JP2009045193A - カプセル型内視鏡および器官診断用小型医療機器 - Google Patents

Abstract

【課題】器官内の出血を確実に診断する。
【解決手段】レンズ１４、撮像素子１６を備えたカプセル型内視鏡１０において、流入出口１９を介して体液が流入、流出する体液抽出空間１１を形成する透明なケーシング１１Ａを、レンズ１４、撮像素子１６による撮影可能な範囲で撮影窓１２Ａの内側に設ける。そして、無色透明なドーム状の撮影窓１２Ａのケーシング１１Ａに面する部分には、外部からの光を透過させず、体液抽出空間１１内の体液を透過した光を反射させる背景板１５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、カプセル型内視鏡、あるいはカプセル型内視鏡を含めた器官診断用小型医療機器に関し、特に、消化管などに分泌する体液の色観察に関する。

カプセル型内視鏡は、光源部および撮像系を備え、嚥下によって消化器官に送られる。蠕動運動などに従って進行する間、撮像系は小腸内壁など器官内部の画像を捉え、体外の受信機へ映像信号を送信する。所定のフレームレートでカプセル型内視鏡から画像信号が送信され、体外にあるレシーバーは、長時間に渡って観察画像のデータを受信する。そして、画像データがパソコンなどに取り込まれ、医師等は、一連の観察画像を通して病変部を診断する。

潰瘍、ガンなど病理的理由によって出血が起こると、器官内部に分泌する体液の色が赤味を帯びる。カプセル型内視鏡では、ポリープ等の病変部診断だけでなく、器官内壁の出血を検知することが可能であり、例えば、観察される体液について、比色分析を行う。そこでは、検出される体液の色と、病変時の色を表す基準色とを参照比較し、出血などの異常があるか否かを診断する（特許文献１参照）。
特表２００４−５２１６９３号公報

器官内壁は通常赤味を帯び、赤みを帯びた背景色を通して無色透明な体液が観察される。そのため、体液が映し出された画像に対し、出血によって体液が赤味を帯びているのか、それとも背景の器官内壁によって赤味を帯びているのか識別することが難しい。

本発明のカプセル型内視鏡は、カプセル状容器と、カプセル状容器内部に設けられ、カプセル状容器外の体液が流入、流出可能な空間（体液抽出空間という）を形成する体液抽出空間部と、カプセル状容器内部に設けられ、体液抽出空間にある体液に向けて光を放射する光源と、カプセル状容器内部に設けられ、体液抽出空間部からの光によって体液の色を検出可能なフォトセンサとを備える。

そして、本発明では、器官内壁に照射されて反射した光が体液抽出空間を通過してフォトセンサに入射しないように構成されることを特徴とする。このような構成により、フォトセンサは、器官内壁を背景とせずに体液を撮影し、得られる画像データには、体液自体の色情報が含まれる。蠕動運動を利用して体液を抽出するため、体液抽出空間部が、カプセル状容器の軸に略垂直な方向に沿って形成される体液の流入出口を有するのがよい。また、視認できない場合、体液抽出空間部が、視認させるための薬液タンクと、体液抽出空間と薬液タンクとを連通させる薬液経路とを形成するのがよい。

カプセル型内視鏡は小型化、簡素化が要求されるため、観察用の光源、フォトセンサを利用して体液を観察するのがよい。したがって、光源およびフォトセンサが、それぞれ器官内壁照明用の光源および画像撮影用の撮像素子として構成され、それに従い、体液抽出空間が、カプセル状容器の透明な撮影用窓の内側に形成される。そして、体液抽出空間部は、撮影窓の体液抽出空間と面する領域に取り付けられる光反射板（体液透過光反射板という）を有する。体液透過光反射板は、体液抽出空間を透過する光を反射し、器官内壁からの反射光を遮断する。撮像素子によって得られる観察画像の一部には、器官内壁を背景としない体液抽出空間内の体液画像が含まれる。

観察中、体液に反射、錯乱する光が撮像素子に入射し、また、体液を透過して体液透過光反射板によって反射した光が撮像素子に入射する。データ解析によって出血を判断する場合、体液に反射、錯乱した光と、体液を透過した光の割合を調整し、最も出血の判断がし易いようにするのが望ましい。体液透過光と体液反射（錯乱）光との割合は、体液の色、観察対象の器官の違いによって異なる。そのため、器官光反射板が、出血診断に応じた所定の反射率をもつように構成するのがよい。

体液の濃度、体液中の気泡などによって、体液の厚みによって体液中の血液成分が見やすく、あるいは見にくい場合が生じる。そのため、体液抽出空間部が、体液抽出空間の光路長が変化するように、その断面形状がテーパー状に構成されるのが望ましい。

一方、専用の光源およびフォトセンサを用いて体液を観察することも可能であり、器官内壁からの反射光を遮断するため、カプセル状容器の光を遮断する側面に沿って体液抽出空間部が形成され、フォトセンサおよび光源が、それぞれ照明用光源および撮影用撮像素子とは別に設けられる。

専用の光源およびフォトセンサを用いる場合、体液反射光と体液透過光とを別々に検出するため、体液に反射する光を受ける第１のフォトセンサと、体液を透過する光を受ける第２のフォトセンサとを設けるのが望ましい。フォトセンサとしては、フォトダイオードなどを用いればよい。そして、第１のフォトセンサおよび光源が、体液抽出空間を挟んで第２のフォトセンサと向かい合い、体液抽出空間部が、体液抽出空間を形成する壁面において、第１および第２のフォトセンサ、光源と向かい合う透明板を有する。

本発明の他の態様である器官内診断用小型医療機器は、容器と、容器内部に設けられ、カプセル状容器外の体液が流入、流出可能な体液抽出空間を形成する体液抽出空間部と体液抽出空間にある体液に向けて光を放射する光源と、容器内部に設けられ、体液抽出空間部からの光によって体液の色を検出可能なフォトセンサとを備え、器官内壁に照射されて反射した光が体液抽出空間を通過してフォトセンサに入射しないように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、器官内の出血を確実に診断することができる。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した断面図である。図２は、観察画像を示した図である。

カプセル型内視鏡１０は、外殻となるカプセル状容器１２を備え、その一部は半球状（ドーム状）の透明な撮影窓１２Ａから成る。容器１２の内部には、複数個のＬＥＤで構成された光源１３、レンズ１４、撮像素子１６、そして回路基板１８Ａ、１８Ｂが収納されている。容器１２は、容器内部空間を密閉し、撮影窓１２Ａ以外の容器本体１２Ｂは光を通さない。撮影窓１２Ａは、容器本体１２Ｂに固着されている。

レンズ１４は、容器１２の長手方向（軸方向）Ｅを光軸として配置され、レンズ１４の後方に撮像素子１６が設けられている（以下では、撮影窓１４側を前方、その逆を後方と定める）。レンズ１４は、回路基板１８Ａから前方方向に延びる環状のレンズ保持枠１７によって固定され、撮像素子１６は、回路基板１８Ａに設置されている。

カプセル型内視鏡１０が嚥下によって消化管内を進行すると、光源１３から放射される白色の照明光が、撮影窓１２Ａを通して前方方向を照らす。観察対象となる器官内壁からの反射光が撮影窓１２Ａを介してレンズ１４に入射し、これにより被写体像が撮像素子１６に形成される。撮像素子１６で発生する画像信号は回路基板１８Ａにおいて処理され、映像信号が生成される。

映像信号は、回路基板１８Ｂに設けられた送信部（図示せず）から無線通信によって体外へ送信される。体外に設置されたレシーバー（図示せず）は、送信された映像信号を受信し、データとして記録する。そして、記録されたデータは、コンピュータシステムにおいて映像信号処理される。これにより、体内映像がモニタに表示される。回路基板１８Ｂに設けられた電源制御部（図示せず）は、光源１３Ａ、１３Ｂ、撮像素子１６等への電源供給を制御する。

撮影窓１２Ａの頂点から離れた容器本体１２Ｂ近くには、カプセル状容器１２の軸Ｅに垂直な方向に沿って流出入口１９が形成され、流出入口１９は、撮影窓１２Ａの内側に設けられた空間（以下では、体液抽出空間という）１１と連通する。蠕動運動によるカプセル型内視鏡１０の回転運動に合わせて、器官内部に分泌する体液が流出入口１９を通って体液検査用空間１１に流入、流出する。

体液抽出空間１１は、光を透過する無色透明なケーシング１１Ａによって形成される。直方体形状のケーシング１１Ａは、撮影窓１２Ａと接し、ケーシング１１Ａに面する撮影窓１２Ａの部分には、背景板１５が形成されている。背景板１５は、撮影窓１２Ａの一部を構成し、容器１２外部からの光を遮断する。すなわち、外部からの光が背景板１５を介して体液抽出空間１１へ入らないように構成されている。背景板１５の内面１５Ａは、グレー（灰色）に塗られている。

ケーシング１１Ａの配置された場所は、レンズ１４、撮像素子１６による撮影範囲（視野）にあり、光源１３Ａ、１３Ｂの照明光によって体液抽出空間１１内の体液が照明され、体液抽出空間１１内に流入した体液からの光がレンズ１４に入射する。これにより、体型の画像が画面の一部に表示される。図２の観察画像において、画面左隅には、体液抽出空間内にある体液の画像Ｒが表示されている。

図３は、体液抽出空間１１を拡大して示した図である。

光源１３から放射された光の一部Ｉ１は、体液抽出空間１１の体液によって反射、錯乱し、反射（錯乱）光となってレンズ１４に入射する（以下では、体液反射光という）。 一方、一部の照明光Ｉ２は、体液を透過すると背景板１５で反射し、その反射した光がレンズ１４に入射する（以下では、体液透過光という）。体液反射光、体液透過光が、それぞれ体液レンズ１４、すなわち撮像素子１６へ入射することによって、体液の画像と体液を透過した光による画像が得られる。

背景板１５の内面１５Ａは、所定の反射率をもつグレーによって色づけされ、内面１５Ａに反射する光、すなわち体液透過光の反射の程度は、グレーの濃度に従う。すなわち、体液反射光と体液透過の割合は、内面１５Ａの反射率に従う。

送信される画像信号には、撮影画像データとともに体液抽出空間１１からの光による体液画像データが含まれ、体液透過光と体液反射光による体液画像がコンピュータシステム（図示せず）等によって表示される。コンピュータシステムでは、背景板１５の内面１５Ａのグレースケールに基づいた基準色のデータがあらかじめ用意され、観察された体液画像の色と基準色の色とが比較、参照される。そして、医師等の診断により、血液が体液に含まれているか、すなわち出血があるか確認される。なお、画像のみによって出血を判断することも可能である。

このように、第１の実施形態によれば、流入出口１９を介して体液が流入、流出する体液抽出空間１１を形成するケーシング１１Ａが、撮影窓１２Ａの内側に設けられ、撮影窓１２Ａのケーシング１１Ａに面する部分には、外部からの光を透過させず、体液抽出空間１１内の体液を透過した光を反射させる背景板１５が設けられる。光源１３からの光がケーシング１１Ａを通過すると、体液によって反射、錯乱する光がレンズ１４に入射し、また、体液を透過して背景板１５に反射した光がレンズ１４に入射する。これにより、器官内壁を背景とした体液画像は生成されず、体液自身の色が検出され、出血が確実に診断される。

背景板１５の色は、灰色に限定されず、反射率１００％の白色、反射率０％の黒色、銀色に設定してもよい。出血が確認し易いように、体液透過光と体液反射光との割合をグレースケールに従って調整してもよい。また、単色ではなく、段階的にグレースケールを変化させるように構成してもよい。

ケーシング１１Ａの位置は、体液抽出空間１１がレンズ１４、撮像素子１６の撮影可能な範囲に収まる任意の位置であればよい。このとき、器官内壁に照射されて反射した光が前記体液抽出空間を通過して前記フォトセンサに入射しないように構成する。すなわち、背景として器官内壁が映し出されないように体型画像を取得すればよい。また、流入出口１２Ｂにポンプを設けて強制的に体液を流入、流出させてもよい。

次に、図４を用いて、第２の実施形態であるカプセル型内視鏡について説明する。第２の実施形態では、体液抽出空間の形状が第１の実施形態と異なる。それ以外については、第１の実施形態と同じである。

図４は、第２の実施形態におけるカプセル型内視鏡の撮影窓付近の内部構成を概略的に示した断面図である。図４に示すように、体液抽出空間１１’を形成するハウジング１１Ａ’の断面形状は、テーパー状に形成されている。したがって、体液抽出空間１１’を透過して背景板１５に反射する光の光路長ＩＲが、撮影窓１２Ａの放射方向に沿って異なる。光路長を変えることにより、体液画像の中で診断しやすい、すなわち血液成分が見やすい所定の光路長による画像を確実に得ることができる。

次に、図５を用いて、第３の実施形態であるカプセル型内視鏡について説明する。第３の実施形態では、薬液が注入される。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

図５は、第３の実施形態におけるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した断面図である。カプセル型内視鏡１０”の撮影窓１２Ａ”の内側には、薬液タンク１７が形成され、薬液路１９Ａを介して体液抽出空間１１”と連通する。溶液タンク１７のケーシング１７Ａは、体液抽出空間１１”のケーシング１１Ａ”と一体的に形成されている。

薬液タンク１７には、あらかじめ指示薬（ｐＨ指示薬など）が貯留されている。外部からの通信によって薬液路１９に設けられた開閉弁（図示せず）が開き、これによって薬液が体液抽出空間１１”に流入する。体液は薬液との混合によって色変化し、指示薬によって所定の色をなした体液画像が得られる。

次に、図６、７を用いて、第４の実施形態であるカプセル型内視鏡について説明する。第４の実施形態では、体液の色を観察するために専用の光源、フォトダイオードなどの光電変換素子が用意される。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図６は、第４の実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した図である。カプセル型内視鏡１００の容器本体１１０の側面には、体液の流入出口１１０が形成され、蠕動運動に合わせて体液が体液抽出空間１１５に流入、流出する。体液抽出空間１１５は、カプセル型内視鏡１００の軸に垂直な方向に沿った２つの透明板１５０Ａ，１５０Ｂによって形成される。

光源１２０、および光電変換素子１３０、１４０は、体液観察用に設けられた専用光源および専用光電変換素子であり、体液抽出空間１１５の周囲に配置される。光電変換素子１４０は、透明板１５０Ｂに接し、体液抽出空間１１５を間に挟んで、透明板１５０Ａに接する光源１２０、１３０の反対側に配置されている。光電変換素子１３０は、光源１２０から放射されて体液に反射、錯乱した光を受信する一方、光電変換素子１４０は、光源１２０から放射されて体液を透過した光を受信する。光電変換素子１３０、光電変換素子１４０で生成された画像信号は、体液観察用のデータとして処理される。

図７は、カプセル型内視鏡１００から送信されるデータを時系列に示した図である。１フレーム分の画像データが送信される度に、透過光データ、反射光データが合わせて送信される。これにより、透過光の色や強度と、反射光の色や強度が別々に生成され、血液成分の自動解析が一層容易になる。

次に、図８を用いて、第５の実施形態であるカプセル型内視鏡について説明する。第５の実施形態では、体液の流入口、流出口が別々に設けられている。それ以外の構成については、第４の実施形態と実質的に同じである。

図８は、第５の実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した断面図である。カプセル型内視鏡１００’の容器本体１１０の側面には、体液の流入口１１０Ａ’と流出口１１０Ｂ’が形成され、管状の体液抽出空間１１５’を形成する。カプセル型内視鏡１００’が蠕動運動によって進む間、体液の一部が体液抽出空間１１５’を通過していく。

光源１２０’、撮像素子１３０’は、それぞれ容器１２０’内部の流入口１１０Ａ’と流出口１１０Ｂ’に挟まれた空間１７０、１８０に配置され、光電変換素子１４０’は、体液検査用空間１１５’を挟んで光源１２０’、光電変換素子１３０’と向かい合うように配置される。体液検査用空間１１５’を形成する境界面においては、光源１２０’、光電変換素子１３０’、光電変換素子１４０’の向かい合う位置に透明板１６０Ａ、１７０Ａ、１８０Ａがそれぞれ一体的に取り付けられている。光源１２０’の照明光が体液抽出空間１１５’を照射すると、光電変換素子１３０’がその体液反射光を受診し、光電変換素子１４０’は体液を透過する体液透過光を受信する。

カプセル型内視鏡において出血の検診を行う代わりに、出血診断専用のカプセル型小型医療機器として構成してもよく、また、嚥下タイプ以外の器官内部診断用小型医療機器として構成してもよい。

第１の実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した断面図である。 観察画像を示した図である。 体液抽出空間を拡大して示した図である。 第２の実施形態におけるカプセル型内視鏡の撮影窓付近の内部構成を概略的に示した断面図である。 第３の実施形態におけるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した断面図である。 第４の実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した図である。 カプセル型内視鏡から送信されるデータを時系列に示した図である。 第５の実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的内部構成を示した断面図である。

符号の説明

１０ カプセル型内視鏡
１１、１１５、１１５’ 体型抽出空間
１１Ａ ケーシング（体液抽出空間部）
１２ 容器
１２Ａ 撮影窓
１２Ｂ 容器本体
１３Ａ，１３Ｂ 光源
１４ レンズ
１５ 背景板（体液透過光反射板）
１６ 撮像素子（フォトセンサ）
１３０ 撮像素子（第１のフォトセンサ）
１４０ 撮像素子（第２のフォトセンサ）

Claims (9)

1. カプセル状容器と、
   前記カプセル状容器内部に設けられ、前記カプセル状容器外の体液が流入、流出可能な体液抽出空間を形成する体液抽出空間部と、
   前記カプセル状容器内部に設けられ、前記体液抽出空間にある体液に向けて光を放射する光源と、
   前記カプセル状容器内部に設けられ、前記体液抽出空間部からの光によって体液の色を検出可能なフォトセンサとを備え、
   器官内壁に照射されて反射した光が前記体液抽出空間を通過して前記フォトセンサに入射しないように構成されることを特徴とするカプセル型内視鏡。
2. 前記光源および前記フォトセンサが、それぞれ器官内壁照明用の光源および画像撮影用の撮像素子であって、
   前記体液抽出空間が、前記カプセル状容器の透明な撮影用窓の内側に形成され、
   前記体液抽出空間部が、前記撮影窓の前記体液抽出空間と面する領域に取り付けられ、また、前記体液抽出空間を透過する光を反射し、器官内壁からの反射光を遮断する体液透過光反射板を有す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. 前記体液透過光反射板が、出血診断に応じた所定の反射率を有す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. 前記体液抽出空間部が、前記体液抽出空間の光路長が変化するように、テーパー状に構成されてい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。
5. 前記カプセル状容器の光を遮断する側面に沿って前記体液抽出空間部が形成され、
   前記フォトセンサおよび前記光源が、それぞれ照明用光源および撮影用撮像素子とは別に設けら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。
6. 前記フォトセンサが、体液に反射する光を受ける第１のフォトセンサと、体液を透過する光を受ける第２のフォトセンサとを有し、
   前記第１のフォトセンサおよび前記光源が、前記体液抽出空間を挟んで前記第２のフォトセンサと向かい合い、
   前記体液抽出空間部が、前記体液抽出空間を形成する壁面において、前記第１および第２のフォトセンサ、そして前記光源と向かい合う透明板を有することを特徴とする請求項５に記載のカプセル型内視鏡。
7. 前記体液抽出空間部が、前記カプセル状容器の軸に略垂直な方向に沿って形成される体液の流入出口を有す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。
8. 前記体液抽出空間部が、薬液タンクと、前記体液抽出空間と前記薬液タンクとを連通させる薬液経路とを形成す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。
9. 容器と、
   前記容器内部に設けられ、前記カプセル状容器外の体液が流入、流出可能な体液抽出空間を形成する体液抽出空間部と、
   前記体液抽出空間にある体液に向けて光を放射する光源と、
   前記容器内部に設けられ、前記体液抽出空間部からの光によって体液の色を検出可能なフォトセンサとを備え、
   器官内壁に照射されて反射した光が前記体液抽出空間を通過して前記フォトセンサに入射しないように構成されることを特徴とする器官診断用小型医療機器。

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