JP2013048825A - カプセル型医療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易な浮遊型のカプセル型内視鏡１０を提供する。
【解決手段】 カプセル型内視鏡１０は、カプセル型の筐体１１と、折り曲げられ、筐体１１内に収容された、複数の基板部２１、２３、２５が配置された回路基板２０と、を具備し、それぞれの前記基板部２１、２３、２５の重量を調整することにより、筐体１１の中心軸に平行方向の重心位置が設定されている。
【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態は、体内に導入されるカプセル型医療装置に関し、特に液体が滞留している消化管内に導入されて生体情報を取得するカプセル型医療装置に関する。

近年、撮像機能と無線送信機能とを具備するカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、被検者に嚥下された後、自然排出されるまでの間、胃や腸などの消化管の内部を蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器内部を撮影し、所望の生体情報を取得する。

消化管内を移動する間にカプセル型内視鏡によって撮像された画像は無線送信機能により画像信号として、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、そのメモリに記憶される。被検者は、無線受信機能とメモリ機能とを具備する外部装置を携帯することにより、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、自由に行動できる。カプセル型内視鏡による観察後は、外部装置のメモリに記憶された画像をディスプレイなどに表示させて診断等が行われる。

ここで、消化管内で液面に浮遊した状態で所望の部位を撮像するカプセル型医療装置では、装置全体の重量バランスを調整し、装置の重心を筐体の中心軸上の所定の位置に定める必要があった。

例えば、特開２００５−１９８８７９号公報には重心位置を設定するため、電池を錘部として用いたカプセル型内視鏡装置が開示されている。しかし安定した浮遊状態を実現するためには重心位置を正確に設定する必要がある。電池は重いため、製造時に極めて精度よく配置することは容易ではないことがあった。

また、特表２００８−５２６２９３号公報には、浮遊した筐体の姿勢を制御するために、回転可能なバラスト錘が設けられたカプセル型医療装置（インビボ検知デバイス）が開示されている。しかし、バラスト錘を付加するため、部品点数が増え、小型化・軽量化を実現するのは容易ではないことがあった。

特開２００５−１９８８７９号公報 特表２００８−５２６２９３号公報

製造が容易で小型化・軽量化に適した浮遊型のカプセル型医療装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のカプセル型医療装置は、液面に浮遊した状態で生体情報を取得するカプセル型医療装置であって、中心軸に対して回転対称形状のカプセル型の筐体と、折り曲げられ、筐体内に収容された、複数の基板部を有する回路基板とを具備し、それぞれの基板部の重量を調整することにより、中心軸の方向のカプセル型医療装置の重心位置が設定されている。

本発明の実施形態によれば、製造が容易で小型化・軽量化に適した浮遊型のカプセル型医療装置を提供することができる。

第１実施形態のカプセル型内視鏡の使用状態を説明するための模式図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板を示す図であり、図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った断面図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の重心位置を説明するための説明図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の使用状態を説明するための模式図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の重心位置を説明するための説明図である。 第３実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。 第３実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板を示す図であり、図８（Ａ）は上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩＢ線に沿った断面図である。

＜第１実施形態＞
図１および図２に示すように、本実施形態のカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡（以下「内視鏡」ともいう）１０は、例えば被検者の胃３０に滞留する液体３１の液面３１Ａに浮遊したカプセル型の筐体１１の内部に各種の機能部を有する回路基板２０と、磁石３３と、フィルム電池３２と、が収容されている。内視鏡１０は、液面３１Ａに浮遊した状態で、所望の撮像視野角θＳの範囲の画像を撮影する。なお、ここにいう「液面に浮遊した」状態とは、消化液等の液面上で略完全に浮かび上がるような状態ではなく、図示されるように、筐体の一部は液面より下方に没し、他の部分は液面より上方に露出して、長手方向を略上下に向けた姿勢で浮遊している状態をいう。

後述するように、磁石３３は、液面に浮遊した内視鏡１０の姿勢すなわち撮像方向を、外部磁界の印加により制御するために配置されている。言い換えれば、磁石３３は、浮遊する筐体の姿勢を制御するために配置されている。

筐体１１は、長さが直径よりも長い細長い円筒形の本体部１２と、本体部１２の両端部の略半球状の端部カバー部１３Ａ、１３Ｂとからなる。端部カバー部１３Ａは透明材料からなる。本体部１２は不透明材料からなり、端部カバー部１３Ａは透明材料からなる。端部カバー部１３Ｂは透明部材でなくともよいので、本体部１２と端部カバー部１３Ｂとが不透明材料で一体成形されてもよい。細長い筐体１１は長手方向の中心軸Ｏを回転対称軸とする回転対称形状である。そして、筐体１１の長さＬ、すなわち、中心軸Ｏの方向の長さＬは２５〜３５ｍｍであり、中心軸Ｏの直交方向の直径Ｄは、５〜１５ｍｍである。

なお、後述するように、内視鏡１０の重心Ｇは、中心軸Ｏ上の端部カバー部１３Ｂ側の所定の箇所に位置するように設計されている。

筐体内には、複数の略円形の基板部が、それぞれの略矩形の接続部を介して一列に配置された回路基板２０が、接続部が１８０度（略９０度＋略９０度）折り曲げられた状態で収容されている。

すなわち、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、可撓性のある回路基板２０は、順に、照明基板部２１と、接続部２２と、撮像基板部２３と、接続部２４と、送信基板部２５と、が一列に配置されて構成されている。なお、このような配置や回路基板全体の形状は、実装および組立の工程における作業性等を考慮した一例であり、他の必要性に応じて異なる位置関係や構成としても良いのは言うまでもない。

照明基板部２１には、開口２１Ｈの周囲に複数の発光素子２１Ａ、例えばＬＥＤが配設されている。この発光素子は、ＬＥＤに限られるものではなく、またその個数等についても必要に応じて設計すればよい。撮像基板部２３には、開口２３Ｈ側に撮像面を向けた状態で撮像素子チップ２３Ａが配設され、撮像面にはレンズユニット２３Ｂが配置されている。送信基板部２５には、撮像素子チップ２３Ａが取得した画像データを無線送信する送信モジュール２５Ａと、フィルム電池３２からの電力の制御を行う電源モジュール２５Ｂと、が配設されている。そして、接続部２２および２４には、基板間を接続する複数の配線が形成されている。

基板部には、既に説明した部品以外にも、各種の電子部品、例えば、チップコンデンサ２５Ｃ、ダイオード２５Ｄ、チップ抵抗２５Ｅ、チップインダクタ２５Ｆ、または、ＩＣチップ２５Ｇ等が実装されている。

回路基板２０は、有機物質からなるフィルム電池３２、磁石３３および各基板部の配置を決めるスペーサ部材（不図示）とともに筐体１１内に収納されている。

そして、内視鏡１０では、照明基板部２１と、撮像基板部２３と、送信基板部２５との重量を調整することにより、重心Ｇが位置設定されている。すなわち、図４に示すように重心Ｇを所定の箇所に位置設定するために、重心Ｇから各基板までの距離Ｌに応じて各基板の重量Ｗが調整されている。すなわち、以下の〔式１〕が成り立つ。

（Ｗ２１×Ｌ２１）＋（Ｗ２３×Ｌ２３）＝（Ｗ２５×Ｌ２５） …〔式１〕
・照明基板部２１の重量Ｗ２１、撮像基板部２３の重量Ｗ２３、送信基板部２５の重量Ｗ２５。
・重心Ｇから照明基板部２１までの距離Ｌ２１、重心Ｇから撮像基板部２３までの距離Ｌ２３、重心Ｇから送信基板部２５までの距離Ｌ２５。

安定した浮遊状態を実現するために、重心位置は、例えば中心軸方向で、０．１ｍｍ単位の精度で設定する必要がある。この精度を得るためには、微調整が必要であり、例えば、それぞれの基板部の重量は、ｍｇ単位で微調整されている。

磁石３３は、外部から直流磁界が印加されると、磁化方向が外部からの磁力線と平行になるように内視鏡１０の姿勢を変化させる。効率良く姿勢変化を制御するためには、所定の磁力を有する磁石３３を所定の位置に配設する必要がある。このため、磁石３３は、重心Ｇの位置設定のために配設位置を変更して微調整することを容易に行うことができない。

また、フィルム電池３２に替えてボタン電池等を内蔵した場合も、重心Ｇの位置設定のために、その配設位置を変更することは容易ではない。すなわち、重い電池は僅かな位置変更でも重心位置に大きな影響を及ぼすため、微調整は容易ではない。

これに対して基板部は重量の調整が比較的、容易である。例えば、図３（Ｂ）に示すように、内視鏡１０では送信基板部２５は、重量を増やすために電子部品が密に実装されている。

以上述べたように、本実施形態における内視鏡１０の重心Ｇは、筐体１１の中心軸の方向に位置設定されている。このように、基板部の重量を実装する実装部品の選定および配置により調整することで、内視鏡１０の重心位置を容易に微調整することができるため、製造が容易である。

また、内視鏡１０は、重心位置を設定するための加重部材（錘）を別途構成要素として加えることなく、内視鏡１０の必須の構成部品のみを使用するため、小型化および軽量化が可能である。

なお、内視鏡の観察目的または観察対象部位等に応じて、観察視野が下方（液面下にある部位）となるように、重心位置を設定してもよい。

また、図４に示すように、内視鏡１０では、各基板部の重心位置は中心軸上にある。しかし、内視鏡１０の重心Ｇが筐体１１の中心軸上に位置するように調整されていれば、各基板部のそれぞれの重心位置は中心軸上に無くともよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態のカプセル型内視鏡１０Ａについて説明する。内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図５に示すように、内視鏡１０Ａの重心Ｇは、中心軸Ｏの上に位置していない。このため内視鏡１０Ａは、液面３１Ａに対して鉛直方向から所定の傾斜角θだけ傾斜した状態で浮遊する。

内視鏡１０では、液面に対して直立した姿勢で浮遊しているため、外部磁界を印加しない状態での撮影可能範囲は上方の視野角θＳの範囲だけである。既に説明したように、外部磁界を印加することにより姿勢を変化させることで、より広い範囲の撮影が可能であるが、大きく傾けるためにはより強度の高い外部磁界を印加する必要がある。

これに対して、内視鏡１０Ａでは浮遊した状態で回転するだけで、より広範囲の撮影が可能である。回転制御に要する外部磁界強度は、傾斜制御に要する外部磁界強度に比べると非常に小さくてよい。

傾斜角θは、内視鏡１０Ａの撮像視野角θＳの２０％以上５０％以下が好ましい。前記範囲以上であれば、広範囲の撮影が可能であり、前記範囲以下であれば常に上方の広い範囲にわたる撮影が可能である。

なお内視鏡１０Ａでは直上を中心とする範囲の撮影を行う場合、または、より水平方向の撮影を行う場合には、回転制御よりも強い外部磁界を印加する必要がある。しかし、磁界印加前の状態で既に傾斜しているため、いずれの場合も比較的強度の低い磁界で姿勢を制御することができる。

重心Ｇを中心軸上からはずれた所定の箇所に位置設定するには、回路基板２０Ａのそれぞれの基板部の重心位置を、実装部品の選定および配置により微調整することで容易に実現できる。

例えば、図６に示すように、内視鏡１０Ａでは送信基板部２５の重心Ｇ２５を、実装部品の配置等により中心軸Ｏから離れた位置に設定している。これにより、内視鏡１０Ａの重心Ｇは、筐体１１の中心軸上からはずれた位置に設定されている。

内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と同じ効果を有し、さらに、より弱い外部磁界により姿勢制御が可能である。また、基板部の重心位置調整によって、筐体１１の中心軸の直交方向の内視鏡１０の重心位置を微調整できるので、容易に傾斜角θを微調整することができるという利点もある。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態のカプセル型内視鏡１０Ｂについて説明する。内視鏡１０Ｂは、内視鏡１０と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図７、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように本実施形態の内視鏡１０Ｂは、互いに逆方向を撮影する２つの撮像手段を具備する、いわゆる「２眼タイプ」のカプセル型内視鏡である。

内視鏡１０Ｂでは、端部カバー部１３Ａと１３Ｂはいずれも透明材料からなる。そして回路基板２０Ｂは、第１の照明基板部２１と、接続部２２と、第１の撮像基板部２３と、接続部２４と、第２の撮像基板部２６と、接続部２７と、第１の照明基板部２８とが、順に一列に配置されている。
第１の撮像基板部２３には、略円形の多層配線板２３Ｃが実装されている。多層配線板２３Ｃには、撮像素子チップ２３Ａに加えて、無線モジュール２３Ｄおよび電子部品が実装されている。一方、第２の撮像基板部２６には、撮像素子チップ２６Ａに加えて、電源モジュール２６Ｃおよび電子部品が実装されている。すなわち、第１の撮像基板部２３は多層配線板２３Ｃを介して電子部品等が実装されているが、第２の撮像基板部２６には直接、電子部品等が実装されている。

接続部２４には外部磁界信号を受電する受電アンテナ２４Ａが配設されている。そして、内視鏡１０Ｂは外部から印加される交流磁界を受電アンテナ２４Ａで受電し直流に整流して電力として用いる。このため、カプセル型内視鏡１０Ｂは電池を具備していない。なお姿勢制御に用いる直流磁界と電力供給のための交流磁界とは重畳して印加される。

回路基板２０Ｂの接続部２２、２４、２７が１８０度折り曲げられると、多層配線板２３Ｃおよび第１の撮像基板部２３の開口２３Ｈの方向に撮像面を向けた状態で第１の撮像基板部２３に実装されている撮像素子チップ２３Ａは、第１の照明基板部２１の開口２１Ｈに挿入されたレンズユニット２３Ｂを介して被写体を撮影できる。同様に第２の撮像基板部２６の開口２６Ｈの方向に撮像面を向けた状態で実装されている撮像素子チップ２６Ａは、第２の照明基板部２８の開口２８Ｈに挿入されたレンズユニット２６Ｂを介して被写体を撮影できる。

第１の照明基板部２１と、第２の照明基板部２８とは同じ数の同じ発光素子２１Ａが実装されているため、重量が略同等である。また撮像素子チップ２３Ａは撮像素子チップ２６Ａと重量が略同等であり、無線モジュール２３Ｄは電源モジュール２６Ｃと重量が略同等である。このため、第１の撮像基板部２３と、第２の撮像基板部２６とに実装されている複数の部品の合計重量は略同等である。

しかし、第１の撮像基板部２３には、多層配線板２３Ｃが実装されているため、多層配線板２３Ｃの重量分だけ第２の撮像基板部２６より重い。このため、内視鏡１０Ｂの重心Ｇは、第１の照明基板部２１側にある。

このため、液面に浮遊した状態では、筐体１１は、端部カバー部１３Ａが下になる。すなわち、第１の撮像基板部２３が液面下の部位を撮影し、第２の撮像基板部２６が液面の上方の部位を撮影する。

カプセル型内視鏡１０Ｂは、カプセル型内視鏡１０と同様の効果を有し、さらに２方向の撮影が可能である。

なお、２眼タイプの内視鏡でも、第２実施形態の内視鏡１０Ａのように、重心位置が、中心軸上になく、液面に対して傾斜する状態で浮遊した形態とすることも可能であることは言うまでもない。

また、各基板部の重量および重心位置の調整には、既に説明した方法に替えて、または、既に説明した方法と組み合わせて、以下にあげるような各種の方法を用いることができる。例えば、第１の撮像基板部２３と第２の撮像基板部２６に、同性能の電子部品を同数実装する場合に、重量の異なる部品を使用してもよい。例えば同じ容量であっても、チップサイズが「１００５」のコンデンサは、チップサイズが「０６０３」のコンデンサよりも重い。また、レンズユニット２３Ｂ、２６Ｂ、発光素子２１Ａ、撮像素子チップ２３Ａ、２６Ａとして、重量の異なるものを用いてもよい。

例えば、レンズユニット２３Ｂと２６Ｂは、レンズ、レンズホルダーおよび絞りで構成されているが、同じ性能を有する部品で重量の異なるものを使用することができる。例えば以下の項目を変更することによりレンズユニットの重量は変わる。

・レンズ・・・材質（プラスチック、ガラスなど）、厚み、大きさ
・レンズホルダー、絞り・・・材質（ＳＵＳ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ等）、厚み、大きさ

また、電子部品の接合に使用する、はんだまたは樹脂の量を変更することで、重量を調整できる。同じように、レンズユニット等の光学部品の実装に用いる樹脂の量、種類を変更して重量を調整することができる。

なお、内視鏡１０Ｂの重心位置を設定する場合、特に、筐体を傾斜浮揚するために、中心軸Ｏから離れた位置に重心位置を設定する場合には、基板部だけでなく、回路基板の重量も考慮することが好ましい。回路基板の単位面積当たりの重量は、材質（紙フェノール、ポリイミド、ガラスエポキシ、セラミック、カーボン、フッ素樹脂等）、一層あたりの厚み、層数、面積を変更したり、配線（受電コイル含む）の材質（Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ等）、配線長、配線幅、配線厚み、スルーホール・ビアの数を変更したり、部品搭載用のランドの材質（Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ等）、面積、厚みを変更したり、部品内蔵基板を用いたりすることによって変更可能である。

さらに、基板部の重心位置調整および重量調整には、各基板部に実装する電子部品の配置を変更してもよい。例えば、各種電子部品が第１の撮像基板部２３と第２の撮像基板部２６にそれぞれ同じ数だけ実装されている必要はなく、いずれかの基板部に数多く実装されていてもよい。なお、各種電子部品は、接続部にも実装されていても良い。

ここで、図８（Ａ）に示すように内視鏡１０Ｂでは、外部から観察可能な照明基板部２１に、筐体１１の長手方向のどちら側に重心位置が片寄っているかを示す判別手段である判別マーク２９が配設されている。例えば、２眼タイプの内視鏡１０Ｂでは外観だけからは重心位置を識別できない。しかし、判別マーク２９により重心位置が容易に識別可能である。判別マーク２９は照明基板部２８に付与されていても良く、判別可能であれば両方の撮像部にマークが付与されていても良い。

また、上記説明は、カプセル型内視鏡を例に説明したが、消化液採取用カプセル型医療機器、嚥下型のｐＨセンサ、またはドラッグデリバリーシステムのような各種カプセル型医療機器であっても同様の効果を有する。

すなわち、本発明は、上述した実施形態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、種々の変更、改変等ができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…カプセル型内視鏡、１１…筐体、１２…本体部、１３Ａ、１３Ｂ…端部カバー部、２０、２０Ａ、２０Ｂ…回路基板、２１…照明基板部、２１Ａ…発光素子、２１Ｈ…開口、２２…接続部、２３…撮像基板部、２３Ａ…撮像素子チップ、２３Ｂ…レンズユニット、２３Ｃ…多層基板、２３Ｄ…無線モジュール、２３Ｈ…開口、２４…接続部、２４Ａ…受電アンテナ、２５…送信基板部、２５Ａ…送信モジュール、２５Ｂ…電源モジュール、２５Ｃ…チップコンデンサ、２５Ｄ…ダイオード、２５Ｅ…チップ抵抗、２５Ｆ…チップインダクタ、２５Ｇ…ＩＣチップ、２６…第２の撮像基板部、２６Ａ…撮像素子チップ、２６Ｂ…レンズユニット、２６Ｃ…電源モジュール、２６Ｈ…開口、２７…接続部、２８…第２の照明基板部、２８Ｈ…開口、２９…判別マーク、３０…胃、３１…液体、３１Ａ…液面、３２…フィルム電池、３３…磁石

Claims (9)

1. 液面に浮遊した状態で生体情報を取得するカプセル型医療装置であって、
   中心軸に対して回転対称形状のカプセル型の筐体と、
   折り曲げられ、前記筐体内に収容された、複数の基板部を有する回路基板と、を具備し、
   それぞれの前記基板部の重量を調整することにより、前記中心軸の方向の重心位置が設定されていることを特徴とするカプセル型医療装置。
2. それぞれの前記基板部の重心位置を調整することにより、前記中心軸の直交方向の重心位置が設定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医療装置。
3. 前記中心軸の直交方向の重心位置が、前記中心軸の上になく、液面に対して傾斜した状態で浮遊することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。
4. 前記それぞれの基板部の重心位置が、複数の実装部品の選定および配置により調整されていることを特徴とする請求項３に記載のカプセル型医療装置。
5. 前記重心位置の調整のために、同じ機能で重量の異なる部品が実装されていることを特徴とする請求項４に記載のカプセル型医療装置。
6. 前記回路基板が、
   複数の発光素子が配設された第１の照明基板部と、
   第１の撮像素子チップが配設された第１の撮像基板部と、
   画像データを無線送信する送信基板部と、
   電力を供給する電源基板部と、を具備することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のカプセル型医療装置。
7. 浮遊する前記筐体の姿勢を制御するための磁石を前記筐体内に具備することを特徴とする請求項６に記載のカプセル型医療装置。
8. 第２の撮像素子チップが配設された第２の撮像基板部と、
   複数の発光素子が配設された第２の照明基板部と、を具備することを特徴とする請求項７に記載のカプセル型医療装置。
9. 外部から観察可能な前記基板部のいずれかに、前記重心位置を示す判別手段が配設されていることを特徴とする請求項８に記載のカプセル型医療装置。

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