JP2012081017A - 生体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体内導入後に誤停止しないカプセル型内視鏡１０を提供する。
【解決手段】カプセル型内視鏡１０は、被検体の体内情報を取得する生体情報取得部２６と、電力を供給する電池１９と、電池１９から生体情報取得部２６への電力供給をオン／オフする電源スイッチ２５と、被検体の体内への導入を検知すると検知信号を出力する検知部２０と、検知信号に応じて、電源スイッチ２５を制御する制御部２１と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検体の内部に導入され、生体内の情報を取得する生体情報取得装置に関する。

近年、内視鏡の分野においては、生体情報取得装置である飲み込み型のカプセル型内視鏡が登場している。カプセル型内視鏡は被検体の口から飲み込まれることで体内に導入され、自然排出されるまでの間、体腔内例えば胃および小腸などの臓器の内部を蠕動運動に従って移動し、順次撮像する機能を有する。

体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって体内で撮像された画像データは、無線通信により外部に送信され、外部の受信機内に設けられたメモリに蓄積される。患者は、この無線通信機能およびメモリ機能を備えた受信機を携帯することにより、カプセル型内視鏡を飲み込んだあと、排出されるまでの間、自由に行動できる。

カプセル型内視鏡は筐体に内蔵した電池等から駆動電力を得るが、内部回路等も筐体内に密閉された構造のため筐体外面に配設したスイッチ等を使用者が操作して駆動をオン／オフ操作することができない。このため筐体内部に外部信号によってオン／オフするスイッチを備えたカプセル型内視鏡が提案されている。

図１に、特開２００１−２２４５５３号公報に開示されているカプセル型内視鏡１１０の電源スイッチ部分の回路図を示す。カプセル型内視鏡１１０は、磁界中に置かれると接点が開くリードスイッチ１１２とコンデンサ１１２Ｂとによって、電池１１９から主要回路への電力供給スイッチングが非接触で行われる。また、例えば輸送時または使用しないときなどには、磁石を備えた梱包箱または収納ケースにカプセル型内視鏡１１０を収納すれば、電源をオフにしておくことができる。

しかし、カプセル型内視鏡１１０は、磁界により電源のオン／オフを制御しているため、意図しない磁界の印加によって誤動作するおそれがある。特に、カプセル型内視鏡１１０が被検者により嚥下されたあとに誤停止した場合には、観察部位を見落としたりして再検査が必要となったりする。

特開２００１−２２４５５３号公報

本発明は体内導入後に誤停止しない生体情報取得装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態の生体情報取得装置は、被検体の体内の情報を取得する生体情報取得部と、電力を供給する電源と、前記電源から前記生体情報取得部への電力供給をオン／オフする電源スイッチと、前記被検体の体内への導入を検知すると検知信号を出力する検知部と、前記検知信号に応じて、前記電源スイッチを制御する制御部と、を具備する。

本発明によれば、体内導入後に誤停止しない生体情報取得装置を提供することができる。

公知のカプセル型内視鏡の電源スイッチ部分の回路図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の構成を説明するための構成図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の外観図である。 第１実施形態の変形例１〜４のカプセル型内視鏡の外観図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の構成を説明するための構成図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の動作を説明するためのタイムチャートである。 第３実施形態のカプセル型内視鏡の構成を説明するための構成図である。 第３実施形態のカプセル型内視鏡の受信部の動作を説明するためのタイムチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態の生体情報取得装置であるカプセル型内視鏡（以下「カプセル」ともいう）１０について説明する。

図２に示すように、カプセル１０は、カプセル１０からの画像信号を受信する受信装置３と、生体観察システム１を構成する。受信装置３はアンテナユニット３Ｃと、画像受信部３Ｂと、画像を記憶する外部メモリ３Ａと、を有している。

カプセル１０は、検知部２０と、生体情報取得部２６と、電源である電池１９と、制御部２１と、電源スイッチ２５と、を具備する。

被検体の体内情報を取得する生体情報取得部２６は、照明ユニット２８と、撮像ユニット２７と、ＲＦユニット２９とを有する。照明ユニット２８は体内臓器の壁面を照らす、例えばＬＥＤ２８Ａを有する。撮像ユニット２７は体内臓器の壁面を撮像するＣＣＤ２７ＡまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子を有する。ＲＦユニット２９は撮像ユニット２７によって得られた映像情報を無線により体外へ無線送信する送信回路と送信アンテナとを有する。ＲＦユニット２９が送信した映像情報は、外部の受信装置３の外部メモリ３Ａに蓄積される。

図３に示すように、検知部２０は、カプセル１０の筐体の外面に配置された２個の電極２０Ａ、２０Ｂを有する。すなわち、カプセル１０は、細長いカプセル形状であり、ＣＣＤ２７ＡおよびＬＥＤ２８Ａが配設された端部は透明材料によって構成されたドーム形状であり、中央の円筒部および反対側のドーム形状の端部は遮光性材料によって構成されている。

そして、中央の円筒部には電極２０Ａと電極２０Ｂとが配設されている。カプセル１０が体外にあるときには、電極２０Ａと電極２０Ｂとは絶縁状態にあるが、カプセル１０が体内にあるときには、体液、例えば、胃液等により電極２０Ａと電極２０Ｂとは、ほぼ導通状態となる。すなわち、検知部２０は、電極２０Ａと電極２０Ｂとの間のインピーダンス（抵抗）を検知することにより、生体の内部（体内）にあるかを検知する。そして後述するように検知部２０は、被検体の体内への導入を検知するとＬレベルの検知信号を出力する。

電池１９から生体情報取得部２６への電力供給をオン（供給）／オフ（遮断）制御する電源スイッチ２５は、制御部２１により制御される、例えばＰチャネル型ＦＥＴである。すなわち、電源スイッチ２５は、ソース（Ｓ）が電池１９に、ゲート（Ｇ）が制御部２１の出力に、ドレイン（Ｄ）が生体情報取得部２６に接続されている。電源スイッチ２５は、ゲートへの入力に応じてドレイン／ソース間が開状態または閉状態となる。

制御部２１はバッファ回路２１Ｂと抵抗２１Ａと、を有する。バッファ回路２１Ｂの入力端子は、抵抗２１Ａによって電源電圧へプルアップされると共に、検知部２０の電極２０Ａと接続されている。

次に、カプセル１０の動作について説明する。
カプセル１０は体外にある場合、バッファ回路２１Ｂへの入力は抵抗２１Ａによってプルアップされており、電源スイッチ２５のゲート端子はＨｉｇｈレベル（Ｈレベル）である。このため、カプセル１０は、電源スイッチ２５が開（オフ）状態になっている休止状態である。

カプセル１０が、嚥下され、被検者の体内に導入される。すると検知部２０の電極２０Ａと電極２０Ｂとの間の電気抵抗（インピーダンス）は、体内の内壁または体内の液体（唾液、胃液等）との接触によって低くなる。２つの電極間インピーダンスが低くなると、検知部２０は、Ｌレベルの検知信号を出力する。すると、バッファ回路２１Ｂの入力はＬｏｗレベル（Ｌレベル）となり、バッファ回路２１Ｂの出力（スイッチ２５のゲート電圧）は、Ｌレベルとなる。

すると、電源スイッチ２５は導通（オン）状態となり、カプセル１０は、生体情報取得部２６への電源供給がオン状態の起動状態となる。以上の説明のように、カプセル１０では、検知部２０の検知結果に応じて制御部２１が電源スイッチ２５を制御する。

起動状態の生体情報取得部２６は、所定の時間間隔で撮像を行い、画像信号を無線送信する。生体情報取得部２６が送信した画像信号は、受信装置３により受信され、外部メモリ３Ａに記憶される。

体内に導入されたときの、２つの電極（２０Ａ、２０Ｂ）間のインピーダンスは、電極が接触する体内の部位および体液の種類等によって異なる。しかし体内における電極間のインピーダンスに対して、抵抗２１Ａの抵抗値を十分に大きな値にすることで、体内に導入されたときに、バッファ回路２１Ｂの入力をＬレベルにすることが可能である。

カプセル１０は、検知信号に応じて制御を行う制御部２１の制御により、体外ではオフ（停止）状態であり、体内ではオン（起動）状態である。また、カプセル１０の電源供給制御は２つの電極（２０Ａ、２０Ｂ）間のインピーダンス変化にのみもとづいて制御されている。このためカプセル１０は、体内へ導入したときから、生体情報取得部２６への電源供給がオン状態となり、例えば、外部からの磁界の印加等によって電源供給がオフ状態となることはない。

すなわち、カプセル型内視鏡１０は、簡単な構成でありながら、体内導入後に誤停止することがない。

なお、製造工程または使用前にカプセル１０の動作確認が必要な場合には、２つの電極（２０Ａ、２０Ｂ）間を短絡させればよい。また、カプセル１０の輸送時などにおける収納ケースは、２つの電極２０Ａ、２０Ｂが収納ケース内にて短絡しないよう、絶縁材料で構成したりすればよい。

ここで、図２に示した電極２０Ａ、２０Ｂは円筒部を取り囲む形状であるが、体内への導入によるインピーダンス変化を検知できる形状であれば、電極は如何なる形状でもよい。また、検知部２０が、３個以上の電極を有し、いずれか２個の導通を検知してもよい。

例えば、図４（Ａ）に示す本実施形態の変形例１のカプセル型内視鏡１０Ａの電極２０Ａ１、２０Ｂ１は、筐体外面に露出したパッド状電極である。図４（Ｂ）に示す変形例２のカプセル型内視鏡１０Ｂの電極２０Ａ２、２０Ｂ２は、筐体に沿ってリング状に配置されると共に、電極部が筐体面に対して凸構造である。図４（Ｃ）に示す変形例３のカプセル型内視鏡１０Ｃの電極２０Ａ３、２０Ｂ３は、筐体に沿ってリング状に配置されると共に、電極部が筐体面に対して凹構造である。図４（Ｄ）に示す変形例４のカプセル型内視鏡１０Ｄの電極２０Ａ４、２０Ｂ４は、それぞれが互いに絶縁され、筐体に沿ってリング状に配置されている４個の電極からなる。

なお、検知部２０の検知方法は、温度センサ、光センサ、音センサ、ｐＨセンサまたは体内伝達信号センサ等にもとづいていてもよい。例えば、音センサは体内特有の心音を検出する。また体内伝達信号センサは、体外の高周波信号発生装置が発生し被検者の体表面に配設した体外電極を介して体内を伝達された信号を検出する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｅについて説明する。本実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｅは第１実施形態のカプセル型内視鏡１０と類似しているため、異なる点についてのみ説明する。

図５に示すように、カプセル型内視鏡１０Ｅは、カプセル型内視鏡１０Ｅの外部から磁界信号を送信する送信装置２と、カプセル型内視鏡１０からの画像信号を受信する受信装置３と、生体観察システム１Ｅを構成する。送信装置２は電源２Ａと、駆動部２Ｂと、磁界発生部である送信部２Ｃと、を有している。

カプセル型内視鏡１０Ｅは、信号受信部（以下、「受信部」ともいう）１１Ｅ、を有している。受信部１１Ｅは、リードスイッチ１２Ｅと抵抗１２Ｆとを有する。リードスイッチ１２Ｅは２本の強磁性体リードが一端に隙間を持って相対し、ガラス管の中に封入されている。リードスイッチ１２Ｅは外部磁界により、リードにＮ極とＳ極が誘導され、磁気吸引力により短絡し閉（オン）状態となる。また、磁界が除かれるとリードの弾性により開（オフ）状態となる。抵抗１２Ｆは、リードスイッチ１２Ｅが閉状態から開状態になったときに、制御部２１Ｅの入力電圧をＬレベルにするためのプルダウン抵抗である。

制御部２１Ｅは、分周回路であるＤ型フリップフロップ（ＦＦ）回路２１Ｃとアンド回路２１Ｄと抵抗２１Ａとを有する。分周回路であるフリップフロップ回路２１ＣのｘＱ出力はアンド回路２１Ｄの一方の入力端子に接続されている。

アンド回路２１Ｄの他方の入力端子は、抵抗２１Ａによってプルアップされると共に、検知部２０の電極２０Ａに接続されている。

制御部２１Ｅの出力であるアンド回路２１Ｄの出力は、電源スイッチ２５のゲートに接続されている。アンド回路２１Ｄは、２つの入力端子が共にＨレベル以外の場合に、出力がＬレベルになる。

以下、図６のタイムチャートにそって、カプセル型内視鏡１０Ｅの動作を説明する。なお、説明の煩雑さを防ぐため、フリップフロップ回路２１Ｃは立ち上がりエッジ動作とする。

初期状態（Ｔ０〜Ｔ１）において、カプセル１０Ｅは体外に位置しており、また、生体情報取得部２６はオフ状態である。

時刻Ｔ１の1回目の磁界を印加した状態において、リードスイッチ１２Ｅはオンし、リードスイッチ１２Ｅがオンしている期間のみノードＮ１はＨレベルとなる。フリップフロップ回路２１Ｃは入力であるｃｋ端子の電圧であるノードＮ１がＨレベルになったことを受けて、ｘＱ出力はＨレベルからＬレベルに反転し、Ｌレベル信号がアンド回路２１Ｄに入力される。アンド回路２１Ｄの他方の入力は抵抗２１Ａによってプルアップされ、かつ電極２０Ａは開放状態のため、アンド回路２１Ｄの出力はＬレベルとなり、電源スイッチ２５がオンとなる。これにより、生体情報取得部２６への電源供給がオンとなる。

時刻Ｔ２において、２回目の磁界が印加されると、再度、リードスイッチ１２Ｅはオンし、フリップフロップ回路２１ＣのｘＱ出力はＬレベルからＨレベルに反転するため、生体情報取得部２６への電源供給はオフとなる。

すなわち、カプセル１０Ｅが体外に位置している状態においては、磁界印加の度に生体情報取得部２６の電源供給は、オンからオフ、またはオフからオンへと、トグル動作する。

ここで、体内に１０Ｅを嚥下したときの動作について説明する。
時刻Ｔ３にカプセル１０Ｅが嚥下され体内に挿入される。すると、電極２０Ａと電極２０Ｂとの間のインピーダンスは体内の内壁または体内の液体（唾液、胃液、など）との接触によって低くなる。２つの電極間インピーダンスが低くなると、検知部２０はＬレベルの検知信号を出力するために、アンド回路２１Ｄの片方の入力はＬレベルとなり、他方の入力の状態に依存せずアンド回路２１Ｄの出力（電源スイッチ２５のゲート電圧）はＬレベルとなる。これにより、電源スイッチ２５はオン状態となり、生体情報取得部２６への電源供給はオン状態となる。

２つの電極間のインピーダンスは、電極が接触する体内の部位、体液の種類によって異なるが、それらのインピーダンスに対して抵抗２１Ａを十分大きな値にすることで、アンド回路２１Ｄの入力をＬレベルにすることが可能である。

時刻Ｔ４の３回目の磁界印加、時刻Ｔ５の４回目の磁界印加によってフリップフロップ回路２１ＣのｘＱ出力はＨレベル／Ｌレベルを遷移するが、アンド回路２１Ｄの出力は変動しない。

すなわち、カプセル型内視鏡１０Ｅは体内へ導入されているため、生体情報取得部２６への電源供給は常にオン状態であり、外部からの磁界印加によって誤って停止することはない。

カプセル型内視鏡１０Ｅは、第１実施形態のカプセル１０が有する効果を有し、さらに体外では容易にオン／オフ動作が可能である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｆについて説明する。本実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｆは第２実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｅと類似しているため異なる点についてのみ説明する。すなわち、本実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｆの第２の実施の形態のカプセル１０Ｅとの違いは、制御信号として交流磁界を用いる点である。

カプセル型内視鏡１０Ｆの受信部１１Ｆは、受信センサ１２と、受信回路１３と、を有する。受信センサ１２は交流磁界の強度に応じた大きさの交流信号を出力する磁界検知用コイル１２Ａと共振用コンデンサ１２Ｂとからなる。受信回路１３は、受信センサ１２から出力される交流信号を整流するダイオード１３Ａおよびコンデンサ１３Ｂと抵抗１３Ｃとを有する。
送信装置２からの交流磁界信号は、磁界検知用コイル１２Ａにて受電され、受電信号は整流され、カプセル１０Ｅの制御部２１Ｅ等と同じ制御部（不図示）に送信される。

カプセル１０Ｆでは、受信部１１Ｆは、外部からの交流磁界を受信センサ１２で受信し、受信回路１３を介して直流信号を出力する。

図５に示すように、ノードＮ２には交流磁界を印加されている期間のみＨレベルの内部信号が出力され、制御部２１Ｅへ伝達する。

ノードＮ２は第１の実施の形態のノードＮ１に相当するため、その後の動作については第２の実施の形態のカプセル１０Ｅと同様である。

本実施の形態のカプセル１０Ｆは受信部１１Ｆが磁界検知用コイル１２Ａにより交流磁界を受電するため、比較的、弱い磁界でも動作すると共に、周波数の異なる交流磁界は受電しない。このため、カプセル１０Ｆはカプセル１０Ｅが有する効果を有し、さらに輸送中などにおける振動または外乱ノイズによる誤起動防止効果、機械的強度増加効果を有する。

上記説明は、生体情報取得装置としてカプセル型内視鏡を例に説明したが、本発明の生体情報取得システムは、消化器液採取用カプセル型医療装置、カプセル型ｐＨセンサ、またはカプセル型温度センサのような各種カプセル型生体情報取得装置に適用できる。

本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、実施形態または変形例の組み合わせ、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ｅ…生体観察システム、２…送信装置、３…受信装置、１０、１０Ａ〜１０Ｆ…カプセル型内視鏡、１１Ｅ…受信部、１１Ｆ…受信部、１２…受信センサ、１２Ａ…磁界検知用コイル、１２Ｂ…共振用コンデンサ、１２Ｅ…リードスイッチ、１２Ｆ…抵抗、１３…受信回路、１３Ａ…ダイオード、１３Ｂ…コンデンサ、１３Ｃ…抵抗、１９…電池、２０…検知部、２０Ａ〜２０Ｄ…電極、２１Ａ…抵抗、２１Ｂ…バッファ回路、２１Ｃ…フリップフロップ回路、２１Ｄ…アンド回路、２１Ｅ…制御部、２５…電源スイッチ、２６…生体情報取得部、２７…撮像ユニット、２８…照明ユニット、２９…ＲＦユニット、１１０…カプセル型内視鏡、１１２…リードスイッチ、１１２Ｂ…コンデンサ、１１９…電池

Claims (8)

1. 被検体の体内情報を取得する生体情報取得部と、
   電力を供給する電源と、
   前記電源から前記生体情報取得部への電力供給をオン／オフする電源スイッチと、
   前記被検体の体内への導入を検知すると検知信号を出力する検知部と、
   前記検知信号に応じて、前記電源スイッチを制御する制御部と、を具備することを特徴とする生体情報取得装置。
2. 前記検知部が、筐体の外面に配置された少なくとも２個の電極を有し、前記電極の間の電気抵抗変化により、前記被検体の体内への導入を検知することを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
3. 前記電極が、円筒状の前記筐体を巻回していることを特徴とする請求項２に記載の生体情報取得装置。
4. 前記電極が、前記筐体の表面から凸状に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の生体情報取得装置。
5. 前記電極が、前記筐体の表面から凹状に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の生体情報取得装置。
6. 外部からの制御信号を受信し内部信号を出力する信号受信部を、さらに具備し、
   前記制御部が、前記検知信号および前記内部信号に応じて、前記電源スイッチを制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
7. 前記制御信号が直流磁界信号であり、
   前記信号受信部がリードスイッチを有することを特徴とする請求項６に記載の生体情報取得装置。
8. 前記制御信号が交流磁界信号であり、
   前記信号受信部が、磁界検知用コイルと、前記磁界検知用コイルが受電した前記交流磁界信号を整流する受信回路と、を有することを特徴とする請求項６に記載の生体情報取得装置。

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