射線源と検出器の通過経路に沿う複数の地点では、図2A〜Dまでのつながりに示すように、複数の特定のγ線エネルギーウインドウおよび／またはX線エネルギーウインドウ内のγ線カウント値またはX線カウント値が記録される（カウント・レートは記録画面15の図に示される）。

図2Eは、本発明の実施形態に従って、図2A〜Dに関して上記に説明した典型的な実験結果を示すグラフである。放射線源14と検出器16が水入りバルーン18（図2C）を通過するにつれて、放射線源14が単一のエネルギーレベルしか放射線を放射しないのであれば、コンプトン後方散乱光子が放射線不透過性（radio-opaque）のほとんどない容積（volume）に反応するため、検出器のカウント・レートが上昇する（言い換えれば、バルーン18が造影剤よりも放射線不透過性（radio-opaque）が低いことから、多数の光子が通過できるようになる）。

放射線源が低エネルギーレベルと高エネルギーレベルのいずれの放射線も放射すると、放射線源と検出器がバルーンの上を通過するにつれて、それぞれのエネルギーレベルにある光子から発するコンプトン後方散乱光子のカウント・レートにばらつきが生じる。さらに、低エネルギーウインドウと高エネルギーウインドウの間のカウント値にみられる（比または差のような）数学的関係がばらつきを生じる。放射線源と検出器がバルーンを過ぎると（図2D）、カウント・レートはバルーンに近づく前の水準に戻る。約180°の位置に戻ってくる、コンプトン後方散乱光子の対応するエネルギーレベルに相当する既定エネルギーウインドウ内にある場合だけカウントされる。

図12は、本発明の実施形態に従って、発明者によって実施された実際の実験に利用したタンク184の概略図である。この実験は、図2A〜Eに関して説明したものに類似している。タンク184を186A、186B、186Cおよび186Dの4つのコンパートメントに分割した。186A、186Bおよび186Cが深さ2cmであるのに対して、186Dは深さ5cmである。コンパートメント186Aを置いた側のタンク184に隣接するように、コリメート済みの放射線源188および隣接する放射線検出器190を置いた。

図13A〜Cは、本発明の実施形態に従ってタンク184を用いた実験結果を示す。放射線源188 は放射性同位元素Tc99mから構成される。図13Aは放射線検出器によって検出される代表的なスペクトルを示すグラフであり、スペクトル線（spectra line）35は、テクネシウムTc99m（141keV）から放射する光子から発生する180°後方散乱スペクトルである。（スペクトル線34は、検出器のコリメートに用いた鉛のX線蛍光(XRF）である）。実験は、テレブリックス(Telebrix)および硫酸バリウム（BaSO4）をそれぞれ造影剤に用いて2回実施した。図13Bおよび図13Cはそれぞれテレブリックス(Telebrix)および硫酸バリウムに関して測定した後方散乱のカウント値である。実験の実施期間中のそれぞれに対して、4つのコンパートメントすべてに水を充填して初回測定を実施し（造影剤を入れないもの）、図13Bと図13Cの「バックグラウンド」というラベル付けされたバーによって示す。チャンバー186Aに造影剤を充填し、2回目の測定を実施した（バーには「2cm」というラベル付けされている）。続いて、チャンバー186Bにも造影剤を充填し、3回目の測定を実施した（「4cm」というラベル付けされたバーで示す）。グラフからわかるように、いずれの造影剤でも追加的に造影剤を使用することによってコンプトン後方散乱光子のカウント値が低下した。以上の実験結果は、図2Eに示す実験結果に一致しており、コンプトン後方散乱による放射線カウント値が、光子が造影剤を通過するときの往復距離に関係するものであることがわかる。

図2A〜Eを再度参照する。すでに言及している通り、光子カウント値は光子が移動する造影剤の深さに依存する。このばらつきは、3つの物理的原理を組み合わせることによって説明することが可能である。
・コンプトン散乱光子は投射光子よりもエネルギーが低く、散乱光子のエネルギーは散乱の角度によって変化する。たとえば、コンプトンによる前述の論文参照。特定の角度での散乱光子を、エネルギーに基づいて選択し、カウントすることが多い。
・水入りバルーン18が存在することによって、それが存在しなければ造影剤10に占有されるべき容積が占有される。その結果、放射線の吸収が少なくなる。光電過程による放射線の吸収は光エネルギーに強く影響される。このため、高エネルギーの光子の吸収量は、低エネルギーの光子よりもより少ない。コンプトン散乱の過程は電子密度に依存し、全体の密度に線形に依存することから、このコンプトン散乱は造影剤および水入りバルーンの場合に類似している。光電過程を介する光子の吸収は、Z^5（原子番号の5乗）に依存する。このように、水入りバルーンで容積を置換することによって造影剤が少なくなると、放射線検出器に検出される光子の流量（flux）に顕著な増大がみられる。多重放射（multiple emission）エネルギーの場合、検出される高エネルギー光子と低エネルギー光子の間の（比または差などの）関係は、造影剤のなかを通過する長さが長くなると、いっそう強くなる。
・媒体（media）が液体または低粘性のゲルであるため、一般に、造影剤注入後に十分な時間が経過していれば、一定領域内の造影剤の濃度は媒体内で均一に分布していると仮定される。

このため、単一のエネルギー光子放射源にとっては、後方散乱光子の相対流量（flux）は、光子が放射線源を出て造影剤を通過し、放射線検出器にコンプトン後方散乱光子として戻ってくる全体の飛距離（entire flight）に反比例すなわち逆相関する。多重にエネルギー光子を放射する放射線源でも、光子が造影剤を通過する距離を算出するのにこの手法を用いる。さらに、検出器が受け取る高エネルギー光子と低エネルギー光子の間の（比または差などの）関係によって、造影剤中を移動する光子の距離が明らかになる。放射線源から発生する投影放射が一定であるため、この関係にどのような変化があっても、造影剤の優先的な光電吸収効果が不安定であることに原因があり、実質的に高エネルギーよりも低エネルギーに影響が及ぶ。この関係を記録することによって、水バルーンの存在を検出する。この光電吸収効果は、放射線源から放射する光子にも、後方散乱光子にも影響を及ぼす。

本発明の実施形態のいくつかでは、上の原理および手法を用いて大腸内のポリープをはじめ、解剖学的変形を検出する。大腸内に形成されるポリープは、大腸癌の種を温存することがある。このため、癌が内部表面から大腸の筋肉構造深くに拡散し、転移によって実質的に体内のほかの部位に移る前にポリープを検出、摘出することが強く望まれている。（ここで使用され、請求項に含まれる消化管の「壁」には、あらゆるポリープその他の解剖学的変形が存在すると考えられている）。

本発明の実施形態に従って、大腸癌を早期に検出するための最前線のスクリーニング過程（first-line screening procedure）に、ここで記述するシステムを使用する。

図1Aを参照する。これは、本発明の実施形態に従ったスクリーニングシステム40の概略図である。システム40は体内摂取可能なカプセル50と外部記憶装置52によって構成されることが多い。用途によっては、データ記録ユニット52が（図1Aに示すように）被検者54の腰または腕など（構造は示していない）身体のほかの部位に装着される。用途によっては、代わりにカプセル50が内部データ記録ユニットを有し、外部データ記録ユニット52は提供されない。前記用途では、カプセル50を体内から排出した後にカプセル50に記録されたデータを回収する。

図1Bを参照する。これは、本発明の実施形態に従ったカプセル50の概略図ある。カプセル50は、少なくとも10keVのエネルギーを有するγ線および／またはX線を放射するようになっている少なくとも1個の放射線源60と、少なくとも1個のγ線および／またはX線検出器62と、多くは放射線源60から放射する放射線をコリメートするようになっている少なくとも1個のコリメータ63によって構成される。用途によっては、放射線源60が放射性同位元素によって構成される。放射線源60には、代わりに後述するような小型放射線発生装置によって構成される。また、カプセル50には電気回路64（用途によっては圧力センサを搭載する）、電池などの電源66、外部記録ユニット52との通信用の無線通信装置（通信装置は示さず）、および放射線シールド68によって構成される。

図1Aを参照する。システム40を用いる代表的なスクリーニング過程の途中では、経口造影剤70を被検者54に投与する。造影剤70は消化管72を通過し、実質的には血流に吸収されずに便として排泄される。造影剤の材質は、硫酸バリウム液体濃縮物、ヨウ素化合物をはじめとする類似材料など、Ｘ線を用いて消化管の検査をルーチン的に実施するのに用いられる化合物に類似している。造影剤に用いられるものにはこのほか、用途によっては、タンタル、ガドリニウム、トリウム、ビスマス及びこれらの物質の化合物がある。造影剤の投与後（たとえば造影剤を投与して数時間後に）被検者54がカプセル50を飲み込む。

被検者54がカプセル50を飲み込むと、カプセル50はγ線、X線を放射しながら消化管72を通過する。ある一定の時点以降、カプセル50は放射線検出器62に衝突するコンプトン後方散乱γ線光子およびコンプトン後方X線光子の記録を始める。放射線検出装置のそれぞれから受け取ったカウント・レートの情報は、その測定時点でのタイムスタンプと共に記録される。1秒以内（多くは数十〜数百ミリ秒以内）の期間に、カプセル、大腸壁周辺および造影剤が準定常状態にあることが仮定される。十分短い時間間隔をとり、短い間隔でこれを積分すれば、この準定常状態を算出することが可能になる。データはカプセル内に保存され、随時またはデータ回収終了時に外部記録ユニットへ送られる。

本発明の実施形態では、放射線源60と検出器62がカプセルを囲む4πの2乗の球面全体（またはその一部）を「観察する」ように配列されている。

図1Cを参照する。これは、本発明の実施形態に従った、外部記録ユニット52の概略図である。データ記録ユニット52は受信機/記憶ユニット55、サポート電子機器／バッテリーユニット56、アンテナ57およびユーザーコントロール58によって構成されている。また、ユニット52には、多くはこのユニットを被検者に連結させるためにベルトまたはストラップなどのストラップ59を含む。

図4を参照する。これは、本発明の実施形態に従ったカプセル50の構造の概略図である。この実施形態では、カプセル50が複数の放射線源60と、放射線源60から発生する放射線をコリメートする複数のコリメータ63と、複数の放射線検出器62によって構成されており、検出器はほとんどないし全くコリメートされていないことが多い。このように、放射線源60は（カプセルに対する）範囲限定固体セクタ（a confined solid sector）を照らし出す。これは、それぞれの放射線源60に対してシールドしてあることによって達成されることが多く、それぞれの放射線源に対するセクタ以外の方向から放射される光子を阻止することになる。シールド68は、多くは鉛、タングステンまたは金のように、原子番号が高くて密度も高い材料によって構成される。放射線源、検出器およびコリメータに関する組み合わせはこのほかにも適宜利用されており、筒型、球型をはじめ、ほかにもシールドが利用されている。

本発明の実施形態では、球状のカプセル内に放射線源を1個据え付けており、カプセル表面で複数の検出器によって放射線源から放射されるそれぞれ重畳された光子束を検出するように、カプセルの外殻が形成されている。この実施形態では、検出器がコリメートされていないことが多い。

本発明の実施形態では、次に示す参考文献のうち複数の文献に記述されるように、放射線源60が小型X線発生装置から構成されている。
・トレベスらによる米国特許第6,134,300号および6,353,658号（US Patents 6, 134,300 and 6,353,658 to Trebes et al.）
・ハガ Aらによる「小型X線チューブ」(Haga A et al.,"A miniature x-ray tube, "Applied Physics Letters 84 (12): 2208-2210 (2004))
・グットマン Gらによる「針型の新規小型X-線発生装置」（Gutman G et al.,"A novel needle-based miniature x-ray generating system,"Phys Med Biol 49:4677-4688(2004)）

X線光子を用いて大腸の内容物を照らし出すのに、放射性同位元素の代わりに、このような放射線源60に小型X線発生装置またはX線チューブを用いることがある。必要に応じてこのような発生装置の電源を入れたり切ったりすると、被検者の放射線への被曝を減らすことになる。また、エネルギー範囲をコントロールすることによって、被検者の総被曝量を増大させずに一定期間内の放射量（flux）を高めることになる。

本発明の実施形態では、以下によって構成される装置を提供する。
・「X-線造影剤」と題する上述の文献にあるように、（テレブリックス(Telebrix)その他化合物媒体などの）水に可溶な硫酸バリウムまたはヨード化合物をはじめとする経口造影剤。
・図1B、図4および／または図5に関して記述され、γ線および／またはX線を放射してコンプトン後方散乱光子、その他γ線および／またはX-線放射装置によって構成されるカプセル。カプセルは(a) 複数のγ線源および／またはX線源ならびにTl201、Xe133、Hg197、Yb169、Ga67、Tc99またはPd100などのβ電子源と、(b)本発明に記述してあるようなX-線発生装置によって構成されることが多い。
・図1Aおよび図1Cに関して記述されているような記録ユニット。これは、消化管内を移動するカプセルからRF信号を受信するようになっている。
・図1D、図14A〜Cおよび図15A〜Cに関して説明されるようなデータ分析および画像表示ソフトウェア。医師自らが被検者の管腔内にポリープなど解剖学的変形が存在する可能性を評価できるような様式で、ソフトウェアが記録ユニットからデータを受信、分析して、カプセルから受け取った処理データを画面表示する。ソフトウェアはパーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータ上で実行され、すでに説明した機能を実行するようソフトウェアにプログラムされている。たとえば、ソフトウェアはネットワークを介して電子形態でコンピュータにダウンロードされるか、代わりにCD-ROMなど実態のあるメディアによってコンピュータに供給されても良い。代わりに、ハードウェア要素とソフトウェア要素を組み合わせることによってソフトウェア機能が専用ハードウェアロジックに提供されても良い。

図9Aを参照する。これは、本発明の実施形態に従ってカプセル50のさまざまな機能的ブロックを概略的に示すブロック図である。この実施形態では、カプセル50は次の構成要素のうち少なくとも１つから成る。（a）たとえばフォトダイオードに取り付けられるCZTクリスタルまたはシンチレーションクリスタルによって構成される、γ線および／またはX-線検出器62、（b）アナログ信号増幅回路、（c）デジタル信号処理回路、（d）デジタル記憶回路、（e）RF送信、受信および補助回路、（f）校正補助回路、（g）内部タイミング回路、（h）MEMS 加速センサチップおよび補助回路、（i）圧力センサおよび補助回路、(j) 放射線検出器に関するHVバイアス(HV bias）及びMEMSに関する電圧を発生する電源回路、（k）RF 送信装置、（l）RF受信装置、（m）アナログ回路、（n）デジタル回路および（o）バッテリーまたはカプセル内外に配置されるその他の電源。

図9Bを参照する。これは、本発明の実施形態に従ってデータ記録ユニット52のさまざまな機能的ブロックを概略的に示すブロック図である。この実施形態では、多くは、データ記録ユニット52 が次に示す構成要素（a）RF通信回路、（b）受け取ったデータを安全に保存するための不揮発性メモリまたは記録媒体、（d）データをコンピュータに転送するための通信回路、（e）電力ユニットおよび補助回路、のうちいくつかによって構成されることが多い。

本発明の実施形態では、消化管内でポリープをはじめ解剖学的変形を検出する方法は、（a）被検者の消化管内の空間に造影剤を入れる方法と、（b）カプセル50などのカプセルを被検者に投与する方法と、（c）カプセルが消化管内の臨床的意義をもつ領域に達したことを検出する方法から構成される。たとえば、大腸内でポリープをはじめ解剖学的変形を検出するには、臨床的意義をもつ領域が大腸または回腸下部（lower ileum）であることが多く、（d）検出に反応してカプセルを活性化する。

造影剤を満たした大腸内をカプセルが移動するにつれて放射線源60がγ線および／またはX線を放射し、カプセル内の放射線検出装置62がそれぞれ、検出器が観察する相対固体セクタ(relative solid sector)の位置でコンプトン散乱（約180°）光子を検出する。検出器はそれぞれ、特定の検出器と光子を放射するコリメータとの間の配置（geometry）に依存する光子の流量(flux)によって、コリメートされた多数の放射線源から後方散乱した光子を受け取る。また、後方散乱光子の流量(flux)は、後方散乱光子が検出器に達する途中で遭遇する造影剤の容積によって変化し、これは反比例の関係にある。例えば、コリメータの外側の縁と大腸壁との間の相対距離に反比例している。

コリメータとγ線検出器との相対配置がわかっているため、コリメータの数に対するγ線/X線検出器の数が十分あれば、コリメータの外側の縁からこれに直角をなす大腸壁までの距離を算出することは可能である。用途によっては、次のようなアルゴリズムを用いてこの距離を算出する。全ての放射コリメータ（emission collimators）と全ての放射線検出器の間の幾何学的係数（geometrical coefficients）を表す係数行列Cと、特定のコンプトンエネルギーウインドウでのカウント・レート測定値を表すベクトルXとを仮定すると、解決しようとする課題は、次の式によって表現することが可能である。

ここでC、Xおよびdは実数、Xおよびdは正の数であり、ここではベクトルdがコリメータに直角をなす大腸壁までの値の範囲を表す。式C*X=dを解くには方法がいくつか知られており、たとえば、C*X-dを最小化する方法などがある。ほかにも方法が知られており、この問題に適用することができる。

図10Aは、本発明の実施形態に従ったこのアルゴリズムを用いるシミュレーションの結果を示すグラフである。バー100はこのアルゴリズムを用いて測定したシミュレーションを用いて算出した距離を表し、バー102はそれぞれの実測距離を表す。図10Bは、本発明の実施形態に従ってさまざまな割合のポアソンノイズ(Poisson noise）存在下でのアルゴリズムの精度を示すグラフである。

本発明の実施形態では、カプセルが、臨床的意義のある領域に達したことを検出すると、胃、小腸および大腸に関するときとは実質的に異なるようなX線蛍光（XRF）光子を検出することになる。カプセルが消化管を通過するにつれて、時間間隔あたりのXRF係数率を測定、評価する。数時間前に投与された経口造影剤が一部残留しているため、胃のなかではXRFカウント・レートが中等度であることが推測される。カプセルが小腸に入ると、カプセルが小腸壁に接触するか、接触しそうになり、検出器と壁の間の空間は、相当量の蛍光造影剤が入るには不十分になるため、XRF値が大幅に低下する。続いてカプセルが大腸に入ると、大腸が全長にわたってよく混合した造影剤に満たされるため、XRF値が上昇する（小腸の分節（segments）のなかには、大腸の一部に隣接する部分があり、カプセルがこのような分節にあると、大腸の一部に隣接する部分にある造影剤のため、検出器のなかにはXRF値が上昇するものが出てくる（小腸のなかに局在する造影剤によるものではない）ということに注意する。XRF値のこのような上昇は、カプセルが移動を続け、大腸に隣接していない小腸の一部に達するまで持続する。）

代わりに、カプセルが臨床的な意義をもつ領域に達したのを検出することが、pHセンサおよび／またはpH感知コーティング剤（pH-sensitive coating）のカプセルへの塗布を利用することによって構成されても良い。臨床的意義のある領域に大腸が含まれる用途によっては、pHセンサは多くが酸度の低下を検出するようになっており、大腸にみられるpHの特徴では、pH感知コーティング剤が溶解するように設計されている。

このほか、代わりに、カプセルが大腸に達したことを検出するには、大腸への入り口付近の下腹部に置かれた外部固定式ステッカー（externally-fixed sticker）付近をカプセルが通過することによってカプセルにスイッチが入るような引き金（trigger)によって構成されるものがある。そのような引き金は、たとえばステッカー上のアクティブオシレーティング（active oscillating）回路などによって構成される。カプセルがステッカーに接近すると、カプセル中の受動的共鳴回路が振動（oscillating）からエネルギーを引き出して、この引き金（trigger)がカプセルを作動させる。倉庫および図書館の窃盗防止システムでは類似の装置がよく利用されている。

あるいは代わりに、カプセルが大腸に達したことを検出するには、カプセルが、消化管内の圧力の変化を測定するようになっている圧力センサによって構成されている。カプセルが消化管を通過するにつれて、圧力測定を継続的にモニタリングする。胃では、圧力変化があまり生じないのが普通であり、たとえば数分間に一回である。圧力変化が頻繁になり律動的になってくると、これによってカプセルが小腸内に達したことが明らかになり、小腸では平均的には2〜5時間かけて移動すると推測される。いったん律動的な圧力変化が止んで規則的な圧力波も頻繁な圧力波もモニタリングされることが少なくなると、カプセルが大腸内に入ったことが考えられ、大腸では平均的には24〜72時間残留すると推測される。

このように、カプセルが関心領域に達したことを検出するような手法は、個別に利用されることも、組み合わせて利用されることもある。カプセルが関心領域、たとえば大腸に達したことを確かめるには、組み合わせて用いる場合、情報は、前述のように独立した多数のセンサから補正し、分析する（代わりに、カプセルが消化管内で実質的、持続的に利用される）。

本発明の実施形態では、大腸内のポリープを検出するための基本原理は、図2A〜Eおよび13A〜Cに関して記述される実験に示した物理的原則と、大腸の筋収縮が一般に左右対称性であることを利用することと、大腸管腔内が一般に均一であるという特徴に基づいている。ポリープの検出に関しては、カプセルがコリメータの外縁から大腸壁表面までの相対距離を測定する。こうして、アルゴリズムが随時大腸の短軸方向に一致する最大コンプトン後方束（flux)を表す円盤(disk)を探して計算する（大腸の直径のことであり、大腸の横断面が映し出される）。この円盤(disk)が大腸の短軸を随時表す。この計算を裏づける情報は、このほか、光子の流量(flux)が最大になる部分付近に軸をおく左右対称の円錐を分析することによって得られる。ここでは、アルゴリズムによって、この測定値に最もよく一致する2次元楕円スプラインの近似値を得ることによってさまざまな測定範囲によって記述される円盤(disk)の計算が続行される。これが、今度はカプセル位置での大腸の断面の推測値である。カプセルが大腸を移動するにつれて、通常、大腸内部の距離という側面を再現する。用途によっては、被検者の座標系によってこの計算を実施する。このような用途では、カプセル50のMEMS加速センサチップが重力的に引かれる方向を検出するとともに、外部に連結しているもう一つのMEMS加速センサチップが、被検者の動きを補正する二番目のレファレンスとなることが多い（たとえば、図1Cに関する記述で述べられているストラップ59）。代わりに、用途によっては、カプセル50の座標系を利用して計算を実施する。このような用途では、レファレンスは不要で、出力にはカプセルの座標系に関連する距離が含まれる。

通常、カプセル排出後、データを後処理し、専門家に提示する。用途によっては、一連の断面再構成図の形でデータを専門家に提示する。専門家であれば、大腸筋の管腔内に通常は見られないような不規則な特徴を確認することが可能である。詳細には、システムは大腸壁の「凹凸のある」不正な膨らみを検出することが可能であり、これによってポリープをはじめ解剖学的変形が疑われる。

図1Dを参照する。これは、本発明の実施形態に従って、大腸の断面などを再構成した典型的なグラフィック表示の概略図である。

本発明の実施形態では、大腸内を移動するカプセルの経路を再現する目的で上記データの時間的導関数（time derivative）を利用する。データ自体の代わりに時間的導関数を用いるか、データに結合させることによって、カプセルが大腸内を移動するにつれて大腸内部表面の不正な特徴を専門家に見やすくしている。詳細には、このようなデータ分析に関するモードによって、ポリープと、大腸上のその他の特徴（結腸隆起環（haustria rings）など)を検出および差別化することが可能になる。ポリープは時間的導関数内では比較的狭い軌道として現れるが、これに対し結腸隆起環（haustra rings）は広く見え、軌道は通常、カプセルが側を通過するにつれてカプセル周囲の360°全体に及ぶ。(本発明に記述されるように、図14A〜Cと15A〜Cを参照）。

本発明の実施形態では、カプセルに由来するデータをグラフ様式によって医師に提示し、（本発明に記述されるように、図14A〜Cと15A〜Cを参照）、画像情報は提供せず、癌を温存するポリープないし解剖学的変形の可能性があり、大腸鏡検査が必要であるかどうかを医師が判断できるようなグラフ表示の形で情報を画面表示する。

放射線源60がふたつ以上の異なるエネルギーを有する光子を放射する場合においては、基本分析データユニットは、高エネルギーカウント値と低エネルギーカウント値の（比または差のような）関係にある。基本的な分析データユニットは、代用的または追加的には、それぞれのエネルギーウインドウに対するカウント値である。

本発明の実施形態では、大腸内容物とその向こう側（beyond）から散乱する高エネルギーカウント値と低エネルギーカウント値の比を用いて、大腸壁からカプセルまでの実際の距離を校正する。さまざまなエネルギーでの光子の流量（flux）の比が実際の距離に関係（例えば比例）するため、このようなことが可能になる。カプセルが右結腸（right colon）を移動するにつれて造影剤の濃度が変化し、大腸内容物が液状化していて、左結腸（left colon）および直腸では大腸内容物は通常液状化しておらず、半剛性であるため、このような特性は特に有用である。このため、造影剤の濃度が上昇するにつれて、造影剤1cmあたりの平均光子流量(flux)が減少する。（大腸から水が流出する。造影剤が大腸を離れることはないため、大腸内の造影剤濃度が上昇する）。

本発明の実施形態では、カプセル50のようなカプセルがコンプトン後方散乱光子を検出するようになっており、このような光子は、検出器のエネルギー解像度および（コリメートした場合は）検出器のコリメートによって投射光子に対して180°（±20〜30°）の後方散乱過程を経て発生することが多い。多重エネルギーウインドウを用いる場合は、さまざまなエネルギーウンドウのカウント・レートを画像化過程における基本的データに利用する。特に、各検出器に対して、その指定されたチャンネルに関連する電子回路が、コンプトン後方散乱エネルギーの原理に従い、既定のエネルギーウインドウ内で検出器に当たる光子数を合計する（ほかのエネルギーウインドウは、照らし出されている造影剤から発するXRF光子を検出するよう設定されている）。

この実施形態では、カプセル50が、昆虫の複眼に関するアナロジーを用いて理解されているアルゴリズムを実行する。このような目は単一の焦点レンズを持たないが、代わりに半球状に配列した光学センサを多数もっている。複眼をもつ昆虫はかなりの近眼であり、目前の数ミリメートルしか見えない。しかし、このような複眼はこれよりも遠距離の動きを感知し、動いているもののベクトル方向と形態を感知できるようになっている。例えば、このような能力によって、飛行中のトンボが数メートル先に飛行中の蚊を捕らえることができ、蜂や蝿などの昆虫が枝に衝突することなく高速で密林を飛行できる。

消化管内を移動することになるカプセルにとっては、高解像度の画像を再構成するために大型の検出器や適切なコリメート装置を取り付けるのは一般に困難である。このため、状況は、限られた検出器などの資源を用いて形を「認識しなくてはならない」昆虫の場合に類似している。本発明の実施形態では、カプセルを囲む半球状の部分を「見る」ために、カプセル内に検出器を配列している。しかし、検出器の数は100個未満、たとえば40個未満に限定されることが多く、数の上限は（a）納得のいく信号ないし雑音を提供することができる検出器の最低数と、（b）カプセル内の小さな空間に収容可能な独立信号チャンネルの最大数、によって設定される。さらに、コンプトン後方散乱の過程から得られる光子数が比較的少ないことと、カプセルに空間がないことを最大限に利用するためには、検出器をコリメートせずに配列するか、ほとんどコリメートせずに配列することが多い。従って、昆虫の複眼のように、それぞれの検出器が比較的広い角度で「見て」、全体的な静止空間の解像度（overall static spatial resolution）をある程度弱める。昆虫のように、単一の光学検出器で見る角度によって解像されるケースとは異なり、カプセルの場合は、放射線源のコリメータによって、カプセルが「見ている」解像度を決定する。

昆虫の場合のように、カプセルは「近眼」であって、数ミリメートルの距離から静止画像を妥協的に見ることができるに過ぎない。しかし、カプセルは複眼をもつ昆虫のように大腸を移動しながら曲線、結腸隆起環（haustra rings）およびポリープを検出することができる。しかし、ポリープをはじめとする形態の検出は、必ずというわけではないが、カプセルが大腸内を移動するにつれて、カプセルが回収したデータを用いてオフラインで実行されることが多い。

図14A〜Cおよび図15A〜Cを参照する。これは、本発明の実施形態に従って生成した消化管の表面の形態を概略的に示す図である。大腸などの消化管にポリープを検出するために動的追跡アルゴリズムが提供され、大腸内に通常認められる大腸壁の湾曲、結腸隆起環（hastra rings）、大腸の襞などの形態とポリープとを区別する。大腸内でのカプセルの動きにこのアルゴリズムを利用し、ポリープの形態と、大腸内での正常な構造に関する形態とを区別する。

この実施形態では、放射線は典型的には、カプセル周囲の容積の全体ないし一部を「照らす」ように設計される。代わりに、カプセル周囲の容積のうち、あるセクタを選択的に照らし、一方で別のセクタを照らさない状態にするように、放射線上にあるコリメータを設計することができる。この後者の設計によって、カプセルが移動するにつれて大腸内の解剖学的変形を検出しやすくなっており、関連対象物が「暗闇」から「明るみ」に移動するにつれて検出されるようになっている。

単純にするため、動的追跡アルゴリズムに関する次の記述では、放射線検出器が2次元の長方形の表面に広がっているものと仮定する。また、コンプトン後方散乱光子エネルギーウインドウに対応する特定のエネルギーウインドウで、積分時間（integration time）あたりのカウント・レートなど測定した特性の測定値を用いて、2次元の長方形の表面に検出器からのデータのマップを作成できると仮定する。このようにして、3次元の大腸管腔内が、2次元の長方形の表面にマッピングされる。

動的追跡アルゴリズムの第1のステップでは、2次元表現される表面のうち小区分（subdivision）ひとつずつを対象に、例えば前述の式1のマトリックスアルゴリズムを用いて、それぞれのコリメータが「見る」相対距離を計算する。図14A、図14Bおよび図14Cの表面120A、120Bおよび120Cと、図15A、図15Bおよび図15Cの表面122A、122Bおよび122Cは、それぞれ対応する時点での相対距離を示す表面（distance-indicating surface）を典型的に表現したものである。

アルゴリズムの第2のステップでは、小区分を代表する読取値（reading）と、隣り合う小区分すべてを代表する読取値との差を計算する（2次元表面上で隣り合う6個まで）。

第3のステップでは、ポアソン分布に基づいて小区分の値に対する閾値すなわち±σを計算する。たとえば、（最初のステップで示すように分析した後に）Nijが小区分ijの読取値になるとすれば、閾値は1σ（Nijの平方根）になる。この後記述するように、小区分の値から少なくとも1σ離れた読取値だけを第4のステップに用いる。

第4のステップでは、新たに２次元表面をプロットする。ここでは、画素（pixel）が、第1の二次元マップの小区分間の違いを表す（図14A〜Cおよび図15A〜Cの表面の122A〜Cをそれぞれ示している）。このような再現結果は、大腸内でのカプセルの挙動のあらましをつかみ、カプセルが移動するに従ってさまざまな形態を示すような時間的導関数（time derivatives）によって一連の2次元形態変化になっていく。図14A、図14Bおよび図14Cの表面124A、124Bおよび124Cと、図15A、図15Bおよび図15Cの表面126A、126Bおよび126Cはそれぞれの時点でこのような差を再現する典型的な再現図になっている。たとえば、
・移動先端（moving front）の形態（少数の相関するルートから成る）は図15A〜Cの直線のような線128になる。
・（3次元カプセルの空間で）筒型の左右対称性をもつ移動先端（moving front）の形態は、図15A〜Cの隆起部（ridge）のようになり、2次元の異なる空間を横切る線状隆起部(linear ridge）のようになる。このような移動先端(moving front)は、壁運動または壁に連動するカプセル運動に関係するものになる。
・上記以外の形態を持つ移動物体は、図14A〜Cに示すような、ポリープまたは解剖学的変形に関連するものである。

アルゴリズムの第五ステップでは、以上の2次元の異なるマップをアニメーション表示して専門家に提示しており、専門家がポリープなどの異常を評価するのを補助している。

アルゴリズムでは、用途によってはカプセルの局所的な3次元の挙動を推測するため、検出器の読取値に基づく自動補正機能を利用する。このような自動補正機能を用いると、一般には信号もノイズも改善することが可能である。この情報は、隣接する小区分の読取値を補正するために用いることが可能であり、そうすることによって単一の積分時間(integration time)を用いるよりも多数の積分時間に基づく読取値を算出することによって積分時間を増大させるために利用することができる。一般に、読取値を補正、平均化することによって積分時間が増大すれば雑音が減る。また、MEMS加速センサチップ（図9A）から得たデータはこの補正か、確認測定に用いられる。

このアルゴリズムによって提供される動的解像法は、一般に、比較的少数の検出器を使用した場合であっても、カプセルから比較的遠い距離にあるポリープを解像できることを示している。これは、比較的少数の検出器をコリメートしていないか、わずかにコリメートしたにとどまる場合でもあてはまる事例であり（このため、画面上で重なって見え）、このようなアルゴリズムを用いなければ、一般に（放射線源のコリメートによって決まる）静的解像度が比較的低くなる。

動的分析を利用するアルゴリズムはこのほか、大腸内でポリープをはじめ解剖学的変形を検出するにも利用されており、このようなものと、正常な壁運動（大腸筋の収縮）とを識別する。詳細には、堅牢性を高め、空間的、時間的なばらつきに対するノイズ低減（noise immunity）を改善するため、前述の実施形態に関して上述のものに類似する動的分析を利用するアルゴリズムを適用する。詳細には、動的分析を静的分析と組み合わせて用いると、ポリープをはじめとする異常の検出、評価が改善される。

図5を参照する。これは、本発明の実施形態に従って、カプセル50の構造に関して時間を重ねてみた（time-multiplexed）概略図である。この実施形態では、カプセル50が少なくとも1個の放射線シールド68によって構成されている。カプセルは、カプセルが消化管内にある時間だけシールド68が放射線源60から放射する放射線を阻止するように設計されている。用途によっては、シールド68を移動することによってこの部分的阻止が達成される。代用的または追加的には、放射線源60を移動することによって阻止が達成される。用途によっては、放射線源60が移動中のロッド80に連結される。休止期（rest phase)であって、カプセルがデータを収集しようとしない時間であれば、放射線源60をシールド68の背後に置き、漏れて被検者の体に到達する放射線の線量を最小限にとどめる。稼動期（operational phase）にあって、カプセル50がデータを収集中であるときは、低出力アクチュエータ84などを用いてロッド80を前後に移動させる（たとえば、ボイスコイルリニアアクチュエータ（voice coil liner actuator）または圧電リニアアクチュエータモータ（piezoelectric linear actuator）などを用いる）。ロッド80の動きによって放射線源60がさまざまなコリメータ63に到達し、カプセルを囲む球体のさまざまな角度から、放射線源60が随時発光するようになる。検出器62が媒体の入った大腸内容物からコンプトン後方散乱光子またはX線蛍光光子を検出して、放射線源の位置に時間を同調させる。

用途によっては、放射線源60がTl201、I111、I131、Ga67、Tc99mまたはPd100などの放射性同位元素によって構成される。用途によっては、ロッド80がタングステン、鉛またはタンタルなどの重金属によって構成される。用途によっては、シールド68がタングステン、金またはタンタルなどの高Ｚ（high Z）物質によって構成される。

以上の手法を用いて容積の「明るさ」を調整することによって、システム解像をコントロールする。たとえば、カプセルに比較的強度の高い放射線源をおき、放射線源の角度をコリメータによって調整すると、狭い範囲を高い解像度で観察することが可能になる。この構造では、被検者の放射線総被曝量は依然として比較的少ないほうである。

ヒトの大腸を生理学的および解剖学的にみると、ほとんどの時間（平均24〜72時間）大腸内容物が静止しており、わずかずつ混合されても前に移動することはない。数時間に1回の割合で収縮を生じ、大腸内に（最大で平均200mmHgまでの）圧力が発生し、肛門に向けて内容物を強く押し出す。被検者の被曝を最小限に食い止めるため、カプセルが、大腸内での塊の切迫した動きを暗示するような管腔内圧の増大を感知した場合と、MEMS加速センサチップを用いることによって、カプセルが自らの切迫した動きを暗示するような角度の変化を感知した場合の両者またはいずれか一方の場合に限って動力による放射線源60の前後運動を活発させることが多い。カプセルが圧力も傾斜角度の変化も感知せず、大腸壁に最も近い検出器のXRFの読み取りが定常状態にあるような期間は、放射線源60がシールド68の中心に静止している。

動力による放射線源60の前後運動によって放射線源がコリメータを介してγ線またはX線を放射する。コリメータ63はいつでも、既定の小集団だけが放射線を放射するように配列されている。カプセルがデータを収集しようとする場合に限って放射線源を曝露すれば、一般に被検者が被曝する線量が減少する。

本発明の実施形態では、アクチュエータ84とロッド80は、強制機械振動系（forced mechanical oscillator）の動きに従ってロッド80が動くように配置されている。この配置では、ロッドとバネの組み合わせによって特定の共鳴周波数（resonance frequency）を有する機械振動系（mechanical oscillator）を形成するよう、ロッド80が少なくとも1個のバネ（バネは図示していない）に連結している。この周波数（frequency）付近では、ロッド80を動かすのに必要なエネルギーが最小になる。アクチュエータ84が、摩擦により消耗するエネルギーを提供する。ロッドは動き始めと終わりに動きが遅くなる。ロッド、バネおよびコリメータは、ロッドが動きを遅くする位置で放射線源がコリメータの開口部に露出するように配列されることが多い。

本発明の実施形態では、処理用ユニットをカプセルに取り込んでおり、リアルタイムでカプセル内で限られたデータ分析を実施することができるようになっている。詳細には、カプセルが圧力に誘発される大きな動き以外、重力など外部からの力によって大腸内で動く場合、測定したデータに関する自動補正機能を計算し、測定のためにこの情報と組み合わせる。詳細には、MEMS加速度計と自動補正機能を併用することで、カプセルが静止しているのか、または大腸内で動いているのかを測定しやすくなる。従って、カプセルは、カプセルが休止に入るまで放射線源の動きを操作し続ける。

本発明の実施形態では、シールド68が少なくとも部分的に磁性材料から構成され、シールドがアクチュエータ84の役割の一部を担うようになっている（たとえば、アクチュエータがボイスコイルアクチュエータ（voice coil actuator）の場合など）。この実施形態では、一般に専用の磁石は必要とされない。

本発明の実施形態では、造影剤を強磁性粒子、たとえば球状の粒子と混合する。カプセルが大腸に入ると、このような粒子が磁石によってカプセルに引き寄せられ、カプセルと一緒に移動する巨大な塊を形成し、カプセルの動きを減速させて、ポリープが検出される可能性を増大させる。用途によっては、シールド68は、電磁石によって構成され、電源を入れたり切ったりすることによって強磁性粒子とカプセルを引き寄せあったり離したりさせている。

図6A〜Eを参照する。これは、本発明の実施形態に従って、膨張するバルーン140を連結するカプセルの概略図である。カプセル50の周囲でバルーン140を膨張させると、カプセルがバルーン表面の外側から離れてバルーンの中心部に近づく。このようにして、カプセルは大腸管腔の中心部近くに置かれる。一般に、このように位置づけると、ポリープをはじめ解剖学的変形を検出するのにカプセルのあらゆる側に関してシステム解像度を向上させることが可能になる。バルーン構造を用いて解剖学的変形およびポリープを検出する手法は、本質的にはバルーンから構成されていない実施形態と同一である。

この実施形態では、大腸など臨床的関心領域にカプセル50が達するとバルーン140が膨張するようになっていることが多い。カプセル50は、多くは前述の技術を用いて大腸内に入ったことを検出する。用途によっては、バルーンの材質は、膨張して大腸内容物の水分と接触すると気体（たとえばCO₂）またはゲルを放出する材料を含むことができる。たとえば、バルーン140はバルーンの外表に位置するような化合物142によって構成される。化合物142は大腸内容物にもバルーン内部にも曝される。このほか、バルーンを膨張させるための手法は、本出願を読んだ者には周知であり、本発明の目的内に入る。

用途によっては、バルーン140は開閉弁144を有し、弁が大腸内容物の水分に接触するとゆっくり開き始めるように設計されている。弁144は、多くは、カプセルが大腸を通過するのに予測される時間よりも長めの既定時間にわたって緩んでいくように設計される。弁144の緩みによってバルーン140内に含まれる気体がバルーンから漏れて、バルーンを収縮させる。このメカニズムによって、カプセルおよびバルーンが大腸内内容物の通過域を不要にふさがないようにしている。

図6Cおよび図6Dを参照する。本発明の実施形態では、カプセル50が pH感知コーティング剤150によって被覆されており、小腸末端部および大腸内で推測されるpH7などで溶解するようになっている。カプセルが大腸内に達したことを検出するには大腸内の細菌によって放出される酵素と反応して溶解するようなポリマーを取り込むメカニズムなど、ほかの技術が代用的、追加的に利用されている。このような細菌は、消化管内の別の部位よりも大腸内に目立って存在する。たとえば、アイセロ化学（Aicello Chemical Co., Ltd. (Aichi, Japan)）が販売しているように、pH感知コーティング剤と内部コーティング剤を溶解する細菌の組み合わせなどがある。

図6Cおよび図6Dを再度参照する。本発明の実施形態では、造影剤に起因する圧力波パターンおよび／またはXRFの存在に関する変化を測定することによって、カプセル50が大腸に入ったことを明らかにする。また、このような指標は、外側のコーティング剤を剥がすときのほか、大腸内容物に含まれる水を第一コーティング剤の下層に取り込むために機械的動作または化学的処置を誘発するにも用いられる。このような実施形態では、バルーン140の外表が半透膜152によって構成されており、バルーン140に水および造影剤に入れるようにしてある。用途によっては、バルーン140は、水が半透膜152を透過するにつれて膨張するような超吸収性ハイドロゲル153を含む。用途によっては、カプセル50が伸長可動式接続素子（elongated flexible connecting elements）154を伸展させることによって半透膜152に連結し、カプセル50がバルーン140内部にとどまるようにする。これらの用途では、大腸の長さに沿ってカプセルが方向づけられるよう、バルーン140の長さは通常、カプセル50の長さよりも長く、かつ大腸の幅よりも長い。また、用途によっては、バルーン140はカプセル周辺のバルーンを膨らめるために、複数の支持素子156から構成される。たとえば、素子156は、（たとえばMemory-Metalle GmbH (Weil am Rhein, Germany)が販売するような）形状記憶ニチノール（memory-shaped nitinol）などの材質によって構成される。

本発明の実施形態では、カプセル50の境界を拡張するバルーン140の膨張が、コンプトン散乱を無視できる程度の、気体を充填した媒体を形成する。このように、コンプトン後方散乱はバルーン140と大腸内容物の境界面に発生し、カプセル50の外表から約0.5cm〜1.5cmの間の距離にあることが多い。この設計では、カプセル50の外表から大腸壁までの総距離を測定するため、カプセル50が２つの距離（a）バルーン内部からバルーンの外表までの距離と（b）バルーンの外表から大腸壁までの距離、の合計を計算する。

用途によっては、次の手法のうちの少なくとも一つを用いて、カプセルからバルーンの外表までの距離を測定する。
・カプセルからバルーン表面までの距離の変化が、コンプトン後方散乱光子の総カウント・レートの大きな変化を反映させるため、このような距離の変化を測定するのにコンプトン散乱を利用する。これは、バルーン内部では実質的に後方散乱が無いという事実による。このため、バルーンの表面の変化は、1/R＾2で表される後方散乱のカウント・レートの変化を反映している。ここで、Rはバルーンの表面までの距離である。この変化は、バルーン表面の向こう側での変化に起因するコンプトン後方散乱の変化が小さいためである。さらに、用途によっては、このような変化がバルーンの外側でのXRF値の変化に一致することもある。
・後方散乱を起こしている目標物のサイズに基づいて、カプセルからバルーンの表面までの距離を計算する。これは、コリメータの配置がわかっていて、気体を充填したバルーン内ではコンプトン散乱が実質的に無視できる程度にわずかであることがわかっており、バルーンと大腸内容物の相互作用が認められる場合に限って散乱が起こり始める。
・バルーンの表面は、図6Bに示すように、タングステンまたはタンタルなどの高密度の材料からなる点状の小片158で満ちている。カプセル50内部のγ線光子ないしX線光子60によって小片158を照らし出すと、一部のXRF（特定のスペクトル輝線を有する）がカプセル上の放射線検出器62によって検出される。距離が範囲rと放射線源との角度に依存するとすれば、このような放射線源までの距離は、次の式を用いていくつかの放射線源に由来する特定のエネルギーウインドウに関するカウント・レートによって計算する。

・バルーン140の表面は、図6Eに示すように、小型γ線および／またはX-線の点放射線源160によって構成される（例えば、満たされている）。点放射線源160は、複数のエネルギーレベルをもつγ放射線を放射するTl201、In111など、寿命の短いγ線源を放射する材料によって構成されることが多い。バルーンの表面から点放射線源までの距離は、直前に記述した式2に必要な変更を加えて測定することが多い。

バルーンの表面から大腸壁までの距離を計算するため、カプセルが造影剤（または経口投与される別の高Ｚ(high Z)剤）から放射されるXRFを分析することが多い。XRFカウント・レートは、大腸とバルーンの表面との間の造影剤が混入している大腸内容物の容積に比例すなわち正比例する。

図6Eを再度参照する。本発明の実施形態では、前述のようにバルーン140の表面が点放射線源160を有する。この実施形態では、典型的には、カプセル50が放射線源60を有していない。この実施形態では、カプセル50および／または外部データ分析用ソフトウェアが（a）バルーン140の外表の配置と、(b)（i）バルーン140に接触するか、（ii）バルーン140付近にあるような、腹部の解剖学的構造、のマップを作成する。バルーン140は、多くは40個未満の点放射線源160によって構成され、カプセル50は40個未満の放射線検出器62によって構成される。点放射線源160から放射する光子はあらゆる方向に移動する。放射線検出器62の方向に移動する光子は、光子に関するそれぞれのエネルギーウインドウを有する検出器に検出される。大腸内容物の方向に移動する光子のなかには、コンプトン後方散乱を来すものがあり、投射光子から約180°の方向にある検出器に戻っていくようになっている。このような散乱光子は、カプセルの放射線検出器と関連する電子機器によって適切なエネルギーウインドウに登録される。このような散乱光子が大腸の解剖学的構造をマッピングし、このような素子がバルーンに接触するかどうかをみるため、カプセル50および／または外部データ分析ソフトウェアが（a）点放射線源160のバルーン表面でのたがいの位置に関する情報と（b）カプセル上での検出器アレイ（detector array）による一次光子と散乱光子の検出結果とを利用する。それぞれの放射線源の位置と各放射線源からの後方散乱の分布は、複数の検出器による放射線源の検出を記述する一次方程式を解くことによって明らかになることが多い。カプセルが複数の検出器と、それよりも数の少ない放射線源によって構成されているため、このような式を解くことは可能である。

このようなマップを作成するため、用途によっては次のアルゴリズムを利用する。
・カプセル50は、積分時間間隔ごとに、光子を発生する点放射線源160についてのそれぞれの第1の（投射）エネルギーウインドウに対する光子数を記録する。
・カプセル50は、積分時間間隔ごとに、光子を発生する点放射線源160についての第1のエネルギーウインドウに対応するそれぞれの約180°のコンプトン後方散乱のエネルギーウインドウに対する光子数を記録する。
・検出器ごとの測定D (Ek) iにおいて、それぞれの第1のエネルギーウインドウEkのカウントが、放射線源を「観察していた」あらゆる放射線源に達する光子数の合計に等しいものとする。すなわち、

ここでSijは特定のエネルギーウインドウに対する既知の放射線源の強度（intensity）（または既知の放射線源同士の間の関係を示すマトリックス）であり、放射線源Sijの配置との関連も、放射線源が測定したカウント値D (Ek) iとに対するθ(ｒ，φ)もわかっていない。たとえば、θ（ｒ，φ）の表現するに次の式が用いられる。

行列形式を用いると、次のように線形式を書き表すことができる。

放射線源同士の関係は、カプセルの製造過程で測定され、カプセルに保存されるか、バルーン膨張に先立って測定し、保存するようになっている。点放射線源160の標識体が寿命を迎えるまでこのような関係が残る。
・測定値行列Dと放射線源行列Sはわかっているので、Sの逆行列を用いることで、次のようにしてφの値を計算する。

ここでは、 φが重み関数であって、検出器の表面に応じたバルーン表面の空間配置に比例し、ここで重み行列のルールが逆二乗則（the inverse square rule）になる。言い換えれば、何らかの距離から検出される放射線源の強度が、放射線源と放射線検出器との距離の2乗に反比例する。このため、点放射線源の位置を明らかにするには、放射線検出器の数を点放射線源からみて少なくとも3倍にする必要のあることが分かる。

このほか、バルーン上での放射線源の位置を計算する方法と、バルーンの表面の形状を推定する方法も、本発明の目的内に入っている。

用途によっては、バルーンの表面から大腸壁までの距離を算出するため、XRF光子の分析を単独または前述の距離測定技術と組み合わせて利用する。用途によっては、バルーン以外の構造物を用いて、バルーンに類似の効果を生み出す。たとえば、大腸付近の境界の外側まで放射線源を拡大する。このように別の構造を利用するには、前述のアルゴリズムのように解剖学的構造のマップを作成する方法を、このような別の構造に適用するために適宜修正する。

本発明の実施形態では、大腸の異常な組織と正常な組織の密度の差に基づいて、大腸管腔内でのポリープ、大腸癌その他の異常を明らかにするためにアルゴリズムを提供する。また、このアルゴリズムは、大腸管腔に突出しない癌性組織または扁平なポリープ（西側諸国ではポリープの約5%、日本ではポリープの10%以上）を検出するのに役立つ。シグナルとノイズの比（signal-to-noise）を比較するため、これ以外に、データセットを処理する方法と、複数の測定間での補正に利用する方法を用いる（以下の記述は、単一の後方散乱エネルギーのほか、多重の後方散乱エネルギーを補充するほか、（比または差のように）高後方散乱エネルギーと低後方散乱エネルギーの関係を補足するものである）。

このアルゴリズムを用いる結果のうち最良のものは、カプセル50またはバルーン140の少なくとも一部が大腸壁内または別の内部構造で接しているときに得られており、複数の放射線源62の間にも、大腸壁やその他の構造の間にも実質的には造影剤がない状態である。カプセル50は大腸壁の脈動によって押されて大腸内を前進していくため、大腸壁に接していることが多い。

アルゴリズムは、飲み込み可能な装置の少なくとも一部が大腸壁その他の内部構造に密着していることが明らかである場合に実行される。たとえば、装置が接する部分でのXRF光子の減少が実質的にゼロであることを検出する場合にこの決定が下され、そのとき大腸壁とその他の構造との間に実質的に造影剤がないことになる。

アルゴリズムは、放射線源60ないしバルーン140の表面にある点放射線源160から放射される投射光子に反応して発生する約180°のコンプトン後方散乱光子の数を分析する（図6E）。アルゴリズムの過程では、次のように、近接する検出器が基本成分分析（PCA）を用いて照らし出されたスポットを「観測する」と考える。次の式は、N個の隣接するピクセルに対するN回の測定に基づく基本成分への変換を記述する一般的な行列式である。

ここでXは、後方散乱光子数行列（または高エネルギーウインドウを低エネルギーウインドウで割るなど、さまざまなエネルギーウインドウでの後方散乱光子同士の比または差のような関係）を表す。各ピクセルに関連するYは、基本成分の行列である。U は、Xの分散−共分散行列（variance-covariance matrix ）から導かれたNｘN のユニタリー行列（unitary matrix）である。

ここで変数ｘ_jj、j(j=1 to N)、及びNは中央値（mean centered）である。行列Uの列は、Nで正規化した、C_xxの固有ベクトル（eigenvectors）である。基本成分の共分散マトリクス（covairance matrix of the principal components )は、

であり、基本成分（PCs）の変数はλ₁>λ₂>...λ_Nのような順序になる。Uはユニタリー変換であるため、全データ分散（the total data variance）は以下のようになる。

ここで、σ² _χは、オリジナル変数ｘ_jの分散である。情報の収集には、この分散を再分配する（redistribution）ことが便利である。PC(基本成分)は補正されていないため、それぞれのＹ_jは過去の成分より分散が小さく、わずかなPCが分散全体の大きな割合を占めることになる。言い換えれば、大腸の筋壁のように一般に均一な組織では、１つのPC（基本成分）によって大量の全データ分散（the total data variance）を記述すると推測されている。一方、ポリープないし癌性組織の存在が（大腸の筋肉組成が均一であることに比べて）大腸壁から届く後方散乱光子の分散を増大させることがある。このようにＣxの複雑な構造によって、1個以上のPCにみられる分散全体の大部分を記述するのに、2つの関係（2つのPCs）が存在することになる。

本発明の実施形態では、前述のように、隣接する検出器のピクセルからデータの統計解析を実施するほか、カプセルが大腸内を移動するにつれて、カプセルの連続的な位置において同一の数式を用いる。別の検出器から収集したデータを対象とする自動補正機能を用いて局所の動きを算出する（この手法は、光学コンピュータマウスが位置変化を計算するために光学分析の手法を用いるのに似ている）。

本発明の実施形態では、大腸内の気体とポリープなどの解剖学的変形を検出、識別する方法を提供する。大腸の管腔内では時に、気泡が発生する。このような気泡は大腸内でポリープその他の解剖学的変形であると誤って認識されることがある。この実施形態では、大腸内で気泡、ポリープおよび解剖学的変形を区別するのに、アルゴリズムツール一式と補助ハードウェアを実装している。このようなアルゴリズムツールは以下の項目を含むが、これに限定されない。
・気体からのコンプトン散乱は（正常でも異常でも）組織からの散乱よりは実質的に低い（ほとんど存在しないことが多い）。このため、気泡は全てのエネルギーウインドウにおいて、コンプトン散乱の減少のように認識される。さらに、気泡が多量に存在すると、高エネルギーと低エネルギーとの間の（比または差のような）差は変化しないことがある。このため、光子は造影剤通過が少ないことから、全てのエネルギーウインドウにおけるコンプトン散乱の減少と、上記の関係にみられるわずかな差とを認識することが、気体の存在を示すことになる。
・また、コンプトン後方散乱光子のほかに、カプセルは造影剤の高Ｚ原子（high Z atoms）から放射されたX線蛍光光子を検出するようになっていることが多い。Z番号が低くなり、密度が低くなりがちなため、大腸内では空気をはじめその他の気体がXRFを放射することはない。これによって、コンプトン散乱光子とX線蛍光光子の比に基づいてガス・ポケットとポリープを区別することが可能になる。
・重力があるため、気泡は形成時に管腔内の上層部に上がりがちになる。このため、MEMSチップによる重力中心からの傾き情報を用い、気泡を検出できるかどうかを判断する。重力の方向に関する情報を用いることによって、気泡に起因するカウント・レートの変化を検出するような固体角度セクタ（solid angle sector）に関する気泡がどこにあるのかを確かめることが可能になる。
・気泡が安定していると、底部に平坦な表面を有する。このため、大腸内ではポリープをはじめ突出する解剖学的変形との差を登録する。
・気泡は不安定であれば重力と逆方向に移動していく。このため、MEMSチップに関する情報を用いることによって、カプセル付近を移動する気泡が存在するかどうか判断する。
・大腸の終わりと直腸では、気体が発生し、それが肛門から放たれることがある。これは、XRF放射線カウント値とコンプトン散乱カウント値が数秒あるいは数分にわたって緩やかに減少し、気体が放出された途端に急激により高い数値に戻る現象として認識される。
・大腸管腔内の気体の量を減らすには、木炭化合物（charcoal compounds）をはじめ、消化管内の気体を吸収する目的をもつ市販品にみられる化合物を造影剤に混合して投与する。
・用途によっては、音波（たとえば超音波など）を用いて気泡の存在を検出する。気泡には大腸内のポリープをはじめ解剖学的変形とは明らかに異なる音響反射特性がある。

本発明の実施形態では、放射線源60が放射性同位元素を含み、放射性同位元素がβ線を放射する。このようなβ放出子には、たとえばP32、S35またはXe133がある。放射性同位元素は金、鉛、タングステンその他原子番号の高い金属のなかに置かれる。選択された金属は、比較的高いエネルギーのXRF線（タングステンは67keV）をもつことが多い。この構成によって、β電子が励起された結果、XRF二次光子放射が起こる。

本発明の実施形態では、カプセルが大腸に入る前、消化管を移動する間に電池を節約するため、省エネルギー的（energy-saving）なプロトコルを用いる。このようなプロトコルに従って、使用中のカプセルが大腸に達したことを検出するため、本発明に記述した手法を複数用いる。大腸内に入ったことがいったん検出されれば、大腸内のポリープを検出するためカプセルがデータ収集を開始する。このデータ収集は平均24〜72時間持続することが多い。カプセルからの被曝を最小限に食い止めるには、カプセルが動こうとする時に限って放射線を放射するように設計する。そのようなすぐ起きそうな動きは、たとえば、大腸内容物の圧力変化を測定することで検出されることがある。圧力の時間変化量(a pressure time-dependant gradient）が閾値を超えるとカプセルの動きが活発になる。代用的または追加的には、カプセルの、重力ベクトルとの相対的傾斜角が変わると活性化される（これは、MEMS加速度計チップを用いて検出される）。閾値を超えて相対的傾斜が変化すれば、カプセルが動き出そうとすることがわかる。放射線源をいつ動かすかを決めるのに、カプセルのこのような基準を代用的または追加的に組み合わせて利用することがある。

図6A〜6Eに関する記述にあるように、バルーン140を有するカプセルの用途では、代用的または追加的に、検出器はバルーン内の気圧を測定する圧力ゲージを有する。大腸壁が動き出すにつれて、バルーン内に圧力が生まれ、検出器のチャンネルをはじめ、エネルギー節約のために無効になっていた電気回路にスイッチが入ってカプセルが動き出す。圧力が下がると、カプセルは操作休止モードになるが、一定の時間遅れて休止モードに戻ることも選択できる。

用途によっては、カプセルが操作休止モードある間に、シールドから漏れた高エネルギー光子を用いて、さまざまな検出器から得られるコンプトン後方散乱の値を監視することによってバルーン内の圧力を測定する。このような検出器の読取値が変化すると、バルーンが高圧であることがわかり、こうして動く可能性のあるときは、カプセルが完全なアクティブ状態に移行する。

本発明の実施形態では、カプセルを飲み込む前に被検者に特別食を与える。この食事は前述のように造影剤と、腸管内容物を軟化させるための緩下剤を含んでおり、腸管の動きを活発にしてカプセルの平均通過時間を短縮させる。通過時間が短くなると、一般にカプセル内での単位時間あたりのエネルギー消費量の増加が可能になり、放射線源60にTc99m（半減期は6時間）などの半減期の短い放射性同位元素を利用できるようになる。

本発明の実施形態では、カプセルの位置を追跡するため、被検者の体に放射線検出器を据え付ける。相対的距離が互いにわかっている少数の検出器の放射線の相対強度を測定すると、リアルタイムでカプセルの位置を追跡することが可能になる。本発明で周知の磁性的な位置システムまたは位置追跡システムによって、検出器の位置を追跡する。

本発明の実施形態では、高Ｚ（high Z）（原子番号が少なくとも50以上の原子で、60から100が多い）をもち、投影γ線放射線および／または投影X線放射線に反応して比較的高いX線蛍光を放射する経口造影剤を被検者に投与している。以上のような造影剤は、たとえば硫酸バリウム、ヨウ素化合物またはガドリニウム化合物など消化管の造影剤にルーチン的に用いられているように比較的高エネルギーの（バリウムは32keV）Ｘ線蛍光を放射する化合物によって構成されている。このような物質は一般に消化管腔用に限定されている。高Ｚ剤が大腸の管腔内の容積を満たし、高Ｚ剤に占有されなかった容積によってポリープをはじめ解剖学的変形の検出を助ける。

この実施形態の操作原理は、ここに記述したもの以外、一般に前述した実施形態に類似している。カプセルは、これ以外の実施形態にあるように、γ線ないしX線を放射して、カプセル周囲を照らす。ただ、これ以外の実施形態とは異なり、この照明の目的は、高Ｚ剤を励起してX線蛍光（XRF）を放射させることにある。XRF過程によるX-線放射はここでカプセルに検出され、処理される。

図11A〜Dを参照する。これは、本発明の実施形態に従って測定した実験結果を示すグラフである。図11A、図11Bおよび図11Cは、本発明の実施形態に従ってそれぞれ深さ1cm、2cmおよび3cmの2%硫酸バリウム高Ｚ（high Z）剤を用いたエネルギースペクトルのグラフである。グラフはそれぞれ、180°の後方散乱角度で測定したXRFスペクトル線180およびコンプトン後方散乱スペクトル線182である。グラフからわかるように、XRF光子のカウント・レートは高Ｚ剤（硫酸バリウム）の深さに依存する。図11Dは本発明の実施形態に従って、高Ｚ剤の深さに対するXRFスペクトルを積分したプロットであり、これも光子カウント値が高Ｚ剤の深さに依存することを示している。(実線は平均カウント・レートを示し、破線は±1標準偏差を示す）。

カプセルから受け取ったXRFデータの分析は、一般に本発明の実施形態で実施する分析に類似するものである。ただ、ポリープをはじめ解剖学的変形の存在下ではXRF光子のカウント値は低下するのに対し、ポリープをはじめ解剖学的変形の存在下ではコンプトン散乱光子のカウント値は上昇する。

本発明の実施形態に従ってコンプトン散乱光子およびXRF光子のいずれも測定し、複合情報を利用してポリープをはじめ解剖学的変形の存在を明らかにする。このXRF/コンプトンに関する実施形態では、別個のふたつのエネルギーに対応する別個のエネルギーウインドウを評価することによって、2種類の放射線を別個に計測する。放射線源に関する光子エネルギーは、約180°のコンプトン散乱エネルギーと造影剤のXRFとを十分に区別できるように、カプセルからの投射光子が充分に高エネルギーであるものを選択する。XRFカウント値およびコンプトン光子カウント値を併用すると、受け取った光子に派生する統計値が改善することが多い。

本発明の実施形態では、コンプトン散乱光子とXRF光子を組み合わせ、カプセル上のそれぞれの検出器から大腸内管腔壁までの距離の絶対値を測定するのに用いる。この情報を、今度は時間関数（またはMEMSセンサないしさまざまな検出器に関する自動補正機能に基づく情報を用いて測定することの多い大腸内への距離など別のパラメータの関数）として、大腸内壁の湾曲を再構成するのに用いる（典型的には、カプセルからのデータを解析するときに）。

用途によっては、次の吸収式を用いて大腸壁からカプセルまでの距離を随時計算する。

ここで、
・Iは検出器で測定した（特定のエネルギーウインドウに対する）光子の強度であり、
・φ(C, D)は、コリメータの配列と検出器の効率（efficiency）に依存する測定効率を記述する関数であり、
・I₀は（同一の特定エネルギーウインドウに対する）放射線源での光子強度であり、
・μは化学組成全体および特定の密度に依存する大腸内容物の吸収係数であり、
・χはセンチメートル単位の距離である。

用途によっては、吸収係数μを算出する方法を提供する。次の観測は、以下に記述する方法を理解するのに役立つ。
・コンプトン散乱反応の確率は電子密度に依存することから、大腸内容物の密度に線形に比例し、
・(カプセルを出るときも、コンプトン散乱後にカプセルに戻るときも) 造影剤での光子吸収の多くは、光電作用に起因し、関数Z^5によって変化し、
・大腸内容物の密度は、（コンプトン散乱作用の確率を考える限りでは）大腸の外部ないし体内一般にみられる物質の密度に類似している。

（造影剤を含む）大腸内容物の吸収係数μを算出する方法は、以下の方法によって構成されることが多い：
・あらゆる時点でカプセル上のどの検出器が小腸壁に接触しているかを判断する。この判断は、あらゆる時点でどの検出器がXRFのきわめて低レベルを記録するかを確認することによって下される。これが、検出器が壁と接触していることの目安になるためである。（XRFは、造影剤を通過して入ってくる光子に反応し、実質的なレベルで測定される。しかし、小腸と接触している検出器に当たる光子は本質的に造影剤を通過しない）。外部記録ユニット52に記録されるデータを分析することによって、この判断をすることが多い。検出器が小腸壁に接触している場合、検出器それぞれに対して記録されるコンプトン散乱光子数の平均値を評価する。上の吸収式では、これがχ=0に対応する。
・既知の最小分離距離をおいて、カプセルの放射線源を小腸壁から離す。このため、最小距離を記録している検出器は、既知の最小分離距離にある。用途によっては、この分離は図7Aまたは図7Bを参照すると説明されているように、エクステンダー（extenders）を利用することによって達成される。カプセルが大腸に入ると、このような分離が生じる。カプセルが大腸に入ることは、本発明に記述するようにさまざまな方法を用いて検出することが可能である。
・式11と、この方法の最初の２つのステップで測定したコンプトン散乱カウント・レートを用いることによって、造影剤を含む大腸内容物の吸収因子μを算出する。

この計算値μを用いて、検出器の大腸内での総移動期間を明らかにするため、あらゆる検出器から大腸壁付近の検出器までの時間変化による距離を計算する。実施形態では、この計算が片対数グラフを用いるモデルに基づいており、カウント・レートをY軸、距離をX軸上にとる。このようなグラフの傾きがμの計算値であり、計算方法のうち最初の２ステップで実施した測定に基づくものである。

本発明の実施形態では、被検者は、消化可能で、かつ消化管内に限ってとどまるような標識剤を飲み込む。後から、被検者は、患者が装着する外部記録ユニットと交信可能なγ線源を搭載するカプセルを飲み込む。本発明に記述することを除いて、本発明の操作原理は一般にここで記述する実施形態に挙げられている原理に類似するものである。

本発明の実施形態は、以下に列挙する物理原理に基づくものであり、図3は本発明の実施形態に従って図2A〜Eを参照すると記述されているものに類似している典型的な実験結果を示すグラフである。図2A〜Dのコンテナ（container）12に類似するコンテナには、標識された液体または低粘性ゲルが充填され、図2A〜Eのバルーン18に類似の少量の水を入れたバルーンがコンテナ（container)の底部に置かれている。図2A〜Eの検出器16に類似した、コリメートされた放射線検出器が、容器の底から一定の距離を保ちながら容器の上を通過する（この実験では、図2A〜Dの放射線源14に類似する放射線源は用いられていない）。検出器の経路に沿って複数の地点で1秒間あたりのγ線またはX線の放射カウント・レートを記録する。図3に示すように、検出器が水入りバルーン（位置C）の位置の上を通過すると、カウント・レートの読取値が減少する。物理的原理２つを組み合わせるとこの効果を生じる：
・媒体（media)が液体または低粘性ゲルであるため、一般に、放射線同位元素導入後に十分な時間が経過していれば、一定領域内の標識剤の濃度は媒体内で均一に分布していると仮定される。
・単位時間間隔に検出される光子数は、コリメートされた検出器が「観測する」容積に比例する。言い換えると、崩壊(decay）によって安定度の高い核になる放射性同位元素を起源とする光子を検出する確率は、コリメートされた検出器によって「観測される」放射能を持った核の容積に比例する。

本実施形態に関する高エネルギー光子が、カプセル（またはバルーンの点放射線源）からではなく、被検者に飲み込まれる標識剤から放射するという点を除けば、一般に、本発明の実施形態の操作に関する原理は、上述の実施形態に類似している。標識剤は、大腸通過時間の検査にルーチン的に用いられている標識剤に類似していることが多い。たとえば、I131などの標識剤は、ゼラチンカプセルに標識した陽イオン交換レジン粒子（cation-exchange resin particles）（直径0.5-1.8 mm）などの経口投与式のトレーサーか、経口投与されて消化管内にとどまる物質であることが多い（たとえば、カミレリ（Camilleri）らによる記述など）。

本実施形態のカプセルは、図4を参照すると記述されているようなカプセル50に類似している。しかし、カプセル50とは異なり、本実施形態のカプセルは典型的には放射線源を有さない。さらに、本実施形態のカプセルに関する放射線源は、コリメートされていない場合が多い。放射線検出器は、カプセルを囲む4πの2乗からなる球体（またはその一部）を「観測する」ように配列されていることが多い。検出器をコリメートすることによって、検出器がそれぞれ（球体に対して）狭い範囲の固体セクタ（solid sector）内を「観測」することが可能になる。

カプセルは消化管内を移動し、放射線検出器に当たった光子を測定する。この測定は一般に、カプセルが節電モードにない限り定常的に実施されることが多い。放射線検出器それぞれから受け取ったカウント・レートの情報を測定毎のタイムスタンプと一緒に保存する。この単位積分時間内であれば、カプセル、周辺の大腸壁および標識剤が準定常状態にあるものと考える。準定常状態の仮定を見越して、時間間隔を短くとり、このような短時間でカウント・レートを積分する。以上のデータをカプセルに保存し、カプセルから随時、外部記録ユニットに送信することが多い。

カプセルからのデータを分析することは、実質的にはここでの記述に類似している。構造体が標識された大腸内容物に置き換わって、カウントの読取値が低下していくため、解剖学的構造の突出がみられると、領域から受け取ったγ線カウント・レートが減少する。

ここで図7Aおよび図7Bを参照する。これは、本発明の実施形態に従った拡張素子（extending element）の概略図である。このような延長素子は、カプセル50が消化管内で診断的に関心の集まる領域、典型的には大腸、に達すると展開する。拡張した位置にあれば、拡張素子がカプセル50を大腸壁からわずかに離した状態に維持する。用途によっては、カプセル50 は、大腸周辺に達したときのpHの変化など、化学的トリガーに基づいて反応する材料を有する（たとえば、このような手法は、カミレリ（Camilleri）らの文献に記述されている）。化学反応によって拡張素子が展開する。消化管内の液体を吸収すると拡張素子を展開させる材質のものを代用的ないし追加的に用いることがある。

用途によっては、拡張素子は収縮性のある柔軟な物質から構成される。収縮性が高く柔らかい拡張素子であれば、素子が不本意に小腸内で完全に展開した場合でも、小腸内におけるカプセルの通常の通過を妨げることがない。このような拡張素子はハイドロゲルのような素材から構成される。この種の素材は通常、自身の重さの50倍の重さを吸収する。通常吸収材は、水は入るがゲルが漏れることのない繊維に封入されている。

用途によっては、図7Aに示すように、拡張素子が脚200によって構成される。代わりに、用途によっては、拡張素子が、図7Bに示すような拡張型リング構造202によって構成されるものがある。最初は、大腸に特異的なpHで溶解するpH感受性材料のような可溶性材料によってカプセル周囲に構造部のリング202をきつく束ねておく。大腸内で可溶性材料が溶解すると、リングが緩んでカプセルの周囲に拡がる。さらに、拡張素子が代用的に別の拡大式配置形態（expanding geometrical form）によって構成されることがある。

図8Aおよび8Bを参照する。これは、本発明の実施形態に従った追加的な拡張素子の概略図である。この実施形態では、カプセル50が、カプセル50の片端または両端に連結する1個または2個の拡張型可動性チャンバー（expandable flexible chamber）211を有する（図8B）。チャンバー（chambers）211はそれぞれ、超吸収ハイドロゲル214を囲む伸びのある半透膜（semi-permeable expandable membrane）212によって構成される。カプセル50は大腸内のpHないし大腸内の細菌性酵素に感受性のあるコーティング剤210に覆われている。カプセル50が大腸に達してコーティング剤210が溶解すると、（水および造影剤らしきものなどの）大腸内容液が膜212を通過でき、ハイドロゲル214に吸収される。このように、ハイドロゲル214による吸収がチャンバー211を拡張させ、カプセル50とチャンバーが一体になって大腸の管腔部の幅よりも長くなり、カプセル50の長軸を大腸の管腔部の長軸に平行になるように向かせる。また、大腸内容物に大きな動きが見られないときは、チャンバー211の拡大によって一般にカプセルの動きが最小限に食い止められる。チャンバー211が小腸内で不本意に完全に展開することがあっても、チャンバーが小腸内のカプセルの動きを妨げることはない。

図8Cを参照する。これは、本発明の実施形態に従った、別の拡大メカニズムの概略図である。この実施形態では、拡張素子が展開素子（unfolding elements）220によって構成される。展開素子220は、コーティング剤210が溶解すると展開する可動性素材によって構成されることが多い。拡張素子に関するこれ以外の形式および形状は、本出願を読み、熟練した人には周知のものであり、本発明の目的内にある。

用途によっては、ここに記述するさまざまな拡張メカニズムの展開を誘発するにはこのほか、化学的、非化学的手法が用いられている。たとえば、カプセル50は被検者の体外の位置から信号を受け取るか、大腸の特徴をよく表すような電気信号を検出し、これに機械的、電気的その他の反応を示して拡張素子を展開する。

本発明の実施形態では、造影剤、標識剤および／または高Ｚ剤をカプセル50に格納するか、周囲のpHが、消化管内の望ましい位置での特徴を示すpHになったときに溶解する分離型の薬剤内蔵カプセル（agent storage capsule）の形にする。薬剤はこれに反応して大腸付近ないし大腸内で放出され、大腸内での薬剤の有効濃度を向上させる。

本発明の実施形態では、カプセルのデータに位置情報を付加するナビゲーションシステムによってカプセル50を追跡する。たとえば、このようなナビゲーションシステムは、被検者の体のさまざまな部位でカプセルから送信されるRF信号の相対振幅（relative amplitudes）を測定することによってカプセルを追跡するラジオ受信機一式によって構成されている。実施形態にはこのほか、超音波によるローカライゼーション（localization)を利用するものがあり、これにおいてはカプセルが、被検者の体の数箇所から届く信号に対するトランスポンダー（transponder)の役割を果たし、飛行時間（time of flight）の測定によって位置が提供される。用途によっては、磁場に基づくロケーションの感知など、周知の位置限局化手法（position-location technologies）を用いる。

本発明の実施形態では、カプセル50が、表面に連結する導電式電極と、カプセル内にあってカプセルのマイクロコントローラにコントロールされるパルス発生装置を有する。この実施形態では、カプセルが大腸を電気的に刺激し、制御された物質移動を促している。このような刺激手法は、たとえばコボチェフに付与され、本発明の参考文献である米国特許第6,453,199号（US Patent 6,453,199 to Kobozev) と、参照文献であるRU No. MKI A61 N 1/36 BIR 1982がある。カプセルは、通常(a)休止モード（quiescent mode）から復帰してデータを取り始めるステップ、（b）大腸を大きく動かすのに効果的な刺激を与えるステップおよび（c）動きを停止した時点でデータの取得を中止し、再び休止期に入るステップを繰り返し踏む。このようにして、カプセルを制御し、必要に応じてデータを収集する。また、被検者はカプセルが大腸内で撮像（imaging）を開始したことを知らされる。代わりに、いつこのような過程を開始するかを被検者に選択してもらう。このような場合、大腸スクリーニングの時間全体は短期になる。この場合、便は軟らかく、大腸及び結腸のスクリーニングを完了するには、被検者がトイレの使用を選ぶことがある。

本発明の実施形態では、前述の観測手法および分析手法によって収縮中の大腸の筋肉を観測する。一般に、健康な大腸の筋肉は左右対称に円柱形を保って収縮する。このように、円柱形で左右対称性のある動きから逸脱するのが認められれば、解剖学的変形の存在が推測される。このような異常は、癌性または前癌性の腫瘍を温存するポリープないし解剖学的変形である場合がある。また、大腸内に沿ってひとつの領域から他の領域に向かう管腔に逸脱が見られると、解剖学的変形が存在する可能性がある。

本発明の実施形態では、カプセルの電源が、β放出源となる、カプセル中の放射性材料を利用する核電池（nuclear battery）によって構成されている。たとえば、シャンクスに付与された米国特許第5,721,462号（US Patent 5,721,462 to Shanks)に用いられている手法および装置は、参考文献として本発明に取り込まれている。

用途によっては、本発明に記述する手法および装置と組み合わせて、すでに述べた米国仮特許出願第60/531,690号および／または第60/559,695号に記述された手法および装置を適用する。

本発明の実施形態のいくつかでは、（光子の吸収を増大させ、これによって消化管壁と管腔内容物とを識別する方法を提供する）バリウムなどの造影剤を被検者に飲み込ませることに関する記述があるのに対して、本発明の他の実施形態には、被検者が代わりに消化管壁からの吸収を低下させた造影剤を飲み込んでいる点に着目する。たとえば、栄養的な繊維は消化管および消化管外の組織からの吸収が少ないことから、カプセルがポリープなど解剖学的変形を通過するときには、記録されるコンプトン散乱光子が減少する。ここで使用するように、請求項に「造影剤」とあれば陽性の減衰を呈する（positive-attenuation）造影剤も陰性の減衰を呈する（negative-attenuation）造影剤も含まれる。

本発明の実施形態のなかには、カプセル50および／またはデータ記録ユニット52が、計算および／または分析を実施するように記述されているが、このような計算の全体または一部は、外部データ分析ソフトウェアおよび／またはハードウェアが代行することができる。同様に、用途によっては、ここに記述する外部データ分析ソフトウェアおよび／またはハードウェアは、データ記録ユニット52が計算および／または分析を実行することができる。

本発明の実施形態のいくつかでは、被検者の大腸を検査することに関して記述しているが、ここに記述する技法のいくつかを、適当な変更を加えて消化管内の別の部位および／または血管などの別の体腔部に適用することも可能である。

簡単にするため、本発明の実施形態のなかには、散乱角を180°と記述するものもあるが、同じく180°付近を範囲に含めるものが多い。たとえば、範囲を180°＋／−範囲パラメータとし、範囲パラメータを10°、20°または30°以内にすることが多い。

熟練した者であれば、本発明によってここで特に示され、記述したことに限定されないのをよく理解しているであろう。むしろ、本発明の目的には、ここに記すさまざまな特徴を多少なりとも組み合わせるほか、熟練した者が上述の説明を読むことで思いつくような、先行技術で生じていない派生、改変なども含む。

本発明の実施形態に従った、スクリーニングシステムの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムのカプセルの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムの外部記録ユニットの概略図である。本発明の実施形態に従って、大腸の横断面の再構成をグラフィック表現した典型的な概略図である。本発明の実施形態に従った、本発明の実施形態のいくつかに基づく物理的原理を説明する典型的実験を実施するための装置の概略図である。本発明の実施形態に従った、本発明の実施形態のいくつかに基づく物理的原理を説明する典型的実験を実施するための装置の概略図である。本発明の実施形態に従った、本発明の実施形態のいくつかに基づく物理的原理を説明する典型的実験を実施するための装置の概略図である。本発明の実施形態に従った、本発明の実施形態のいくつかに基づく物理的原理を説明する典型的実験を実施するための装置の概略図である。本発明の実施形態に従った、図 2A〜Dの実験の典型的な実験結果を示すグラフである。本発明の実施形態に従った、図2A〜Eに類似する典型的な実験結果を示すグラフである。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられるカプセルの構成のひとつの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのカプセルのシステムにみられる設計に関して、時間を重ねた概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられ、膨張可能なバルーンに連結するカプセルの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられ、膨張可能なバルーンに連結するカプセルの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられ、膨張可能なバルーンに連結するカプセルの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられ、膨張可能なバルーンに連結するカプセルの概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられ、膨張可能なバルーンに連結するカプセルの概略図である。本発明の実施形態に従った、拡張素子（extending element）の概略図である。本発明の実施形態に従った、拡張素子（extending element）の概略図である。本発明の実施形態に従った、補足的な拡張素子（extending element）の概略図である。本発明の実施形態に従った、補足的な拡張素子（extending element）の概略図である。本発明の実施形態に従った、補足的な拡張素子（extending element）の概略図である。本発明の実施形態に従った、図1Aにみられるカプセルの多機能式ブロックを概略的に説明するブロック図である。本発明の実施形態に従った、図1Aのシステムにみられるデータ記録ユニットのさまざまな機能的ブロックを概略的に示すブロック図である。本発明の実施形態に従った、距離算出アルゴリズムを利用するシミュレーション結果を示すグラフである。本発明の実施形態に従った、さまざまな割合のポアソンノイズ（Poisson noise）の存在下で図10Aのアルゴリズムの精度を説明するグラフである。本発明の実施形態に従った、測定した実験結果を示すグラフである。本発明の実施形態に従った、測定した実験結果を示すグラフである。本発明の実施形態に従った、測定した実験結果を示すグラフである。本発明の実施形態に従った、造影剤の深さに対するX線蛍光カウント・レートをプロットしたものである。本発明の実施形態に従った、発明者によって実施された実際の実験に用いたタンクの概略図である。本発明の実施形態に従った、図12のタンクを用いて実施した実験から得た実際の実験結果を示すものである。本発明の実施形態に従った、図12のタンクを用いて実施した実験から得た実際の実験結果を示すものである。本発明の実施形態に従った、図12のタンクを用いて実施した実験から得た実際の実験結果を示すものである。本発明の実施形態に従って生成された、消化管の形態的特徴を示す表面の概略図である。本発明の実施形態に従って生成された、消化管の形態的特徴を示す表面の概略図である。本発明の実施形態に従って生成された、消化管の形態的特徴を示す表面の概略図である。本発明の実施形態に従って生成された、消化管の形態的特徴を示す表面の概略図である。本発明の実施形態に従って生成された、消化管の形態的特徴を示す表面の概略図である。本発明の実施形態に従って生成された、消化管の形態的特徴を示す表面の概略図である。

Claims

少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも1つの放射線源と、
放射された前記放射線から反応的に生成された、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも１つの光子検出器と、
を有する、被検者によって飲み込まれるようになっているカプセルと、
前記被検者の消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析するようになっているコントロールユニットと、
を有する装置。
被検者に投与される経口造影剤を有する請求項１に記載の装置。
被検者に投与される高Ｚ（high Z）を有する経口薬剤を有する請求項１に記載の装置。
被検者に投与される経口薬剤を有し、前記薬剤は造影剤及び高Ｚ剤(high Z agent)からなる一覧から選択され、前記薬剤は強磁性粒子を有し、前記カプセルは前記強磁性粒子を引き寄せる磁石を有している請求項１に記載の装置。
前記放射線源が小型Ｘ線発生装置を有する請求項１に記載の装置。
前記放射線源が放射性同位元素を有する請求項１に記載の装置。
前記放射線源がγ線を放射する請求項１に記載の装置。
前記放射線源がX線を放射する請求項１に記載の装置。
前記コントロールユニットが、情報を生成するため、データの時間的導関数を分析する請求項１に記載の装置。
前記放射線源が、前記放射線源から放射される放射線をコリメートする少なくとも１つのコリメータを有する請求項１に記載の装置。
前記光子検出器が、前記光子検出器に検出される光子をコリメートする少なくとも１つのコリメータを有する請求項１に記載の装置。
前記コントロールユニットが、消化管内の気体と臨床的な意義をもつ特徴とを識別する請求項１に記載の装置。
前記コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するX線蛍光（XRF)光子を分析する請求項１に記載の装置。
前記コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するX線蛍光（XRF)光子と、放射する放射線に反応して発生するコンプトン後方散乱光子とを分析する請求項１に記載の装置。
前記カプセルが加速センサを有する請求項１に記載の装置。
被検者の体外に配置された外部データ記録ユニットを有し、前記カプセルが消化管内にあるときに、前記カプセルが前記外部データ記録ユニットに無線で情報を送る請求項１に記載の装置。
前記カプセルが、造影剤及び高Ｚ剤(high Z agent)からなる一覧から選択される薬剤を有し、前記カプセルが造影剤を蓄え、消化管内で臨床的に関心ある領域に造影剤を放出するような請求項１に記載の装置。
造影剤及び高Ｚ剤(high Z agent)からなる一覧から選択される薬剤を有する薬剤内蔵カプセルを有し、前記薬剤内蔵カプセルは薬剤を蓄え、消化管内で臨床的に関心ある領域に達すると前記薬剤を放出する請求項１に記載の装置。
前記カプセルが圧力センサを有する請求項１に記載の装置。
前記光子に関するデータが、１つ以上の既定光子エネルギーウインドウに関するデータを含み、前記コントロールユニットが前記エネルギーウインドウのデータを分析する請求項１に記載の装置。
前記光子に関するデータが、単位時間間隔あたりの光子数を含み、前記光子検出器が検出された光子数をカウントし、前記コントロールユニットがカウントされた前記光子数を分析する請求項１に記載の装置。
前記コントロールユニットが、前記カプセルの位置から消化管壁までの距離を算出する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記コントロールユニットが、距離と検出された光子カウントとの間に反対の相関があるようなアルゴリズムを用いて距離を算出する請求項２２に記載の装置。
前記コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するコンプトン後方散乱光子を分析する請求項２３に記載の装置。
被検者に投与されるようになっている経口造影剤を有し、前記コントロールユニットが、コンプトン後方散乱光子の分析に対応して前記カプセルの位置と消化管壁との間にある前記造影剤の深さを計算することによって距離を算出する請求項２４に記載の装置。
前記コントロールユニットが、距離と検出された光子カウントとの間に直接的な相関があるようなアルゴリズムを用いて距離を算出する請求項２２に記載の装置。
前記コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するX線蛍光（XRF）光子を分析する請求項２６に記載の装置。
被検者に投与される高Ｚ(high Z)を有する経口薬剤を有し、XRF光子が、放射する放射線に反応して前記薬剤によって発生し、前記コントロールユニットが、XRF光子の分析に対応してカプセルの位置と消化管壁の間にある前記薬剤の深さを算出することによって距離を算出する請求項２７に記載の装置。
前記放射線源が、前記カプセルが消化管内にある時間に限ってカプセルから放射線を放射する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記カプセルが、消化管内でカプセルの突発的な動きを示唆するパラメータを感知するセンサを有し、前記放射線源が、センサによるパラメータの感知に反応してカプセルから放射線を放射する請求項２９に記載の装置。
前記放射線源が、一定時間に限って放射線を放射するように設計されている小型Ｘ線発生装置を有する請求項２９に記載の装置。
前記放射線源が放射性同位元素を有し、前記カプセルが放射線シールドを有し、前記カプセルが、前記放射線源及び前記シールドのうち少なくとも１つを移動させるアクチュエータを有し、前記シールドが、一定時間のあいだ前記放射線源から放射する放射線を阻止しない請求項２９に記載の装置。
前記カプセルが複数のコリメータを有し、任意の時間において、前記放射線源から放射された放射線が、全コリメータよりも少ないコリメータを通過するように、前記コリメータ及び前記シールドが設計されている請求項３２に記載の装置。
前記カプセルがロッドを有し、前記放射線源は前記ロッドに連結しており、前記放射線源を移動するため、前記アクチュエータが前記ロッドを動かす請求項３２に記載の装置。
前記カプセルが少なくとも１個のバネを有し、前記ロッドと前記バネとが機械振動系を構成している請求項３４に記載の装置。
前記カプセルが、前記カプセルの周囲で膨張する膨張可能なバルーンを有する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
膨張時に前記バルーンの中心部に向かって前記カプセルが移動するように前記バルーンが設計されている請求項３６に記載の装置。
前記カプセルが消化管内で臨床的に関心ある領域に達すると、前記バルーンが膨張するように設計されている請求項３６に記載の装置。
前記バルーンが、前記カプセルが臨床的に関心のある領域に達すると一定時間開くようになっている弁を有し、それによって前記バルーンが収縮可能になっている請求項３６に記載の装置。
前記コントロールユニットが、(a)バルーン内での、カプセル位置からバルーン表面上の位置までの第１の距離と、(b)バルーン表面上の位置から消化管壁までの第２の距離と、の合計の計算することで、カプセル位置から消化管壁までの壁距離を算出する請求項３６に記載の装置。
前記コントロールユニットが、前記光子検出器で検出されたコンプトン後方散乱光子カウントの変化を測定及び分析することにより前記第１の距離を算出する請求項４０に記載の装置。
前記コントロールユニットが、前記光子検出器で検出されたコンプトン後方散乱の投影サイズに対応して前記第１の距離を算出する請求項４０に記載の装置。
前記バルーンの表面に高密度材料からなる点小片(point particle)を有し、前記コントロールユニットが、前記光子検出器で検出されたＸ線蛍光（XRF)光子カウントを測定及び分析することによって前記第１の距離を算出する請求項４０に記載の装置。
前記バルーンの表面に点放射線源を有し、前記コントロールユニットが、前記点放射線源から放射され、前記光子検出器で検出された放射線を測定及び分析することによって前記第１の距離を算出する請求項４０に記載の装置。
前記コントロールユニットが前記光子検出器で検出されたＸ線蛍光（XRF）光子カウントを分析することによって第２の距離を算出する請求項４０に記載の装置。
消化管が被検者の大腸を含み、前記コントロールユニットが、大腸に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するため、データを分析する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記カプセルが、カプセルの外表に連結する電極およびパルス発生装置を有し、前記コントロールユニットが前記パルス発生装置に働きかけて、大腸内の物質移動を誘発する能力をもつ電気信号を大腸に送ることが可能な請求項４６に記載の装置。
前記コントロールユニットが、大腸の筋の配置に関する情報を生成する請求項４６に記載の装置。
前記コントロールユニットが前記情報のグラフィック表現を生成する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記コントロールユニットが、一連の形態を随時生成することによってグラフィック表現を生成する請求項４９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、前記カプセルの各位置と消化管内の各位置との間の各距離を表現する小区分をもつ第１の表面を生成し、画素を有する第２の表面を生成することによってグラフィック表現を生成するようになっており、各画素が第1の表面の小区分と、前記小区分の一つに隣接する複数の小区分とのそれぞれの差を表現する請求項４９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、複数の点で第２の表面を随時繰り返して生成し、前記複数の点に対応する第２の表面をアニメーションによって表示する請求項５１に記載の装置。
前記コントロールユニットが、被検者の座標系を参照しながらグラフィック表現を生成する請求項４９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、カプセルの座標系を参照しながらグラフィック表現を生成する請求項４９に記載の装置。
少なくとも１つの光子検出器が、複数の検出方向からそれぞれ到達する光子を検出するように配列されている請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
少なくとも１つの放射線源が、検出方向に対応する複数の放射方向にそれぞれ放射線を放射するように配列されている複数のコリメータを有する請求項５５に記載の装置。
前記カプセルが少なくとも１つの放射線シールドを有する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
少なくとも１つのシールドが、前記カプセルを囲む球体に対して単一の範囲限定固体セクタ(single confined solid sector)の方向以外の方向に放射線源から放射線が放射されることを防ぐように設計されている請求項５７に記載の装置。
前記放射線源が第１の複数のエネルギーレベルを有する放射線を放射し、前記コントロールユニットが、前記第１の複数のエネルギーレベルとは異なる第２の複数のエネルギーレベルを有する光子カウントを分析する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記放射線源が第１のエネルギーレベルと第２のエネルギーレベルを有する放射線を放射し、前記コントロールユニットが、(a)第３のエネルギーレベルを有する光子検出器に検出される光子カウントと(b)第４のエネルギーレベルを有する光子検出器に検出される光子カウント、との間の数学的関係を分析する請求項５９に記載の装置。
前記関係が、(a)第３のエネルギーレベルを有する光子カウントの(b)第４のエネルギーレベルを有する光子検出器に検出される光子カウントに対する比を含み、前記コントロールユニットが比を分析する請求項６０に記載の装置。
前記コントロールユニットが、カプセルの位置と消化管壁との実際の補正後の距離を明らかにするために前記関係を分析する請求項６０に記載の装置。
臨床的な意義をもつ特徴が消化管内の病理学的異常を含むような請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記病理学的異常がポリープを含むような請求項６３に記載の装置。
前記コントロールユニットが、放射する放射線に反応して発生するコンプトン後方散乱光子を分析する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記コントロールユニットが、１８０°±３０°以内の範囲パラメータにある後方散乱角を示すエネルギーレベルを有するコンプトン後方散乱光子を分析する請求項６５に記載の装置。
前記範囲パラメータが２０°以内である請求項６６に記載の装置。
前記範囲パラメータが１０°以内である請求項６７に記載の装置。
前記コントロールユニットが、前記カプセルが消化管内の臨床的に関心ある領域に達したことを検出する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記領域が大腸を含み、前記コントロールユニットが、前記カプセルが大腸に達したことを検出する請求項６９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、Ｘ線蛍光（XRF）光子を検出及び分析することによって前記カプセルが前記領域内に達したことを検出する請求項６９に記載の装置。
前記カプセルがpH感知素子を有し、前記コントロールユニットが、前記カプセルがpH感知素子に影響を及ぼす領域内で、pHの変化に反応する領域に達したこと、を検出する請求項６９に記載の装置。
前記領域の入り口付近で被検者の体表にカップリングするようになっているタグを有し、前記コントロールユニットが、前記カプセルが前記タグから放出される信号に反応する領域に達したことを検出する請求項６９に記載の装置。
前記カプセルが圧力センサを有し、前記コントロールユニットが、前記カプセルが前記圧力センサに検出された圧力変化に応じて領域に達したことを検出する請求項６９に記載の装置。
前記領域の入り口付近で被検者の体表にカップリングするようになっているタグを有し、前記コントロールユニットが、前記カプセルが(a)タグによって放射される信号と、(b)圧力変化、とに反応する領域に達したことを検出する請求項７４に記載の装置。
前記コントロールユニットが、圧力変化に対応したＸ線蛍光（XRF)光子を検出及び分析することによってカプセルが領域内に達したことを検出する請求項７４に記載の装置。
前記コントロールユニットが消化管壁の組織の密度にみられるばらつきを検出し、そのばらつきが臨床的な意義をもつ特徴の存在を示す請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記コントロールユニットが、少なくともカプセルの一部が消化管壁に物理的に接触していることを検出する時に前記ばらつきを検知する請求項７７に記載の装置。
少なくとも１つの光子検出器が複数の光子検出器によって構成され、前記コントロールユニットが、２つ以上の光子検出器から検出される、壁の位置に由来するコンプトン後方散乱光子カウントを分析する請求項７７に記載の装置。
前記コントロールユニットが、基本成分分析（PCA）を用いてコンプトン後方散乱光子を分析する請求項７９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、大きなデータ分散が単一基本成分(PC)によって表現されることがありえないという事実に基づいて、前記密度のばらつきを検出する請求項８０に記載の装置。
前記カプセルが少なくとも１つの拡張要素(extending element)を有し、拡張することにより、前記カプセルが消化管壁からある程度の距離を維持する請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記カプセルが消化管内で臨床的に関心ある領域に達すると前記拡張要素が拡張する請求項８２に記載の装置。
前記拡張要素が、少なくとも１つの脚形要素(leg-shaped element)を有する請求項８２に記載の装置。
前記拡張要素が、拡張可能なリング構造を有する請求項８２に記載の装置。
前記拡張要素が、展開要素(unfolding element)を有する請求項８２に記載の装置。
前記カプセルが少なくとも１つの拡張要素を有し、拡張すると、消化管の長軸方向にほぼ平行となるように前記カプセルの長軸方向を向ける請求項１〜２１のいずれか１つに記載の装置。
前記拡張要素が拡張可能なフレキシブルチャンバ(flexible chamber)によって構成されるような請求項８７に記載の装置。
前記フレキシブルチャンバが超吸収ハイドロゲルを有し、前記ハイドロゲルが消化管内で液体を吸収すると前記フレキシブルチャンバが拡張する請求項８８に記載の装置。
少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも１つの光子検出器を有するカプセルであって、被検者によって飲み込まれるカプセルと、
前記被検者の消化管内で臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析するコントロールユニットと、
を有する装置。
被検者に飲み込まれる放射能標識物質であって、エネルギーの放射線を放射する放射能標識物質を有し、前記コントロールユニットが、標識されたエネルギーを有する光子に関するデータを分析する請求項９０に記載の装置。
前記光子検出器をコリメートしてある請求項９０に記載の装置。
前記コントロールユニットが、カプセルの位置から消化管壁までの距離を算出する請求項９０〜９２のいずれか１つに記載の装置。
前記コントロールユニットが、距離と検出された光子カウントとの間に直接的な相関があるようなアルゴリズムを用いて距離を算出する請求項９３に記載の装置。
少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも１つの放射線源を有するカプセルであって被検者によって飲み込まれるカプセルと、
少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出し、前記カプセルに物理的に結合していない、少なくとも１つの光子検出器と、
前記被検者の消化管内で臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析するコントロールユニットと、
を有する装置。
前記放射線源が、放射線源によって放射される放射線をコリメートする少なくとも１つのコリメータを有する請求項９５に記載の装置。
前記放射線源が小型Ｘ線発生装置を有する請求項９５に記載の装置。
前記放射線源が放射性同位元素を有する請求項９５に記載の装置。
複数の光子検出器を有し被検者によって飲み込まれるカプセルと、
膨張すると少なくともカプセルの一部を囲み、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する複数の放射線源を表面に有するバルーンであって、前記光子検出器は、前記放射線から反応的に生成された少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出するバルーンと、
前記被検者の消化管内で臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析するコントロールユニットと、
を有する装置。
前記コントロールユニットが、前記バルーン表面の位置から消化管壁までの距離を算出するため、前記光子検出器によって検出されたＸ線蛍光（XRF)光子を分析する請求項９９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、１８０°±３０°以内の範囲パラメータになる後方散乱角を示すようなエネルギーレベルを有するコンプトン後方散乱光子を分析する請求項９９に記載の装置。
前記コントロールユニットが、前記放射線源から放射される放射線と同じエネルギーを有する入射光子を分析する請求項９９〜１０１のいずれか１つに記載の装置。
前記コントロールユニットが入射投射光子と、１８０°±３０°以内の範囲パラメータにある後方散乱角のエネルギーレベルを有するコンプトン後方散乱光子の両方を分析する請求項１０２に記載の装置。
前記装置が放射線源よりも多数の光子検出器を有する請求項１０２に記載の装置。
前記コントロールユニットが、複数の光子検出器によって測定された入射光子カウントとコンプトン後方散乱光子カウントとを組み合わせて分析することによって特徴をマッピングする請求項１０２に記載の装置。
前記コントロールユニットが、複数の光子検出器によって測定された入射光子カウントとコンプトン後方散乱光子カウントとを組み合わせて分析し、複数の放射線源のそれぞれの位置を決定することによって、特徴をマッピングする請求項１０５に記載の装置。
前記コントロールユニットが、複数の放射線源の各位置によって、バルーンの表面形状を推定する請求項１０６に記載の装置。
複数の光子検出器を有し、被検者によって飲み込まれるようになっているカプセルと、膨張すると少なくともカプセルの一部を囲み、膨張するとカプセルに直接物理的に接触しない複数位置を位置決めするように形成され、前記複数位置には少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する放射線源をそれぞれ配置する膨張構造であって、前記光子検出器は、前記放射線から反応的に生成された少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する膨張構造と、
前記被検者の消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析するコントロールユニットと、
を有する装置。
少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも1つの放射線源と、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも１つの光子検出器と、
前記放射線源と対象物との間に配置される高Z剤(high Z agent)と、
前記放射線源と前記対象物との距離を算出するために、放射された前記放射線に反応して前記高Ｚ剤(high Z agent)から放射され、前記少なくとも１つの光子検出器によって検出されるＸ線蛍光(XRF)光子を分析する、コントロールユニットと、
を有する、関心対象物に使用する装置。
少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射する少なくとも1つの放射線源と、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも１つの光子検出器と、
前記放射線源と対象物との間に配置される、造影剤と、
前記放射線源と前記対象物との距離を算出するために、放射された前記放射線に反応して造影剤から放射され、前記少なくとも１つの光子検出器によって検出されるコンプトン後方散乱光子を分析する、コントロールユニットと、
を有する、関心ある対象物に使用する装置。
少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出する少なくとも１つの光子検出器と、前記光子検出器と対象物との間に配置され、少なくとも10keVの放射線を放射する放射能標識物質と、前記光子検出器と前記対象物との距離を算出するために、前記放射能標識物質から放射され検出された光子を分析する、コントロールユニットと、を有する、関心ある対象物に使用する装置。
被検者の消化管内で少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射することと、消化管内で、放射された前記放射線から反応的に生成された、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析することと、を含む方法。
被検者に経口造影剤を投与することを含む請求項１１２に記載の方法。
前記放射線を放射することが、被検者に放射線を放射する放射能標識物質を経口投与することを含む請求項１１２に記載の方法。
前記放射すること及び前記検出することが、飲み込み可能なカプセルを被検者への経口投与することと、前記カプセルで放射および検出することを含む請求項１１２に記載の方法。
前記検出することが、飲み込み可能なカプセルを被検者への経口投与することと、前記カプセルで検出することを含む請求項１１２〜１１５に記載の方法。
消化管内で、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、
消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析することと、
を含む方法。
被検者の消化管内で少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射することと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析することと、
を含む方法。
被検者の消化管内の第１の複数点からの光子を検出することと、前記消化管内で前記第1の複数点を囲む第２の複数点から、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射し、ここで前記光子は放射された放射線から反応的に生成され少なくとも10keVのエネルギーを有していることと、消化管に関する臨床的な意義をもつ特徴を明らかにするのに有用な情報を生成するために、前記光子に関するデータを分析することと、含む方法。
第１の位置と第２の位置との間に高Ｚ剤(high Z agent)を配置することと、前記第１の位置から、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射することと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、放射された前記放射線に反応して前記高Ｚ剤(high Z agent)から放射されたＸ線蛍光(XRF)光子を分析することにより、前記第１の位置と前記第２の位置との間の距離を算出することと、を含む方法。
第１の位置と第２の位置との間に造影剤を配置することと、前記第１の位置から、少なくとも10keVのエネルギーを有する放射線を放射することと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、放射された前記放射線に反応して前記造影剤から放射されたコンプトン後方散乱光子を分析することにより、前記第１の位置と前記第２の位置との間の距離を算出することと、
を含む方法。
第１の位置と第２の位置との間に、少なくとも10keVの放射線を放射する放射能標識物質を配置することと、少なくとも10keVのエネルギーを有する光子を検出することと、前記放射能標識物質から放射され検出された光子を分析することにより、前記第1の位置と前記第２の位置との間の距離を算出することと、を含む方法。