JP2009034291A

JP2009034291A - カプセル内視鏡

Info

Publication number: JP2009034291A
Application number: JP2007200270A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nakajima; 雅章中島; Ichiro Sakuma; 一郎佐久間; Atsushi Kaneda; 篤志金田; Motonobu Anai; 元暢穴井; Etsuko Kobayashi; 英津子小林; Koon Ryo; 洪恩廖
Original assignee: Hoya Corp; University of Tokyo NUC
Current assignee: Hoya Corp; University of Tokyo NUC
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】体腔内の移動速度に応じて画像情報の取得回数を変更可能なカプセル内視鏡を得る。
【解決手段】生体の体腔中を通過中に、該体腔の画像情報を得るカプセル内視鏡において、基準クロックを発生させる基準クロック発生手段と、与えられた基準クロックに同期して生体の画像情報を収集する生体画像情報収集手段と、この生体画像情報収集手段で収集した画像情報を送信する画像情報送信手段と、体腔内のｐＨ情報を得るｐＨ測定手段と、このｐＨ測定手段によるｐＨ情報に基づいて、前記生体画像情報収集手段に与える基準クロックの周波数を変更する基準クロック変更手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体の体腔中を通過中に、該体腔の画像情報を得るカプセル内視鏡に関する。

口から飲み込み、体腔中の特定部位、例えば小腸の画像情報を得るカプセル内視鏡が知られている。この小腸用のカプセル内視鏡では、胃の中に滞留する間に無駄な画像送信を行わないように、体腔内のｐＨを測定する手段を搭載し、強酸性の胃から弱アルカリ性の小腸に達したことを検知した後、画像の収集送信を行うことが提案されている（特許文献１）。
特開２００５-７３８８６号公報

一方、飲み込まれたカプセル内視鏡は、口、食道、胃、十二指腸、小腸、大腸を通って排出される。従って、理論的には、体腔内通過中に、連続して画像情報を得ることが可能である。ところが、カプセル内視鏡がこれら体腔を通過する速度は、大きく異なる。食道は最も早く１０〜２０秒程度で通過し、胃は最も遅く２時間程度滞留した後に通過し、大腸、小腸、十二指腸は中間の６〜１２時間程度の速度で通過することが知られている。このように通過速度が異なると、カプセル内視鏡が取得する画像情報量に大きな差が出てしまい、通過時間の短い食道では測定観察に必要な情報量が得られず、通過時間の長い胃では画像情報を過剰に取得して電池消耗を早めてしまう。

本発明は、上記課題に鑑み、体腔内の移動速度に応じて画像情報の取得回数を変更可能なカプセル内視鏡を得ることを目的としている。

本発明は、カプセル内視鏡の体腔内の通過速度を考慮して画像情報の取得回数を変更すれば、より効率的な画像情報の取得が可能となること、及びカプセル内視鏡がどの体腔にあるかの情報を体腔内のｐＨ情報によって得ることに着眼してなされたものである。

本発明のカプセル内視鏡は、生体の体腔中を通過中に、該体腔の画像情報を得るカプセル内視鏡において、基準クロックを発生させる基準クロック発生手段と、与えられた基準クロックに同期して生体の画像情報を収集する生体画像情報収集手段と、この生体画像情報収集手段で収集した画像情報を送信する画像情報送信手段と、体腔内のｐＨ情報を得るｐＨ測定手段と、このｐＨ測定手段によるｐＨ情報に基づいて、生体画像情報収集手段に与える基準クロックの周波数を変更する基準クロック変更手段と、を有することを特徴としている。

基準クロック発生手段は、異なる周波数の基準クロックを複数発生させ、基準クロック変更手段は、ｐＨ測定手段のｐＨ情報に基づいて、該基準クロック発生手段が発生させた複数の基準クロックの中からいずれかを選択して生体画像情報収集手段に与えることができる。

基準クロック変更手段は、ｐＨが中性であるときの基準クロックの周波数を基準にして、ｐＨ測定手段によるｐＨが高いとき、同ｐＨが低いときの順に、基準クロックの周波数を低く設定することが好ましい。より具体的には、該カプセル内視鏡は口から飲み、食道、胃、小腸、大腸の順に通過するタイプであり、中性を呈する食道では基準クロックの周波数が最も高く、強酸性を呈する胃では基準クロックの周波数が最も低く、弱アルカリ性を呈する小腸では基準クロックの周波数が中間の値をとることが好ましい。

基準クロック変更手段は、初期値として、中性のｐＨ情報に基づいて基準クロックを決定することが好ましい。

本発明のカプセル内視鏡は、生体の体腔内のｐＨ情報から存在する場所を推定し、その推定結果に基づき、生体画像情報収集手段から画像情報を読み出す間隔（フレームレート）を変化させるので、予め分かっている各体腔内でのカプセル内視鏡の移動速度の情報と合わせて、無駄な画像情報を省き、必要な画像情報を増やすことができる。

本実施形態は、カプセル内視鏡１０（図１）と、このカプセル内視鏡１０の体腔内での位置を検出する体外ユニット３０（図４）を有するカプセル内視鏡システムに本発明を適用したものである。

図１に示すカプセル内視鏡１０は、生体（被検体）内に留置されたときに体腔内壁の画像情報（生体情報）を収集するイメージセンサ（生体情報収集手段）１１と、体腔内壁を照明するＬＥＤ（光源）１２と、体腔内壁のｐＨ情報を測定するｐＨ測定手段１３と、イメージセンサ１１及びＬＥＤ１２を駆動制御する制御回路１４と、体外ユニット３０からの制御信号を受信する受信アンテナ１５と、イメージセンサ１１によって収集された画像情報（生体情報）を送信する送信アンテナ（画像情報送信手段）１６と、イメージセンサ１１、ＬＥＤ１２及び制御回路１４に電力供給するバッテリー１７とを有している。

制御回路１４は、図２に示すように、発振器４１ａ、第１の１／４分周器４１ｂ、第２の１／４分周器４１ｃ、コンパレータ４２、セレクタ４３、受信ユニット４４、タイミングジェネレータ４５、サンプルホールド回路４６、Ａ／Ｄコンバータ４７、変調回路４８、搬送波生成回路４９、ミキサ５０及び増幅回路５１を備え、これらすべてをイメージセンサ１１及びＬＥＤ１２と同一チップ上に集積したものである。

発振器４１ａは、周波数ｆの第１基準クロック信号Ｃ１を発生させ、この第１基準クロック信号Ｃ１をセレクタ４３と第１の１／４分周器４１ｂに出力する。第１の１／４分周器４１ｂは、発振器４１ａから入力した第１基準クロック信号Ｃ１を１／４分周し、周波数ｆ／４の第２基準クロック信号Ｃ２を発生させる。第２基準クロック信号Ｃ２は、セレクタ４３と第２の１／４分周器４１ｃに出力される。第２の１／４分周器４１ｃは、第１の１／４分周器４１ｂから入力した第２基準クロック信号Ｃ１を１／４分周し、周波数ｆ／１６の第３基準クロック信号Ｃ３を発生させる。第３基準クロック信号Ｃ３は、セレクタ４３に出力される。図３（ａ）〜（ｃ）に、第１〜第３基準クロック信号Ｃ１〜Ｃ３の信号波形を示す。第１〜第３基準クロック信号Ｃ１〜Ｃ３のクロック間隔Ｔ１〜Ｔ３は各々の周波数ｆ、ｆ／４、ｆ／１６に反比例するから、第１基準クロック信号Ｃ１のクロック間隔Ｔ１が最も短く、第３基準クロック信号Ｃ３のクロック間隔Ｔ３が最も長く、第２基準クロック信号Ｃ２のクロック間隔Ｔ２は中間となる（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）。上記発振器４１ａ、第１の１／４分周器４１ｂ及び第２の１／４分周器４１ｃは、基準クロック発生回路（基準クロック発生手段）として機能する。

コンパレータ４２は、ｐＨ測定手段１３から入力したｐＨ情報に対応する制御信号をセレクタ４３に出力する。コンパレータ４２の出力信号の初期値は、ｐＨ測定手段１３から入力したｐＨ情報が中性である場合の制御信号に設定されている。

セレクタ（基準クロック変更手段）４３は、コンパレータ４２から入力した制御信号に基づいて第１〜第３基準クロック信号Ｃ１〜Ｃ３のいずれかを選択し、タイミングジェネレータ４５に出力する。本実施形態では、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が中性（６．８≦ｐＨ値＜７．２）であった場合はコンパレータ４２が中性用制御信号を出力し、この中性用制御信号を入力したセレクタ４３が最短クロック間隔Ｔ１の第１基準クロック信号Ｃ１を選択する。ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が弱アルカリ性（７．２≦ｐＨ値＜７．８）であった場合はコンパレータ４２が弱アルカリ性用制御信号を出力し、この弱アルカリ性用制御信号を入力したセレクタ４３が中間クロック間隔Ｔ２の第２基準クロック信号Ｃ２を選択する。ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が強酸性（１．０≦ｐＨ値≦３．０）であった場合はコンパレータ４２が強酸性用制御信号を出力し、この強酸性用制御信号を入力したセレクタ４３が最長クロック間隔Ｔ３の第３基準クロック信号Ｃ３を選択する。上記中性、弱アルカリ性、強酸性を示す各ｐＨ範囲は、コンパレータ４２が基準クロック信号の切り替えタイミングか否かを判定するための閾値である。カプセル内視鏡１０が食道から胃、腸へと通過する間に、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報は、基準クロック信号の切り替えタイミングである上記ｐＨ範囲を外れることが想定される。この場合、コンパレータ４２が次の基準クロック信号の切り替えタイミングであるｐＨ範囲のｐＨ情報をｐＨ測定手段１３から入力するまでは、現在の基準クロック信号が使用される。例えば、カプセル内視鏡１０が食道を進んでｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が中性（ｐＨ値＝６．８〜７．２）の範囲外となっても、次の基準クロック信号切り替えタイミングである強酸性（ｐＨ値＝１．０〜３．０）のｐＨ情報をｐＨ測定手段１３が検出するまでは、カプセル内視鏡１０が食道に入ったときに選択された第１基準クロック信号Ｃ１がタイミングジェネレータ４５に出力される。

受信ユニット４４は、受信アンテナ１５で受信した制御信号を増幅する受信アンプ４４ａと、増幅後の制御信号を復調する復調回路４４ｂで構成されていて、体外ユニット３０からの制御信号をタイミングジェネレータ４５に与える。

タイミングジェネレータ４５は、受信アンテナ１５及び受信ユニット４４を介して入力した制御信号に基づいて動作し、セレクタ４３から基準クロック信号（第１〜第３基準クロック信号Ｃ１〜Ｃ３のいずれか）を入力して同期信号を発生させ、この同期信号によってイメージセンサ１１の走査タイミングを制御する。本実施形態のイメージセンサ１１は、各セルの蓄電電荷を順次出力させるＣＭＯＳイメージセンサであり、受光した光を各セル毎に光電変換して蓄積するイメージエリア１１ａ、イメージエリア１１ａの水平方向走査シフトレジスタ１１ｈ及び垂直方向走査シフトレジスタ１１ｖを有している。水平方向走査シフトレジスタ１１ｈ及び垂直方向走査シフトレジスタ１１ｖはそれぞれ、タイミングジェネレータ４５から得られる同期信号に基づき、イメージエリア１１ａの各セルを順番に走査して蓄積電荷を順次読み出す。イメージセンサ１１には、ＣＭＯＳイメージセンサの替わりに、ＣＣＤイメージセンサを用いることができる。このイメージセンサ１１の走査制御と併行して、タイミングジェネレータ４５は、ＬＥＤ１２の点灯制御及び光量制御を行う。

サンプルホールド回路４６、Ａ／Ｄコンバータ４７、変調回路４８、搬送波生成回路４９、ミキサ５０及び増幅回路５１は、イメージセンサ１１で収集した画像情報（生体情報）を送信アンテナ１６から送信可能な送信信号に変換する送信ユニットである。イメージセンサ１１から読み出された蓄積電荷信号は、サンプルホールド回路４６でセル単位で電圧に変換され、続いてＡ／Ｄコンバータ４７でＡ／Ｄ変換され、続いて変調回路４８で変調された後、ミキサ５０により搬送波生成回路４９から生成された搬送波と合成され、さらに増幅回路５１で増幅されて、送信信号となる。この送信信号は、イメージセンサ１１が収集した画像情報（生体情報）を乗せた信号であり、送信アンテナ１６から体外ユニット３０へ向けて出力される。

一方、図４に示す体外ユニット３０は、体内にカプセル内視鏡１０が留置される患者（被検体）が装着するベスト型で形成されていて、ベスト本体３１の正面側（図４（ａ））に複数の受信アンテナ３２からなる受信アンテナアレイ３３、受信モジュール３４、メモリ３５及び電源３６を、ベスト本体３１の背面側（図４（ｂ））にイメージセンサ１１及びＬＥＤ１２を駆動制御するための制御信号を送信する単一の送信アンテナ３７をそれぞれ備えている。受信モジュール３４は、レシーバ３４ａ、位置特定手段３４ｂ、マイコン３４ｃ、ＲＴＣ（ＲｅａｌＴｉｍｅＣｌｏｃｋ）３４ｄ、復調回路３４ｅ及び情報圧縮回路３４ｆにより構成され、受信アンテナアレイ３３（いずれかの受信アンテナ３２）で受信した信号を加工してメモリ３５に出力する。この受信モジュール３４は、電源３６からの電力供給を受けて動作する。電源３６は、体外ユニット３０から取り外して充電できる充電池である。

図５は、体外ユニット３０の受信制御系を示している。カプセル内視鏡１０から送信された信号は、受信アンテナアレイ３３のいずれかの受信アンテナ３２で受信され、受信モジュール３４内のレシーバ３４ａに入力される。レシーバ３４ａを介し復調回路３４ｅに入力された信号は画像情報（生体情報）に復調され、この画像情報は情報圧縮回路３４ｆに出力される。同時に、位置特定手段３４ｂが、複数の受信アンテナ３２の受信状態からどの受信アンテナ３２で受信されたかを特定し、その位置情報を出力する。この位置情報はマイコン３４ｃに出力され、ＲＴＣ３４ｄの時刻情報と共に情報圧縮回路３４ｆに出力される。情報圧縮回路３４ｆに送られた画像情報、位置情報及び時刻情報を含む動的画像情報信号は、圧縮され、メモリ３５に記憶される。

図６は、カプセル内視鏡１０が収集した画像情報（生体情報）の記録システムを示している。メモリ３５は、体外ユニット３０から取り外し、メモリ読取装置６０のメモリ差込口６０ａから挿入することができる。メモリ３５に記憶された動的画像情報信号は、メモリ読取装置６０で読み取られ、パソコン本体６１で解凍される。解凍後の動的画像情報信号は、モニタ６２及び記録装置６３に出力される。これにより、カプセル内視鏡１０で収集した画像情報（生体情報）がモニタ６２に表示され、記録装置６３に記録される。この表示及び記録に際し、パソコン本体６１に接続したキーボード６４を利用して更に情報を付加及び加工可能である。また、パソコン本体６１で、記録した情報の中から必要な情報を抜粋して利用することもできる。動的画像情報信号は全てメモリ３５に記憶されるので、被験者はベッドに固定されたり測定機器のそばから離れられないなどの不自由を被ることなく行動できる。なお、メモリ３５を受信モジュール３４に内蔵させ、受信モジュール３４とパソコン本体６１を接続することによって、メモリ３５に記録された情報をパソコン本体６１に転送してもよい。受信アンテナアレイ３３、受信モジュール３４、メモリ３５、電源３６及び送信アンテナ３７の配置は任意である。ベスト本体３１上には受信アンテナ３２（受信アンテナアレイ３３）のみ設け、他の構成物を受信アンテナ３２（受信アンテナアレイ３３）と有線接続して携帯可能な別ユニット、例えばベルトポーチ型やショルダーバッグ型として被験者に携帯させればベストの重量が軽くなり、被験者の行動をさらに楽にすることができる。

次に、以上のカプセル内視鏡システムを用いた測定観察について説明する。

カプセル内視鏡１０による測定観察時には、被験者はあらかじめ体外ユニット３０を着用した状態で、カプセル内視鏡１０を嚥下する。嚥下されたカプセル内視鏡１０は、口から食道、胃、十二指腸、小腸、大腸を通って排出され、体腔内を通過中に連続して画像情報（生体情報）を収集し、体外ユニット３０に向けて送信する。人間の体腔内におけるｐＨ値は、口及び食道ではほぼ中性（６．８≦ｐＨ値＜７．２）で、食道から胃に入ると中性から強酸性（１．０≦ｐＨ値≦３．０）に変化し、胃から１０ｃｍ程度出ると一気に弱アルカリ性（７．２≦ｐＨ値＜７．８）に変化する。したがって、カプセル内視鏡１０は、口から食道に入ると、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が中性であるため、最短クロック間隔Ｔ１の第１基準クロック信号Ｃ１に基づいてイメージセンサ１１による画像情報の収集が行われる。この食道の通過時間は１０〜２０程度と体腔内中で最も速いが、最短クロック間隔Ｔ１でイメージセンサ１１から画像情報が読み出されるのでフレームレートが高くなり、十分なデータ量を取得できる。またカプセル内視鏡１０は、食道から胃に入ると、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が中性から強酸性に変化するので、最長クロック間隔Ｔ３の第３基準クロック信号Ｃ３に基づいてイメージセンサ１１による画像情報の収集が行われる。胃の通過時間は２時間程度と体腔内中で最も遅いため、最長クロック間隔Ｔ３でイメージセンサ１１から画像情報が読み出されることで画像情報を過剰に取得せずに済み、かつ、バッテリー１７の消耗を抑えられる。そしてカプセル内視鏡１０は、胃から十二指腸、小腸、大腸を通過する際に、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報が強酸性から弱アルカリ性に変化し、中間クロック間隔Ｔ２の第２基準クロック信号Ｃ２に基づいてイメージセンサ１１による画像情報の収集が行われる。十二指腸、小腸及び大腸の通過時間は６〜１２時間程度と体腔内中で中間の速さであるから、中間クロック間隔Ｔ２でイメージセンサ１１から画像情報が読み出されることにより、十分なデータ量を取得しつつバッテリー１７の消耗を抑えることができる。

以上のように本実施形態では、カプセル内視鏡１０の体腔内の通過速度と体腔内の各器官のｐＨ情報を関連させ、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報に応じてカプセル内視鏡１０の現在位置を推定し、イメージセンサ１１から画像情報を読み出す間隔（フレームレート）を変更している。具体的に、体腔内の通過速度が最も速い食道では、フレームレート（画像取得回数）を体腔内で最も高くして、通過時間が短くても測定観察に十分な量の画像情報（生体情報）を取得する。これに対し、体腔内の通過速度が最も遅い胃では、フレームレートを体腔内で最も低くして、画像情報（生体情報）の過剰な取得を抑制している。そして、体腔内の通過速度が中間となる十二指腸、小腸、大腸では、フレームレートを上記最高フレームレートと上記最低フレームレートの中間にして、測定観察に必要な量の画像情報（生体情報）を取得可能にしている。このように体腔内の各器官の通過速度に合わせてフレームレートを高低させれば、無駄な画像情報を省いてバッテリー１７の消耗を抑え、必要な画像情報を増やすことができる。

本実施形態では、発振器４１ａ、第１の１／４分周器４１ｂ及び第２の１／４分周器４１ｃにより周波数（クロック間隔）が異なる複数の基準クロック信号Ｃ１〜Ｃ３を生成しておき、ｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報（コンパレータ４２の出力信号）に応じてセレクタ４３がいずれかの基準クロック信号を選択することで、イメージセンサ１１に与える基準クロック信号の間隔を変更する構成になっているが、上記第１の１／４分周器４１ｂ、第２の１／４分周器４１ｃ及びセレクタ４３の替わりに、発振器４１ａの基準クロック信号のクロック間隔（または周波数）をｐＨ測定手段１３からのｐＨ情報に応じて直接変更する基準クロック変更手段を設けてもよい。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明によるカプセル内視鏡の内部構成を示す図である。同カプセル内視鏡の制御系を示すブロック図である。（ａ）第１基準クロック信号、（ｂ）第２基準クロック信号、（ｃ）第３基準クロック信号をそれぞれ示す信号波形図である。本発明による体外ユニットの構成を示す（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。同体外ユニットの受信制御系を示すブロック図である。同カプセル内視鏡の記録システムを示すブロック図である。

符号の説明

１０カプセル内視鏡
１１イメージセンサ
１３ｐＨ測定手段
１４制御回路
１５受信アンテナ（受信手段）
１６送信アンテナ（送信手段）
１７バッテリー
３０体外ユニット
４１ａ発振器
４１ｂ第１の１／４分周器
４１ｃ第２の１／４分周器
４２コンパレータ
４３セレクタ
４４受信ユニット
４５タイミングジェネレータ
４６サンプルホールド回路
４７Ａ／Ｄコンバータ
４８変調回路
４９搬送波生成回路
５０ミキサ
５１増幅回路

Claims

生体の体腔中を通過中に、該体腔の画像情報を得るカプセル内視鏡において、
基準クロックを発生させる基準クロック発生手段と、
与えられた基準クロックに同期して生体の画像情報を収集する生体画像情報収集手段と、
この生体画像情報収集手段で収集した画像情報を送信する画像情報送信手段と、
体腔内のｐＨ情報を得るｐＨ測定手段と、
このｐＨ測定手段によるｐＨ情報に基づいて、前記生体画像情報収集手段に与える基準クロックの周波数を変更する基準クロック変更手段と、
を有することを特徴とするカプセル内視鏡。
請求項１記載のカプセル内視鏡において、前記基準クロック発生手段は、異なる周波数の基準クロックを複数発生させ、前記基準クロック変更手段は、前記ｐＨ測定手段のｐＨ情報に基づいて、該基準クロック発生手段が発生させた複数の基準クロックの中からいずれかを選択して前記生体画像情報収集手段に与えるカプセル内視鏡。
請求項１または２記載のカプセル内視鏡において、上記基準クロック変更手段は、ｐＨが中性であるときの基準クロックの周波数を基準にして、ｐＨ測定手段によるｐＨが高いとき、同ｐＨが低いときの順に、基準クロックの周波数を低く設定するカプセル内視鏡。
請求項３記載のカプセル内視鏡において、該カプセル内視鏡は口から飲み、食道、胃、小腸、大腸の順に通過するタイプであり、中性を呈する食道では基準クロックの周波数が最も高く、強酸性を呈する胃では基準クロックの周波数が最も低く、弱アルカリ性を呈する小腸では基準クロックの周波数が中間の値をとるカプセル内視鏡。
請求項１ないし４のいずれか１項記載のカプセル内視鏡において、基準クロック変更手段は、初期値として、中性のｐＨ情報に基づいて基準クロックを決定するカプセル内視鏡。