JP2849131B2 - 超音波診断医用カプセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波診断医用カプセル、詳しくは生体
腔内に挿入し、同生体腔内の超音波観測エコー信号を体
外で受波し、これを超音波断層像表示手段によって超音
波断層画像として表示し医療診断に供するようにした超
音波診断医用カプセルに関するものである。

［従来の技術］ 従来から医療用に構成したカプセルを生体腔内に挿入
し、生体腔内の病変部の情報を蒐集したり、薬液を投与
したりする医療方法は知られている。例えば、USP42390
40号,USP4028687号等がある。しかし、この従来用いら
れているカプセルは、生体腔内に薬などの投与や、イオ
ン,PHなどの情報の蒐集に用いられているものであっ
て、病変部の診断までには至っていない。

また、近年においては、生体腔内の超音波診断が生体
腔内用プローブを利用して行なわれるようになってき
た。この方法は、超小型の超音波振動子をプローブの先
端に配設してこれを走査するように構成したものでこの
プローブを患者の経口または経直腸より生体腔内に挿入
し、生体腔深部の病変部位の画像を超音波による断層像
として外部に伝送し得るようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来の超音波プローブでは生体腔内に挿
入する場合、諸機能の構成が大型であるため挿入時、患
者に苦痛を与えていたばかりか、大嵩なため、特に狭く
長い小腸等の深部にある病変箇所への挿入が殆んど不可
能であった。

また、このような超音波プローブの欠点を除去し、超
音波の送受波が行えて生体腔内の診断が行える超音波診
断用の医用カプセルを構成した場合には、同カプセルは
超小型の電池を内蔵する形式のものとなる。

ところが、この電池式内蔵式の超音波医用カプセルに
おいては、常時超音波ビームを発生させて走査している
と電池の消耗が激しく、肝心な診断に必要な時間に走査
するに不十分なものとなる虞れがあり、このため大容量
の電池を必要とし、カプセルが大型化する等の欠点を伴
う。

本発明の主たる目的は、上記従来の欠点を除去し、小
型で生体腔内の狭い場所合，深部等に容易に挿入し、か
つ超音波断層像を容易に得られるようにした超音波診断
医用カプセルを提供するにある。

また、本発明の別の目的は、電池内蔵式の超音波診断
医用カプセルにおいて、電池の消耗を極力低減し、超小
型の電池を使用するによってカプセルのサイズを小型化
し得る超音波診断医用カプセルを提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］ 本発明は、診断用超音波ビームを発生する超音波振動
子と、この超音波振動子の超音波ビームを送，受波する
超音波駆動手段と、上記超音波ビームを走査する手段
と、受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に
変換して体外へ導出する伝送手段と、上記超音波振動子
及び各手段へ供給される電源を制御する電源制御手段
と、を具備することを特徴とするものである。

［実 施 例］ 先ず、本発明の実施例を説明する前に本発明の概念を
第１図にて説明する。

第１図は、本発明の概念を示すブロック系統図であ
る。経口的に飲み込むことが可能な大きさのカプセル内
に超音波振動子１と走査手段２と、超音波送受波手段３
と伝送手段４とを配設している。

上記超音波振動子１は、超音波送受波手段３から送信
された信号に応じて超音波を発射して放射し、その放射
による被検体（病変部）からの反射による音響信号を、
再び同一の超音波振動子１に受けて、この信号を電気信
号に変換し、この電気信号を送信側に設けた伝送手段４
によって有線または無線により体外（受信側）に設けら
れた伝送手段６に伝達される。上記超音波振動子１は、
機械的または電気的な走査手段２によって、超音波ビー
ムの出射方法を変えることができるため、広範囲の超音
波断層像を体外の超音波断層像表示手段５により表示観
察することができる。

第２図は、本発明の第１の前提となる超音波医用カプ
セルと超音波断層像表示装置を示したものであって、第
２図（Ａ）は、生体腔内に経口的に挿入される超音波医
用カプセルＡの断面図、第２図（Ｂ）は、生体外に設け
られた超音波断層表示装置Ｂのブロック構成図である。

外観形状が長円形状または楕円形状に形成された超音
波カプセルＡの内部には、その一側方寄りに隔壁９によ
り密室が形成されていて、その密室に流動パラフィン７
を充填している。この流動パラフィン７内には、超音波
モータ８に後端を結合した超音波振動１が配設されてい
る。

超音波振動子１は、カプセルＡ内の長手方向の中心軸
上に配設されていて回転することにより超音波ビームを
中心軸に垂直な放射方向に出射するように構成されてい
る。即ち、超音波医用カプセルＡの長手方向に対してラ
ジアル方向に超音波ビームが出射し、被検部を走査する
ように構成されている。

上記超音波モータ８の後端部側には、エンコーダ11と
その外周にロータリトランス10等をそれぞれ収納配設し
ている。

また、カプセルＡ内の他側方寄りの内部には小型の電
池15を収納配設しており、上記エンコーダ11との間に
は、送信回路12の基板と受信回路13の基板の通信回路14
の基板とがそれぞれ配設されていて、上記電池15から給
電するようになっている。また超音波振動子１と上記送
信回路12および受信回路13間の信号の授受は、導線24が
上記ロータリトランス10を介して行われるようになって
おり、また、上記超音波モータ８と電池15間の接続もロ
ータリトランス10を介して行われるようになっている。

上記電池15は、上記の送信回路12および受信回路13,
通信回路14とそれぞれリード線により接続されている。
また超音波医用カプセルＡの中心部の外周面には、コイ
ル状のアンテナ16が巻装されていて、通信回路12からの
信号が電波として体外へ送られるように構成されてい
る。

上記超音波医用カプセルＡよりの送信信号を生体外で
受信する超音波断層像表示装置Ｂについて、第２図
（Ｂ）に基づいて説明する。

超音波断層像表示装置Ｂは、上記生体内の超音波医用
カプセルＡよりの送信信号を受信するアンテナ17が設け
られていて、これにより受信した上記送信信号を通信回
路18を介して増幅器19に入力されるように構成されてい
る。上記増幅器19により増幅された信号出力は、A/D変
換器20によりA/D変換され、更にディジタル信号に変換
されたA/D変換器20の出力はDSC（ディジタルスキャニン
グコンバータ）22に入力されている。また超音波医用カ
プセルＡの超音波振動子１の回転による走査角データ
は、上記増幅器19から同期制御器21に入力されるように
なっている。

上記同期制御器21の出力は、上記DSC22に入力されて
座標変換後、同DSC22からCRT23に入力されて表示される
ように構成されている。このように構成されている上記
第１の前提である上記カプセルと上記表示装置の作用を
次に説明する。

超音波医用カプセルＡ内の送信回路12により送出され
たパルスは、ロータリトランス10を介して超音波振動子
１を駆動する。すると超音波振動子はラジアル方向に超
音波ビームを出射する。出射した超音波ビームは、被検
体内の所定位置に浸透して反射される。反射された超音
波エコー信号は、再び超音波振動子１に受波されて、電
気信号に変換されてロータリトランス10を介して受信回
路13に入力される。

上記超音波振動子１は、超音波モータ８を駆動するこ
とにより、超音波医用カプセルＡの長手方向に対し、ラ
ジアル方向に回動して被検体を走査する。この回動走査
においては、例えば一回転に512本の超音波ビームの送
受波を行なう。また、エンコーダ11により上記超音波振
動子１の回動に伴なう回転角を検知する。上記超音波ビ
ームの受信信号および超音波振動子１の回転角データ
は、通信回路14とアンテナ16により体外に設けた超音波
断層像の表示装置Ｂへ送信される。

上記アンテナ16より送信された信号は、超音波断層像
表示装置Ｂのアンテナ17により受信され、通信回路18に
入力される。上記超音波の受波信号は、増幅器19で増幅
された後、A/D変換器20でディジタル化され、DSC22に入
力される。

上記超音波振動子１の回転角データは、増幅器19にて
一定の値に整形された後、同期制御器21に入力され回転
角データに従ってDCS22内で受波信号を360゜のラジアル
スキャニングのデータに座標変換した後、CRT23により3
60゜のラジアルスキャニング像を表示される。

第３図は、本発明の第２の前提となる超音波医用カプ
セルと超音波断層像表示装置を示したものであって、第
３図（Ａ）は、生体腔内に経口的に挿入される超音波医
用カプセルA1の断面図で、第３図（Ｂ）は、体外に設け
らてた超音波断層像の表示装置B1のブロック構成図であ
る。

第３図中上記第１の前提となる上記カプセルと上記表
示装置と同一構成、同一部材については、同一符号を用
いてその説明を省略する。

超音波医用カプセルA1内の一側方寄りには隔壁９とＯ
リングにより密封構成された密室が構成されていて、同
室内に流動パラフィン７を充満させている。その密室内
には、超音波医用カプセルA1の長手方向の中心軸に対し
回転自在に構成された正方形状の超音波振動子１が後端
を超音波モータ８に結合されて配設されている。また上
記超音波モータ８の回転角を検出するために超音波モー
タ８の後端には、エンコーダ11を配設している。上記超
音波モータ８とエンコーダ11の外周には、ロータリトラ
ンス10がそれぞれ配設されている。またロータリトラン
ス10と超音波振動子１とは導線24で接続されている。更
にロータリトランス10およびエンコーダ11の後端部に
は、超音波振動子１よりの画像および超音波振動子１の
回転角などの信号（情報）を生体外に伝送するための導
線25が接続されており、同導線25は超音波医用カプセル
A1の後端部に穿設した開孔より延出していて、経口ある
いは経直腸的口から生体外に設けられた超音波断層像表
示装置B1にコネクタ26を介して接続されている。

上記超音波断層像表示装置B1は、超音波医用カプセル
A1の超音波振動子の回転などを体外より走査するように
構成されている。上記生体腔内のカプセルA1より延び出
した導線25で伝送された信号は、上記コネクタ26により
出力され、そのエコー信号は、受信回路13に入力され
る。続いて、受信回路13は出力信号は、A/D変換器20に
よってディジタル化される。A/D変換された信号は、A/D
変換器20よりDSC22に入力される。

また、コネクタ26から出力される、上記エンコーダ11
にてセンシンされた超音波振動子１の回転角信号は、同
期制御器21に入力されていて、上記A/D変換された超音
波受信信号と、同期制御器21からの信号に従って上記DS
C22で座標変換されて、360゜ラジアルスキャンされた像
に形成され、その出力信号はDSC22からCRT23に入力され
表示されるように構成されている。

なお、この第２の前提である上記カプセルと上記表示
装置において、導線25を同軸ケーブルで構成することに
より、超音波振動子１からの微少信号のS/N比を損ねる
ことを防止することができる。また本前提の上記カプセ
ルと上記表示装置においては超音波モータ８を設けて超
音波振動子１を回動したが、必ずしもこれに限定するも
のではなく、超音波モータ８に替えてゼンマイバネ,SMA
などを用いて超音波振動子１を回転させてもよいことは
勿論である。

次に、第４図により本発明の第１実施例を説明する。
この第１実施例による超音波医用カプセルA2および超音
波断層像表示装置B2の構成は、前記第１図よび第２図に
示したものと略同様に構成されており、電源制御手段の
みが付加されている。従って、相違している部分につい
て説明し、同じ構成部分には同一の符号を付して、その
説明を省略する。

この第１実施例による超音波医用カプセルA2内には、
前記超音波振動子1,走査手段2,超音波送受波手段３およ
び伝送手段４に駆動エネルギを供給する小型の電源電池
28が内蔵されており、同電池28と上記各手段との間の電
源ライン中には電源制御手段としての電源スイッチ27が
配設されている。

一方、体外に配設される超音波断層像表示装置B2に
は、前記超音波断層像表示手段5,伝送手段６のほかに電
源制御手段としてのトリガ部29が新たに設けられてい
る。

このように構成された第１実施例においては、超音波
医用カプセルA2からの超音波信号が必要なときには、ト
リガ部29より、例えば磁力を発生させ、その磁力で上記
電源スイッチ27をオンするようにする。かくすれば、超
音波医用カプセルA2の上記各手段への電源が供給され、
各手段が動作して超音波受信信号はカプセルA2の伝送手
段４によって表示装置B2の伝送手段６に送られ表示手段
５に超音波断層像が表示される。

この第１次によれば、上記トリガ部29を制御すること
により上記電源スイッチ27をオン，オフし、各手段への
電源の接続を制御しているので、電源電池28の無駄なエ
ネルギの消耗を防止することができる。

また、第５図には上記第１実施例における電源制御手
段の変形例を示したものである。この変形例では電源ス
イッチ27のオン，オフ制御を磁力でなく、光を利用して
行うようにしたものである。

即ち、体外のトリガ部29AではLED等の発光ダイオード
30の発光をオン，オフ制御するようになっている。一
方、超音波医用カプセルA3内には、上記発光ダイオード
30からの光信号を受光するフォトトランジスタ31が配設
されており、このトランジスタ31によってリレー33を動
作させるスイッチング用トランジスタ32がオン，オフ制
御されるようになっている。そして、上記リレー33によ
り電源スイッチ27の開閉制御が行われるようになってい
る。上記リレー33とスイッチング用トランジスタ32とは
直列に接続されて電源電池28に接続されているので、常
態ではトランジスタ32は導通し、リレー33が作動して電
源スイッチ27は開放されている。

このように構成された電源制御手段においては、超音
波信号が必要なときには上記発光ダイオード30を発光さ
せればよい。これが発光すれば、その光信号がフォトト
ランジスタ31によって受光されるので、スイッチングト
ランジスタ32への通電は断たれ、リレー33が不作動とな
り電源スイッチ27はオンする。よって電源電池28から各
手段１〜４に電源が供給されて各手段は動作して超音波
信号が得られる。

また、第６図は上記第１実施例における電源制御手段
に光を用いた、更に別の変形例を示したものである。こ
の変形例ではコントローラ35より、例えば１分おきにm
secの間オン動作、10m secの間オフ動作するバースト信
号を1.2秒間発生させ、これによってバッファアンプ36
を介してLED等の発光ダイオード37をオン，オフして発
光させる。そして、体内のカプセルA4では、この発光信
号をフォトトランジスタ38で受光しバッファアンプ39を
介してスイッチング用トランジスタ40をオン，オフさせ
てステッピングモータ41を回転駆動する。このステッピ
ングモータ41には前記超音波振動子１が機械的に結合多
されており、１ステップの回転毎に６゜づつの角度を回
転させて被検体を走査する。従って、1.2秒間の60回の
バースト信号により360゜の角度を回転する。即ち、超
音波振動子１は１分毎に360゜回転する。

また、上記バッファアンプ39の出力信号はパルス整形
回路42で上記振動子１を駆動するに最適なパルス幅に変
換され、パルサ43により駆動子１を駆動する。そして、
この超音波振動子１からの超音波送波信号は被検体（図
示されず）で反射した後、再び振動子１で受波される。
この受波信号は増幅器44で増幅した後、発光ダイオード
45を駆動して光信号となって体外へ送信される。このよ
うにして振動子１が６゜の角度を回転する毎に１回の送
受波が行われる。

一方、体外ではこの光信号をフォトトランジスタ46で
受信し、増幅器47を介してA/D変換器48でディジタル化
し、DSC49で映像信号へ変換した後、CRT50で画像表示す
る。上記DSC49では１画面に６゜の角度刻みで60回分の
超音波受波信号を超音波振動子１の向きに合わせて座標
変換し、360゜の角度のラジアルを作ることにより、CRT
50上で１分間に１回超音波断層像を描出する。

次に、第７図は前記第３図に示したカプセルと表示装
置に適用されて最適の電源制御手段を示したものであ
る。この例では常に電池28より電源を供給されている制
御回路51からの制御信号で電源スイッチ27をオン，オフ
するようになっている。即ち、制御回路51からは、例え
ば10秒間オフで１秒間オンの繰返しパルスからなる制御
信号でスイッチ27をオン，オフ制御するようになってい
る。これは任意の制御モードを予じめプログラマブルに
しておいてもよい。

このように構成すれば、制御回路51の消費電力は各手
段１〜４のそれに比べて僅かであるため、電池28の負担
を大巾に軽減することができる。

［発明の効果］ 上記構成による本発明によれば、小型の医用カプセル
が簡単な構成でできるので、生体腔内の深部迄苦痛なく
挿入ができ、小腸などの深部の臓器の超音波断層像が得
られるため正確な診断が行えるという顕著な効果が得ら
れる。

また、電源電池もカプセル内で自発的にコントロー
ルするタイプ、外部からのトリガにより走査するタイ
プ等の電源制御手段を採用することにより、超音波断層
像の必要なときのみ電池電源を使用するようにすれば、
電池の消耗を極力低減でき、超小型の電池を使用するこ
とができるので、カプセルのサイズも小型化できるとい
う効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の超音波診断医用カプセルの概念図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の前提である超
音波医用カプセルと超音波断層像表示装置を示す超音波
医用カプセルの断面図と超音波断層像表示装置のブロッ
ク構成図、 第３図（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の前提である超
音波医用カプセルと超音波断層像表示装置を示す超音波
診断医用カプセルの断面図と超音波断層像表示装置のブ
ロック構成図、 第４図は、本発明の第１実施例を示す超音波診断医用カ
プセルのブロック構成図と超音波断層像表示装置のブロ
ック構成図、 第５図，第６図は、上記第１実施例における電源制御手
段のそれぞれ変形例を示す電気回路線図、 第７図は、上記第２の前提となる超音波医用カプセルと
超音波断層像表示装置に適用される電源制御手段を示す
ブロック構成図である。 １……超音波振動子 ２……走査手段 ３……超音波駆動手段 ４……伝送手段 27……電源スイッチ 29……トリガ部 A,A1,A2,A3,A4……超音波診断医用カプセル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】診断用超音波ビームを発生する超音波振動
   子と、 この超音波振動子の超音波ビームを送，受波する超音波
   駆動手段と、 上記超音波ビームを走査する手段と、 受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に変換
   して体外へ導出する伝送手段と、 上記超音波振動子及び各手段へ供給される電源をオン・
   オフする電源スイッチと、 この電源スイッチをオン・オフさせる信号を発生するト
   リガ部と、 を具備することを特徴とする超音波診断医用カプセル。