JP2016054878A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常のクロックよりも高速のクロックを用いた動作を行う場合であっても消費電力の増大を抑制することができる内視鏡装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかるカプセル型内視鏡２は、照明部２２と、被写体を撮像する撮像部２１と、撮像部２１が撮像した撮像信号を処理する信号処理部２４と、信号処理部２４が処理した撮像信号を無線送信する送信部２５と、低速クロックを生成する低速クロック生成部２７と、高速クロックを、低速クロックに対応させて、間欠的に生成する高速クロック生成部２８と、高速クロックが生成されている間は、少なくとも撮像部２１を高速クロックを用いて制御する動作制御部２３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、被検体内に導入されて該被検体内の画像を撮像する内視鏡装置に関する。

従来、内視鏡の分野において、患者等の被検体の消化管内に導入可能な大きさに形成されたカプセル型の筐体の内部に撮像機能および無線通信機能を備えた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た後、蠕動運動等によって消化管内を移動する。カプセル型内視鏡は、被検体の消化管内部に導入されてから被検体外部に排出されるまでの期間、この被検体の臓器内部の画像（以下、体内画像という場合がある）を順次取得し、取得した体内画像を被検体外部の受信装置に順次無線送信する（例えば、特許文献１参照）。

カプセル型内視鏡によって撮像された各体内画像は、受信装置を介して画像表示装置に取り込まれる。画像表示装置は、取り込んだ各体内画像をディスプレイに静止画表示または動画表示する。医師または看護師等のユーザは、画像表示装置に表示された被検体の各体内画像を観察し、各体内画像の観察を通して被検体の臓器内部を検査する。

米国特許第６７０９３８７号明細書

カプセル型内視鏡では、動作時間を長くする、あるいは、電池を小型化するために、電気回路の消費電力を抑える取り組みがなされている。また、カプセル型内視鏡に対しては、高フレームレートでの撮影も要求されている。ここで、カプセル型内視鏡が、高フレームレートで撮影するためには、通常のクロックよりも高速のクロックでの動作が必要となる。しかしながら、この高速のクロックを生成するためには、さらに電力が必要となるため、カプセル型内視鏡の消費電力の増大に繋がってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通常のクロックよりも高速のクロックを用いた動作を行う場合であっても消費電力の増大を抑制することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる内視鏡装置は、照明光を発する照明部と、前記照明光で照明された被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した撮像信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部が処理した撮像信号を無線送信する送信部と、第１のクロックを生成する第１のクロック生成部と、前記第１のクロックよりも周波数が高い第２のクロックを、前記第１のクロックに対応させて、間欠的に生成する第２のクロック生成部と、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて、少なくとも前記撮像部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記制御部は、前記第１のクロックを基準クロックとして前記第２のクロックを用いた制御を開始することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記第２のクロック生成部は、前記第１のクロックから前記第２のクロックを生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記制御部は、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて前記信号処理部を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記制御部は、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて前記照明部を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記制御部は、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて前記送信部を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記第２のクロック生成部は、周期的に前記第２のクロックを生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、前記第２のクロック生成部は、予め設定された期間に前記第２のクロックを生成することを特徴とする。

本発明にかかる内視鏡装置によれば、第１のクロックを生成する第１のクロック生成部と、第１のクロックよりも周波数が高い第２のクロックを、第１のクロックに対応させて、間欠的に生成する第２のクロック生成部と、第２のクロックが生成された場合には、少なくとも撮像部を第２のクロックを用いて制御する制御部と、を備え、第２のクロックを用いた撮像部の制御を間欠的に行っているため、第１のクロックよりも周波数が高い第２のクロックを用いた高フレームレートでの撮像動作を可能としながら、消費電力の増大も抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかるカプセル型内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すカプセル型内視鏡、受信装置および処理装置の構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示すカプセル型内視鏡において生成される低速クロックおよび高速クロックのタイミングチャートである。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、医療用のカプセル型内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかるカプセル型内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるカプセル型内視鏡システム１は、被検体Ｈ内に導入されて該被検体Ｈ内を撮像することにより撮像信号を取得し、無線信号に重畳して送信するカプセル型内視鏡２と、カプセル型内視鏡２から送信された無線信号を、被検体Ｈに装着された複数の受信アンテナ３ａ〜３ｈを備えた受信アンテナユニット３を介して受信する受信装置４と、カプセル型内視鏡２が撮像した撮像信号を、クレードル７を介して、受信装置４から取り込み、該撮像信号を用いて被検体Ｈ内の画像を作成する処理装置５と、を備える。処理装置５によって作成された被検体Ｈ内の画像は、例えば、処理装置５に接続する表示装置６から表示出力される。

図２は、図１に示すカプセル型内視鏡２、受信装置４および処理装置５の構成を示すブロック図である。カプセル型内視鏡２は、被検体Ｈが嚥下可能な大きさのカプセル形状の筐体に撮像素子等の各種部品を内蔵した装置である。カプセル型内視鏡２は、被検体Ｈ内を撮像する撮像部２１と、被検体Ｈ内を照明する照明部２２と、動作制御部２３と、メモリ２３ａと、信号処理部２４と、送信部２５と、アンテナ２６と、低速クロック生成部（第１のクロック生成部）２７と、高速クロック生成部（第２のクロック生成部）２８と、電源２９ａと、電源制御部２９ｂと、電源回路２９ｃと、を備える。

撮像部２１は、例えば、受光面に結像された光学像から被検体Ｈ内を表す撮像信号を生成して出力するＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子などの撮像素子と、該撮像素子の受光面側に配設された対物レンズ等の光学系とを含む。撮像素子は、被検体Ｈからの光を受光する複数のＲ，Ｇ，Ｂ画素がマトリックス状に配列され、各画素が受光した光に対して光電変換を行うことにより、撮像信号を生成する。

照明部２２は、例えば、白色光を放射する白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する。ここで、白色ＬＥＤの発光方式には、青色ＬＥＤ及び補色である黄色の蛍光体を用いる方式（以下、擬似白色方式という）、紫色（又は近紫外）ＬＥＤ及び赤色・緑色・青色の３種の蛍光体を用いる方式、並びに、赤色・緑色・青色でそれぞれ発光する３種のＬＥＤを組み合わせる方式とが知られている。

動作制御部２３は、カプセル型内視鏡２の各構成部位の動作処理の制御を行う。

メモリ２３ａは、動作制御部２３が各種動作を実行するための動作パラメータまたは制御プログラムを記憶する。また、メモリ２３ａは、後述する信号処理部２４において信号処理が施された撮像信号等を一時的に記憶してもよい。

信号処理部２４は、撮像部２１から出力された撮像信号を処理する。信号処理部２４は、撮像部２１から出力された撮像信号に対してＡ／Ｄ変換や所定の信号処理を施し、デジタル形式の撮像信号を取得する。信号処理部２４は、送信時のデータ量を減らすために、圧縮処理を行ってもよい。

送信部２５は、信号処理部２４が処理した撮像信号を関連情報とともに無線信号に重畳して、アンテナ２６から外部に無線送信する。関連情報には、カプセル型内視鏡２の個体を識別するために割り当てられた識別情報（例えばシリアル番号）等が含まれる。

低速クロック生成部２７は、所定の周波数を有する低速クロック（第１のクロック）を生成する。低速クロック生成部２７は、カプセル型内視鏡２の電源がオンされてからは、常時、低速クロックを生成する。低速クロック生成部２７は、生成した低速クロックを、動作制御部２３および高速クロック生成部２８に出力する。動作制御部２３は、低速クロックを基準クロックとして、後述する高速クロックを用いた制御を開始する。

高速クロック生成部２８は、低速クロックよりも周波数が高い高速クロック（第２のクロック）を、低速クロックに対応させて、間欠的に生成する。高速クロック生成部２８は、例えばＰＬＬ回路によって構成され、低速クロック生成部２７によって入力された低速クロックから高速クロックを生成する。高速クロックは、低速クロックの周波数に整数比例するように設定すると構成が簡易となる。その場合、例えば、低速クロックの４倍、あるいは、８倍の周波数を有する。また、高速クロックは、低速クロックの分数比を持つように設計することも可能である。高速クロック生成部２８は、生成した高速クロックを動作制御部２３に出力する。高速クロック生成部２８は、動作制御部２３によって、高速クロックの生成および生成の停止が制御される。動作制御部２３は、高速クロックが生成されている間は、高速クロックを用いて、少なくとも撮像部２１を制御する。高速クロックは、ＰＬＬ回路等によって低速クロックから生成されるため、高速クロックに基づく動作は、低速クロックのタイミングと対応したタイミングでの動作となる。

電源２９ａ、電源制御部２９ｂおよび電源回路２９ｃは、カプセル型内視鏡２の各構成部に電力を供給する電源部として機能する。電源２９ａは、ボタン電池等からなるバッテリである。電源制御部２９ｂは、電源２９ａのオンオフ状態を切り替える電源スイッチを含み、電源スイッチがオンとなった後、カプセル型内視鏡２内の各部に電力を供給するように制御する。電源回路２９ｃは、電源２９ａから電圧を降圧、昇圧等して、カプセル型内視鏡２の内部回路に電力を供給する。なお、電源スイッチは、例えば外部の磁力によってオンオフ状態が切り替えられるリードスイッチからなり、カプセル型内視鏡２の使用前（被検体Ｈが嚥下する前）に、該カプセル型内視鏡２に外部から磁力を印加することによりオン状態に切り替えられる。

このようなカプセル型内視鏡２は、被検体Ｈに嚥下された後、臓器の蠕動運動等によって被検体Ｈの消化管内を移動しつつ、生体部位（食道、胃、小腸、及び大腸等）を順次撮像する。そして、この撮像動作により取得された撮像信号及び関連情報を受信装置４に順次無線送信する。

受信装置４は、受信部４１と、受信信号処理部４２と、制御部４３と、メモリ４４と、データ送受信部４５と、操作部４６と、表示部４７と、これらの各部に電力を供給する電源部４８とを備える。

受信部４１は、カプセル型内視鏡２から無線送信された撮像信号および関連情報を、複数（図２においては８個）の受信アンテナ３ａ〜３ｈを有する受信アンテナユニット３を介して受信する。各受信アンテナ３ａ〜３ｈは、例えばループアンテナ又はダイポールアンテナを用いて実現され、被検体Ｈの体外表面上の所定位置に配置される。

受信信号処理部４２は、受信部４１が受信した撮像信号に所定の信号処理を施す。制御部４３は、受信装置４の各構成部を制御する。メモリ４４は、受信信号処理部４２において信号処理が施された撮像信号およびその関連情報を記憶する。

データ送受信部４５は、ＵＳＢ、又は有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮ等の通信回線と接続可能なインタフェースである。データ送受信部４５は、処理装置５と通信可能な状態で接続された際に、メモリ４４に記憶された撮像信号および関連情報を処理装置５に送信する。

操作部４６は、ユーザが当該受信装置４に対して各種設定情報や指示情報を入力する際に用いられる入力デバイスである。

表示部４７は、カプセル型内視鏡２から受信した画像データに基づく体内画像等を表示する。

このような受信装置４は、カプセル型内視鏡２により撮像が行われている間（例えば、カプセル型内視鏡２が被検体Ｈに嚥下された後、消化管内を通過して排出されるまでの間）、被検体Ｈに装着されて携帯される。受信装置４は、この間、受信アンテナユニット３を介して受信した撮像信号に、各受信アンテナ３ａ〜３ｈにおける受信強度情報や受信時刻情報等の関連情報をさらに付加し、これらの撮像信号および関連情報をメモリ４４に記憶させる。

カプセル型内視鏡２による撮像の終了後、受信装置４は被検体Ｈから取り外され、処理装置５と接続されたクレードル７（図１参照）にセットされる。これにより、受信装置４は、処理装置５と通信可能な状態で接続され、メモリ４４に記憶された撮像信号および関連情報を処理装置５に転送（ダウンロード）する。

処理装置５は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示装置６を備えたワークステーションを用いて構成される。処理装置５は、データ送受信部５１と、画像処理部５２と、表示制御部５３と、処理装置５の各部を統括して制御する制御部５４と、入力部５５と、記憶部５６と、を備える。

データ送受信部５１は、ＵＳＢ、又は有線ＬＡＮや無線ＬＡＮ等の通信回線と接続可能なインタフェースであり、ＵＳＢポート及びＬＡＮポートを含んでいる。データ送受信部５１は、ＵＳＢポートに接続されるクレードル７を介して受信装置４と接続され、受信装置４との間でデータの送受信を行う。

画像処理部５２は、制御部５４の制御のもと、データ送受信部５１から入力された撮像信号や記憶部５６に記憶された撮像信号に所定の画像処理を施す。画像処理部５２は、オプティカルブラック減算処理、デモザイキング、ゲイン調整処理、撮像信号の同時化処理、ガンマ補正処理、エッジ強調処理等を含む信号処理を行う。

表示制御部５３は、画像処理部５２が処理した撮像信号から、表示装置６に表示させるための表示用画像信号を生成する。

制御部５４は、ＣＰＵ等のハードウェアによって実現され、後述する記憶部５６に記憶された各種プログラムを読み込むことにより、後述する入力部５５を介して入力された信号や、データ送受信部５１から入力された撮像信号等に基づいて、処理装置５を構成する各部への指示やデータの転送等を行い、処理装置５全体の動作を統括的に制御する。

入力部５５は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力デバイスによって実現される。入力部５５は、ユーザの操作に応じた情報や命令の入力を受け付ける。

記憶部５６は、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体メモリや、ＨＤＤ、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等の記録媒体及び該記録媒体を駆動する駆動装置等によって実現される。記憶部５６は、処理装置５を動作させて種々の機能を実行させるためのプログラム、該プログラムの実行中に使用される各種情報、並びに、受信装置４を介して取得した撮像信号および関連情報等を記憶する。

図３は、カプセル型内視鏡２において生成される低速クロックおよび高速クロックのタイミングチャートである。図３（１）は、低速クロックのタイミングチャートであり、図３（２）は、高速クロックのタイミングチャートである。

低速クロック生成部２７は、カプセル型内視鏡２の電源が入った後、動作を開始し、低速クロックを連続して生成して、動作制御部２３に出力する。低速クロック生成部２７は、常時動作しており、図３（１）に示すように、低速クロックを継続して生成し、生成した低速クロックを動作制御部２３および高速クロック生成部２８に出力する。動作制御部２３は、この低速クロックを基準クロックとして用い、照明、撮像、無線送信の動作を行うフレーム単位でのタイミングについては、低速クロックを用いて制御する。

高速クロック生成部２８は、動作制御部２３の制御のもと、高速クロックを周期的に生成し、動作制御部２３は、高速クロックを用いた制御を周期的に行う。図３（２）の例では、動作制御部２３は、時間ｔａから時間ｔｂまでの期間Ｈａ、および、時間ｔｃから時間ｔｄまでの期間Ｈａにおいて、高速クロックを用いた制御を行う。動作制御部２３は、高速クロックで実際の制御を開始する時間ｔａ，ｔｃよりも前のタイミングで高速クロック生成部２８を起動し、所定のクロック安定期間Ｓを経過した後の安定した高速クロックを使用できるようにする。安定期間Ｓの間に高速クロック生成部２８によって生成されるものは、クロックとして機能しないためである。動作制御部２３は、高速クロックが安定した後、高速クロックを用いて各部を制御する。この場合、動作制御部２３は、高速クロックでの制御を行う各期間Ｈａの開始タイミングおよび終了タイミングについては、低速クロックを基に決めているため、高速クロックが生成されていない間も、各主要タイミングに対する時間カウントができ、一定周期での高速クロック制御が可能となる。

動作制御部２３は、高速クロックが生成されている間、すなわち、期間Ｈａでは、少なくとも撮像部２１に対して、高速クロックを用いて制御し、高速での撮像処理を可能とする。さらに、動作制御部２３は、高速クロックが生成されている期間Ｈａは、信号処理部２４に対しても高速クロックを用いた制御を行ってもよい。また、動作制御部２３は、高速クロックが生成されている期間Ｈａは、照明部２２に対しても高速クロックを用いた制御を行ってもよい。また、動作制御部２３は、高速クロックが生成されている期間Ｈａは、送信部２５に対しても高速クロックを用いた制御を行ってもよい。

このように、カプセル型内視鏡２では、動作制御部２３が、高速クロックが生成されている期間Ｈａにおいて、撮像部２１、照明部２２、信号処理部２４、送信部２５の各部を高速クロックで制御することによって、撮像信号の生成および送信を行う一連の処理の高フレームレート化が可能になる。ここで、期間Ｈａは、例えば、１回の照明、撮像、信号処理および送信処理が行なわれる１フレーム期間である。この場合には、動作制御部２３は、１フレーム期間内の照明、露光、読み出し、信号処理および無線送信の全ての動作タイミングを高速クロックを用いて制御する。これに対し、動作制御部２３は、１フレーム期間内における照明、信号処理、無線送信の動作タイミングについては低速クロックを用いて制御し、撮像部２１における露光動作および各画素からの撮像信号の読み出し動作を高速クロックを用いて制御することもできる。また、期間Ｈａは、複数のフレーム期間であってもよい。すなわち、動作制御部２３は、連続する複数のフレーム期間にわたって、高速クロック生成部２８を動作させてもよい。この場合には、動作制御部２３は、期間Ｈａにおけるフレーム間隔を、低速クロックをカウントして算出してもよく、また、高速クロックをカウントして算出してもよい。

そして、動作制御部２３は、期間Ｌａでは、低速クロックを用いた低消費電力状態でカプセル型内視鏡２の各部を制御する。動作制御部２３は、期間Ｌａにおいても、低速クロックを基に、撮像部２１、照明部２２、信号処理部２４、送信部２５に対して、撮像信号の生成および送信に関する一連の処理を実行させることもできる。この場合には、カプセル型内視鏡２では、低フレームレート（例えば、２フレーム／秒）での撮像信号の取得および送信を継続することができる。

このように、実施の形態にかかるカプセル型内視鏡２では、高速クロック生成部２８に間欠的に高速クロックを生成させているため、高速クロック生成部２８を常時動作させる場合と比較すると消費電力の低減を図ることができる。また、カプセル型内視鏡２では、高速クロックの生成が停止している場合も、低速クロックは停止せずに動作しているため、この低速クロックを用いて主要動作のタイミングを適切にカウントすることができる。また、カプセル型内視鏡２では、低速クロックから高速クロックを生成しており、低速クロックと高速クロックとが対応付けられているため、高速クロックと低速クロックとを切り替えて制御を行う場合も、動作タイミングがずれることもなく、間欠的に生成される高速クロックを用いた場合も適切な撮像動作が可能となる。

なお、カプセル型内視鏡２では、高速クロック生成部２８は、予め決められた期間に高速クロックを生成してもよい。例えば、画像を高フレームレートで撮像したい臓器にカプセル型内視鏡２が位置すると推定できる期間を予め設定して、メモリ２３ａに記憶させておき、動作制御部２３は、このメモリ２３ａに記憶された期間、高速クロック生成部２８に高速クロックを生成させて、該高速クロックを用いた制御を行う。また、カプセル型内視鏡２では、この高速クロックを用いて動作制御部２３が制御を行う期間を、外部装置からの制御信号によって変更できるようにしてもよい。例えば、外部装置（処理装置５）は、カプセル型内視鏡２によって送信された一連の体内画像をもとに、カプセル型内視鏡２の動きをモニタリングし、カプセル型内視鏡２の動きが速くなった場合には、高速クロックを用いた制御を指示する制御信号を、カプセル型内視鏡２に無線送信する。

また、カプセル型内視鏡２では、低速クロック発振回路とは独立した高速クロック発振回路を設けて、高速クロックを生成してもよい。

１ カプセル型内視鏡システム
２ カプセル型内視鏡
３ 受信アンテナユニット
３ａ〜３ｈ 受信アンテナ
４ 受信装置
５ 処理装置
６ 表示装置
７ クレードル
２１ 撮像部
２２ 照明部
２３ 動作制御部
２３ａ，４４ メモリ
２４ 信号処理部
２５ 送信部
２６ アンテナ
２７ 低速クロック生成部
２８ 高速クロック生成部
２９ａ 電源
２９ｂ 電源制御部
２９ｃ 電源回路
４１ 受信部
４２ 受信信号処理部
４３，５４ 制御部
４５，５１ データ送受信部
４６ 操作部
４７ 表示部
４８ 電源部
５２ 画像処理部
５３ 表示制御部
５５ 入力部
５６ 記憶部
Ｈ 被検体

Claims (8)

1. 照明光を発する照明部と、
   前記照明光で照明された被写体を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した撮像信号を処理する信号処理部と、
   前記信号処理部が処理した撮像信号を無線送信する送信部と、
   第１のクロックを生成する第１のクロック生成部と、
   前記第１のクロックよりも周波数が高い第２のクロックを、前記第１のクロックに対応させて、間欠的に生成する第２のクロック生成部と、
   前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて、少なくとも前記撮像部を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記制御部は、前記第１のクロックを基準クロックとして前記第２のクロックを用いた制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記第２のクロック生成部は、前記第１のクロックから前記第２のクロックを生成することを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡装置。
4. 前記制御部は、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて前記信号処理部を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
5. 前記制御部は、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて前記照明部を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
6. 前記制御部は、前記第２のクロックが生成されている間は、前記第２のクロックを用いて前記送信部を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
7. 前記第２のクロック生成部は、周期的に前記第２のクロックを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
8. 前記第２のクロック生成部は、予め設定された期間に前記第２のクロックを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の内視鏡装置。

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