JP2009518100A - 電子的な消化管スクリーニング - Google Patents

Abstract

本発明は、消化管スクリーニングのための電子カプセル、及びそのような電子カプセルを用いた消化管スクリーニングの方法を提供する。本発明の消化管スクリーニングは、消化管中に自己内蔵型電子カプセルを配置することを含む。電子カプセルは、消化管中の１つ以上の健康状態に対応するデータを取得して、消化管の状態に関する離散出力を生成するために、取得されたデータを記憶された閾値データと比較するように適応される。離散出力として、無線出力又は人が知覚可能な出力を用いることができる。人が知覚可能な出力は、光出力又はカラー出力が含まれる。好ましくは、離散出力の状態が、消化管内の異常状態の存在、数及び／又は位置を示す。

Description

本発明は消化管状態の検出に関する。特に、本発明は、訓練された医療スタッフによって更なる検査をすべきである消化管状態が存在するかを決定するために、通常の患者のような医療トレーニングが不足している人によって実行されることができる消化管スクリーニングに関する。

人の消化管内に配置された機器を用いて当該人の消化管に関する情報を得るための多くの技術が存在する。例えば、医療訓練を受けた人が関心状態（例えば癌性若しくは前癌性組織、出血又は感染）に対して患者の消化管を視覚的に検査することを可能にするために、内視鏡検査が実行されることができる。米国癌学会は、５０歳以上の人は誰でも、結腸直腸癌のスクリーニングのための所定の結腸内視術を１０年毎に、又は軟性Ｓ字結腸鏡検査を５年毎に受けることを推奨する。これらの処置のための他の徴候はない。

結腸内視術及びＳ字結腸鏡検査には欠点及び制限がある。それらは比較的費用がかかり、適切な患者の準備及びそれらを実行するために医師の時間を必要とする。それらはしばしば不快で、厄介なものとみなされる。それらは相当なレベルの麻酔を必要とする場合があり、付随するリスクがある。腸穿孔のような更なるリスクは、処置自体に関係している。それらは診療室又は病院で実行され、プライバシー及び便利さを欠いている。それらは、炎症、出血及び癌が存在する可能性がある小腸に到達しない。

結腸内視術及びＳ字結腸鏡検査のいくつかの欠点及び制限に対処するために、いわゆる「カプセル内視鏡」が開発された。これらは、消化管を通過するのに十分小さい自己内蔵型装置であり、その診断目的のための画像データを取得する装置を含む。例えば、イスラエルはヨクニムのギブンイメージング社は、「ピルカム」（登録商標）として、飲み込むことができる装置を市販している。その装置は、消化器系を通過するとき、ビデオ画像を取得して、保存及び診断のために医師が後で再観察するために、患者に着用されるデータレコーダにビデオデータを送信する。現在、そのようなカプセルは、かなり高価な使い捨ての装置である。医師による記録されたカプセル内視鏡検査データの観察は、１時間程度を要する場合がある。

飲み込まれることができて及び消化管を通過することができる様々な自己内蔵型診断データ取得装置が、米国特許第6,240,312号（Alfano et al.）及び米国特許出願公開公報US2001/0051766A1（Gazdzinski）に開示される。そのような装置は、医師が診断すること可能にすることを意図しており、その目的のために取得されたデータを検討するための医療訓練を受けた人を必要とする。

どの患者が診断処置を受けるべきかを決定するのを補助するために、スクリーニングテストが用いられる場合がある。そのようなスクリーニングテストの望ましい特性は、一般的に、スクリーニングされる診断処置のコストより低いコスト、スクリーニングされる診断処置に必要とされる医療訓練を受けていない人によって、特にスクリーニングされる患者によって管理されることができる能力を含む。例えば、結腸内視術又はＳ字結腸鏡検査が実行されるべきかどうかを決定するのを補助するスクリーニングテストとして、患者は、血液の存在について患者の便を分析するために、便潜血検査（FOBT）又は便免疫化学検査（FIT）を実行することができる。そのような血便試験は、比較的安価であり、医療訓練を受けた人を必要としないが、それらには欠点がある。例えば、いくつかの重要な消化管状態（例えばある種の腫瘍）は、大便中に血液を生じさせない。診断検査を実行する必要がない他の状態（例えば痔）が、FOBT又はFITを陽性にする血液を大便中に生じさせる場合がある。FOBT又はFITは血液の存在を示すことができるが、血液の出処としての消化管中の位置は示さない。FOBT及びFITは、一般に、感度及び特異性が劣っている。

診療室外においてプライベートで実行されることができる単純な処置によって母集団をスクリーニングすることによって、実行されるＳ字結腸鏡検査及び結腸内視術処置の数を削減することができ、健康管理システムに大幅な節約を提供することができる。比較的安価で、医療訓練を受けていない人（例えば患者）によって実行されることができ、診断検査の妥当性とよく相関する出力を提供する消化管スクリーニングテストがあることが望ましい。本発明は、消化管スクリーニングのための電子カプセル、及びそのような電子カプセルを用いた消化管スクリーニングの方法を提供する。

本発明の消化管スクリーニングは、消化管中に自己内蔵型電子カプセルを配置することを含む。本発明の実施の形態は、消化管中の１つ以上の健康状態に対応するデータを取得し、消化管の状態に関する離散出力を生成するために取得されたデータを記憶された閾値データと比較するように適応される電子カプセルを含む。本発明の他の特徴及び態様は、以下の説明、請求の範囲及び図面を参照して理解されることができる。

以下の説明及び図面において、文字の添え字を有する参照番号は、そのような添え字の無い同じ参照番号によって一般的に又は集合的に参照されることができるアイテムの特定の実例又は例を参照する。

図1は、点線によって、消化管106（例えば腸）の区間を示す。消化管スクリーニングの実行に適した装置を含むカプセル100が、消化管106の内部に配置されている。カプセル100は、機器102及び離散出力発生器110を含む。カプセル100は、動作電力を供給するための電源114（例えばバッテリ）も含む。カプセル100は、また、カプセル又はそのパーツの動作を本明細書に説明されるように制御するために、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ（図示せず）を含むことができる。

機器102は、周囲の領域の健康状態104に応答し、機器102が応答する状態は、重要な消化管状態の指標となるように選択される。機器102が応答することができる健康状態の種類の例は、光（例えば、組織蛍光又は反射によって発生する可能性がある光）であり、光に応答するシステムは、図8と共に後述される。しかしながら、一般に、機器102は、任意の健康状態、すなわち、重要な消化管状態を決定する過程に関連し又はその過程において用いられることができる、電気的、磁気的、電磁気的、化学的、熱的及び／又は機械的状態を含む状態に応答することができる。

カプセル100は、消化管106内を図1の矢印118によって示される方向に移動し、そのような運動は、例えば蠕動運動によって生じることができる。機器102は、100近傍の領域116における消化管の状態に関するデータを、その位置における健康状態104に応答することによって取得する。例えば、カプセル100が位置116Aの近傍にあるとき、機器102は健康状態104Aに応答し、位置116Aにおける消化管の状態に関するデータを取得する。しばらくたって、カプセル100が移動して位置116Bに隣接するとき、機器102は健康状態104Bに応答し、位置116Bにおける消化管の状態に関するデータを取得する。

機器102は、健康状態104を受け取り、機器出力108として、健康状態104に対応する離散電気信号を提供する。ここで使用しているように、離散信号は、その状態が、有限の数の予め定められた起こりうる状態のうちの１つである信号である。最も単純な場合において、機器出力108の離散電気信号はバイナリであり、すなわち、取得されたデータに基づいて、２つの起こりうる状態（例えば、High又はLow、on又はoff）のうちの１つを取ることができる。しかしながら、機器102は、２つの起こりうる状態よりも多くの状態を機器出力108に提供することができる。機器出力108が取ることができる状態及びそれらの状態に対応する健康状態104は、スクリーニングテストにおける所望の情報を提供するために選択される。例えば、機器出力108の１つの状態は、カプセル100近傍の消化管の「正常」であると考えられる状態に対応することができ、機器出力108の他の状態は、カプセル100近傍の消化管の「異常」であると考えられる状態に対応することができる。

離散出力発生器110は、機器出力108を受信して、スクリーニングテストの結果を表すカプセル100の出力として、離散出力112を提供し、その状態は、機器出力108の状態に基づく。例えば、離散出力112の１つの状態は、「異常」であると考えられる消化管の状態がスクリーニングテストの間に検出され、診断検査が実行されるべきであることを表すことができ、離散出力108の他の状態は、消化管の「異常」状態はスクリーニングテストの間に検出されず、診断検査は実行される必要がないことを表すことができる。離散出力112の少なくとも１つの可能な状態は、カプセル100の、すなわちカプセル100によって生じた状態であり、それは、カプセル100を用いたスクリーニングテストを行う以前の状態、すなわちスクリーニングテストを行わない場合の状態と異なる。

離散出力112は人が知覚可能な出力を含むことができ、それはスクリーニングテストの結果を決定する際に、人による自発的な使用を容易にする。人が知覚可能な離散出力112は、視覚的に知覚可能な出力を含むことができる。

例えば、そのような視覚的に知覚可能な出力は、カラー出力を含むことができる。カプセル100は、スクリーニングテストを実行する前は第１のカラーを持ち、スクリーニングテストの間に、診断検査が実行されるべきであることを示す消化管の状態に対応する健康状態104にカプセル100がさらされた場合に、第１のカラーと異なる第２のカラーを持つようにされる領域を備えることができる。カラー変化は、機器出力108に応答してハッチを開き、カプセル100の外部から見えるインジケータ領域に物質を放出することによって遂行されることができる。前記物質は、着色された物質（例えばインク、染料若しくは顔料）、又はインジケータ領域に色を変化させる化学反応を生じさせる物質であることができる。あるいは、離散出力発生器110は、機器出力108に応答して外部ハッチを開き、カプセルの周囲の領域に着色された物質を放出することができる。そのような着色された物質は、カプセル100が排出されるときに、例えばトイレの水に色をつけることによって、トイレで観測することができる。

視覚的に知覚可能な離散出力112は、光出力を含むことができる。例えば、離散出力発生器110は、ランプ（例えば発光ダイオード（LED））を含むことができ、その照明状態は、機器出力108によって制御される。例えば、LEDは、スクリーニングテストの間に、診断検査が実行されるべきであることを示す消化管状態に対応する健康状態104にカプセル100がさらされたことを示すために、点灯又は点滅することができる。

人が知覚可能な離散出力112は、可聴出力を含むことができる。例えば、離散視覚出力発生器110は、スクリーニングテストの間に、診断検査が実行されるべきであることを示す消化管状態に対応する健康状態104にカプセル100がさらされたことを示すために、トーン又は他の音響信号を生成する電気音響変換器を含むことができる。

離散出力112は、無線出力（例えばラジオ又は赤外線出力）を含むことができる。例えば、ラジオ又は赤外線出力の存在が、スクリーニングテストの間に、診断検査が実行されるべきであることを示す消化管状態に対応する健康状態104にカプセル100がさらされたことを示すことができる。あるいは、ラジオ又は赤外線出力は、機器出力108の状態に対応する状態を表すために変調されることができる。カプセル100からの無線出力は、離散状態情報に加えて、スクリーニングテストの間に取得されたデータを含むことができる。カプセル100からの無線出力は、当該無線出力から状態情報（例えば、スクリーニングテストの結果が「正常」か、又は「異常」か）及び含まれる任意の他のデータを抽出するローカル受信機によって受信されることができる。そのような情報及びデータは、ローカル受信機中に記憶されることができ、及び／又は、例えば医療専門家にネットワークを通じて伝達されることができる。

図2は、図1の電子カプセル中で用いられることができる機器の例を示す概略図である。図2に示すように、機器102は、カプセル100近傍の健康状態104にさらされるセンサ220を含み、それらの健康状態に対応する電気出力信号222を生成する。信号処理器224は、健康状態104に基づく消化管の状態に関する取得データ226を表す出力信号を提供するために、センサ出力信号222を受信して処理する。閾値発生器228は、取得データ226の起こりうる値の集合を規定する閾値データ230を提供する。例えば、取得データ226が起こりうる値の範囲を持つ場合、閾値データ230は、閾値を越える値の範囲を有する集合と、閾値より低い値の範囲を有する集合との間の境界を形成する中間値を特定することができる。機器出力発生器232は、閾値データ230及び取得データ226を受信及び比較して、閾値データ230により規定されたどの値の集合に取得データが属するかに従って機器出力108の状態を制御する。

例えば、消化管組織を照らして、その赤みによって炎症を検出するように設計された機器102において、センサ220は、カプセル100近傍の消化管組織から反射される光を受けとり、出力として、赤い波長の受信された光の強度に比例する電流を引き起こす光検出器であることができる。信号処理器224は、電流電圧変換及び増幅を実行し、光検出器電流に比例する出力電圧を生成する。閾値発生器228は、起こりうる信号処理器出力電圧の全範囲を２つの範囲（閾値より上の範囲は、人の消化管状態の診断検査をすべきである十分な赤みに対応し、閾値より下の範囲は、診断検査をすべきであるとするには不十分な赤みに対応する）に分割する閾値を表す出力電圧を生成することができる。機器出力発生器232は、信号処理器出力電圧を受信する入力及び閾値電圧を受信する入力を持ち、どちらの入力が大きいかによってそのHigh又はLow状態が決定される離散出力を生成する比較器であることができる。

前述の例において、信号処理器出力及び閾値データはアナログ信号であるが、信号処理器はAD変換を含むこともでき、閾値データはメモリに記憶されるデジタルデータであることができ、そして機器出力発生器がデジタルデータ値を比較することができる。前述の例において、閾値データは、起こりうる信号処理器出力を、各々が２つの起こりうる機器出力状態のうちの１つに対応する２つの範囲に分割する１つの値である。しかしながら、閾値データは、それぞれが３つの起こりうる機器出力状態の１つに対応するLowの範囲、中間範囲及びHighの範囲である３つの範囲に、起こりうる信号処理器出力を分割する閾値の組のような、複数の値を含むこともできる。前述の例において、１つのセンサから得られる１つの取得データ信号が、取得データのための閾値と比較されるが、取得データ信号は、２つ以上のセンサから生成されることができ、機器出力発生器は、２つ以上の取得データ信号の関数である出力状態を生成してもよく、閾値は、２つ以上の取得データ信号の関数である状態を規定して生成されてもよい。

図3は、本発明の消化管スクリーニングの第１の方法を示すフローチャートである。ステップ300において、図1及び2のようなカプセルが、例えば飲み込むことによって、人の消化管に導入される。ステップ310において、機器は、診断検査の実行を正当化しない消化管状態に対応する状態（「正常」状態と呼ばれる）に機器出力108を設定することによって初期化される。離散出力112は、対応する「正常」状態になる。

ステップ320において、データ取得が開始する。このステップは、スクリーニング活動が要求される領域にカプセル100が入るときに始動することができる。例えば、胃のpHは一般的に約2〜3であり、小腸のpHは一般的に6を超えており、カプセル100は、カプセル100が胃から出て小腸に入るときに、そのような変化を検出してデータ取得の開始を引き起こすpHに反応する機器を含むことができる。

ステップ330において、カプセル100に隣接する領域（例えば、図1に示される位置116A）から、その領域における健康状態に対応する信号を供給するセンサ220、及び取得データ226を生成するためにそのような信号を処理する信号処理器224によって、データが取得される。ステップ340において、取得されたデータ226は、閾値データ230と比較され、機器出力108の状態が比較の結果に基づいて設定される。

機器出力108の状態は、ステップ350において監視される。（ステップ310において「正常」状態に初期化された）その状態が変化しなかった場合には、離散出力112の状態は変更されない。カプセル100は、蠕動運動によって矢印118の方向に消化管106中を移動し、処理はステップ330にループし、データが次の位置116Bから取得される。消化管106中のいくつかの位置において、機器出力108が変化して「異常」状態になったことがステップ350において決定される場合、ステップ360において、離散出力発生器110は、離散出力112の状態を対応する「異常」状態に設定する。説明されたように、そのような離散出力状態は、例えば、ランプ照明状態、又はカプセル100の内部又は外部に着色された物質を放出する状態を含むことができる。図3に示される方法において、離散出力112の「異常」状態は、機器出力108に「異常」状態が発生した際に引き起こされる。

図4は、本発明の消化管スクリーニングの第２の方法を示すフローチャートである。ステップ400〜440は、すでに説明されたステップ300〜340に類似している。ステップ442において、カプセル100が消化管から出たかどうかに関する決定が行われ、出ていない場合には、データ取得及び閾値比較による監視が継続される。ステップ442においてカプセル100が消化管から出たことが決定された場合、及びステップ450においてデータ取得プロセスの間に機器出力108が「異常」状態に変化したことが決定された場合、ステップ460において、離散出力112は、その「異常」状態に設定される。ステップ450において、データ取得プロセスの間に機器出力108が「異常」状態に変化しなかったことが決定される場合、プロセスはステップ462において終了する。消化管からのカプセルの退出は、さまざまな方法で決定されることができる。例えば、カプセル100は、光レベルの増加を検出するように適応される光検出器、pHの変化を検出するように適応されるpH検出器、又はカプセルが体から出てトイレの水に入るときの温度の変化を検出するように適応された温度検出器を含むことができる。

図4に示すようにカプセル100が消化管を出るまで離散出力の生成を遅延させることは、様々な理由のために有益である。それは、電力を節約することができる。たとえば、離散出力が照明ランプを含む場合、カプセルが消化管内に存在する間中そのランプを照らすことは、ほとんど利点がないままに電力を消費する。カプセルが体から出て観察できるようになるまで照明を遅らせることで、電源114に対する容量要求を削減する。カプセル100が消化管を出るまで視覚的に知覚可能な出力の生成を遅らせることで、その視覚的に知覚可能な出力をより容易に知覚することができる。例えば、視覚的に知覚可能な出力がカプセル100からその外部環境への着色された物質の放出を含む場合、排出されるときにトイレの水の中で見えるようにするために、所与の量の着色された物質は、カプセル100がトイレ中にあるときに放出されれば、より容易に識別される表示を提供することができる。

図5は、本発明の消化管スクリーニングの第３の方法を示すフローチャートである。ステップ500〜550は、すでに説明されたステップ400〜450に類似している。図5の方法は、スクリーニングテストの結果の確実性を促進する態様を含む。「正常」なスクリーニングテストに対応する離散出力が、テストを実行する前の状態（例えばランプが点灯しない状態、又は色が変化しない状態）と同じであるとすると、カプセルが消化管を通過した後におけるその状態の存在は紛らわしい。それは、「正常」との結果を示したスクリーニングテストが首尾よく完了したことに起因する可能性があり、又はカプセルの故障に起因する可能性がある。そのような曖昧さを回避するために、離散出力発生器110は、離散出力112の少なくとも２つの状態を提供し、それらの各々は、テストを実行する前の出力状態とは異なっており、図5の方法は、機器出力108の状態に対応するそれらの状態のうちの１つに離散出力状態を設定することを含む。たとえば、ランプ出力に対して、絶え間なく点灯するLEDは「正常」状態に対応し、点滅するLED又は絶え間なく点灯する異なるカラーのLEDは「異常」状態に対応し、そのような状態の各々は、点灯していないランプと区別されることができる。着色された物質の放出によって提供される出力に対して、第１のカラーの物質の放出は、「正常」状態に対応し、第２のカラーの物質の放出は、「異常」状態に対応し、そのような状態の各々は、テストを実行していない場合のカラー状態（すなわち、カプセル内で放出された着色された物質がないカプセルのカラー状態、又は排出の際のカプセル外部に放出された着色された物質がない場合のトイレの水のカラー状態）と区別されることができる。

図6は、本発明の消化管スクリーニングの第４の方法を示すフローチャートである。ステップ600〜650は、すでに説明されたステップ300〜350に類似している。ステップ670において、機器出力108が「異常」状態に変化した際に、カプセル100の位置が決定される。例えば、pHが電子カプセルによって検出されることができ、カプセルが胃から出たことを示すpH変化の発生後に経過した時間又はpH自体が、カプセルの位置のおおよその目安を提供する。ステップ672において、離散出力112の状態は、「異常」状態の存在及び「異常」状態が検出された位置の両方を示すように設定される。そのような位置情報は、重点を置くべき領域を特定するために、診断検査を実行する際に用いられることができる。様々な離散出力が、検出された「異常」状態の存在及び位置の両方を示すことができる。例えば、LEDは「異常」状態を示すために点滅することができ、点滅パターン（例えば点滅速度又は繰り返されるシリーズ中の点滅の数）は「異常」状態が検出された位置を示すことができる。離散出力が着色された物質の放出である場合、「異常」状態が検出された位置を示すために異なるカラーが放出されることができる。例えば、第１のカラーを放出することは腸の第１の区間における「異常」状態を示すことができ、第２のカラーは腸の第２の区間における「異常」状態を示すことができるなどである。

図7は、本発明の消化管スクリーニングの第５の方法を示すフローチャートである。いくつかの状況においては、スクリーニングテストが、診断検査を行うべきである状態が検出されたかだけを示せば十分である場合がある。しかしながら、他の状況においては、テストの間に検出された「異常」領域の数を示す電子カプセルを用いたスクリーニングテストを行うことが望まれる場合がある。図7は、そのような検査方法を示す。ステップ700〜750は、すでに説明されたステップ300〜350に類似している。図7の方法では、ステップ750において、取得されるデータ104Aが機器出力108の「正常」から「異常」への状態変化を引き起こす位置116Aの近くにカプセル100が移動した場合、そのようなイベントの数を累算するカウンタがステップ754においてインクリメントされる。ステップ756において、離散出力112の状態は、前記カウンタで示される「異常」イベントの数を示すように設定され、プロセスはステップ730に戻り、カプセル110が消化管を通過する際に更なるデータが取得される。例えば、カプセル100が位置116Bの近くに移動するときに、取得されたデータ104Bが「正常」状態を示す場合、機器出力108は対応する「正常」状態を持つ。カプセル100が位置116Cの近くに移動したときに、取得されたデータ104Cが「異常」状態を示す場合、機器出力108は再びその状態を「異常」に変更し、カウンタは、その状態変化を反映するために、ステップ754においてインクリメントされる。カウンタに含まれるカプセル100が直面した「異常」位置の数を示す離散出力112の状態は、例えばその回数で周期的に点滅するLEDを含むことができる。図4を参照して説明されたように、そのような出力は、カプセル100が消化管を出るまで延期されることができる。

図3〜7の方法の前述の議論は、説明を簡単にするために、閾値データ230が取得されたデータ226の起こりうる値の範囲を２つ集合（１つの集合は、診断検査を正当化しないと考えられる値、したがって「正常」であると考えられる値を含み、他方は、診断検査を正当化すると考えられる値、したがって「異常」であると考えられる値を含む。）へ分割するカプセルに関するものであった。しかしながら、図1及び2の議論で言及されたように、機器出力108及び離散出力112は、２つより多くの状態を取り得る。例えば、閾値データ230は、監視される状態のさらなる大きさのスケール（例えば１０段階）を表すより多数の集合に取得されたデータ226の起こりうる範囲を分割することができ、離散出力112は、取得されたデータ226がそのようなスケール上のどこに位置するかを特定することができる。そのようなシステムは、いくつかの利点を提供することができる。例えば、スクリーニングテストの９段階目の出力は、３段階目の出力よりも、患者又は医師に、より迅速な応答、及びより徹底的な調査をさせることができる。また、スクリーニングテスト結果の変化が、かなりの臨床上の重要性を持つ可能性があり、スクリーニングテストの数値的なスコアを提供するカプセルは、様々な時刻に実施されるスクリーニングテストのスコアが変化を検出するために比較されることを可能にする。したがって、本発明の方法は、離散出力が３つ以上の状態を持つそれらを含む。

図8は、本発明の光に反応する電子カプセルの特定の特徴を示す概略図である。カプセル800は、図1に一般的に示される種類のカプセルのより特殊な例である。

カプセル800は、カプセル800の近傍の消化管の一部を照らすために、光842を発するランプ840を含む。ランプ840によって照らされた領域から発する光804は、センサ820によって受け取られる。センサ820は、２つのフォトダイオード（846A及び846B）、並びに２つのフィルタ（844A及び844B）を含む。フィルタ844Aは、第１セットの波長λAの光がフォトダイオード846Aに達することを可能にし、フィルタ844Bは、第２セットの波長λBの光がフォトダイオード846Bに達することを可能にする。各々のフォトダイオード846は、その関連するフィルタ844を通過するスペクトルλの一部の光強度の関数である値Iを持つ出力信号822を供給する。したがって、センサ820は、入力光のスペクトル成分の強度を測定するように適応された分光計を有する。

値I_λA及びI_λBを持つフォトダイオード出力826A及び826Bは、信号処理器824に入力として供給される。信号処理器824は、入力強度値の関数である値（すなわち、f(I_λA, I_λB)）を持つ出力826を生成する。

光反応カプセル800によって実行されることができるスクリーニングテストの種類の例は、組織蛍光に基づく検査である。全ての組織は、紫外（UV）又は青色光によって励起されるときに蛍光を示す。外部作用剤の導入なしで生じるそのような蛍光は、自己蛍光と呼ばれる。肺、胸部、食道、耳/鼻/喉、結腸、膀胱及び頸部の癌を含む上皮癌の多くの型の研究は、自己蛍光の変化と前癌性又は癌性損傷の存在を相互に関連付けた。癌を検出するために自己蛍光を用いる標準的な内視鏡システムは市販されている。

図9は、正常組織及び癌性組織において生じる自己蛍光スペクトル特性を図示する波長λに対する強度Iのグラフである。曲線900は正常組織に対するスペクトラムを示し、曲線902は癌性組織に対するスペクトラムを示す。そのようなスペクトラムはピークを示し、組織が正常から癌性に変化するときに、その波長は赤色方向にシフトする。正常及び癌性組織の自己蛍光スペクトル特性の区別は、選択された波長範囲λA及びλBにおいて自己蛍光強度Iを測定することにより実現される。

その目的のために、カプセル800は組織自己蛍光を励起するために効果的な比較的短い波長光を発するランプ840（例えば青色又は紫外光を発するLED）を含むことができ、フィルタ844の透過帯域λA及びλBは、図9に示されるような帯域である。信号処理器824は、自己蛍光特性を反映し、疑わしい組織を識別するために閾値発生器828によって生成される閾値830と比較されることができる出力826を生成するために、強度信号I_λA及びI_λBに関して動作する。

例えば、I_λA-I_λBは、正常組織を表す曲線900に対して正であり、癌性組織を表す曲線902に対しては負である。したがって、信号処理器824は、強度差分の関数である出力826（すなわちf(I_λA-I_λB)）を生成することができる。閾値発生器828は、信号処理器824の正常組織と癌性組織に対する出力826の中間である閾値データ830の値を生成することができる。

また、I_λA/I_λBは、正常組織を表す曲線900に対しては１より大きく、癌性組織を表す曲線902に対しては１より小さい。したがって、信号処理器824は強度比の関数である出力（すなわちf(I_λA/I_λB)）を生成することができる。閾値発生器828は、信号処理器824の正常組織と癌性組織に対する出力の中間である閾値データ830の値を生成することができる。異なる波長範囲における光強度の他の関数も、そのような関数が異常組織から正常組織を区別することが可能な場合には、用いられることができる。

閾値発生器828は、特定の種類のスクリーニングテストを実行することが意図される各々のカプセル100において（例えば、全ての癌スクリーニングカプセルに対して）、同じ閾値データ830を生成することができる。あるいは、特定のカプセル中の閾値データ830は、スクリーニングテストを実行している最中に生成されることができる。人の消化管は、癌性又は前癌性組織を含む場合であっても、主として正常組織を含むと思われる。スクリーニングテストの間に取得された自己蛍光データは、患者の典型的な消化管組織の自己蛍光に対応する値を得るために、例えば平均算出又は限界検出によって処理されることができ、スクリーニングテスト（又はスクリーニングテストの一部）に用いられる閾値データは、そのような被処理データに基づいて生成されることができる。例えば、閾値データ830は、乗法的又は加法的なオフセットを取得データ826の平均値に適用することによって設定されることができる。または、簡単にするために、装置は単に、I_λA>I_λBの場合に一方の状態であってI_λA<I_λBの場合に他方の状態であるバイナリの機器出力808を生成する。その場合、閾値データ830は単に、I_λA又はI_λBの現在の値の関数である。

図8の装置は、自己蛍光以外の現象に基づく、及び癌以外の状態のための、スクリーニングテストを実行するために用いられることもできる。例えば、消化管中の血液の存在（癌の他の原因に起因する可能性がある「異常」状態）が、血液と正常組織との反射率スペクトルの差分に基づいて検出されることができる。ヘモグロビンは、赤色（600〜800nm波長域）の大きな反射率及びより短い波長の吸収を有する特有の吸収スペクトラムを持つ。正常組織には、そのような吸収がない。光804のスペクトル測定は、フィルタ844の特性のようなパラメータ、信号処理器824によって適用される処理、及び閾値データ830の値の適切な選択によって、血液の存在と不在とを区別することができる。さらに、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンは、異なる吸収スペクトルを持ち、カプセル800のスペクトル測定は、検出された血液の相対的な酸素化の決定を可能にし、追加的な診察データを提供する。

比較器832は、閾値データ830と取得データ226を受信及び比較して、比較器出力808を生成するために、その比較結果に基づいてその出力808の状態を制御する。離散出力発生器は、比較器出力808を受信して視覚的に知覚可能な出力812を供給する視覚出力発生器810、及び比較器出力808を受信して無線出力882を供給する無線出力発生器880を含む。無線出力発生器880と視覚出力発生器810の両方が示されているが、いずれかが単独で用いられることもできる。図8の装置は、カプセル800を作動させるための電力874を供給する電源814も含む。

図8は、本発明の電子カプセル中に選択的に含まれることができる更なるいくつかのコンポーネントを示す。これらは、カプセル800に隣接した消化管の内容物852にさらされて、それらの内容物のpHに応答する出力854を生成するpHセンサ850を含む。説明されたように、そのようなpHに応答する出力は、消化管内のカプセル800の位置、又はそこからのカプセルの退出を決定するために用いられることができる。図8はまた、カプセル800近傍の消化管の領域から温度入力862を受信して、そこの温度に応答する出力854を生成する、含まれることができる温度センサ860を示す。そのような温度に応答する出力は、説明されたように、消化管からのカプセル800の退出を検出するために用いられることができ、それはまた、炎症のような異常な消化管状態を検出するために用いられる。

最後に、図8は、例えばマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを用いて実施される制御部870を示す。制御部870は、本願明細書に説明された方法を実行することを含む、カプセル800の動作を制御するために用いられることができる。これを行うのに、データ872は、制御部870とインターフェイスするカプセル800の他のコンポーネントから受信され、及び／又はそれらへ送信される。制御部870は、カプセル800の他のコンポーネントに関して説明された機能のいくつか又は全てを実施することができる。

図8の装置は、２つのフォトダイオード846を示し、各々はそれ自身のフィルタ844を有する。そのような装置に用いられる分光計は、他の多くの構成を用いて作成されることができることが理解されるべきである。例えば、他の種類の光検出器が用いられることができる。単一の光検出器が用いられることができ、そこへの光入射のフィルタリングは、検出器が異なる時刻において異なる波長に応答するように、シーケンシャルに変更されることができる。又は、撮像光検出器が用いられることができる。３つ以上の波長範囲の光強度が測定されることができる。閾値データ830が強度閾値を表したが、それはまた、他のパラメータの閾値を表すことができる。例えば、信号処理器824は、複数の波長範囲のどれが光804のスペクトルピークを含むかを表す取得データ826を生成し、閾値データ830は、スペクトルピークが「異常」な消化管状態に対応する１つ以上の波長範囲を表す。光検出器のアレイを備えるセンサは、同じ視野を持つ単一の光検出器センサと比較して、消化管の異常な領域の改善された検出を可能にする。視野の小さな部分を占める異常な領域は、その領域からのみ光を受け取る光検出器アレイの素子に、比較的容易に検出される信号を提供することができる。単一の光検出器の視野の中で、異常な領域からの光が正常組織からの光と混ざってしまう場合、検出はより難しい。本発明のスクリーニングアプリケーションのためには、比較的小さなアレイ（例えば16 x 16）で十分である。一方、非常に大きなアレイ（例えば420 x 420）は、診断撮像アプリケーションにおいて用いられる。

図10は、本発明の消化管スクリーニングの第６の方法を示すフローチャートである。この方法は、カプセル800のような光応答カプセルを用い、造影剤の蛍光を測定する。本方法は図３の方法の変種として示されるが、本願明細書に記載される他の方法に適用されることもできる。

本方法は、ステップ1070において開始し、造影剤が患者に導入される。造影剤は、例えば飲み込むことによって、又は注射のような他の経路によって、消化管に導入される。造影剤は、スクリーニングテストによって検出しようとしている種類の物質（例えば病変組織）中に選択的に蓄積し、そのような物質と関係するターゲット分子に結合することによってそこへ蓄積する。造影剤は、蛍光性分子（例えば染料）を含む。ランプ840のスペクトル特性は、望ましくは造影剤の吸収スペクトルに適合される。好ましくは、フィルタ844の透過帯域は、関連するフォトダイオード846が主として造影剤の蛍光に応答するように、造影剤の発光スペクトルに密接に適合する。造影剤を用いたスクリーニングテストを目的とするカプセル800において、単一のフォトダイオード846及び造影剤発光スペクトルを包含する透過帯域を持つ単一のフィルタ844だけを用いることが可能である。

造影剤がステップ1070において消化管に導入された後で、カプセル800はステップ1000において消化管に導入され、ステップ300〜360に対応するステップ1000〜1060によって、図3を参照して説明されたように処理が進行する。造影剤を用いる利点は、その蛍光の強度を組織の自己蛍光の強度より大きくすることができるので、より高感度の検査につながり、造影剤を関心組織に結合するように慎重に調整することができるので、より特異的な検査につながることである。

造影剤は、それぞれが選択的に異なるターゲット物質と結合するいくつかの異なる成分を含む合成作用剤であることができ、その異なるターゲット物質は、消化管のそれぞれの関心状態にとって臨床上重要であることができる。したがって、カプセル800は、１つのスクリーニングテスト中に複数の状態をスクリーニングすることができる。そのような合成造影剤のそれぞれの成分は、スクリーニングテスト中に「異常」応答を生じさせる状態が別々に識別されることができるように、異なる発光スペクトルを持つ蛍光性分子を備えている。そのようなスクリーニングテスト用に設計されたカプセルにおいて、合成造影剤の各々の成分に対して１つのフィルタ844及びフォトダイオード846を備えることが望ましく、各々のフィルタの透過帯域は、その対応する造影剤成分の発光スペクトラムに密接に適合する。

本発明による電子カプセルは、スクリーニングテストの間に取得されたデータを記憶するメモリを含むことができる。スクリーニングテストが「異常」な結果を与える場合、記憶されたデータは、更なる検査において援助するために、臨床医に提供されることができる。この目的のために、検査の後、カプセルは回収されて臨床医に届けられることができ、又は、データが、例えば無線リンクによってカプセルからダウンロードされることができる。そのような記憶されたデータは、異なる時刻における検査結果を比較する際にも有用である。

本発明が特定の実施の形態を参照して記載されたが、多くのバリエーションが、請求項に記載したような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、用いられることはいうまでもない。したがって、明細書及び図面は実例とみなされるべきであって、添付の請求の範囲を制限することは意図されない。

添付の請求の範囲を解釈する際には、以下の事項が理解されるべきである。
ａ）「有する・含む」との用語は、請求項中に挙げられたもの以外の要素又は動作の存在を除外しない。
ｂ）単数形で言及された要素は、その要素が複数存在することを除外しない。
ｃ）請求項中の参照符号はそれらの範囲を限定しない。
ｄ）いくつかの「手段」は、同じアイテム、ハードウェア若しくはソフトウェアにより実施される構造又は機能によって代表されることができる。
ｅ）任意の開示された要素は、ハードウェア部分（例えば、個別の電子回路及び集積化電子回路を含む）、ソフトウェア部分（例えば、コンピュータプログラム）、又はそれらの任意の組み合わせから成ることができる。
ｆ）ハードウェア部分は、アナログ部分及びデジタル部分の一方又は両方から成ることができる。
ｇ）任意の開示された装置及びその部分は、特に別途述べられない限り、一緒に結合されることができ、又は、更なる部分に分離されることができる。
ｈ）特に示されない限り、行為の特定の順序が必要であることは意図されない。

本発明の電子カプセルの特徴を示す概略図。 図1の電子カプセルに用いられることができる機器の例を示す概略図。 本発明の消化管スクリーニングの第１の方法を示すフローチャート。 本発明の消化管スクリーニングの第２の方法を示すフローチャート。 本発明の消化管スクリーニングの第３の方法を示すフローチャート。 本発明の消化管スクリーニングの第４の方法を示すフローチャート。 本発明の消化管スクリーニングの第５の方法を示すフローチャート。 本発明の光に反応する電子カプセルの例の特定の特徴を示す概略図。 通常組織及び癌性組織中に生じる自己蛍光スペクトル特性を示すグラフ。 本発明の消化管スクリーニングの第６の方法を示すフローチャート。

Claims (27)

1. 装置であって、
   前記装置近傍の健康状態に対応するデータを消化管の内部から取得し、前記消化管の前記状態に関する離散電気信号を前記取得されたデータに基づいて生成する機器、及び
   前記離散電気信号に対応する離散出力を生成する出力生成部、を有し、
   自己内蔵型であり、前記データを取得するために前記消化管内を通過する装置。
2. 前記機器が応答する前記健康状態が、光を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記機器が、受け取られた光のスペクトル特性に応答する、請求項２に記載の装置。
4. 前記機器が、
   前記消化管内の組織を照らしてそのような組織に蛍光を生じさせるランプ、及び
   異なるスペクトル応答を持つ複数の光検出器、を含み、
   前記光検出器が、前記ランプによって照らされた前記消化管内の組織から光を受け取る、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記離散出力が無線出力を含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記離散出力が、人が知覚可能な出力を含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記人が知覚可能な出力がカラー出力を含む、請求項６に記載の装置。
8. 前記出力生成部が、着色された物質を放出することによって前記カラー出力を生成する、請求項７に記載の装置。
9. 前記人が知覚可能な出力が光出力を含む、請求項６に記載の装置。
10. いつ消化管を出たかを検出し、消化管を出た後に前記離散出力を生成する、請求項１に記載の装置。
11. 前記機器が、前記取得されたデータを閾値データと比較することにより、前記離散電気信号を生成する、請求項１に記載の装置。
12. 前記出力生成部が、前記離散電気信号の各々の起こりうる状態に対して異なる離散出力状態を生成し、各々の離散出力状態が、消化管の内部からデータを取得する前の前記装置の状態と異なる、請求項１に記載の装置。
13. 前記離散出力の状態が、消化管内の異常状態の存在、数及び／又は位置を示す、請求項１に記載の装置。
14. 自己内蔵型の装置に消化管内を通過させ、
    前記装置近傍の健康状態に対応するデータを、前記装置で、それが前記消化管内を通過する間に取得し、
    前記消化管の前記状態に関する離散電気信号を、前記取得されたデータに基づいて生成し、及び
    前記離散電気信号に対応する離散出力を前記装置から供給する、方法。
15. 前記健康状態が光を含む請求項１４に記載の方法。
16. データの取得が、スペクトルデータの取得を含む、請求項１５に記載の方法。
17. さらに、前記消化管を照らすために前記装置から光を発する、請求項１５に記載の方法。
18. 前記離散出力が無線出力を含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記離散出力が、人が知覚可能な出力を含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記人が知覚可能な出力がカラー出力を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記カラー出力が、前記装置から着色された物質を放出することによって提供される、請求項２０に記載の方法。
22. 前記人が知覚可能な出力が光出力を含む、請求項１９に記載の方法。
23. 前記離散出力が、前記装置が前記消化管から出た後に供給される、請求項１４に記載の方法。
24. 前記離散電気信号の生成が、前記取得されたデータを閾値データと比較することを含む、請求項１４に記載の方法。
25. 異なる離散出力状態が、前記離散電気信号の各々の起こりうる状態に対して提供され、各々の離散出力状態が、前記装置が消化管を通過する前の当該装置の状態と異なる、請求項１４に記載の方法。
26. 前記離散出力の状態が、消化管内の異常状態の存在、数及び／又は位置を示す、請求項１４に記載の方法。
27. さらに、前記装置に前記消化管内を通過させる前に、前記消化管内の組織に造影剤を導入する、請求項１４に記載の方法。

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